§å ¸n tèt nghiÖp

Ch¬ng I
TÝnh to¸n sù ch¸y
nhiªn liÖu

1


§å ¸n tèt nghiÖp

Ch¬ng I
TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu
I. Sè liÖu ban ®Çu

1. Nhiên liệu: Dầu FO
2. Thành phần của dầu FO:
THÀNH PHẦN CỦA DẦU FO
Chất
Cc
Hc
Oc
Thành phần khối lượng [%]
87
10
1,5

Nc
1,5

AK

0,2

Wd
1,2

3. Nhiệt độ nung trước nhiên liệu:
Dầu FO được nung trước đến nhiệt độ: tFO : 110 [0C]
4. Nhiệt độ nung trước không khí:
Không khí được nung trước đến nhiệt độ: tKK= 350 [0C]
5. Loại lò:
Lò liên tục nung phôi thép để cán thép hình.
II. TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu.

II.l. ChuyÓn ®æi thµnh phÇn nhiªn liÖu.
1. Hệ số chuyển đổi từ thành phần khô sang thành phần dùng:
k k −d =

100 − W d 100 − 1,2
= 0,988
=
100
100

2. Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng:
Ad = Ak . kk-d = 0,2 . 0,988 = 0,1976 [%].
Ad = 0,1976 [%]
3. Hệ số chuyển đổi từ thànhphần cháy sang thành phần dùng:
Công thức tổng quát:
Xd = Xc . kc-d
Trong đó:

Xd: Thành phần sử dụng của nguyên tố 'X'.
Xc: Thành phần cháy của nguyên tố 'X'.
2


Đồ án tốt nghiệp
Cỏc thnh phn dựng ca cỏc nguyờn t c trỡnh by trong bng I.1
BNG I.1. THNH PHN DNG CA DU FO
Cht
Thnh phn khi lng [%]

Cd
8,78

Hd
9,86

Od
1,48

Nd
1,48

Ad
0,2

Wd
1,2

II2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt [kJ/kg]

Qt = 339.Cd + 1030.Hd - 08,8.(Od - Sd) - 25,1.Wd

[1]

Qt = 339. 85,78 + 1030.9,86 - 108,8.(1,48 - 0) - 25,1 . l,2
Qt = 39044 [kJ/kg]
Qt = 39044 [kJ/kg]
II3. Chọn hệ số tiêu hao không khí.
H s tiờu hao khụng khớ c chn tu theo loi nhiờn liu v thit b
t. Lũ c thit k l lũ nung liờn tc, nhiờn liu l du FO, bin bi tt
phi dựng m phun cao ỏp, vy chn h s tiờu hao khụng khớ:
n : 1,2

[1]
n = 1,2

II4. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu.
Tớnh toỏn s chỏy ca nhiờn liu c thc hin theo phng phỏp lp
bng. Trong bng ny, ta tớnh cho 100kg nhiờn liu. Ton b kt qu tớnh toỏn
c trỡnh by trong bng I.2.

3


§å ¸n tèt nghiÖp

BẢNG I.2. TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA DẦU FO
Tính cho 100kg

3


3

L0 = 10,205 [m tc/kg]

V0 = 10,794 [m tc/kg]

Ln = 12,246 [m3tc/kg]

Vn = 12,838 [m3tc/kg]

4

7,148
4,930
0,067
7,148

4,997

7,148

4,997

1,913

12,472

8,719


3,338

48,189.22,4

Sản phẩm cháy tạo thành
H2O
SO2
O2
N2
Tổng cộng
[kmol] [kmol] [kmol] [kmol] [kmol] [kmol]
7,148+4,997+36,044

CO2
[kmol]

35,991+0,053

45,558.22,4

9,567+35,991

9,567+35,991

Các chất tham gia sự cháy
Nhiên liệu
Không khí
Khối
PT
Số

O2
N2
Tổng cộng
Chất
[%]
[kmol]
[m3tc]
lượng
lượng
[kmol]
[kmol]
[kmol]
Cd
85,78 85,780
12
7,148 7,148
d
H
9,86 9,860
2
4,930 2,465
d
O
1,48 1,480
32
0,046 -0,046
d
N
1,48 1,480
28

0,053
Wd
1,2
1,200
18
0,067
d
A
0,2
0,200
n=1
100
100
9,567 35,991 45,558 1020,499
= 100.L0
n=1,2
11,480 43,189 54,970 1224,599
=100.Ln
Thành phần [%]
21
79
100

36,044 48,189 1079,434
=100.V0
43,253 57,311 1283,766
=100.Vn
75,471
100



§å ¸n tèt nghiÖp
II5. B¶ng c©n b»ng khèi lîng.
Từ những kết quả đã tính toán trong bảng I.2 ta lập bảng cân bằng khối lượng.
BẢNG I.3 BẢNG CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG
Chất tham gia sự cháy

Không khí
Nhiên liệu

Chất

Tính toán

Dầu FO
O2

Giá trị
[kg]

100
11,480.32

367,36

N2
43,189.28 1209,292
ΣA = 1676,652 [kg]
Đánh giá sai số:
δ% =


Sản phẩm cháy tạo thành
Giá trị
Chất
Tính toán
[kg]
CO2
7,148.44 314,512
H2O
4,997.18
89,946
N2
43,253.28 1211,084
O2
1,913.32
61,216
SO2
Σ SPC

1676,758

Ad

0,2
ΣB = 1676,758[kg]

ΣB − Σ A
1676,758 − 1676,652
.100% =
.100% = 0,00036 [%]

ΣB
1676,758

Nhận xét: Với sai số õ% : 0,OO036 [%] chứng tỏ các số liệu tính toán
trong bảng I.3 là đáng tin cậy.
II.6. TÝnh khèi lîng riªng cña s¶n phÈm ch¸y: ρ 0 [kg/m3tc]
ρ0 =

ΣSPC
1676,758
=
= 1,306 [kg/m3tc]
100Vn 100.12,838

Trong đó: Vn = 12,838 [m3/kg]

(xem bảng I.2)

II.7. TÝnh nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu.
1. Nhiệt độ cháy lý thuyết: tlt [0C]
Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi giả
thiết rằng nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung toàn bộ
cho sản phẩm cháy (không có tổn thất nhiệt).
t lt =

i Σ − i1
. ( t 2 − t1 ) + t 1 [0C]
i 2 − i1

Trong đó:

5

[1]


§å ¸n tèt nghiÖp
tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu. [0C]
i1, i2: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2. [kJ/m3tc]
iΣ: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ tlt. [kJ/m3tc]
Với:
iΣ =

Q t + C nl .t nl +i kk .L n .f
Vn

[1]

f: Tỉ 1ệ nung trước không khí; f = l (nung 100% không khí)
Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu FO; CFO = 2,176 [KJ/KgK]

[1]

tnl : Nhiệt độ nung trước của dầu FO; TFO = 110 [0C]
ikk: Entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk.
với tkk - 350 [0C] có ikk = 463,5 [kJ/m3tc ]
Vn = 12,838 [m3tc/kg] ; Ln = 12,246 [m3tc/kg]
iΣ =

(Bảng 15 [1])
(Bảng I.2)


39044 + 2,176.110 + 463,5.12,246
= 3502,055
12,838

[kJ/m3tc]

Giả thiết: t1 < tlt < t2 nên i1 < iΣ < i2
Chọn: t1 = 2100 [0C] ; t2 = 2200 [0C]
Để tính nhiệt hàm của sản phẩm cháy ứng với t 1 = 2100 [ 0 C] và
t 2 = 2200 [0C] ta phải tính nhiệt hàm của các khí thần ứng với hai nhiệt độ
này. Theo bảng 16 [1] ta có nhiệt hàm của các khí thành phần ứng với t1 và t2 là:
BẢNG I.4. NHIỆT HÀM CỦA CÁC KHÍ THÀNH PHẦN
Khí
CO2
N2
O2
H2 O
SO2
• Tính il và i2:

Nhiệt hàm i [kJ/m3tc]
t1 = 2100 [0C]
t1 = 2200 [0C]
5186,8
5464,2
3132
3295,4
3314,9
3487,8

4121,8
4358,8
4049,9
4049,9

Với các giá trị nhiệt hàm vừa tìm được ta có:
il = i2100 = 0,01. (%CO2.iC02 + %H2O.iH2O + %N2iN2 + %O2iO2 + %SO2.iS02) [l]
il = 0,01.(12,472.5186,8 + 8,719.4121 + 75,471.3132 + 3,338.3314,9 + 0.4049,9)
il = 3480,61 [kJ/m3tc]
i1 = 3480,61 [kJ/m3tc]
6


§å ¸n tèt nghiÖp

i2=i2200=0,01.(%CO2.iCO2 + %H2O. iH2O + %N2.iN2 + %O2.iO2 + %SO2.iSO2) [1]
i2 = 0,01.(12,472.5464,2+8,719.4358,8+75,471.3295,8+3,338.3478,4+0.4049,9)
i2 = 3665,02 [kJ/m3tc]
i2 = 3665,02 [kJ/m3tc]
Như vậy: i1 < i∑ < i2 thỏa mãn giả thiết đã cho.
• Tính tlt:
t lt =

i Σ − i1
x ( t 2 − t 1 ) + t 1  0 C 
i 2 − i1

t lt =

3502,055 − 3480,61

x ( 2200 − 2100 ) + 2100 = 2111,6  0 C 
3665,02 − 3480,61

2. Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu: tlt [0C].
Trong thực tế, nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy nhiệt ngoài việc làm tăng
nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trường xung quanh. Vì vậy nhiệt
độ cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết vừa tính được.
ttt = ηtt
Trong đó:

η: Hệ số phụ nhiệt độ, η phụ thuộc vào loại lò. ở đây lò là nung

liên tục; η = 0,7

(bảng 14 [1])

ttt : Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu [0C]
ttt = 1478 [0C]
II.8. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n.
BẢNG I.5. CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
L0

Ln

V0

Vn

[m3tc/kg] [m3tc/kg] [m3tc/kg] [m3tc/kg]
10,205

12,246
10,794
12,838

ρ0

Nhiệt độ [0C]
tlt
ttt
2111,6 1478

1,306

Sản phẩm cháy [%]
CO2
H2O
O2
N2
12,47 8,719 3,338 75,471
2

7


§å ¸n tèt nghiÖp

Ch¬ng II
Chän chÕ ®é nung vµ
tÝnh thêi gian nung
kim lo¹i


8


Đồ án tốt nghiệp

Chơng II
Chọn chế độ nung và tính thời gian nung
kim loại
I. Các số liệu ban đầu

1. Nng sut lũ: P = 24 [tn/h]
2. Kớch thc phụi nung: 120 x 120 x 3000 [mm]
3. Nhit ra lũ ca vt nung: tkl = 1200 [oc]
4. Thnh phn thộp nung:
Nguyờn t
Giỏ tr [%]

Thnh phn thộp
C
Mn
Si
0,18 0,25
0,08

II. Phơng pháp nung và chọn giản đồ nhiệt độ nung.

Phụi c nung mt mt v c xp mt hng.
m
t

Phụi vo lũ cú nhit : t d = t d = 20 [0C].

Gin nhit nung: Chn ch nung ba vựng: sy - nung - ng nhit.
Gin nung c trỡnh by hỡnh II. l

t 2k = 1350 0 C

9

t 3k = 1350 0 C


§å ¸n tèt nghiÖp
II.1.Giai ®o¹n sÊy.
• Ở vùng sấy để tránh ứng suất nhiệt, người ta phải nung phôi với tốc độ nung
nhỏ.
• Nhiệt độ lò ở đầu giai đoạn sấy: tlk = 700 [0C]
• Nhiệt độ lò ở cuối giai đoạn sấy: t2k = 1300 [0C]
• Nhiệt độ bề mặt và tâm phôi khi vào lò: tlt = tlm = 20 [0C]
• Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn sấy: t2m = 600 [0C]
II.2. Giai ®o¹n nung.
• Ở vùng nung, phôi được nung tới nhiệt độ yêu cầu.
• Nhiệt độ lò: t2k = t3k = 1300 [0C]
• Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung: t3m = 1200 [0C]
II.3. Giai ®o¹n ®ång nhiÖt.
• Tại vùng đồng nhiệt, nhiệt độ bề mặt phôi không tăng, nhiệt độ tâm phôi
tăng dần tới khi: ∆t = t m4 − t 4t < [∆tcho phép]
• Nhiệt độ lò ở đầu giai đoạn đồng nhiệt: t3k = 1300 [0C]
• Nhiệt độ lò ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: t4k = 1250 [0C]
• Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: t4m = 1200 [0C]

• Nhiệt độ tâm phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: t4t [0C]
t t4 = t m4 −  ∆t cho phÐp  [0C]
[∆tcho phép]: Là độ chênh nhiệt độ cho phép giữa mặt và tâm phôi trước
khi ra lò.
[∆tcho phép] = Sl [∆t/1dm]
St: Chiều dày thấm nhiệt. [m]
St = S. µ [m]

[1]

Trong đó:
St: Chiều dày phôi: St = 0,12 [m]

10


Đồ án tốt nghiệp
à: H s khụng i xng (nung phụi mt mt): à = 1
[t/1dm] = [150C/1dm]

[1]

St = 0,12. l = 0,12 [m]
[tcho phộp] = 0,12. 10. 15 = 18 [0C]
Nhit ca tõm phụi nung cui giai on ng nhit
t t4 = t m4 - 18 = 1200 - 18 = 1182 [0C]
III. Tính thời gian nung.

II.1. Xác định các kích thớc cơ bản của nội hình lò.
1. Chiu rng ni hỡnh lũ: B [m]

B = n.l + (n - l).C + 2.b

[1]

Trong ú:
n: S dóy phụi nung: n = l
l: Chiu di phi nung: l = 3 [m]
b: Khong cỏch gia cỏc u phụi v tng lũ: b = 0,25 [m]
C: khong cỏch gia cỏc u phụi (xp mt hng nờn khụng cú C)
B = l.3 + (1 - 1).C + 2.0,25 = 3,5 [m]
2. Chiu cao ni hỡnh lũ vựng sy:
a. Chiu cao cú hiu vựng sy: Hsch [m]
H sch = t tbk = (A + 0,05.B). 10-3 [m]

[1]

Trong ú
t tbk : Nhit trung bỡnh ca sn phm chỏy trong vựng sy. [0C]
t tbk =

t 1k + t 2k 700 + 1300
= 1000 [0C]
=
2
2

A: H s thc nghim, khi t tbk = 1000 [0C] thỡ A = 0,6 theo bng 28 [1]
B: Chiu rng ca lũ; B = 3,5 [m]
Hstt = 1000.(0,6 +0, 05.3,5).10 3 = 0,775 [ m ]
Hsch = 0,775 [m]


11


§å ¸n tèt nghiÖp
b. Chiều cao thực tế của vùng sấy: Hstt [m]
Hstt = n.Hsch +S
Trong đó:
n: Số mặt được nung, ở dây nung một mặt; n = 1
S: Chiều dày phôi; S = 0,12 [m]
Hstt = 1.0,775 + 0,12 = 0,895 [m]
3. Chiều cao nội hình lò ở vùng nung:
n
a. Chiều cao có hiệu ở vùng nung: H ch
[m]
n
H ch
= (0,4 - 0,6).B [m]

[1]

B: Chiều rộng của lò; B = 3,5 [m]
Lò chỉ có một dãy phôi và chiều rộng của lò lớn (B = 3,5 m) nên chợn:
n
H ch
= 0,4.B
n
H ch
= 0,4.3,5 = 1,4 [m]
n

H ch
= 1,4 [m]

b. Chiều cao thực tế ở vùng nung: H ttn [m]
H ttn = n. H ttn + S

[1]

H ttn = 1.1,4 + 0,12 = 1,52 [m]
Trong đó:
n: Số mặt được nung, ở đây nung một mặt; n = 1
S: Chiều dày phôi: S = 0,12 [m]
4. Chiều cao nội hình lò ở vùng đồng nhiệt:
a. Chiêu cao có hiệu ở vùng đồng nhiệt: H dn
tt [m]
k
-3
H dn
ch = t tb . (A + 0,05 .B). 10

Trong đó:
t tbk : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng đồng nhiệt [0C]

12

[1]


§å ¸n tèt nghiÖp
t 3k + t 4k 1300 + 1250

t =
=
= 1275 [0C]
2
2
k
tb

A: Hệ số thực nghiệm, khi t = 1275 [0C] chọn A = 0,6 (Bảng 28 [1])
B: Chiều rộng của lò; B = 3,5 [m].
-3
H dn
ch = 1275.(0,6 + 0,05.3,5). 10 = 0,988 [m]

H dn
ch = 0,988 [m]
b. Chiều cao thực tế ở vùng đồng nhiệt: H dn
tt [m]
k
dn
H dn
tt = t tb H ch + S [m]

[1]

H dn
tt = 0,988 + 0,12 = 1,108 [m]
H dn
tt = 1,108 [m]
III.2. TÝnh thêi gian nung kim lo¹i.

III.2.l. TÝnh thêi gian sÊy.
1. Nhiệt độ trung bình của bề mặt vật nung trong vùng sấy: t mtb [0C]
2
t mtb = t lm + . t 2m − t lm
3

(

)

[0C]

2
t mtb = 20 + .(600 − 20) = 407 [0C]
3
2. Xác định độ đen của sỏn phẩm cháy trong vùng sấy: εk
ε k = ε CO2 + β.ε H2 O

[1]

Độ đen của khí phụ thuợc vào áp suất riêng phần của chất khí bức xạ,
nhiệt độ khí và chiều dày bức xạ có hiệu qủa của sản phẩm cháy.
εCO2 = f(PCO2 , t k ,S hq );

ε H2 O = f(PH2 O , t k ,S hq )

a. Áp suất riêng phần.
Áp suất riêng phần của các khí thành phần tỷ lệ với thành phần thể tích
các chất khí.
%CO2 = 12,472% ⇒ PCO2 = 0,12472 [bar]

%H2O = 8,719% ⇒ PH2 O = 0,08719 [bar]

13

(xem bảng I.2)


§å ¸n tèt nghiÖp
b. Chiều dày bức xạ có hiệu qủa của sản phẩm cháy trong vùng sấy
S hq

2.H sch .B
= η.
B +H sch

S hq = 0,9.

[1]

2.,775.3,5
= 1,142 [m]
3,5 + 0,775

c. Tích số M.
M CO2 = Shq . PCO2 [bar.m]

[1]

M CO2 = 1,142. 0,1247 = 0,1424 [bar.m]
M H2 O = S hq .PH2 O [bar.m]

M H2 O = 1,142. 0,08712 = 0,1 [bar.m]
Từ t tbk = 1000 [0C] và M CO2 = 0,1424 [bar.m], M H2 O = 0,l [bar.m] tra được:
εCO2 = 0,12; ε H2 O = 0,107; β = 1,05

(Đồ thị: 24; 25; 26; [1])

Vậy độ đen của sản phẩm cháy là: εk
εk = εCO2 + β.ε H2 O
εk = 0,12 + 1,05. 0,107 = 0,232
2

4

ε k = 0,232

3. Tính hệ số bức xạ quy dẫn: Cqd [W/m K ]
• Độ đen của sản phẩm cháy: εk = 0,232
ε Độ đen của kim loại: εkl = 0,8
a. Độ phát triển của tường lò: ω
2H sch +B 2.0,775 + 3,5
= 1,683
ω=
=
n.l
1.3
Trong đó:
l: Chiều dài phôi thép; l = 3 [m]
B: Chiều rộng của lò; B = 3,5 [m]
Hsch : Chiều cao có hiệu ở vùng sấy; Hsch = 0,775 [m]
n: Số hàng phôi nung; n = 1.


14

[1]


§å ¸n tèt nghiÖp
b. Hệ số bức xạ quy dẫn Cqd [W/m2K4]
C qd = 5,67.ε kl .

1 − ε k +ω

1 − εk
[W/m2K4)
.[ ε kl + ε k .(1 − ε kl )] + ω
εk

C qd = 5,67.0,8.

[1]

1 − 0,232 + 1,683
2 4
1 − 0,232
.[ 0,8 + 0,232.(1 − 0,8)] + 1, 683 = 2,48 [W/m K )
0, 232

Cqh = 2,48 [W/m2K4)
4. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng: αΣ [W/m2K].
b. Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ: αΣ [W/m2K]..

 Tk 4  Tkl 4 
C qd 
÷ −
÷
 100   100  
α bx =
t k − t kl

[5]

Trong đó:
tk: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy ở vùng sấy
tk = t tbk = 1000 [0C] ; Tk = tk + 273 = 1000 + 273 = 1273 [K]
tkl: Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi ở vùng sấy.
tkl = t mtb = 407 [0C]

; Tkl = tkl + 273 = 407 + 273 = 680 [K]

 1273 4  680  4 
2, 48. 
÷ −  100 ÷  = 100,89 [W/m2K]
100

 
 

α bx =
1000 − 407
b. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu: adl [W/m2K]


α bx = 100,89 [W/m2K)

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy là: t tb =1000[0C]
nên ngoài sự tràn đổi nhiệt bằng bức xạ vẫn có sự trao đổi nhiệt đối lưu, ta coi
sự trao đổi nhiệt đối lưu chiếm 10% so với bức xạ.
αđl = 0,l. αbx = 0,l. 100,89 = 10,089 [W/m2K]
c. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng: αΣ [W/m2K]
αΣ = αđl + αbx = 1,1. αbx = 1,1. 100,88 = 110,98 [W/m2K]

15


§å ¸n tèt nghiÖp
α Σ = 100,89 [W/m2K)
5. Tính nhiệt độ tâm của phôi nung ở cuối giai đoạn sấy.
a. Hệ số dẫn nhiệt (tính sơ bộ):
Hệ số dẫn nhiệt λ đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt bên trong kim
loại. Hệ số này phụ thuộc vào thành phần và trạng thái nhiệt độ của kim loại.
• Hệ số dẫn nhiệt của thép ở 0 [0C]
λ0 = 69,8 - 10,12.C - 16,75.Mn - 33,72.Si [W/mK]

[1]

Trong đó:
C, Mn, Si: Là thành phần khối lượng của các nguyên tố C, Mn, Si có
trong thép. Với C = 0,18 [%]; Si = 0,25 [%]; Mn = 0,08 [%]
λ0 = 69,8 - 10,12.0,18 - 16,75.0,25 - 33,72.0,08 = 61,09 [W/mK]
λ 0 = 61,09 [W/mK)
Hệ số dẫn nhiệt của thép phụ thuộc vào nhiệt độ được trình bày trong
bảng II. 1 và đổ thị hình II.2

BẢNG II.1. HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA THÉP Ở CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU
NhiÖt ®é[0C]

TÝnh to¸n

Gi¸ trÞ λ T [WW/mK]

200
400
600
800
1000
1200

0,95 . λ0
0,85 . λ0
0,75 . λ0
0,68 . λ0
0,68 . λ0
0,73 . λ0

58,04
51,93
45,82
41,54
41,54
44,60

16



Đồ án tốt nghiệp

Hình II.2. Sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào nhiệt độ

Hệ số dẫn nhiệt (tính sơ bộ).
1t + 1à + 2m
sb =
3

[W/mK]

[1]

sb =

20 + 20 + 600
[W/mK]
3

sb =

60,79 + 60,79 + 45,82
= 55,80 [W/mK]
3
sb = 55,80 [W/mK)

Tiêu chuẩn Bi (tính sơ đồ):
Tiêu chuẩn Bisb:
Bisb =


.S t 110,98.0,12
=
= 0,239
sb
55,80
Bisb = 0,239

c. Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: m
t tbk t 2m 1000 6000
m = k
=
= 0,408
1000 20
t tb t1m
Từ (Bisb và m ) tra đợc tiêu chuẩn Fo (sơ bộ): FOsb = 3,8

17

m = 0,408
[2]


Đồ án tốt nghiệp
Từ (Bisb và FOsb ) tra đợc tiêu chuẩn nhiệt độ tâm: t = 0,46

Vậy nhiệt của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy (tính sơ bộ):

(


)

t 2t = t tbk t . t tbk t dt = 1000 - 0,46 . (1000 - 20) = 549 [0C] .
t 2t = 449 [0C]
d. Hệ số dẫn nhiệt của thép (tính chính xác)
1t + 1m + 2t + 2m
[W/mK]
cx =
4

[1]

cx =

20 + 20 + 600 + 549
[W/mK]
4

cx =

60, 79 + 60,79 + 45,82 + 47,38
= 53,70 [W/mK]
4
cx = 53,70 [W/mK]

e. Tiêu chuẩn Bi (tính chính xác)
Bi cx =

.S t
cx


Bi cx =

110,98.0,12
= 0,248
53, 70

Từ Bicx và m tra đợc tiêu chuẩn Fo chính xác: FOcx = 3,6

[2]

Từ Bicx và FOcx tra đợc t = 0,45
t

Vậy nhiệt của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy: t 2 [0C]

(

)

t 2t = t tbk t . t tbk t dt [0C]

t 2t = 1000 - 0,45.(1000 - 20) = 559 [0C]
t 2t = 559 [0C]
f. Nhiệt độ trung bình của phôi ở cuối giai đoạn sấy
t tbkl = t 2t +

1 m t
t2 t2
3


(

)

1
t tbkl = 559 + .(600 559) = 573 [0C]
3
t tbkl = 573 [0C]
18


Đồ án tốt nghiệp
g. Hệ số dẫn nhiệt độ: a [m2/h]
Nhiệt dung riêng: Cp =

ic id
[kJ/kgK]
t ctb t dtb

Trong đó:
ic: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ t ctb (573 [0C])
iđ: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ ttbd (20 [0C])
Theo bảng 37 [1] ta có: i573 = 319,39 [kJ/kg] ; i20 = 7,18 [kJ/kg]
Nên:
Cp =

319,39 7,18
= 0,56 [kJ/kgK]
573 20


Vậy hệ số dẫn nhiệt độ:
a=

3,6. cx 3,6.53,70
=
= 0,044 [m2/h]
C p .
0,56.7800

h. Tính thời gian sấy: s [h]
FO .S 2l 3,6.0,122
s =
=
= 1,18
a
0, 044
s = 1,18 [h]

III.2.2. Tính thời gian nung: n [h]

1. Nhiệt độ trung bình của bề mặt vật nung ở vùng: t mtb [0C].
2
t mtb = t 2m + . t 3m t 2m
3

(

)


[0C]

[1]

2
t mtb = 600 + .(1200 600) = 1000 0 C
3
2. Xác định độ đen của sản phẩm cháy ở vùng nung: k
a. áp suất riêng phần của khí CO2 và hơi nớc H2O
PCO2 = 0,12472 [bar]; PH2 O = 0,08719 [bar] (xem bảng I.2)
b. Chiều dày bức xạ hiệu quả của sản phẩm cháy ở vùng nung
S hq

n
2.B.H ch
= .
n
B + H ch

19


Đồ án tốt nghiệp
Trong đó:
: Hệ số; = 0,9
B: Chiều rộng của lò: B = 3,5 [m]
n
n
H ch
: Chiều cáo có hiệu ở vùng nung; H ch

= 1,4 [m]

S hq = 0,9.

2.3,5.1, 4
= 1,764 [m]
3,6 + 1, 4

c. Tích số M
M CO2 = S hq .PCO2 [bar.m]
M CO2 = 1,764 . 0,1247 = 0,220 [bar.m]
M H2 O =S hq .PH2 O = 1,764.0,08719 = 0,154 [bar.m]
Từ t tbk = 1300 [0C] và M CO2 = 0,220 [bar.m], M H2 O = 0,154 [bar.m] tra đợc:
CO2 = 0,11 ; H2 O = 0,11 ; = 1,07 (đồ thị 24, 25, 26 [1])
Vậy độ đen của sản phẩm cháy là:
k = CO2 + . H2 O
k = 0,11 + 1,07 . 011 = 0,228
3. Tính hệ số bức xạ quy dẫn: Cqd [W/m K ]
2

4

Độ đen của sản phẩm cháy là: k = 0,228
Độ đen của kim loại:

kl = 0,8

a. Độ phát triển của tờng lò:
n
2H ch

+ B 2,14+ 3,5
=
=
= 2,1
n.l
1.3

Trong đó:
l: Chiều dài của phôi thép: l = 3 [m]
B: Chiều rộng của lò: B = 3,5 [m]
n
n
H ch
: Chiều cao có hiệu ở vùng nung: H ch
= 1,4 [m]

n: Số hàng vật nung: n = 1
b. Hệ số bức xạ quy dẫn: Cqd [W/m2K4]
20

k = 0,228


Đồ án tốt nghiệp
C qd = 5,67. kl .

1 k +

1 k
[W/m2K4]

. + k . ( 1 kl ) +
k kl

C qd = 5,67.0,8.

1 0,228 + 2,1
1 0,228
=2,80 [W/m2K4]
. 0,8 0,228. ( 1 0,8 ) + 2,1
0,228
Cqd = 2,80 [W/m2K4]

4. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng:
a. Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ: bx [W/m2K]
Tk 4 Tkl 4
C qd .
ữ 100 ữ
100


[W/m2K]


bx =
t k t kl
Trong đó:
tk : Nhiệt Độ trung bình của sản phẩm cháy ở vùng nung
tk = t tbk = 1300 [0C] ; Tk = tk + 273 = 1573 [K]
tkl : Nhiệt Đỏ trung bình của bề mặt phôi ở vùng nung
tkl = t mtb = 1000 [0C] ; Tkl = tkl+ 273 = 1273 [K]

Vậy:
1573 4 1273 4
2,78.
ữ 100 ữ = 326,31 [W/m2K]
100



bx =
1300 1000
b- Hệ số trao đổi nhiệt đối lu: đl [W/m2K]

bx = 326,31 [W/m2K]

Nhiệt độ của sản phẩm cháy trong vùng nung có giá trị cao nhất, nên sự
trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữ vai trò chủ yếu. Ngoài ra còn có trao đổi nhiệt
bằng đối lu, ta coi sự trao đổi nhiệt bằng đối lu chiếm 10 [%]
đl = 0,1. bx = 0,1.326,31 = 32,631 [W/m2K]
c. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng: [W/m2K]
= bx + đl = 1,1. bx = 1,1. 326,31 = 358,94 [W/m2K]
5. Tính nhiệt độ tâm của phôi nung ở cuối giai đoạn nung:
21


Đồ án tốt nghiệp
a. Tiêu chuẩn Bi (tính sơ bộ)
Hệ số dẫn nhiệt (tính sơ bộ):
sb =

2m + 2t + 1m

[/]
3

sb =

600 + 559 +1200
3

sb =

45,82 + 47, 07 + 44,60
= 45,83 [W/mK]
3

Tiêu chuẩn Bisb:
Bi cx =

.S t 358,94.0,12
=
= 0,94
sb
45,83

b. Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: m
t tbk t 3m 1300 1200
m = k
=
= 0,143
t tb t 2m 1300 600
Từ (Bisb và m ) tra đợc tiêu chuẩn Fo sơ bộ: FOsb = 2,4

Từ ( Bisb và FOsb ) tra đợc tiêu chuẩn nhiệt độ tâm: t = 0,2

Vậy nhiệt độ tâm phôi ở cuối giai đoạn nung (tính sơ bộ)

(

)

t 3t = t tbk t . t tbk t 2t = 1300 - 0,2.(1300 - 559) = 1152 [0C]

6. Tính thời gian nung: n [h]
a. Hệ số dẫn nhiệt (tính chính xác):
cx =

2m + 2t + 3t + 3m
4

cx =

600 + 559 + 1200 + 1152
[W/mK]
4

cx =

45,82 + 47, 07 + 44,60 + 43,87
= 45,34 [WW/mK]
4

[1]


b. Tiêu chuẩn Bi (tính chính xác):
Bi cx =

.S t 358,94.0,12
=
= 0,95
cx
45,34
22


Đồ án tốt nghiệp
t
Bicx Bisb do đó t 3 = 1152 [0C]

c. Nhiệt độ trung bình của phôi ở cuối vùng nung
1
t tbkl = t 3t + . t 3m t 3t
3
1
t tbkl = 1152 + . ( 1200 1152 ) = 1168 0 C
3

(

)

d. Hệ số dẫn nhiệt: a [m2/h].
Nhiệt dung riêng:

Cp =

i c i d 832,57 309,14
=
= 0,88 [kJ/kgK]
1168 573
t ctb t tbd

Trong đó:
ic: Entanpy của kim 1oại ứng với nhiệt độ; t ctb = t tbkl = 1168 [0C]
iđ: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ; t dtb = 573 [0C]
Vậy hệ số dẫn nhiệt độ:
a=

3,6. cx 3,6.45,34
=
= 0, 024 [m2/h]
C p .
0,88.7800

e. Tính thời gian nung: n [h]
FO .S 2t 2, 4.0,122
n =
=
= 1,44 [h]
a
0, 024
n = 1,44 [h]
III.2.3. Tính thời gian đồng nhiệt: n [h]
1. Mức độ đồng nhiệt

t c t 4m t 4t
=
=
t d t 3m t 3t
Trong đó:
t 3m : Nhiệt độ bề mặt phôi ở đầu vùng đồng nhiệt: t 3m = 1200 [0C]
t m4 : Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối vùng đồng nhiệt: t m4 =1200 [0C]

23


Đồ án tốt nghiệp
t 3t : Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt: t 3t = 1168 [0C]
t t4 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt: t t4 = 1182 [0C]
=

1200 1182
= 0,56
1200 1168

Từ = 0,56 xác định đợc tiêu chuẩn Fo = 0,3 (theo giản đồ hình 33 [1])
2. Tính thời gian đồng nhiệt: đn [h]
a. Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở vùng đồng nhiệt: t tbkl [0C]
t ctb + t tbd 0
[ C]
t =
2
kl
tb


Trong đó:
t dtb : Nhiệt độ trung bình của phôi thép đầu vùng nung đồng nhiệt:
t dtb = 1168 [0C]
t ctb : Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở cuối vùng nung đồng nhiệt.
1
t ctb = t 4t + . t 4m t14
3

(

)

0 C

1
t ctb = 1182 + .(1200 1182) = 1188 0 C
3
t dtb + t tbc 1168 + 1188
t =
=
= 1178 0 C
2
2
kl
tb

b. Hệ số dẫn nhiệt trung bình
3m + 3t + 4m + 4t
[W/mk]
tb =

4
tb =

1200 + 1168 + 1200 + 1182
[W/mK]
4

tb =

44,60 + 44,11 + 44,60 + 44,32
= 44, 41 [W/mK]
4

c. Hệ số dẫn nhiệt độ: a [m2/h]
Nhiệt dung riêng trung bình của phôi ở vùng đồng nhiệt.

24


Đồ án tốt nghiệp
Cp =

i1178 830,69
=
= 0,705 [kJ/kgK]
1178
t tbkl

Trong đó:
t tbkl = 1178 [0C]

i1178 = 830,69 [kJ/kg]

[1]

Hệ số dẫn nhiệt độ của phôi ở vùng đồng nhiệt:
a=

3,6. tb
3,6.44, 41
=
= 0, 029 [m2/h]
C p .
0, 705.7800

d. Tính thời gian đồng nhiệt: đn [h]
Fo.S 2t 0,3.0,122
đn =
=
= 0,15 [h]
a
0, 029
đn = 0,15 [h]
III.2.4. Tổng thời gian nung phôi: [h]
Tổng thời gian nung phôi trong 1ò:
= s + n + đn
= 1,18 + 1,44 + 0,15 = 2,77 [h]
= 2,77 [h]
III.3. Xác định chiều dài lò.

1. Chiều dài vùng sấy: Ls [m]

a. Chiều dài hữu ích của vùng sấy
Lhs =

b.P.s
[m]
n.g

Trong đó:
b: Chiều rộng của phôi: b = 0,12 [m]
P: Năng suất của lò: P = 24 [tấn/h] = 24000 [kg/h]
n: Số dãy phôi: n =1
g: Khối lợng của một phôi: g = V. = a.b.l.
g = 0,12.0,12.3.7800 = 336,96 [kg/1 phôi]

25