CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ TỦ SẤY BẰNG NHIỆT ĐIỆN TRỞ. Trong đời sống và sản xuất, yêu cầu về sử dụng nhiệt năng rất lớn. Trong các ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt năng dùng để nung, sấy nhiệt luyện nấu chảy các chất,. là một yêu cầu không thể thiếu.
Nguồn năng lượng nhiệt này được chuyển từ điện năng qua các lò điện là rất phổ biến thuận lợi. Từ điện năng có thể thu được nhiệt năng bằng nhiều cách. Nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ phóng điện (lò hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt của dòng xoáy Foucault thông qua hiện tựơng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng),.1: Nhiệt điện trở 1. Khái niệm Nhiệt điện trở là thiết bị trực tiếp tạo ra nhiệt khi được cấp điện vào 2 đầu của thanh nhiệt.
Bản chất của điện trở chính là cản trở dòng điện, tuy nhiên vật liệu sử dụng vẫn là một dạng kim loại có trị số điện trở nhất định, khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh nhiệt. Đặc điểm Hầu hết các kim loại đều dẫn điện, tuy nhiên mức độ dẫn điện sẽ khác nhau do tính chất cản trở dòng điện của kim loại là khác nhau. Kim loại dẫn điện tốt như nhôm, đồng, thiếc, vàng, các kim loại khác dẫn điện kém hơn, những vật liệu không dẫn điện tức là cản trở hoàn toàn dòng điện đi qua. Nhiệt điện trở là vật liệu có điện trở suất nhất định, có mức sinh nhiệt cao, có khả năng chịu nhiệt cao và có khả năng chống cháy vật liệu tốt, thông thường hiện nay người ta sử dụng hợp kim 20% crom và 80% niken.
Với mỗi loại điện trở khác nhau sẽ có mức điện trở suất khác nhau, khi đó tổng điện trở của một hay nhiều đoạn điện trở sẽ được tính theo công thức R=ᴩ. Trong đó : R là tổng trở của đoạn, ᴩ là điện trở suất, L là chiều dài, S là tiết diện dây điện trở. Các yêu cầu đối với vật liệu làm dây đốt. Trong lò sấy điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule.
Dây đốt cần phải được làm từ các vật liệu thoả mãn các yêu cầu sau: - Khả năng chịu nhiệt tốt: không bị ôxi hoá trong môi trường không khí ở nhiệt độ cao. - Bền nhiệt cao, bền cơ học tốt, dây điện trở không được biến dạng, chúng có thể tự bền vững dưới tác dụng của bản thân dây điện trở. - Điện trở suất lớn: tạo cho dây điện trở có cấu trúc nhẹ khi cùng đáp ứng một công suất theo yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lò. - Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (, ): nghĩa là nhiệt độ càng cao thì điện rở càng lớn.
- Kích thước hình học phải ổn định: ít thay đổi hình dáng ở nhiệt độ làm việc. - Các tính chất điện phải cố định. - Dễ gia công: kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim loại cần ép khuôn được. Vật liệu làm dây đốt.
Để thoả mãn được các yêu cầu trên, trong thực tế rất khó có vật liệu đáp ứng được. Nhưng người ta đã chọn một số vật liệu đáp ứng được tốt các yêu cầu chính để chế tạo dây điện trở. Các vật liệu đó là của hợp kim Niken và Crôm, thường gọi là “Micrôm”. Hợp kim của Crôm và nhôm cacbonrun [Sie].
Trong những lò nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn thì có thể dùng thép xây dựng làm điện trở. Vật liệu hợp kim. a, hợp kim microm: Hợp kim micrôm có độ bền nhiệt tốt vì có lớp màng ôxit crôm (Cr 2O3), bảo vệ rất chặt, chịu sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lò có chế độ làm việc gián đoạn. Hợp kim micrôm có cơ tính tốt ở nhiệt độ thường cũng như nhiệt độ cao, dẻo, dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, không có hiện tượng già hoá.
5 Micrôm là vật liệu đắt tiền, nên người ta có khuynh hướng tìm các vật liệu khác thay thế. b, hợp kim sắt-crôm-nhôm: Hợp kim này chịu được nhiệt độ cao, thoả mãn yêu cầu các tính chất điện, nhưng có nhược điểm là giòn, khó gia công, kém bền cơ học ở nhiệt độ cao. Vì thế cần thiết chú ý tránh các tác động tải trọng của chính dây điện trở. Một nhược điểm nữa là hợp kim sắt- crôm- nhôm ở nhiệt độ cao dễ bị các ôxit sắt, ôxit SiO2 tác động hoá học, phá hoại lớp màng bảo vệ của các ôxít Al2O3 và Cr2 O3.
Vì vậy, tường lò, nơi tiếp xúc với hợp kim này phải là vật liệu chứa nhiều Alumin (Al2O3 70%; Fe2O3 1%). Vật liệu phi kim loại: a, Vật liệu cacbonrun [SiC]: Trong số các vật liệu phi kim loại được sử dụng làm dây đốt, là vật liệu cacbonrun. Các thanh cacbonrun chỉ khác nhau về cấu trúc cũng như phương pháp chế tạo. Cacbonrun chịu được nhiệt độ 1350 14500C nên có thể đảm bảo lò đạt tới nhiệt độ 135014000C.
Điện trở suất của cacbonrun lớn hơn nhiều so với kim loại, chúng đạt tới 8001900 Ωmm2/m. Vì vậy, các thanh cacbonrun thường có tiết diện lớn. Các thanh cacbonrun giòn, tăng nhiệt độ khi nung, nên phải sấy và nâng nhiệt độ từ từ. Điện trở của cacbonrun giảm khi nhiệt độ tăng.
Khi làm việc, thanh nung cacbonrun bị già hoá (điện trở tăng lên khi tăng thời gian sử dụng). Sau 6080 giờ làm việc đầu tiên, điện trở tăng 20%, sau đó tăng chậm hơn. Vì điện trở tăng dần do bị già hoá, vậy muốn đảm bảo công suất cần phải tăng điện áp cấp vào lò (P=U2/R). Lò làm việc với thanh nung cacbonrun thường có máy biến áp nhiều nấc để điều chỉnh điện áp thứ cấp.
Thời gian làm việc của thanh nung cacbonrun là 10002000h khi nhiệt độ lò là 14000C. Nếu nhiệt độ lò cao hơn 14000C thì thời gian làm việc giảm xuống. Nếu nhiệt độ lò là 120013000C thì thời gian làm việc tăng 23 lần so với 14000C. Do các thanh nung bị già hoá khác nhau, ta không nên đấu nối tiếp các thanh nung cacbonrun lại với nhau.
Các thanh nung cacbonrun thường có dạng ống. Tiết diện 6 hai đầu lớn hơn tiết diện thân 68 lần để hạn chế sự toả nhiệt ở hai đầu. b, Than và grafit. Than và grafit được dùng để chế tạo dây đốt dưới dạng thanh, ống, tấm hoặc nồi.
Ta trộn thêm một lượng nhỏ famôt vào grafit để tăng độ bền, nhưng lại giảm nhiệt độ làm việc, tăng điện trở suất. Khi nung than và grafit dễ bị ôxi hoá trong không khí, nên thường được dùng trong các lò khí bảo vệ hoặc tính toán thời gian làm việc ngắn. Cripton là hỗn hợp của grafit, cacbon và đất sét. Chúng được tạo hạt có đường kính 23 (mm).
ở dạng hạt, xuất hiện điện trở tiếp xúc giữa các hạt nên điện trở suất của cripton lớn hơn điện trở suất của than hoặc grafit. Điện trở suất của cripton phụ thuộc nhiều vào độ nén chặt. Trong các lò thí nghiệm, nhiệt độ lò đạt tới 1800 0C, cripton bị cháy dần khi làm việc, nhưng rẻ tiền và cấu tạo của lò đơn giản. Cấu tạo dây đốt điện trở.
Với phương pháp nung nóng bằng điện trở, phân dây đốt làm hai loại là: dây đốt hở và dây đốt kín. Dây đốt hở Đây là dây đốt không bọc bảo vệ. Ưu điểm của loại này: - Toả nhiệt dễ. - Dễ bố trí.
- Giá thành rẻ. - Dễ sửa chữa. Nhược điểm: - Chóng hỏng, bị ăn mòn. - Tính an toàn kém.
7 Trong một số trường hợp có ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm. - Dây đốt hở thường được quấn theo kiểu lò xo (hình 1) hoặc kiểu dích dắc (hình 2). Hình 1: Dây tiết diện tròn quấn kiểu lò xo. Hình 2: Dây đốt bố trí kiểu dích dắc.
Dây đốt kín: Có vỏ bọc bằng thép quanh phần tử nung nóng. A, Ưu điểm: - Ít bị ôxi hoá, hư hỏng, thời gian sử dụng lâu. - Trong một số trường hợp làm tăng chất lượng sản phẩm. - Tăng hiệu suất.
8 B, Nhược điểm: - Truyền nhiệt kém hơn dây đốt hở. - Tạo nhiệt độ không cao. - Khi hư hỏng không sửa chữa được. - Bố trí khó.
- Giá thành đắt.Lớp ngăn cách 3.Phần tử nung nóng 4.Ecu Hình 3: Cấu tạo của dây đốt kín hình chữ U. Khái niệm chung về lò điện trở: Lò sấy điện (hay lò sấy điện trở) là một trong những loại máy móc ứng dụng nguyên lý điện trở để thực hiện một chức năng nào đó, ở đây là sấy khô sản phẩm. Ngoài các loại lò dạng thủ công hoặc lò sấy điện mini tự thiết kế tại nhà – thường dùng điện trở sấy 100w, hiện nay có rất nhiều kiểu lò sấy dùng điện được thực hiện và hoạt động dựa trên những quy trình và kỹ thuật khá tiên tiến. Các dạng lò sấy điện tự động có thể vận hành một cách trơn tru mà không cần quá nhiều 9 thao tác điều khiển của con người, và công suất có thể nói là vượt trội hơn nhiều so với các lò sấy bằng điện thủ công tự làm tại nhà.
Xét về mặt tiết kiệm chi phí, ứng dụng dây điện trở đốt nóng dùng trong lò sấy công nghiệp có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các nguyên liệu, nhiên liệu đốt nóng để gia nhiệt cho lò sấy khác như than đá, củi hay dầu DO… Lò điện trở dựa trên nguyên lý khi dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R (vật rắn hoặc chất lỏng), nó sẽ tỏa nhiệt lượng trong vật theo định luật Joule - Lence. Năng lượng nhiệt này sẽ đốt nóng bản thân vật dẫn hoặc gián tiếp đốt nóng các vật nung xếp gần đó. Phân loại lò điện trở Lò điện trở được chia thành hai nhóm : gồm lò điện trở tác dụng trực tiếp và lò điện trở tác dụng gián tiếp. Lò điện trở tác dụng trực tiếp.
Lò là điện trở mà vật nung được nung nóng trực tiếp bằng dòng điện chạy qua nó. Đặc điểm của loại lò này là tốc độ nung nhanh, cấu trúc lò đơn giản, nhiều khi không cần tường buồng lò. Để đảm bảo nung đều thì vật nung phải có tiết diện như nhau theo suốt chiều dài vật. Lò điện trở tác dụng gián tiếp.
Lò điện trở tác dụng gián tiếp là lò điện trở mà nhiệt được tỏa ra ở dây điện trở, rồi dây điện trở sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt. Các lò điện trở thường có nhiệt độ đạt tới 1200oC ( khi dây điện trở bằng kim loại ) 1350oC ( khi dùng thanh nung cacborun ). Lò điện trở được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, cũng như trong dân dụng.