Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài. -Trong thời buổi công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vấn đề nghiên cứu sản xuất tạo ra những vật liệu mới ngày càng quan trọng và thiết thực, để tạo ra chúng nhất thiết phải cần đến một nhiệt độ cao và ổn định, đồng thời phải tiết kiệm, thân thiện với môi trường và an toàn tiện lợi cho người sử dụng.
Lò nung điện trở là một trong số những công cụ đáp ứng được những yêu cầu đó. -Một ví dụ trong vấn đề nhiệt luyện: +Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí. +Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí.
Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu. +Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia. +Để nhiệt luyện được, ta cần nguồn nhiệt cao và ổn định trong khoảng 7000c - 1000 0c.
Ngày nay các lò công nghiệp dần thay thế những lò đốt bằng than nhưng vẫn còn có nhiều nhược điểm. Chính vì thế lò nung điện trở do nhóm CKT – SPKT nghiên cứu và chế tạo có những ưu điểm vượt trội so với những sản phẩm trong nước trên thị trường. +Đặc biệt với nhiệt độ nung lên tới 1100 o c đây là mức nhiệt mà rất hiếm trong các đề tài được thực hiện trước đó. Ngoài nhiệt luyện ra, với mức nhiệt cao như thế, lò nung điện trở còn ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực sản xuất, thí nghiệm và đời sống.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chính như: thời gian nung, nhiệt độ nung để xác định công suất lò. 1 - Đưa ra các phương pháp, các đề xuất nhằm cải thiện cũng như nâng cao các đặc tính, ứng dụng của lò nung điện trở.2 Ý nghĩa thực tiễn - Sản phẩm hoàn thiện được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong sản xuất, nghiên cứu và đời sống. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Tạo ra sản phẩm với nhiều ưu điểm vượt trội về chất lượng và giá cả so với các sản phẩm lò nung trên thị trường. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu là các đặc trưng, thông số lò điện trở, các tính chất vật lí của nhôm để từ đó chế tạo lò điện trở.
Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu tổng thể về lò điện trở. Nghiên cứu về nung nóng kim loại và nóng chảy kim loại. Tìm hiểu về các vật liệu chịu nhiệt, vật liệu cách nhiệt.
Tìm hiểu hệ thống đo và khống chế nhiệt. Phương pháp nghiên cứu. Cơ sở phương pháp luận. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nung nóng và nóng chảy kim loại, nghiên cứu về các tính chất của vật liệu cấu tạo nên lò.
Các phương pháp nghiên cứu cụ thể. - Nghiên cứu lý thuyết về nhôm và lò điện trở. - Phương pháp so sánh nhằm chọn được loại lò tối ưu. - Phương pháp thực nghiệm khảo sát, dựa trên các đặc điểm và nguyên lý hoạt động của các lò điện trở nhằm xác định các thông số cần thiết.
- Phương pháp tính toán, xác định các thông số cơ bản của lò. Các nghiên cứu liên quan. Các nghiên cứu ngoài nước. - Lò công nghiệp được ứng dụng rông rãi trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp luyện kim, công nghiệp dầu đốt lò, công nghiệp khí đốt sản xuất, và nhiều ngành công nghiệp thực phẩm khác.
-Việc tạo ra và phát triển các lò công nghiệp cho sự tiến bộ của con người đóng một vai trò vô cùng quan trọng và nó cũng được phát triển rất sớm để đáp ứng sự phát triển của ngành công nghiệp. - Ở Trung Quốc, vào triều đại nhà Thương lò nấu đồng với nhiệt độ lò đạt 1200°C đã được chế tạo. 2 - Sau năm 1864 người Pháp Martin đã xây dựng một hệ thống sưởi nhiên liệu khí đầu tiên để sản xuất thép. Ông đã sử dụng các bộ tái tạo với nhiệt độ cao làm nóng trước không khí và khí đốt, thép cần thiết để đảm bảo nhiệt độ trên 1600°C.
- Năm 1900, cung cấp năng lượng dồi dào dần bắt đầu sử dụng nhiều trong lò hồ quang điện, và lò cảm ứng. Các nghiên cứu trong nước. -Các lò nung bằng nhiên liệu như lò nung bằng đốt than, lò nung bằng dầu cũng được sử dụng nhiều trong việc nấu chảy kim loại. Mặc dù các lò này được chế tạo đơn giản, kinh phí đầu tư thấp tuy nhiên đạt hiêu suất không cao, quá trình nấu mất nhiều thời gian, kim loại nung có nhiệt độ không đồng đều, không kiểm soát được nhiệt độ nung và đặc biệt là lượng khí thải ra gây ô nhiễm môi trường.
Để khắc phục nhược điểm không kiểm soát được nhiệt độ nung, bằng phương án, thay thế lò nung đốt bằng than bằng lò điện trở. Nhiệt độ được cài đặt và có hệ thống điều chỉnh nhiệt tự động. Đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo lò nung gốm sứ tiết kiệm năng lượng sử dụng khí hóa lỏng dung tích 18m3 của KS. Trần Lê Dũng đã làm rõ hơn hiệu quả mang lại của lò gas qua quá trình thử nghiệm, vận hành lò.
-Tuy nhiên ngành công nghiệp ngày càng phát triển, đòi hỏi năng suất lò cao hơn, sử dụng năng lƣợng sạch, thân thiện với môi trƣờng nên lò sử dụng nhiên liệu ít được sử dung hơn, thay vào đó lò điện được sử dụng rộng rãi hơn. Đề tài Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy bằng điện trở của sinh viên Đặng Thanh Hoàng trường ĐH Bách Khoa Hà Nội. Bằng việc sử dụng dây điện trở chịu được nhiệt độ cao, gạch cách nhiệt để giữ nhiệt cho lò, có hệ thống đo điều khống chế, điều khiển nhiệt (can nhiệt, công tắc tơ), sử dụng điện áp xoay chiều 3 pha, 6 thyristor để điều khiển mạch điện, mạch R,C được mắc song song, ngoài ra mắc trước van một cuôn dây song song nham bảo vệ van bán dẫn, hạn chế tốc độ tăng dòng. Nên lò điện trở này khắc phục được hầu hết các khuyết điểm của lò nung bằng nhiên liệu, hiệu quả, năng suất cũng cao hơn.
Tuy nhiên mặc hạn chế của loại lò này là trong quá trình hoạt động van cần phải được làm mát, van dễ bị hỏng do tốc độ tăng dòng,tăng áp quá lớn, sơ đồ mạch động lực phức tạp, chi phí cao, kích thước, trọng lượng lò lớn. Kết quả dự kiến đạt được. - Sản phầm lò nung điện trở có: - Công suất 1540 Kw - Có kiểu dáng mẫu mã công nghiệp - Đạt yêu cầu về an toàn. - Đây là loại lò nung điện trở có tác dụng toả nhiệt gián tiếp, có nghĩa là nhiệt năng toả ra ở dây đốt (dây điện trở), rồi dây đốt sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hay dẫn nhiệt.
- Lò nung điện trở này có nhiệt độ làm việc trung bình: nhiệt độ làm việc của lò từ 650 độ C đến 1. 3 - Đặc tính của lò điện trở này là lò làm việc gián đoạn. Khi làm việc, lò được cấp điện liên tục, qúa trình gia nhiệt, giữ nhiệt đều do chương trình cài đặt sẳn điều khiển. Còn khi ngắt nguồn đi thì quá trình nung kết thúc.
- Kết cấu của lò nung điện trở thuộc dạng lò buồng nên kín, giữ nhiệt độ lò ổn định, bảo đảm nung đều và năng suất cao. - Các chi tiết gia công phải đơn giản, chi phí thấp nhất nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật. - Chi tiết phải có hình dáng và tỷ lệ các cạnh phù hợp , dễ coi. Gia công lần cuối như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng với hình dáng bên ngoài lò.
Song cần tránh sự trang trí không cần thiết. -Sử dụng tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng đổi lẫn và thuận tiện khi lắp ráp. -Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo. Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khí không hợp lý.
4 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về lò nung điện trở. Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở). Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt.
Ứng dụng của lò nung điện trở trong đời sống, công nghiệp. -Lò điện trở thường được dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu và hợp kim màu. -Sản xuất thép chất lượng cao. -Sản xuất các hợp kim phe-rô.
-Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện. -Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn đập, kéo sợi. -Sản xuất đúc các kim loại bột. -Trong công nghiệp nhẹ và công nghiệp thực phẩm, lò điện được dùng để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị vật phẩm.
-Trong ngành kim hoàn: nấu chảy, luyện kim vàng. -Trong y tế: xử lý rác thải y tế. -Trong phòng thí nghiệm: nghiên cứu. -Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa.
=> Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú và đa dạng: Bếp điện, nồi cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện. Ưu nhược điểm của lò nung điện trở. - Ưu điểm: + Có khả năng tạo được nhiệt độ cao. + Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao.
