Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế nhà máy sản xuất sứ dân dụng năng suất 2 triệu sản phẩm/năm, lò nung con thoi ngọn lửa đảo" do sinh viên Lê Công Tâm (MSSV: 20123489) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thành Đông tại Bộ môn Công nghệ Vật liệu Silicat, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn
Sản phẩm gốm sứ dân dụng giữ vai trò thiết yếu trong đời sống sinh hoạt, ẩm thực gia đình cũng như tại các nhà hàng, khách sạn. Cùng với sự phát triển kinh tế và đô thị hóa, nhu cầu về các sản phẩm sứ gia dụng có chất lượng kỹ thuật cao, độ trắng tốt, không thấm nước và kiểu dáng đa dạng ngày càng tăng. Để đáp ứng nhu cầu thị trường, việc thiết kế một nhà máy sản xuất sứ dân dụng với dây chuyền công nghệ đồng bộ, ứng dụng lò nung con thoi ngọn lửa đảo sử dụng nhiên liệu khí sạch (CNG) là yêu cầu kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy phù hợp với quy hoạch phát triển đô thị và điều kiện hạ tầng, nguồn cung cấp nguyên - nhiên liệu.
- Lựa chọn cơ cấu sản phẩm và xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm sứ dân dụng.
- Thiết lập sơ đồ và thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất xương và men sứ.
- Tính toán thành phần phối liệu xương và men từ các nguồn nguyên liệu khoáng nội địa.
- Thiết lập bảng cân bằng vật chất cho toàn bộ dây chuyền sản xuất ở quy mô 2 triệu sản phẩm/năm.
- Thiết kế kỹ thuật và tính toán cân bằng nhiệt lò nung con thoi ngọn lửa đảo công suất 15 $\text{m}^3$.
- Tính toán thiết bị phụ trợ (vòi đốt) và lựa chọn danh mục thiết bị chính cho các công đoạn sản xuất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sứ dân dụng (bát ăn cơm, bát tô canh, đĩa tròn, ấm nước) và hệ thống lò nung con thoi ngọn lửa đảo.
- Phạm vi không gian: Thiết kế mặt bằng nhà máy tại Khu công nghiệp Sài Đồng B, quận Long Biên / huyện Gia Lâm, Hà Nội với diện tích khu đất $5.000\text{ }\text{m}^2$ ($90 \times 55,555\text{ m}$).
- Phạm vi công nghệ: Sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên nội địa gồm đất sét Trúc Thôn, cao lanh Phú Thọ, fenpat Phú Thọ, thạch anh Phú Thọ, đôlômit và oxit kẽm; nhiên liệu đốt là khí thiên nhiên nén (CNG).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình tính toán
- Lý thuyết phối liệu gốm sứ: Áp dụng phương pháp quy đổi thành phần oxit sang thành phần ba khoáng quy ước T - Q - F (Caolinit/Đất sét - Quắc/Thạch anh - Fenpat/Tràng thạch) theo giản đồ Zapp và đối chiếu nhiệt độ kết khối với bảng nhiệt độ gục của côn Seger (xác định côn SK27 tương ứng nhiệt độ $1280^\circ\text{C}$).
- Lý thuyết tính toán men: Sử dụng công thức phân tử Seger chuẩn hóa với tổng hệ số nhóm oxit kiềm/kiềm thổ $\text{RO} + \text{R}_2\text{O} = 1,0$; công thức Winkelmann tính hệ số giãn nở nhiệt dài của men; công thức xác định hạn nóng chảy của men thông qua hệ số $K$ giữa nhóm oxit dễ chảy và khó chảy.
- Lý thuyết truyền nhiệt và nhiệt kỹ thuật lò nung: Thiết lập cân bằng nhiệt theo định luật bảo toàn năng lượng; tính toán truyền nhiệt không ổn định qua kết cấu tường lò nhiều lớp bằng phương pháp sai phân Smith.
Phương pháp nghiên cứu thực tế
- Phương pháp cân bằng vật chất: Tính toán dòng khối lượng nguyên liệu khô và nguyên liệu ẩm qua từng công đoạn, có xét đến tỷ lệ hao hụt cơ học, hao hụt nung (mất khi nung - MKN) và tỷ lệ hồi lưu phế phẩm 95% ở các khâu tạo hình, sấy mộc, tráng men.
- Phương pháp tính toán nhiệt kỹ thuật: Xác định nhiệt trị thấp của nhiên liệu khí hỗn hợp ($\text{CH}_4$ và $\text{C}_2\text{H}_6$), thể tích không khí cháy lý thuyết, thể tích không khí thực tế theo hệ số thừa không khí $\alpha$, thể tích và thành phần khói thải.
Nguồn dữ liệu
- Bảng thành phần hóa học thực nghiệm của đất sét Trúc Thôn, cao lanh Phú Thọ, fenpat Phú Thọ, thạch anh Phú Thọ và đá đôlômit.
- Các hằng số nhiệt động học, tỷ nhiệt riêng của khí và oxit, thông số kỹ thuật của vật liệu cách nhiệt (bông gốm 1430, gạch samot nhẹ) trích xuất từ sổ tay công nghệ vật liệu silicat và tài liệu kỹ thuật chuyên ngành.
Thiết kế kỹ thuật và công nghệ dây chuyền
Hệ thống sản xuất được thiết kế bao gồm hai nhánh công nghệ chính: dây chuyền chế bị phối liệu xương và dây chuyền chế bị men.
Nhánh Xương: Nguyên liệu thô -> Cân định lượng -> Nghiền bi ướt (21h) -> Sàng rung & Khử từ -> Bể khuấy -> Máy ép lọc khung bản -> Luyện thô & Ủ -> Luyện chân không -> Tạo hình (Dẻo / Rót áp lực) -> Sấy mộc -> Sửa mộc -> Tráng men -> Xếp xe goòng -> Lò nung con thoi -> Phân loại -> Nhập kho
Nhánh Men: Nguyên liệu men -> Cân định lượng -> Nghiền bi ướt -> Sàng rung & Khử từ -> Két chứa -> Thùng cao vị -> Cấp tới công đoạn tráng men
Các thông số công nghệ chủ yếu
- Chế độ nghiền: Nghiền bi ướt với bi cao nhôm, thời gian nghiền 1 mẻ xương là 21 giờ, sử dụng chất điện giải là thủy tinh lỏng. Men được nghiền mịn riêng và đưa lên thùng cao vị.
- Công đoạn tạo hình: Áp dụng phương pháp tạo hình dẻo (sau khi ép lọc khung bản đạt độ ẩm 21% và đùn ép lento chân không) cho các sản phẩm dạng xoay tròn; áp dụng phương pháp đổ rót hồ dưới áp lực khí nén $2 \div 4\text{ bar}$ trong khuôn thạch cao (thời gian lưu khuôn 2 giờ) đối với sản phẩm ấm nước.
- Sấy mộc: Tách khuôn và sấy cưỡng bức mộc đến độ ẩm còn lại $W \le 1%$ trước khi tiến hành tráng men.
- Chế độ nung: Nung 1 lần trong lò con thoi ngọn lửa đảo ở nhiệt độ cao nhất $1280^\circ\text{C}$, tổng chu kỳ nung một mẻ là 18 giờ (chưa kể thời gian làm nguội và bốc dỡ).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy
Tác giả lựa chọn khu đất xây dựng tại Khu công nghiệp Sài Đồng B, Gia Lâm, Hà Nội với diện tích $5.000\text{ }\text{m}^2$ ($90 \times 55,555\text{ m}$). Địa điểm này nằm cách trung tâm Hà Nội 7 km về hướng Tây, cách Quốc lộ 5 khoảng 500 m và gần ga Cầu Bây. Địa chất công trình ổn định với cường độ chịu tải của đất đạt $1,5 \div 2,5\text{ KG/cm}^2$, không nằm trên mạch nước ngầm hay mỏ khoáng sản. Khí hậu khu vực mang đặc trưng đồng bằng Bắc Bộ với lượng mưa trung bình $1.703\text{ mm/năm}$ và độ ẩm $83%$. Nguồn cấp điện lấy từ đường dây quốc gia 22 kV; nguồn nước sử dụng từ nhà máy nước KCN kết hợp giếng khoan dự phòng. Nguồn nguyên liệu đất sét Trúc Thôn (Hải Dương), cao lanh, fenpat và thạch anh (Phú Thọ) được sơ chế và vận chuyển bằng đường bộ.
Chương 2: Lựa chọn sản phẩm
Cơ cấu sản phẩm của nhà máy với tổng sản lượng 2 triệu sản phẩm/năm được xác định cụ thể trong bảng dưới đây:
| Tên sản phẩm |
Tỷ lệ (%) |
Kích thước (mm) |
Trọng lượng sản phẩm (g) |
| Bát ăn cơm |
45 |
$\Phi 100,\text{ } h=60$ |
150 |
| Bát tô đựng canh |
20 |
$\Phi 200,\text{ } h=80$ |
300 |
| Đĩa tròn |
25 |
$\Phi 150,\text{ } h=20$ |
200 |
| Ấm sứ đựng nước |
10 |
$\Phi 150,\text{ } h=150$ |
250 |
Khối lượng trung bình của một sản phẩm là $202,5\text{ g}$ ($0,2025\text{ kg}$). Yêu cầu kỹ thuật sản phẩm sau nung: độ hút nước $H = 0%$, độ trắng đạt trên $65%$ so với độ trắng chuẩn của $\text{BaSO}_4$.
Chương 3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Chương này mô tả chi tiết sơ đồ khối và thuyết minh hai nhánh công nghệ chế biến xương và men sứ. Điểm nhấn công nghệ là việc nạp nguyên liệu gầy vào máy nghiền bi trước, nạp nguyên liệu dẻo sau; bổ sung chất điện giải thủy tinh lỏng để tăng độ phân tán. Hồ sau nghiền được khử từ loại sắt và ép lọc khung bản để tạo bánh phối liệu có độ ẩm $21%$, sau đó ủ tăng dẻo và luyện hút chân không qua máy đùn ép lento nhằm loại bỏ hoàn toàn bọt khí.
Chương 4: Tính toán phối liệu
Tác giả thực hiện tính toán chuyển đổi thành phần hóa của 4 loại nguyên liệu sang thành phần khoáng (Caolinit - Quắc - Fenpat) và lập hệ phương trình để xác định tỷ lệ phối liệu xương đạt mục tiêu T:Q:F = 50:20:30.
| Nguyên liệu |
Tỷ lệ trong bài phối liệu (%) |
$\text{SiO}_2$ (%) |
$\text{Al}_2\text{O}_3$ (%) |
$\text{Fe}_2\text{O}_3$ (%) |
$\text{CaO}$ (%) |
$\text{MgO}$ (%) |
$\text{K}_2\text{O}$ (%) |
$\text{Na}_2\text{O}$ (%) |
MKN (%) |
| Đất sét Trúc Thôn |
15,00 |
10,375 |
3,121 |
0,195 |
0,075 |
0,030 |
0,255 |
0,064 |
0,901 |
| Cao lanh Phú Thọ |
54,31 |
27,394 |
17,504 |
0,326 |
0,157 |
0,163 |
1,043 |
0,326 |
7,397 |
| Fenpat Phú Thọ |
27,30 |
20,317 |
4,043 |
0,093 |
0,068 |
0,098 |
1,512 |
1,076 |
0,093 |
| Thạch anh Phú Thọ |
3,39 |
3,349 |
0,013 |
0,007 |
0,004 |
0,003 |
0,004 |
0,004 |
0,006 |
| Tổng trước nung |
100,00 |
61,435 |
24,681 |
0,621 |
0,305 |
0,294 |
2,814 |
1,470 |
8,397 |
| Tổng sau nung |
- |
67,066 |
26,943 |
0,678 |
0,333 |
0,321 |
3,072 |
1,605 |
0,000 |
Đối với phối liệu men, bài men chín được lựa chọn bao gồm: $10%$ cao lanh Phú Thọ, $66,46%$ fenpat Phú Thọ, $4,23%$ thạch anh, $16,81%$ đôlômit và $2,5%$ $\text{ZnO}$.
Công thức Seger tính toán của men:
$$0,137\text{ K}_2\text{O} \cdot 0,143\text{ Na}_2\text{O} \cdot 0,327\text{ CaO} \cdot 0,292\text{ MgO} \cdot 0,101\text{ ZnO} \cdot 0,006\text{ Fe}_2\text{O}_3 \cdot 0,423\text{ Al}_2\text{O}_3 \cdot 3,229\text{ SiO}_2$$
Hệ số giãn nở nhiệt của men tính theo phương pháp Winkelmann đạt $\alpha_{\text{men}} = 6,67 \times 10^{-6}\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$, phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt của xương ($\alpha_{\text{xương}} = 7,0 \times 10^{-6}\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$). Hệ số nóng chảy $K = 0,22$ tương ứng nhiệt độ nóng chảy của men là $1280^\circ\text{C}$.
Chương 5: Cân bằng vật chất
Tổng sản lượng thành phẩm là $405.000\text{ kg/năm}$ (tỷ lệ khối lượng xương : men = 95 : 5, tương đương $384.750\text{ kg}$ xương và $20.250\text{ kg}$ men). Căn cứ tỷ lệ hao hụt qua từng công đoạn và lượng hồi lưu $95%$ mộc phế phẩm ($16.874\text{ kg}$), nhu cầu nguyên liệu thực tế hàng năm được xác định:
| Nguyên liệu |
Tỷ lệ phối liệu (%) |
Lượng khô tuyệt đối (kg/năm) |
Độ ẩm làm việc $W$ (%) |
Khối lượng ứng ẩm (kg/năm) |
| Phối liệu xương |
|
|
|
|
| Đất sét Trúc Thôn |
15,00 |
67.129 |
8,0 |
72.966 |
| Cao lanh Phú Thọ |
54,31 |
243.051 |
5,0 |
255.843 |
| Fenpat Phú Thọ |
27,30 |
122.174 |
6,0 |
129.972 |
| Thạch anh Phú Thọ |
3,39 |
15.171 |
4,0 |
15.803 |
| Tổng xương |
100,00 |
447.525 |
- |
474.584 |
| Phối liệu men |
|
|
|
|
| Cao lanh Phú Thọ |
10,00 |
2.411 |
5,0 |
2.538 |
| Fenpat Phú Thọ |
66,46 |
16.024 |
6,0 |
17.047 |
| Thạch anh Phú Thọ |
4,23 |
1.020 |
4,0 |
1.063 |
| Đôlômit |
16,81 |
4.053 |
3,0 |
4.178 |
| Oxit $\text{ZnO}$ |
2,50 |
603 |
2,0 |
615 |
| Tổng men |
100,00 |
24.111 |
- |
25.441 |
Chương 6: Tính toán lò nung
Thiết kế sử dụng 2 lò nung con thoi ngọn lửa đảo với dung tích hữu ích mỗi lò là $15\text{ }\text{m}^3$, sức chứa 5.120 sản phẩm/mẻ. Tổng số mẻ nung hàng năm là 390 mẻ (mỗi lò vận hành 195 mẻ/năm).
- Kích thước xe goòng: Rộng hữu ích $2.080\text{ mm}$, dài hữu ích $2.720\text{ mm}$; kích thước phủ bì xe $2.280 \times 2.920\text{ mm}$. Nền goòng lót 5 lớp gạch samot ($330\text{ mm}$) và tấm thép đáy ($5\text{ mm}$). Xe bố trí 4 kênh ngầm dẫn khói rộng $250\text{ mm}$.
- Kích thước lọt lòng lò: Rộng $2.480\text{ mm}$, dài $2.920\text{ mm}$, cao $2.750\text{ mm}$. Kích thước phủ bì lò: Rộng $3.090\text{ mm}$, dài $3.530\text{ mm}$, cao $3.530\text{ mm}$. Tường và vòm lò chế tạo bằng khung panen thép V nhồi bông gốm cách nhiệt 1430 dày $300\text{ mm}$.
- Đường cong nung 18 giờ gồm 6 giai đoạn:
- Sấy ($25 \div 300^\circ\text{C}$): 4 giờ, môi trường oxy hóa, thoát ẩm cơ học.
- Đốt nóng ($300 \div 950^\circ\text{C}$): 5 giờ, oxy hóa, phân hủy khoáng sét và cacbonat.
- Hãm nhiệt oxy hóa ($950 \div 1050^\circ\text{C}$): 3 giờ, đồng đều nhiệt độ toàn lò.
- Nung khử ($1050 \div 1250^\circ\text{C}$): 3 giờ, nồng độ $\text{CO}$ từ $2 \div 6%$ nhằm chuyển $\text{Fe}_2\text{O}_3$ thành $\text{FeO}$ tạo fayalit hạ nhiệt kết khối và tăng độ trắng.
- Nung oxy hóa ngắn ($1250 \div 1280^\circ\text{C}$): 1 giờ.
- Lưu nhiệt trung tính ($1280^\circ\text{C}$): 2 giờ, làm láng men và ổn định cấu trúc.
- Tính toán cháy và cân bằng nhiệt:
- Nhiên liệu khí CNG gồm $85%\text{ CH}_4$ và $15%\text{ C}_2\text{H}_6$, nhiệt trị thấp $Q_t = 9.558,95\text{ kcal/m}^3$.
- Lượng không khí khô thực tế cần thiết: $L_\alpha = 12,19\text{ }\text{m}^3\text{kkk/m}^3\text{ nhiên liệu}$ (với $\alpha = 1,15$). Thể tích khói thải: $V_{\text{kt}} = 28,34\text{ }\text{m}^3/\text{m}^3\text{ nhiên liệu}$ (ứng với $\alpha_{\text{kt}} = 2,5$).
- Cân bằng nhiệt thu - chi xác định lượng nhiên liệu tiêu hao: $B = 202,86\text{ }\text{m}^3/\text{h}$.
- Suất tiêu hao nhiệt tính toán: $37.346,18\text{ kcal/kg sản phẩm}$.
Chương 7: Tính toán các thiết bị phụ trợ
Tính toán hệ thống 30 vòi đốt (mỗi bên thành lò bố trí 15 vòi đốt cách nhau $20\text{ cm}$). Với vận tốc khí qua miệng phun chọn $W = 20\text{ m/s}$, đường kính miệng ống phun khí đốt tính ra là $d = 10\text{ mm}$.
Chương 8: Lựa chọn thiết bị
Tác giả tính toán và lựa chọn danh mục thiết bị chính cho nhà máy:
- 02 Máy nghiền bi xương: dung tích $8.200\text{ lít}$, kích thước $L \times D = 2,5 \times 2,3\text{ m}$, tốc độ 16 vòng/phút, năng suất $0,19\text{ tấn/h}$, nạp 4 tấn liệu khô/mẻ.
- 01 Máy nghiền bi men: dung tích $2.800\text{ lít}$, kích thước $L \times D = 2,8 \times 1,7\text{ m}$, tốc độ 20 vòng/phút, năng suất $0,10\text{ tấn/h}$, nạp 2 tấn liệu khô/mẻ.
- 02 Bơm màng vận chuyển hồ xương và 02 Bơm màng men: đường kính xi lanh $60\text{ mm}$, trục khuỷu 50 vòng/phút, áp lực bơm $10 \div 12\text{ kg/cm}^2$, lưu lượng $1\text{ }\text{m}^3/\text{h}$.
Chương 9, 10, 11 (Điện nước, Kinh tế - Tổ chức, An toàn lao động)
Các chương cuối xác định nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất và sinh hoạt; cơ cấu tổ chức nhân sự, chế độ làm việc theo ca; dự toán vốn đầu tư xây dựng, thiết bị, giá thành sản phẩm và các biện pháp bảo hộ, an toàn lao động trong môi trường nhiệt luyện và bụi silicat.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
- Xác lập thành công bài phối liệu xương 4 cấu tử (Đất sét Trúc Thôn $15%$, Cao lanh Phú Thọ $54,31%$, Fenpat Phú Thọ $27,3%$, Thạch anh Phú Thọ $3,39%$) đạt tỷ lệ khoáng T:Q:F = 48,58 : 19,50 : 29,08, nung chín ở $1280^\circ\text{C}$ với độ hút nước $0%$ và độ trắng $> 65%$.
- Thiết kế hệ men không chì chảy láng ở $1280^\circ\text{C}$ với hệ số giãn nở nhiệt $\alpha = 6,67 \times 10^{-6}\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$, hoàn toàn tương thích với hệ số giãn nở nhiệt của xương để chống nứt men.
- Hoàn thành bản vẽ và bảng tính nhiệt chi tiết cho lò nung con thoi $15\text{ }\text{m}^3$ dùng panen bông gốm cách nhiệt 1430, xác định lượng tiêu hao nhiên liệu CNG là $202,86\text{ }\text{m}^3/\text{h}$.
Giải pháp và kiến nghị của tác giả
- Ứng dụng khí đốt CNG thay thế than và dầu truyền thống giúp loại bỏ phát thải khí độc hại $\text{SO}_x, \text{NO}_x$ và muội than, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Triển khai thu hồi $95%$ phế phẩm mộc ở các công đoạn tạo hình, sấy và tráng men vào chu trình nghiền để tiết kiệm chi phí nguyên liệu.
- Sử dụng kết cấu vỏ lò panen lắp ghép bông gốm thay thế xây gạch nặng truyền thống để giảm quán tính nhiệt và rút ngắn chu kỳ nung.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Các thông số tổn thất nhiệt qua thành lò, hệ số không khí lọt ($\alpha_{\text{kt}} = 2,5$) và tỷ lệ hao hụt được tính toán dựa trên các công thức lý thuyết và chỉ tiêu định mức giả định trong tài liệu thiết kế, chưa được kiểm chứng hiệu chỉnh trên số liệu vận hành thực tế tại xưởng.
- Hướng phát triển: Nghiên cứu tận dụng nhiệt thừa từ khói thải lò nung để cấp cho buồng sấy mộc nhằm giảm tiêu hao năng lượng toàn nhà máy; nghiên cứu tự động hóa van điều khiển tỷ lệ khí nén CNG - không khí để kiểm soát chính xác nồng độ $\text{CO}$ trong giai đoạn nung khử.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng sử dụng: Sinh viên, giảng viên và kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Vật liệu, Công nghệ Vật liệu Silicat, Kỹ thuật Hóa học hoặc Công nghệ Gốm sứ.
- Phần nội dung giá trị:
- Quy trình từng bước chuyển đổi từ thành phần oxit sang thành phần khoáng và thuật toán giải hệ phương trình phối liệu gốm sứ.
- Phương pháp giải tích sai phân Smith tính toán truyền nhiệt không ổn định qua vỏ lò cách nhiệt nhiều lớp.
- Hồ sơ cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lò nung con thoi ngọn lửa đảo.
Câu hỏi thường gặp
1. Cơ cấu sản lượng 2 triệu sản phẩm/năm của nhà máy gồm những mặt hàng nào?
Nhà máy sản xuất 4 nhóm mặt hàng chính: Bát ăn cơm chiếm $45%$ ($150\text{ g/chiếc}$), Đĩa tròn chiếm $25%$ ($200\text{ g/chiếc}$), Bát tô đựng canh chiếm $20%$ ($300\text{ g/chiếc}$) và Ấm sứ đựng nước chiếm $10%$ ($250\text{ g/chiếc}$). Khối lượng trung bình toàn bộ sản phẩm là $202,5\text{ g/sản phẩm}$.
2. Tỷ lệ phối liệu xương và thành phần ba khoáng quy ước (T-Q-F) đạt được là bao nhiêu?
Phối liệu xương gồm $15%$ đất sét Trúc Thôn, $54,31%$ cao lanh Phú Thọ, $27,30%$ fenpat Phú Thọ và $3,39%$ thạch anh Phú Thọ. Thành phần khoáng tính toán đạt được là $T = 48,582%$, $Q = 19,497%$, $F = 29,082%$, bám sát tỷ lệ thiết kế mục tiêu 50:20:30.
3. Tại sao trong quy trình nung sứ dân dụng bắt buộc phải duy trì giai đoạn nung khử ở $1050 \div 1250^\circ\text{C}$?
Giai đoạn khử với nồng độ $\text{CO}$ từ $2 \div 6%$ có nhiệm vụ khử oxit sắt có màu nâu đỏ ($\text{Fe}_2\text{O}_3$) về dạng $\text{FeO}$ để sau đó chuyển thành silicat sắt không màu hoặc phớt xanh, giúp sản phẩm đạt độ trắng $>65%$. Đồng thời, $\text{FeO}$ phản ứng với $\text{SiO}_2$ tạo pha fayalit ($2\text{FeO}\cdot\text{SiO}_2$) có nhiệt độ nóng chảy thấp ($1205^\circ\text{C}$), giúp thúc đẩy quá trình kết khối xương sứ ở nhiệt độ thấp hơn.
4. Kết cấu vỏ lò con thoi và vật liệu cách nhiệt được thiết kế như thế nào?
Vỏ lò có kích thước phủ bì $3.090 \times 3.530 \times 3.530\text{ mm}$, vòm phẳng, kết cấu bằng khung panen thép hình chữ V bọc tôn bên ngoài. Toàn bộ tường, cửa và vòm lò được cách nhiệt bằng lớp bông gốm 1430 ép chặt với độ dày $300\text{ mm}$ (khối lượng riêng $128\text{ kg/m}^3$). Nền xe goòng được lót 5 lớp gạch samot nhẹ dày $330\text{ mm}$ kết hợp tấm thép đáy $5\text{ mm}$.
5. Tiêu hao nhiên liệu khí CNG của lò nung được tính toán ở mức nào?
Khí CNG sử dụng có tỷ lệ $85%\text{ CH}_4$ và $15%\text{ C}_2\text{H}_6$, nhiệt trị thấp đạt $9.558,95\text{ kcal/m}^3$. Qua thiết lập cân bằng nhiệt thu - chi, lưu lượng nhiên liệu cần cấp cho 1 lò là $B = 202,86\text{ }\text{m}^3/\text{h}$, tương ứng suất tiêu hao nhiệt là $37.346,18\text{ kcal/kg sản phẩm}$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Công Tâm đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật nhà máy sản xuất sứ dân dụng công suất 2 triệu sản phẩm/năm đặt tại KCN Sài Đồng B, Hà Nội. Bản đồ án giải quyết đầy đủ và logic các bài toán công nghệ từ tính toán khoáng phối liệu, cân bằng dòng vật chất có hồi lưu đến thiết kế chi tiết kết cấu nhiệt lò nung con thoi ngọn lửa đảo. Việc ứng dụng giải pháp cách nhiệt bằng bông gốm hiện đại kết hợp nhiên liệu sạch CNG mang lại giá trị kỹ thuật rõ ràng về tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường cho ngành sản xuất gốm sứ.
