Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.1 Tính cấp thiết của đề t i
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa hiện nay, việc nghiên cứu và sản xuất các vật liệu mới trở nên vô cùng quan trọng Để tạo ra những vật liệu này, cần có nhiệt độ cao và ổn định, đồng thời phải đảm bảo tính tiết kiệm, thân thiện với môi trường và an toàn cho người sử dụng Lò nung điện trở là một trong những công cụ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu này.
-Một ví dụ trong vấn đề nhiệt luyện:
Nhiệt luyện là một bước quan trọng trong chế tạo cơ khí, không chỉ mang lại những tính chất cần thiết cho chi tiết sau gia công mà còn nâng cao tính công nghệ của vật liệu Do đó, nhiệt luyện không thể thiếu trong quy trình chế tạo cơ khí và là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm cơ khí.
Nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tuổi thọ của sản phẩm cơ khí Số lượng chi tiết cần nhiệt luyện tăng lên khi yêu cầu về độ chính xác và cơ tính của máy móc cao hơn Đối với các quốc gia công nghiệp phát triển, trình độ nhiệt luyện là tiêu chí đánh giá ngành chế tạo cơ khí, vì nếu không thực hiện nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đạt yêu cầu, tuổi thọ và độ chính xác của máy móc sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Nhiệt luyện không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mang lại lợi ích kinh tế lớn, giúp kéo dài thời gian sử dụng và tăng độ bền của công trình cũng như máy móc thiết bị Bên cạnh đó, nó cũng là chỉ số quan trọng để đánh giá trình độ phát triển khoa học và kỹ thuật của mỗi quốc gia.
+Để nhiệt luyện đƣợc, ta cần nguồn nhiệt cao và ổn định trong khoảng 700 0 c -
Ngày nay, lò nung điện đang dần thay thế các lò đốt bằng than trong ngành công nghiệp, mặc dù vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm Lò nung điện do nhóm CKT – SPKT nghiên cứu và chế tạo mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các sản phẩm nội địa hiện có trên thị trường.
Với nhiệt độ nung đạt tới 1100 độ C, lò nung điện trở mang lại khả năng ứng dụng vượt trội trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, thí nghiệm và đời sống Đây là mức nhiệt hiếm gặp trong các nghiên cứu trước đây, cho thấy tiềm năng to lớn của thiết bị này trong các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu khoa học.
1.2 Ý nghĩa khoa học v ý nghĩa thực tiễn của đề t i
Nghiên cứu thực nghiệm đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính, bao gồm thời gian nung và nhiệt độ nung, nhằm xác định công suất lò.
- 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
- Sản phẩm hoàn thiện đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong sản xuất, nghiên cứu và đời sống.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Sản phẩm hoàn thiện đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong sản xuất, nghiên cứu và đời sống
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề t i
Tạo ra sản phẩm với nhiều ƣu điểm vƣợt trội về chất lƣợng và giá cả so với các sản phẩm lò nung trên thị trường
1.4 Đối tƣợng v phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là các đặc trƣng, thông số lò điện trở, các tính chất vật lí của nhôm để từ đó chế tạo lò điện trở
Nghiên cứu này tập trung vào lò điện trở, đặc biệt là quá trình nung nóng và nóng chảy kim loại Bài viết sẽ khám phá các loại vật liệu chịu nhiệt và vật liệu cách nhiệt, đồng thời tìm hiểu hệ thống đo lường và kiểm soát nhiệt độ trong quá trình này.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 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
1.5.2 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
1.6.1 Các nghiên cứu ngo i nước
Lò công nghiệp được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp luyện kim, công nghiệp dầu đốt lò, sản xuất khí đốt, và trong các ngành công nghiệp thực phẩm khác.
Việc thiết kế và phát triển các lò công nghiệp là yếu tố then chốt cho sự tiến bộ của nhân loại, và quá trình này đã bắt đầu từ rất sớm để hỗ trợ 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 đƣợc chế tạo
Sau năm 1864, Martin người Pháp đã phát triển hệ thống sưởi bằng khí đầu tiên phục vụ sản xuất thép Ông áp dụng các bộ tái tạo với nhiệt độ cao để làm nóng không khí và khí đốt, giúp duy trì nhiệt độ cần thiết cho quá trình sản xuất thép lên tới 1600°C.
- Năm 1900, cung cấp năng lƣợng dồi dào dần bắt đầu sử dụng nhiều trong lò hồ quang điện, và lò cảm ứng
1.6.2 Các nghiên cứu trong nước
Các lò nung truyền thống như lò nung bằng than và dầu thường được sử dụng để nấu chảy kim loại, nhưng chúng có nhiều nhược điểm như hiệu suất thấp, thời gian nấu lâu, nhiệt độ không đồng đều và ô nhiễm môi trường do khí thải Để khắc phục những vấn đề này, lò điện trở đã được phát triển, cho phép kiểm soát nhiệt độ tốt hơn với hệ thống điều chỉnh tự động Đề tài nghiên cứu thiết kế lò nung gốm sứ tiết kiệm năng lượng sử dụng khí hóa lỏng dung tích 18m3 của KS Trần Lê Dũng đã chứng minh hiệu quả của lò gas qua quá trình thử nghiệm và vận hành, mang lại những cải tiến đáng kể trong quá trình nấu chảy kim loại.
Ngành công nghiệp ngày càng phát triển yêu cầu lò nung có năng suất cao hơn và sử dụng năng lượng sạch, dẫn đến việc sử dụng lò điện thay thế cho lò sử dụng nhiên liệu truyền thống Đề tài thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy bằng điện trở của sinh viên Đặng Thanh Hoàng tại trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã sử dụng dây điện trở chịu nhiệt cao và gạch cách nhiệt để giữ nhiệt Hệ thống đo và điều khiển nhiệt được trang bị can nhiệt và công tắc tơ, sử dụng điện áp xoay chiều 3 pha với 6 thyristor để điều khiển mạch điện Mạch R,C được mắc song song, với cuộn dây bảo vệ van bán dẫn nhằm hạn chế tốc độ tăng dòng Lò điện trở này khắc phục hầu hết các nhược điểm của lò nung bằng nhiên liệu, mang lại hiệu quả và năng suất cao hơn Tuy nhiên, lò điện trở cũng có những hạn chế như cần làm mát van trong quá trình hoạt động, van dễ hỏng do tốc độ tăng dòng và áp quá lớn, sơ đồ mạch động lực phức tạp, chi phí cao, và kích thước, trọng lượng lớn.
Kết quả dự kiến đạt đƣợc
- Sản phầm lò nung điện trở có:
- Có kiểu dáng mẫu mã công nghiệp
- Đạt yêu cầu về an toàn
Lò nung điện trở là thiết bị phát nhiệt gián tiếp, trong đó nhiệt năng được sinh ra từ dây đốt (dây điện trở) và sau đó truyền nhiệt cho vật nung thông qua các phương thức bức xạ, đối lưu hoặc 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 1.100 độ C
Lò điện trở hoạt động theo cơ chế gián đoạn, với nguồn điện được cung cấp liên tục trong suốt quá trình gia nhiệt Quá trình này được điều khiển bởi chương trình cài đặt sẵn, đảm bảo nhiệt độ được giữ ổn định Khi nguồn điện bị ngắt, quá trình nung sẽ dừng lại ngay lập tức.
- 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 nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc yêu cầu kỹ thuật
Hình dáng và tỷ lệ các cạnh của sản phẩm cần phải phù hợp và dễ nhìn Gia công cuối cùng, đặc biệt là sơn, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hình dáng bên ngoài của lò Tuy nhiên, cần tránh những trang trí không cần thiết để giữ sự đơn giản và tinh tế.
-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
Tổng quan về lò nung điện trở
Lò điện trở là thiết bị chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt Nhiệt năng được truyền đến vật cần gia nhiệt qua các phương thức bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt từ dây đốt.
2.1.2 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 lƣợng 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 đƣợc 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 đƣợc dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa
Lò điện ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, không chỉ trong các ngành công nghiệp mà còn trong các thiết bị sinh hoạt như bếp điện, nồi cơm điện, bình đun nước điện và các thiết bị nung, sấy điện.
2.1.3 Ƣu nhƣợc điểm của lò nung điện trở
+ Có khả năng tạo đƣợc nhiệt độ cao
+ Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao
Để đảm bảo quá trình nung diễn ra đồng đều và chính xác, cần điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ một cách dễ dàng Đồng thời, việc tạo ra môi trường làm việc hợp vệ sinh, cùng với điều kiện thao tác thuận lợi và thiết bị gọn nhẹ là rất quan trọng.
+ Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyển vật phẩm
+ Yêu cầu người sử dụng có trình độ cao
+ Giá cả tốn kém, tuổi thọ không cao (do nhiệt độ nung cao dễ đứt các dây điện trở hay là ô xi hóa vỏ bên ngoài)
+ Chi phí bảo trì sửa chữa đắt vì dây điện trở khi đã nung nóng rồi thì không gỡ ra đƣợc vì rất giòn và gãy
2.1.4 Nguyên lý l m việc của lò nung điện trở
Lò điện trở hoạt động dựa trên nguyên tắc khi dòng điện đi qua dây dẫn, nó sẽ sinh ra nhiệt lượng theo định luật Jun-Lenxơ.
Q - Lƣợng nhiệt tính bằng Jun(J)
I - Dòng điện tính bằng mpe( )
R - Điện trở tính bằng Ôm(Ω)
T - Thời gian tính bằng giây(S)
Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của lò nung điện trở Đốt nóng trực tiếp b) đốt nóng gián tiếp 1-Cầu dao điện
2-Biến áp 3-Đầu cấp điện 4-Vật liệu đƣợc nung nóng trực tiếp 5-Vật liệu đƣợc nung nóng gián tiếp 6-Dây điện trở
=> Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò:
- Vật nung: Trường hợp này gọi là nung trực tiếp
Dây nung là thiết bị truyền nhiệt cho vật nung thông qua các phương thức như bức xạ, đối lưu và dẫn nhiệt, được gọi là nung gián tiếp Có hai loại dây nung chính: dây nung kim loại và dây nung phi kim loại, trong đó dây nung kim loại được sử dụng phổ biến hơn Dây nung phi kim loại thường chỉ được áp dụng cho những vật có hình dạng đơn giản như tiết diện chữ nhật, vuông và tròn.
2.1.5 Phân loại lò nung điện trở
Phân loại lò điện trở có nhiều cách :
2.1.5.1.Theo nhiệt độ l m việc của lò
- Lò nhiệt độ trung bình(t o e0 o C ÷1100 o C)
- Lò dùng trong công nghiệp
- Lò dùng trong phòng thí nghiệm
- Lò dùng trong gia đình v.v…
- Lò làm việc liên tục
- Lò làm việc gián đoạn
Hình 2.2 Khi khống chế nhiệt độ bằng cách đóng ngắt nguồn liên tục
Hình 2.3 Khi lò làm việc gián đoạn
2.1.5.4.Theo kết cấu của lò
- Lò giếng lò chụp, lò bể…
2.1.5.5.Theo mục đích sử dụng
Việt Nam thường sử dụng các loại lò như lò buồng cho các quy trình nhiệt luyện như tôi, ủ, nung và thấm than; lò giếng để thực hiện nung và nhiệt luyện; và lò muối để nhiệt luyện dao cắt thông qua muối nung.
2.1.6 Một số kiểu lò trong công nghiệp
Các lò điện trở tại Việt Nam đa dạng về kiểu loại và nguồn gốc, chủ yếu là lò cũ từ Liên Xô, cùng với một số lò đến từ Đức, Tiệp và các quốc gia như Mỹ, Pháp, Ý, Nhật, Đài Loan Ngoài ra, một số lò được thiết kế và chế tạo tại Việt Nam theo tiêu chuẩn Liên Xô Tất cả các loại lò này có cấu trúc tương tự nhau, với công suất dao động từ vài kW đến hàng trăm kW và khả năng đạt nhiệt độ dưới 2000 độ C.
Lò buồng là loại lò vạn năng với buồng nung hình hộp chữ nhật, kích thước tùy thuộc vào công suất Buồng nung được lót cách nhiệt và tạo thành áo lò bằng gạch chịu lửa nhiều lớp, lớp ngoài cùng bằng gạch samôt có độ cách nhiệt cao, bọc ngoài là vỏ tôn dày từ 5 đến 10 mm Đáy lò làm từ thép chịu nhiệt, có thể đúc liền hoặc ghép từ các miếng nhỏ, hoặc xây bằng gạch chịu lửa Bên trong buồng lò có dây đốt 5 được bố trí ở đáy và đỉnh Cửa lò có thể mở bằng tay hoặc cơ cấu cơ khí với động cơ điện, có thể có lỗ thăm để quan sát bên trong, cùng với đầu ra của dây đốt 2 và cửa khí.
Để dẫn khí bảo vệ vào lò hiệu quả, cần chú ý đến 6 phương pháp, vì không khí dễ dàng thâm nhập vào buồng lò qua cửa lò, gây ra hiện tượng oxy hóa và thoát carbon của vật gia nhiệt Đầu đo nhiệt nên được đặt ở đỉnh lò hoặc bên hông để đảm bảo kiểm soát nhiệt độ chính xác.
Hình 2.4 Kết cấu lò buồng
1-Đầu dây cấp điện 2-Chụp lò 3-Điện cực 4- Vách ngăn 5-Lớp lót 6- Vỏ bên trong 7- Hỏa kế 8-Vỏ bên ngoài
Cơ cấu nắp quay là một phần quan trọng trong thiết kế của lò, giúp điều chỉnh dòng khí và nhiệt độ bên trong Nắp quay kết hợp với vỏ lò và lớp lót tạo nên cấu trúc bền vững Các tấm dẫn hướng khí đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối khí đều khắp không gian lò Giỏ lò và tấm đáy lò hỗ trợ việc giữ nguyên liệu và bảo đảm hiệu suất hoạt động Dây đốt và đầu kiểm tra khí là những thành phần không thể thiếu, giúp theo dõi và điều chỉnh quá trình đốt Cuối cùng, cửa khí và đầu đo nhiệt giúp kiểm soát và tối ưu hóa nhiệt độ trong lò, đảm bảo hiệu quả sử dụng.
Cấu tạo lò nung điện trở
Lò nung điện trở thông thường sẽ bao gồm Vỏ lỏ , lớp lót và dây nung
Vỏ lò là một cấu trúc cứng chắc, được thiết kế để chịu tải trọng trong quá trình hoạt động của lò Đồng thời, vỏ lò còn có chức năng giữ lớp cách nhiệt và đảm bảo sự kín khít hoàn toàn hoặc tương đối của lò.
Đối với các lò sử dụng khí bảo vệ, vỏ lò cần phải hoàn toàn kín để đảm bảo hiệu quả hoạt động Trong khi đó, đối với các lò điện trở thông thường, việc kín vỏ lò chỉ cần giảm thiểu tổn thất nhiệt và ngăn chặn không khí lạnh xâm nhập, đặc biệt là theo chiều cao của lò.
Trong một số trường hợp cụ thể, lò điện trở có thể không được bọc kín hoàn toàn Khung vỏ lò cần phải đủ cứng vững để chịu được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò (vật nung) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò.
- Vỏ lò chữ nhật thường dùng ở lò buồng , lò liên tục , lò đáy rung…
- Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp…
- Khi cần tăng sự cứng vững cho vỏ lò tròn , người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loại thép hình
Vỏ lò chữ nhật được tạo thành từ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình dáng phù hợp Tùy thuộc vào yêu cầu kín của lò, vỏ lò có thể được bọc kín hoặc không Phương pháp gia công chính được sử dụng là hàn và tán.
Hình 2.7 Vỏ lò nung điện trở
Vật liệu chịu lửa trong xây dựng buồng lò có thể được chế tạo từ gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt, tùy thuộc vào hình dáng và kích thước cụ thể Ngoài ra, có thể sử dụng các loại bột chịu lửa và chất kết dính để tạo thành các khối dầm, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả cho buồng lò.
Khối dầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn
- Yêu cầu của phần chịu nhiệt:
+ Đảm bảo khả năng cố định dây đốt (Dây điện trở) bền, chắc chắn
+ Chịu đƣợc nhiệt độ làm việc cực đại của lò
Vật liệu này có độ bền hóa học cao, không bị phân huỷ hay thay đổi tính chất khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ biến đổi liên tục Nó cũng đảm bảo độ bền cơ học theo yêu cầu và khả năng chịu va đập tốt trong quá trình vận hành và di chuyển.
+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu
- Phần cách nhiệt của lò nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa
Mục đích chính của phần cách nhiệt là giảm tổn thất nhiệt, duy trì nhiệt độ ổn định cho lò và đảm bảo công suất hoạt động Đặc biệt, đáy lò cần có độ bền cơ học nhất định, trong khi các phần khác không yêu cầu khắt khe như vậy Vật liệu cách nhiệt thường được sử dụng bao gồm gạch cách nhiệt, a-mi-ăng và xỉ bông.
- Yêu cầu của phần cách nhiệt:
+ Hệ số cách nhiệt cực tiểu
+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu
+ Ổn định về tính chất lý hoá của vật liệu dưới tác động của nhiệt trong điều kiện làm việc xác định
- Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò , làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt nên phải đảm bảo các yêu cầu sau :
+ Chịu nóng tốt , ít bị ôxi hóa ở nhiệt độ cao
+ Phải có độ bền cao , không bị biến dạng ở nhiệt độ cao
+ Điện trở suất phải lớn
+ Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ
+ Các tính chất điện phải cố định hoặc ít thay đổi
+ Các kích thước phải không thay đổi khi sử dụng
+ Dễ gia công , dễ hàn , hoặc dễ ép khuôn
- Các kim loại nguyên chất thường không có các tính chất có lợi để chế tạo dây nung nhƣ :
+ Hệ số nhiệt điện trở lớn
+ Bị ôxi hóa mạnh trong môi trường bình thưởng
Dây nung kim loại thường được sản xuất dưới dạng vòng tròn hoặc băng Ngoài ra, các vật liệu phi kim loại như SiC, graphit và than cũng được sử dụng để chế tạo dây nung.
Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, dây nung điện trở trường thường được chế tạo từ các hợp kim như Crôm-Nhôm, Crôm-Niken, Crôm-Nhôm-Sắt và Cacbuarun (SiC).
Các kim loại có nhiệt độ chảy cao như Molipden (Mo), Tantan (Ta) và Vonfram (W) thường được sử dụng làm dây điện trở trong các lò điện trở chân không hoặc lò điện trở có khí bảo vệ.
- Trong những lò làm việc ở nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn thì có thể sử dụng thép xây dựng làm dây điện trở
Hợp kim Nicrôm nổi bật với độ bền nóng cao nhờ vào lớp màng crôm ôxit (Cr2O3) bảo vệ chắc chắn Lớp màng này giúp hợp kim chịu được sự thay đổi nhiệt độ tốt, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các lò có chế độ làm việc gián đoạn.
Hợp kim Nicrôm nổi bật với cơ lý tính tốt ở cả nhiệt độ thường và cao, bao gồm tính dẻo, khả năng gia công và hàn dễ dàng Nó có điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ và không gặp hiện tượng già hoá Tuy nhiên, do giá thành cao, nhiều người đang tìm kiếm các vật liệu thay thế cho Nicrôm.
2.2.3.2 Hợp kim Sắt - Crôm - Nhôm
Hợp kim này có khả năng chịu nhiệt độ cao và đáp ứng tốt các yêu cầu về tính dẫn điện Tuy nhiên, nó cũng gặp phải một số nhược điểm như tính giòn, khó gia công và độ bền cơ học kém ở nhiệt độ cao Do đó, khi thiết kế, cần chú ý để tránh tác động tải trọng lên chính dây điện trở.
Một nhược điểm của hợp kim này là ở nhiệt độ cao, nó dễ bị tác động hóa học từ các ôxit sắt và ôxit silic, dẫn đến việc phá hủy lớp màng bảo vệ được tạo ra bởi ôxit nhôm và crôm.
Vì vậy, tường lò (ở những nơi tiếp xúc với dây điện trở) phải là vật liệu chứa nhiều
Hợp kim này có độ dãn dài từ 30% đến 40%, gây khó khăn trong việc lắp đặt dây trong lò, vì vậy cần tránh hiện tượng đoản mạch khi dây bị dãn dài và cong Tại Liên Xô cũ, hai hợp kim Crom - 595 và Crom - 626 đã được chế tạo với nhiệt độ làm việc lên tới 1300 độ C Đây là các hợp kim Crôm có hàm lượng lớn, được biến tính bằng các kim loại kiềm thổ, giúp tăng độ dẻo ở 1000 độ C và mang lại độ bền cao.
- Các dây điện trở đƣợc tiêu chuẩn hoá khi sản xuất Dây điện trở bằng hợp kim X13H4; OX23H5 ; X27H5 ; X20H80 có các loại:
Bảng 2.1 Dây tròn có đường kính d [mm]: Đường kính dây ( d ) [ mm ]
Bảng 2.2 Dây điện trở có tiết diện hình chữ nhật (a x b) [mm x mm]:
- Những kích thước được dùng phổ biến là:
- Dây điện trở tiết diện tròn có cấu trúc xoắn lò xo: Đường kính dây : 5 ; 5,5
- Dây điện trở dạng lõi có cấu trúc dích dắc: Đường kính dây: 8; 8, 5; 9 [mm]
- Dây có tiết diện hình chữ nhật có cấu trúc dích dắc : Tiết diện dây: 2 x 20;
- Dây diện trở làm việc trong các lò có đối lưu tuần hoàn hoặc trong các buồng nung không khí thường có: Đường kính dây: 3 ; 3,5 ; 4 ; 4,5 [mm]
2.2.3.3 Vật liệu phi kim loại
- Các vật liệu phi kim loại được sử dụng làm dây nung thường là: Cacbuarun (SiC), than và grafit , cripton
Cấu trúc của dây điện trở kim loại
Trong các lò điện trở, dây điện trở thường có hai loại tiết diện chính là tiết diện tròn và tiết diện chữ nhật Từ hai loại này, người ta phát triển nhiều kiểu cấu trúc dây khác nhau, trong đó dây điện trở tròn có thể có cấu trúc xoắn, bao gồm xoắn trụ và xoắn phẳng.
+Dây điện trở tròn có cấu trúc dích dắc
+Dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc t = 2e d
Hình 2.8 minh họa kích thước cơ bản của dây điện trở, bao gồm ba loại: a) dây tiết diện tròn theo kiểu dích dắc, b) dây tiết diện chữ nhật theo kiểu dích dắc, và c) dây tiết diện tròn theo kiểu xoắn lò xo.
- Khi chọn lựa và lắp đặt dây vào trong lò cần chú ý:
Khả năng ăn mòn hóa học giữa dây điện trở và lớp lót tiếp xúc với dây điện trở là một vấn đề quan trọng cần được xem xét Đồng thời, sự ăn mòn hóa học do khí lò đối với dây cũng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và độ bền của thiết bị Việc hiểu rõ những yếu tố này giúp nâng cao tuổi thọ và hiệu quả hoạt động của các hệ thống điện trở.
Khi nhiệt độ dây điện trở vượt quá 900°C, không nên đặt dây điện trở trực tiếp lên tường lò bằng gạch samôt để tránh tạo ra hợp chất dễ chảy giữa dây và samôt Để giữ dây cố định, cần sử dụng gạch gốm chất lượng cao làm gạch đỡ dây điện trở, bao gồm các loại samôt, vật liệu lumin và vật liệu giàu Al2O3.
+ Dây điện trở Sắt – Crôm – Nhôm bị giòn trong môi trường có chứa khí CO Trong môi trường này ta phải dùng dây điện trở Crôm – Nhôm (Cr - Al)
2.3.1 Cấu trúc dây điện trở có tiết diện chữ nhật
Dây điện trở có tiết diện chữ nhật thường được thiết kế với cấu trúc dích dắc, thường được treo thẳng đứng trên tường lò hoặc đặt nằm ngang ở đáy và nóc lò Kích thước cơ bản của dây điện trở này cùng với cách treo chúng lên tường lò được minh họa trong hình 1 và 2.
Dây điện trở có tiết diện chữ nhật với kích thước a x b thường có tỷ lệ m = b/a = 10 Bước dích dắc t nên được chọn bằng 2b (t = 2b) Khi lắp đặt dây điện trở trên tường lò, cần sử dụng các móc nhỏ làm từ chính vật liệu của dây để giữ dây chắc chắn Việc bố trí các móc này sẽ phụ thuộc vào bước dích dắc t.
Hình 2.9 Dây điện trở tiết diện chữ nhật, cấu trúc dích dắc, treo trên tường
A – Chốt bằng móc tròn B – Chốt bằng móc tấm
1 – Đệm lót bằng gốm 5 – Dây điện trở tấm
3 – Đệm bằng kim loại 7 – Chốt dạng tấm
Chiều cao zigzag H không vượt quá 10b (H ≤ 10b) khi được treo Tuy nhiên, khi đặt dây điện nằm ngang trên giá đỡ hoặc trên các bản gốm có rãnh, chiều dài H sẽ không bị giới hạn.
2.3.2 Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn kiểu dích dắc
Dây điện trở có tiết diện tròn và cấu trúc dích dắc được gắn chặt trên tường bằng các viên gạch gốm có gờ hoặc bằng móc treo thép bền nhiệt với đường kính lớn hơn 7 mm.
- Chiều cao dích dắc H nên chọn:
+ Đối với hợp kim Crôm – Niken:
H ≤ 200 mm (đặt dưới nóc lò)
+Đối với hợp kim Sắt – Crôm – Nhôm:
H ≤ 150 mm (đặt dưới nóc lò)
Đối với dây tiết tròn kiểu dích dắc ở đáy lò, chiều cao dích dắc H có thể tăng từ 20 đến 30% so với các giá trị đã nêu Khoảng cách giữa các trục dích dắc e, như được minh họa trong hình 1 và 2, được đặt trong các tấm gạch định hình có gờ, tùy thuộc vào kích thước viên gạch Hiện nay, các viên gạch có kích thước bước gờ là 12,5 mm và 17,5 mm.
Đối với các dây cáp sử dụng chốt để kẹp chặt, khoảng cách e cần đảm bảo không nhỏ hơn 2,75 lần đường kính của dây điện trở Các dây treo trên tường thì được treo bằng các móc, và các móc này được chốt vào tường lò.
2.3.3 Cấu trúc dây điện trở có tiết diện tròn, kiểu xoắn lò xo
- Ở những lò có nhiệt độ thấp, người ta treo tự do dây xoắn hoặc cố định chúng bằng các dây cách điện
Trong các lò có nhiệt độ trung bình hoặc cao, dây xoắn được đặt trong các rãnh, trên giá đỡ hoặc quấn quanh các ống gốm Đường kính dây xoắn là d, đường kính vòng xoắn là D, với bước xoắn t ≥ 2d, như minh họa trong hình 1.
Trong cùng điều kiện, bước xoắn t càng lớn thì ảnh hưởng che chắn giữa các vòng xoắn càng nhỏ Đường kính trung bình D của mỗi vòng xoắn lớn hơn sẽ tăng khả năng phân bố công suất trên 1m² tường lò, nhưng đồng thời cũng làm giảm độ bền cơ học và dễ gây biến dạng đường xoắn do trọng lượng dây xoắn.
- Khi đặt dây xoắn nằm tự do thì giá trị D/d không lớn hơn 10 (D/d ≤ 10) và các giá trị D/d đƣợc chọn theo bảng sau:
Bảng 2.4 Các giá trị (D/d) max tuỳ theo nhiệt độ dây và vật liệu dây
Các giá trị ( /d) max đƣợc chọn tuỳ theo nhiệt độ dây v vật liệu dây
Nhiệt độ dây [ 0 C] Dây Crôm – Niken ây Sắt – Crôm – Nhôm
- Dây nung xoắn quấn trên ống gốm có thể tăng tỉ số (D/d) max so với bảng 2.1
- Phải đảm bảo vít quấn đều vì tại những vùng bước vít bị mau thì nhiệt độ của dây sẽ quá cao và gây đứt dây nung
2.3.4 Các kiểu bố trí dây điện trở trong lò
Có nhiều kiểu bố trí dây điện trở trong lò, mỗi kiểu có những ưu và nhược điểm riêng Việc lựa chọn cách bố trí dây điện trở phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ của từng loại lò.
Hình 2.10 các kiểu bố trí dây điện trở trong lò nung
Hình 2.9 Cá c kiểu bố trí dây điện trở trong lò
1 - Treo ở tuờng bên 5 - Đ ặ t nằm trên cá c viên gạ ch đua ra ở tuờng bên.
2 - Đ ặ t ở đá y lò 6 - Dây xoắn đặ t ở tuờng bên.
3 - Đ ặ t ở duớ i nóc lò 7 - Dây xoắn đặ t ở nóc lò và đá y lò.
4 - Đ ặ t trên giá gốm ở tuờng bên 8 - Dây xoắn lồng trên ống gốm
Tính toán
3.1.1 Tính toán những kích thước cơ bản của lò
- Những thông số cho trước:
Chiều dày lớp bông cách nhiệt tối thiểu nên đạt 75 mm, dựa trên kinh nghiệm từ nhiều lần thử nghiệm Nếu lớp bông quá mỏng, sẽ dẫn đến thất thoát nhiệt ra bên ngoài, trong khi nếu quá dày sẽ gây lãng phí và làm tăng kích thước cồng kềnh.
Chiều dày tối thiểu của gốm sứ chịu nhiệt cần đạt 20mm để đảm bảo hiệu suất và độ bền, tránh tình trạng tốn kém và khó gia công nếu dày quá, trong khi nếu mỏng quá sẽ dễ gây vỡ, nứt và không đảm bảo khả năng truyền nhiệt Bên cạnh đó, kích thước tối thiểu bề ngang tổng quát của lò cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
Chọn kích thước chiều ngang của lò là r = 340 mm
+ Kích thước chiều sâu tối thiểu của lò là:
Chọn kích thước chiều sâu của lò là s = 400 mm
+ Chiều cao của hộp điều khiển: 100mm Để bảo vệ bo mạch điều kiển ta thêm
1 khoảng không dày 30cm vào giữa buồng lò và hộp điều khiền Đồng thời tạo khe hở giữa nắp và thân lò để tiện làm cơ cấu mở cửa
+ Chiều cao tối thiểu của lò là:
+ Chọn kích thước chiều cao của lò là 470 mm
+ Kích nắp lò là dài x rộng x dầy = 340 x 340 x 50 mm (vấn đề thẩm mỹ và cách nhiệt miệng lò)
+Xác định khích thước cửa lò khái quát như hình vẽ:
Hình 3.1 kích thước cơ bản của vỏ lò
-Từ những số liệu trên, ta thiết kế, bóc tách, lắp ráp hoàn chỉnh các bộ phận của lò trên phần mềm solidworks với mục đích:
+Phát hiện những sai lệch kích thước so với tính toán
+Thiết lập quy trình công nghệ dễ dàng hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công khi hiểu hết đƣợc các tính năng của từng bộ phận
+Thuận tiện cho việc sửa chữa sau này khi có chỉnh sửa
-Kết quả sau khi thiết kế hoàn thiện:
Hình 3.2 Thiết kế lò nung điện trở trên phần mềm solidworks
-Thiết kế vỏ lò trên phần mềm utocad
+Xuất ra phần mềm CNC-CAD để gia công trên máy CNC đột dập
+ Xác định tổng quan về lò nung qua các hình chiếu để công nhân hiểu và dễ dàng thực hiện đúng yêu cầu,
+ Xác định tất cả các kích thước phôi trải của 1 chi tiết dạng tấm (trước khi gia công chấn, hàn)
+ Lắp ghép dễ dàng các tấm dời dạc (hàn) sau khi qua bước chấn
+ Đề ra các yêu cầu kỹ thuật, dễ dàng kiểm tra lắp ráp
+ Thể hiện rõ các yêu cầu kỹ thuật
+ Các lỗ đột phải tiêu chuẩn (do kích thước dao được tiêu chuẩn)
+ Phải gia công được (đặc biệt là bước chấn)
+ Ƣu tiên các chi tiết chấn đƣợc Nếu không chấn đƣợc mới phải hàn
+ Thiết kế sao cho chiều dài đường hàn là ngắn nhất do vấn đề thẩm mỹ, cứng vững và thời gian thực hiện nhanh chóng
+ Đặc biệt lưu ý đến khả năng công nghệ (khả năng công nghệ không dập được gân khi lắp ghép nắp)
-Quy trình thiết kế vỏ tủ trên autocad:
+ Vẽ tổng quan các hình chiếu, hình chiếu trục đo isometric
Từ hình chiếu tổng quan, chúng ta có thể bóc tách các chi tiết tấm rời rạc và tách các hình chiếu trục đo của từng tấm để dễ dàng thực hiện bước chấn Dựa vào bản vẽ, từng chi tiết sẽ được vẽ với kích thước phôi trải trên mặt phẳng, phục vụ cho quá trình gia công CNC đột dập.
+ Kết quả thiết kế đƣợc in trong tập bản vẽ đính kèm
3.1.2.Tính toán chọn dây điện trở
-Các số liệu cho trước
+Nhiệt độ làm việc của lò: t lo = 710 [ o C]
+Công suất điện của lò: P điện = 1540 [W]
-Tính toán dây điện trở
+Trên cơ sở nhiệt độ làm việc yêu cầu của dây điện trở 650- 1100 o c Ta chọn vật liệu chế tạo dây điện trở Nicrom X20H80
+Cường độ dòng điện là :
-Theo nhà sản xuất Kanthal ta sẽ chọn đường kính dây điện trở là 1,2 milimet ứng với dòng điện < 10 mpe
-Điện trở suất tương ứng của dây là : 1,257 (Ω/m)
-Tổng điện trở suất ta cần là : R = U/I = 220/7 = 31,4 (Ω)
-Vậy số mét dây cần quấn là : = 25 (mét).
Quá trình thực hiện lò nung điện trở
3.2.1 Gia công phần vỏ lò
3.2.1.1 Cắt vỏ lò trên máy CNC đột dập
-Tổng quan về máy đột dập CNC:
Máy đột CNC dùng Chày đột tự động xác định vị trí theo trình tự, mỗi lần đột đƣợc tự động điều chỉnh bởi tần số theo trình tự
Quá trình đột dập được thực hiện theo trình tự tự động, bao gồm các bước chuẩn bị phôi, dẫn hướng và thay khuôn Thiết lập khoang khuôn tương ứng cho phép gia công nhiều hình dạng với độ dày khác nhau Phương pháp này đặc biệt có ưu thế trong việc gia công các loại phôi với số lượng nhỏ, đa dạng và hình dạng lỗ phức tạp.
Hệ thống điều khiển phần mềm cho phép vận hành dễ dàng, thực hiện đồ họa CAD trực tiếp để thay đổi trình tự gia công Nó hiển thị hình ảnh thực tế và các hình dạng khuôn tròn, khuôn vuông khác nhau trong quá trình gia công.
Máy được trang bị chức năng quản lý khuôn, tự động chọn khuôn và lộ trình gia công, giúp thao tác nhanh chóng và thuận tiện Tất cả các tấm thép của bộ phận đột dập được hàn nối với cường độ cao và độ cứng tốt, nhờ vào công nghệ xử lý đặc biệt, giảm lực nhấn bên trong và ngăn ngừa biến dạng Kết cấu hợp lý cùng với hoạt động ổn định, máy còn sử dụng bộ ly hợp ma sát để nâng cao hiệu quả gia công.
+Đảm bảo gia công chính xác, tháo lắp và thay khuôn nhanh chóng thuận tiện
- Hình 3.3 Cắt vỏ lò trên máy CNC đột dập
3.2.1.2Chấn góc các chi tiết đã đƣợc gia công CNC dập
-Khái quát về máy chấn:
+Chấn là quy trình làm biến dạng tấm thép phẳng
+Nó là quá trình gia công ngay sau quá trình cắt Tấm gia công đặt nằm trên khuôn chấn có miệng dạng hình chữ V
+Khuôn chấn hình chữ V (khuôn dập) dập tấm gia công theo miệng V và vì thế có thể chấn theo góc mong muốn
+Có hai kỹ thuật chấn phổ biến: Chấn 3 điểm và chấn 2 điểm
Máy chấn 3 điểm sử dụng khuôn chấn trên để chấn tấm gia công trải dài đến bàn làm việc của khuôn chấn dưới, tạo ra điểm đỡ thứ ba ngoài hai mép bên Độ sâu của khuôn chấn dưới có thể được điều chỉnh dễ dàng, cho phép thiết lập các góc chấn khác nhau với độ chính xác cao mà không cần thay khuôn Máy chấn 3 điểm kết hợp độ định hình chính xác với sự linh hoạt của máy chấn bằng khí nén, tuy nhiên, nó yêu cầu lực chấn lớn hơn so với máy chấn 2 điểm.
Khi sử dụng máy chấn 2 điểm, khuôn chấn trên nâng tấm gia công lên miệng khuôn chấn dưới mà không chạm đến đáy, với tấm gia công chỉ nằm trên hai mép của dao chấn dưới trong suốt quá trình chấn Góc chấn được xác định bởi độ sâu của khuôn trên khi chấn xuống khuôn dưới Máy chấn khí nén cho phép thực hiện các góc chấn khác nhau mà không cần thay đổi khuôn chấn.
Độ chính xác là yếu tố quan trọng nhất trong máy chấn tôn, tuy nhiên, không thể tránh khỏi sự lệch nhẹ từ góc chấn mong muốn Góc chấn có thể không chính xác hoặc thay đổi dọc theo chiều dài chấn Cả hai phương pháp chấn 3 điểm và bằng khí nén đều có hệ thống bù trừ để điều chỉnh sai sót Trong máy chấn 3 điểm, đệm thủy lực được tích hợp trong kẹp khuôn chấn trên, đảm bảo lực chấn được phân bổ đều.
Hình 3.4 Chấn NC chi tiết vỏ lò
-Khái quát về hàn mig:
Hàn MIG là phương pháp hàn hồ quang kim loại sử dụng khí bảo vệ, với dây hàn nóng chảy được cấp tự động vào vật hàn Môi trường hàn thường là khí trơ argon hoặc heli, và phương pháp này còn được biết đến với tên gọi hàn dây hoặc hàn CO2.
+Máy hàn Mig dùng để hàn thép hợp kim cao: l, Ni, Cu…
-Các ưu điểm của phương pháp hàn MIG:
+Năng lƣợng hàn thấp, ít biến dạng nhiệt
+Hàn đƣợc hầu hết các kim loại
+Mối hàn dài có thể đƣợc thực hiện mà không bị ngắt quãng
+Yêu cầu kỹ năng hàn thấp
-Những lưu ý khi hàn dạng tôn tấm mỏng:
+Nên hàn chấm điểm, đính các chi tiết lại với nhau trước rồi mới hàn kéo thành đường thẳng
+Góc nghiêng thích hợp để tránh bị lủng
-Khái quát sơn tĩnh điện
Sơn tĩnh điện, hay còn gọi là sơn khô, là loại sơn có dạng bột và được tích điện dương (+) khi sử dụng súng sơn tĩnh điện Đồng thời, bề mặt vật sơn sẽ được tích điện âm (-), tạo ra hiệu ứng bám dính giữa bột sơn và vật liệu Công nghệ này không chỉ mang lại hiệu quả trong việc sơn phủ mà còn thân thiện với môi trường nhờ không sử dụng chất dung môi.
Do đó về vấn đề ô nhiễm môi trường trong không khí và trong nước hoàn toàn không có như ở sơn nước
-Về chất lƣợng công nghệ sơn tĩnh điện:
+Tuổi thọ thành phẩm lâu dài
+Không bị ăn mòn bởi hóa chất hoặc bị ảnh hưởng của tác nhân hóa học,thời tiết
+Màu sắc phong phú và có độ chính xác …
Hình 3.6 Sơn tĩnh điện vỏ lò
Bước 1: Xử lý bề mặt sản phẩm trước khi sơn:
Trước khi tiến hành sơn tĩnh điện cho các sản phẩm kim loại, việc xử lý bề mặt là rất quan trọng Thông thường, các sản phẩm được sơn tĩnh điện chủ yếu là kim khí, đặc biệt là bề mặt sắt.
Việc xử lý bề mặt mang lại các yêu cầu sau:
+ Sản phẩm sạch dầu mỡ công nghiệp (do việc gia công cơ khí)
+ Sản phẩm sạch rỉ sét
+ Sản phẩm không rỉ sét trở lại trong thời kì chƣa sơn
+ Tạo lớp che phủ tốt cho việc bám dính giữa lớp màng sơn và kim khí
- Hệ thống các bể hóa chất bao gồm các bể sau:
+Bể chứa hóa chất tẩy dầu mỡ
+ Bể chứa axit tẩy rỉ sét, bình thường là H2SO4 hoặc HCl
+ Bể chứa hóa chất định hình bề mặt
+ Bể chứa hóa chất Photphat hóa bề mặt
Các bể này được xây dựng bằng vật liệu nhựa Composite hoặc thép không gỉ Vật sơn được chứa trong các rọ lưới thép không gỉ và được di chuyển qua các bể bằng hệ thống balang điện theo thứ tự đã định.
Bước 2: Sấy khô bề mặt sản phẩm trước khi sơn
Sản phẩm sau khi qua xử lý hóa chất cần được làm khô trước khi tiến hành sơn Lò sấy khô có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ hơi nước, giúp rút ngắn thời gian chuẩn bị sản phẩm cho quá trình sơn.
- Bình thường lò sấy có hình dạng khối Sản phẩm được treo trên xe gòng và đẩy vào lò
- Lò có nguồn nhiệt chính bằng bếp hồng ngoại tuyến hoặc Burner, nguyên liệu đốt là Gas
- Sản phẩm sau khi xử lý hóa chất và sấy khô đƣợc đƣa vào buồng phun và thu hồi sơn
Sơn tĩnh điện bột có khả năng bám dính lên bề mặt kim loại nhờ lực tĩnh điện, điều này làm cho buồng phun sơn trở nên quan trọng trong việc thu hồi lượng bột sơn dư Bột sơn thu hồi được sẽ được trộn với bột sơn mới để tái sử dụng, tạo nên một đặc tính kinh tế ưu việt cho sơn tĩnh điện.
- Buồng phun sơn có 2 loại:
+ Loại 1 súng phun: dùng 1 súng phun, vật sơn đƣợc treo, móc bằng tay vào buồng phun
+ Loại 2 súng phun: Vật sơn chạy trên băng tải vào buồng phun, 2 súng phun ở 2 phía đối diện phun vào 2 mặt của sản phẩm
Để thực hiện sơn và thu hồi bột sơn hiệu quả, cần sử dụng thiết bị phun sơn tĩnh điện cùng với hệ thống cấp khí, bao gồm máy nén khí và máy tách ẩm.
Bước 4: Sấy định hình và hoàn thành sản phẩm
- Lò có nguồn nhiệt chính bằng bếp hồng ngoại tuyến hoặc Burner, nguyên liệu đốt là Gas
- Sau khi phun sơn, sản phẩm đƣợc đƣa vào lò sấy Nhiệt độ sấy: khoảng
Tính toán cơ cấu mở cửa
3.3.1 Yêu cầu của cơ cấu mở cửa:
Các cơ cấu mở cửa truyền thống cần được chuyển đổi thành cơ cấu chuyển động song phẳng để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, vì khi mở cửa lò, sức nóng có thể phả trực tiếp vào mặt Thiết kế này giúp người dùng không phải mất một tay để giữ cửa, giảm thiểu rủi ro và tạo sự thuận tiện cho cả người thuận tay phải và tay trái Hơn nữa, cơ cấu này còn dễ dàng lắp đặt trong các không gian hạn chế.
Sau khi thảo luận và nghiên cứu, nhóm đã quyết định chọn cơ cấu 4 khâu bản lề làm cơ cấu mở cửa do tính đơn giản, hiệu quả và dễ dàng trong gia công lắp ráp.
-Cơ cấu mở cửa đó được mô phỏng tương đối như sau:
Hình 3.7 Mô phỏng cơ cấu mở cửa
Nhóm gia công thử nghiệm :
Hình 3.8 Gia công cơ cấu mở cửa
3.3.2 Tính toán chọn dung sai cho cơ cấu mở cửa
+Kiểu lắp có thể quay quanh trục nên ta chọn kiểu lắp có độ hở
+Có độ chính xác tương đối và có thể tháo lắp ra luôn
=>Từ những yêu cầu trên ta chọn dung sai lắp ghép cho các mối lắp của cơ cấu mở cửa là H8/h7
Hình 3.9 Chọn dung sai cho cơ cấu mở cửa
1- Trục ngắn trên 2 – Trục ngắn dưới
3- Trục dài trên 4 – Trục dài dưới
Thiết kế gốm sứ
Thiết kế phần gốm sứ gồm 8 tấm
+Gia công 1 cách dễ dàng
+Khó bị nứt, vỡ so với làm nguyên khối
+Làm khuôn dễ dàng hơn
Hình 3.10 Chi tiết gốm sứ trong vỏ lò
Quy trình làm sứ chịu nhiệt:
Lắp ráp chạy thử
3.5.1 Lắp ráp phần vỏ lò
Bước 1: Đo đạc để chuẩn bị tiến hành quấn dây điện trở
Hình 3.11 Chuẩn bị quấn dây điện trở
Dựa trên các tính toán lựa chọn dây điện trở, chúng ta tiến hành quấn dây thành dạng lò xo, giúp rút ngắn chiều dài dây, nâng cao tính thẩm mỹ và hiệu suất hoạt động.
Bước 2: Quấn dây hoàn tất và xỏ vào vĩ điện trở
Hình 3.12 dây điện trở khi đƣợc lồng vào sứ
Sau khi quấn dây xong ta cho dây qua các lỗ của vỉ điện trở đã thiết kế
Bước 3: Lắp ghép tấm sứ cửa lò
Để lắp ráp tấm sứ cửa lò, trước tiên đặt mặt trước của lò xuống đất Tiếp theo, lần lượt đặt các tấm sứ vào đúng vị trí và sử dụng bông cách nhiệt để cố định cho hai tấm này.
Bước 4 Nhét bông cách nhiệt vòng quanh buồng lò
Chú ý nhét sao cho chặt khít, tạo thành không gian vừa đủ để lắp các tấm sứ còn lại
Hình 3.14 Nhét bông cách nhiệt quanh buồng lò
Bước 5 Lắp lần lượt các tấm : tấm lưng, tấm thông hơi, và 2 tấm vỉ điện trở vào
Hình 3.15 Lắp ráp các tấm sứ tạo thành buồng lò
Chú ý đặt vừa kít, tạo thành buồng lò vuông vức, đúng kích thước đã thiết kế Bước 6: Lắp tấm lưng
Hình 3.16 Lắp ráp tấm sứ lƣng lò
Xỏ bốn đầu dây điện trở qua bốn lỗ tấm lƣng Lúc này ta đã tạo đƣợc không gian buồng lò hoàn chỉnh
Bước 7: Chêm bông cách nhiệt mặt lưng
Hình 3.17 Chêm bông cách nhiệt phía lƣng lò
Bước 8: Cố định thân lò bằng miếng lưng thứ 2 và bass chặn
Hình 3.18 Cố định lại bông và sứ đã lắp ráp
Hình 3.19 Hoàn thành phần lắp ráp
3.5.2 Đo v khống chế nhiệt độ của lò
3.5.2.1 Khái niệm chung về đo nhiệt độ
Khi nhiệt độ của một hệ thống thay đổi, các tính chất vật lý của hệ thống cũng thay đổi theo Nếu sự thay đổi này chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, chúng ta có thể xác định nhiệt độ thông qua các tính chất vật lý Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, các tính chất này còn phụ thuộc vào các điều kiện khác Do đó, để xác định nhiệt độ chính xác, cần sử dụng các dụng cụ đo mà tính chất vật lý của chúng và sự thay đổi của các tính chất này theo nhiệt độ phải được biết trước.
Khi xác định nhiệt độ trong một hệ thống, chúng ta giả định rằng có sự cân bằng nhiệt độ hoàn toàn giữa hệ thống và thiết bị đo, nhưng thực tế việc đạt được sự cân bằng này là khó khăn Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ, tuy nhiên, tùy thuộc vào yêu cầu về nhiệt độ cần đo và độ chính xác của thiết bị, hai phương pháp chính thường được sử dụng là đo tiếp xúc và đo không tiếp xúc.
Phương pháp đo nhiệt độ tiếp xúc là kỹ thuật đo mà đầu cảm biến được đặt trực tiếp trong môi trường cần đo Để đảm bảo độ chính xác, cần duy trì sự cân bằng nhiệt độ giữa đầu đo và môi trường xung quanh.
Phương pháp đo nhiệt độ không tiếp xúc cho phép đo nhiệt độ mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể cần đo Mỗi phương pháp này dựa trên các nguyên tắc đo khác nhau, dẫn đến việc phát triển các loại thiết bị đo nhiệt độ (nhiệt kế) tương ứng.
- Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (cặp nhiệt điện)
Khi đo nhiệt độ, cần xem xét các nguyên tắc và điều kiện khác nhau, bao gồm giới hạn nhiệt độ, tính chất môi trường và yêu cầu về độ chính xác Điều này giúp lựa chọn phương pháp đo và nhiệt kế phù hợp nhất.
Trong đồ án này, nhiệt độ hoạt động của lò dao động từ 650 đến 1100 độ C, vì vậy chúng tôi lựa chọn phương pháp đo nhiệt độ tiếp xúc bằng cách sử dụng nhiệt kế cặp nhiệt điện (cảm biến dò nhiệt).
Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu
Hình 3.21 Cấu tạo của can nhiệt
Nhiệt độ thay đổi dẫn đến sự biến đổi sức điện động (mV), từ đó tạo ra các hiệu điện thế khác nhau Tín hiệu này được gửi về mạch điều khiển vi xử lý đã được lập trình sẵn, và kết quả nhiệt độ sẽ được hiển thị trên màn hình.
Bền, đo nhiệt độ cao
Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số, độ nhạy không cao
-Thường dùng trong các lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén…
- Đƣợc ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, luyện kim, giáo dục hay gia công vật liệu…
- Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K,
R, S, T, B…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt điện đó đƣợc cấu tạo bởi 1 chất liệu khác nhau, từ đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác nhau
3.5.2.6 Hoạt động của hệ thống cung cấp nguồn điện
Khi đóng cầu dao, dòng điện sẽ đi qua ba đèn báo của ba pha, cho thấy rằng nguồn điện đã được kết nối Tuy nhiên, lúc này, điện vẫn chưa được cấp cho hệ thống dây điện trở.
Khi công tắc CT được đóng, đèn Đo sáng lên để báo hiệu rằng điện đã được cấp cho công tắc tơ Đồng thời, cuộn hút của rơ le K nhận điện và đóng các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, cho phép điện được cung cấp cho hệ thống cấp điện, dây điện trở và điều khiển nhiệt độ của lò.
3.5.2.7 Điều khiển cấp điện cho dây điện trở
Khi công tắc CT được đóng, dòng điện sẽ được cấp cho cuộn hút của công tắc tơ, dẫn đến việc các tiếp điểm của công tắc tơ được đóng lại Điều này cho phép dây điện trở nhận điện và hoạt động hiệu quả.
3.5.2.8 Đo v khống chế chế độ nhiệt độ của lò Để đo nhiệt độ của lò, ta dùng cặp nhiệt điện (can nhiệt) với các đặc tính kỹ thuật đã trình bày ở phần 8.2.Tín hiệu nhiệt độ đƣợc truyền về bộ phận đo và khống chế nhiệt độ (ĐKC), nhiệt độđƣợc chỉ thị trên đồng hồ sẽ đƣợc nạp vào bộ phận so sánh của thiết bị đo và khống chế nhiệt độ Khi nhiệt độ của lò nhỏ hơn nhiệt độ yêu cầu (nhiệt độ đặt) thì tiếp điểm CL sẽ đƣợc đóng lại, lò đƣợc cấp điện và hoạt động Khi nhiệt độ của lò cao hơn nhiệt độ đặt, tiếp điểm CL sẽ mở ra, tiếp điểm CH đóng lại, cuộn hút của rơ le K mất điện Do cuộn hút mất điện nên các tiếp điểm của công tắc tơ sẽ mở ra nên bộ dây điện trở không đƣợc cấp điện, lò ngừng cấp nhiệt, nhiệt độ của lò giảm dần Khi nhiệt độ của lò xuống thấp hơn nhiệt độ đặt thì tiếp điểm
Khi CL ngắt điện, cuộn hút sẽ không còn điện, dẫn đến việc các tiếp điểm của công tắc tơ không đóng, làm ngừng cấp điện cho bộ dây điện trở Ngược lại, khi cuộn hút có điện, các tiếp điểm sẽ đóng lại, cho phép bộ dây điện trở tiếp tục hoạt động.
Quá trình đƣợc lặp đi lặp lại theo chu kỳ và cứ thế nhiệt độ lò đƣợc khống chế theo yêu cầu công nghệ
Chạy thử
Chạy thử lò với nhiệt độ 750 o c Thu đƣợc biểu đồ thời gian nung đến 750 o c
Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện thời gian khi nung đến 750 o c
Từ biểu đồ trên ta thấy mức nhiệt tăng khá đều và ổn định Phần đầu nhiệt độ tăng khá nhanh sau đó giảm dần
Kết quả nung mẫu nhôm từ vỏ lon bia với nhiệt độ khoảng 800 o c
Hình 4.2 Mẫu nung thử nghiệm từ vỏ lon bia bằng nhôm Lƣợng nhiệt tỏa ra khi nung đến 750 0 c là: theo định luật Jun-Lenxơ:
Q - Lƣợng nhiệt tính bằng Jun(J)
I = 7 Dòng điện tính bằng mpe( )
R = 31,4 Điện trở tính bằng Ôm
T = 2400 Thời gian tính bằng giây(S).
Hướng dẫn cài đặt lò nung điện trở
Q - Lƣợng nhiệt tính bằng Jun(J)
I = 7 Dòng điện tính bằng mpe( )
R = 31,4 Điện trở tính bằng Ôm
T = 2400 Thời gian tính bằng giây(S)
Bước đầu tiên là bật công tắc nguồn, sau đó đồng hồ sẽ hiển thị số seri của mạch điều khiển được cài đặt bởi nhà sản xuất Tiếp theo, đồng hồ sẽ chuyển sang hiển thị nhiệt độ mà chúng ta đã cài đặt trước đó.
Để điều chỉnh nhiệt độ, bạn nhấn nút set, lúc này đồng hồ sẽ hiển thị số đầu tiên từ trái sang, đại diện cho hàng đơn vị của nhiệt độ Để tăng hoặc giảm, bạn nhấn nút lên hoặc xuống Tiếp tục nhấn nút set để chuyển sang cài đặt số hàng chục từ phải sang, và màn hình sẽ nhấp nháy số bạn đang cài Để điều chỉnh, nhấn nút lên hoặc xuống, sau đó nhấn nút set Quy trình này lặp lại cho hàng trăm và hàng ngàn của nhiệt độ.
-Bước 3: nhấn nút set để lò bắt đầu làm việc Hoặc để trong khoảng vài giây lò sẽ tự động hoạt động đến mức nhiệt ta cài đặt
4.3 Hướng dẫn c i đặt lò nung điện trở
4.3.1 Nhận biết bảng điều khiển lò nung:
– Nút POWER: Mở và tắt nguồn điện
– Đèn POWER: Mở nguồn thì đèn sáng Tắt nguồn thì đèn tắt
– Đèn HE T: Chạy chương trình lò nung thì đèn sáng Dừng chương trình lò nung thì đèn tắt
– Các nút “SET”, “↑” và “↓” Chức năng của các nút này sẽ đƣợc qui định cụ thể trong quá trình cài đặt
Bảng điện tử LED hiển thị liên tục nhiệt độ lò trong suốt quá trình hoạt động, đồng thời cho phép người cài đặt nhập các thông số cần thiết theo chương trình đã định sẵn, giúp điều khiển lò hoạt động theo đúng quy trình.
Hình 4.3 Bảng điều khiển lò nung điện trở
– Chương trình chạy lò nung gồm 4 giai đoạn là:
Giai đoạn 1 hiển thị trên màn hình là St-1
Giai đoạn 2 hiển thị trên màn hình là St-2
Giai đoạn 3 hiển thị trên màn hình là St-3
Giai đoạn 4 hiển thị trên màn hình là St-4
– Trong mỗi giai đoạn, qui định cài đặt theo 3 thông số là:
Tốc độ tăng nhiệt hiển thị trên màn hình là rate (RATE)
Nhiệt độ cài đặt hiển thị trên màn hình là temp (TEMP)
Thời gian giữ nhiệt hiển thị trên màn hình là hold (HOLD)
Khi khởi động, nếu không nhấn nút ST RT (nút “↑”), đèn HE T sẽ không sáng, điều này có nghĩa là chương trình lò không hoạt động Do đó, nhiệt độ của lò sẽ tự động đạt đến mức nhiệt độ chờ đã được cài đặt trong chương trình.
Khi chương trình lò đang hoạt động, để dừng chương trình, bạn chỉ cần nhấn nút STOP (nút “↓”) Khi đó, đèn HE T sẽ tắt và nhiệt độ của lò sẽ trở về mức nhiệt độ chờ đã được cài đặt trong chương trình.
– Khi chương trình lò chạy xong, lò tự động tắt nguồn và nhiệt độ của lò giảm về nhiệt độ môi trường
4.3.3 C i đặt thông số cho chương trình lò nung:
Khi tiến hành cài đặt thông số cho chương trình lò nung, chỉ sử dụng 3 nút
“SET”, “↑” và “↓” a Cài đặt nhiệt độ chờ:
Nhấn và giữ nút “SET” trong vòng 3 giây để bảng điện tử LED hiển thị 4 con số, trong đó con số ở hàng đơn vị (số cuối bên phải) sẽ nhấp nháy Điều này cho biết bạn có thể thay đổi giá trị bằng cách nhấn nút “↑” để tăng hoặc nút “↓” để giảm từ con số hiện tại.
Khi đã chọn được con số ở hàng đơn vị, bạn nhấn và nhả nút “SET” để làm cho con số ở hàng chục nhấp nháy Tiếp theo, bạn có thể tăng hoặc giảm số bằng cách nhấn nút “↑” hoặc “↓” cho đến khi chọn được con số phù hợp Sau đó, nhấn và nhả nút “SET” để chuyển sang cài đặt con số hàng trăm, và tiếp tục thao tác tương tự cho đến khi hoàn tất cài đặt Khi đã thiết lập xong nhiệt độ mong muốn, hãy nhấn nút “SET” một lần nữa để thoát khỏi quá trình cài đặt.
Để điều chỉnh giai đoạn, hãy nhấn và giữ nút “SET” trong hơn 3 giây rồi thả ra Màn hình sẽ hiển thị St-1, tức là giai đoạn 1 Bạn có thể nhấn nút “↑” để chuyển tiếp qua các giai đoạn St-2, St-3 và St-4, hoặc nhấn nút để quay lại giai đoạn trước đó.
– Khi đã chọn giai đoạn cần cài đặt (Thí dụ giai đoạn 1 là St-1) thì nhấn nút
Để bắt đầu cài đặt, hãy nhấn nút “SET” Màn hình LED sẽ hiển thị thông số đầu tiên là rate (R TE) Bạn cũng có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các thông số R TE, TEMP và HOLD bằng cách sử dụng các nút “↑” và “↓”.
Coi nhƣ ta chọn thông số R TE Đây là thông số tốc độ tăng nhiệt nên phải biết tính toán để cài đặt thông số cho đúng
Để đạt được nhiệt độ 1500 o C trong 10 phút, tốc độ tăng nhiệt cần đạt 150 o C/phút Bạn có thể nhập con số 15, nhưng cần lưu ý rằng số này không được nhỏ hơn 2 con số do yêu cầu của hệ thống cài đặt.
– Khi bảng điện tử bằng đèn LED hiển ra chữ ratE (R TE), nhấn và nhả nút
“SET” lần nữa thì bảng điện tử hiện ra 4 con số và con số hàng đơn vị nhấp nháy
Sử dụng nút “↑” hay nút “↓” để tăng hay giảm giá trị cho đến khi chọn đƣợc con số phù hợp ở hàng đơn vị
Nhấn và nhả nút “SET” để bảng điện tử hiển thị con số hàng chục đang nhấp nháy Sử dụng nút “↑” hoặc “↓” để lựa chọn con số phù hợp cho hàng chục.
Sau khi hoàn tất cài đặt R TE, hãy nhấn nút “SET” liên tục 4 lần để thoát khỏi thông số đầu tiên Khi bảng điện tử hiển thị chữ ratE (R TE), bạn nên dừng lại.
Để cài đặt nhiệt độ (TEMP), nhấn nút “↑” để chuyển sang thông số TEMP và sau đó nhấn nút “SET” để bắt đầu Màn hình điện tử sẽ hiển thị 4 con số, với con số hàng đơn vị nhấp nháy Bạn có thể sử dụng nút “↑” hoặc “↓” để điều chỉnh giá trị, và nhấn nút “SET” để chuyển đổi giữa hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm và hàng ngàn.
Ví dụ: Giai đoạn 1 có nhiệt độ 1500C và giữ nhiệt trong 2 giờ Bạn nhập đúng nhiệt độ là 1500C
Sau khi hoàn tất cài đặt TEMP, hãy nhấn nút “SET” liên tiếp 4 lần để thoát khỏi thông số TEMP thứ hai Khi bảng điện tử hiển thị chữ "temp" (TEMP), bạn hãy dừng lại.
Để cài đặt thông số HOLD, nhấn nút “↑” để chuyển sang chế độ này Sau khi chọn HOLD, nhấn nút “SET” để bắt đầu cài đặt Màn hình điện tử sẽ hiển thị 4 con số, trong đó con số hàng đơn vị sẽ nhấp nháy Bạn có thể sử dụng nút “↑” hoặc “↓” để điều chỉnh giá trị, và nhấn nút “SET” để chuyển đổi giữa các hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm và hàng ngàn.
