Đồ án Thiết kế hệ điều khiển nhiệt độ lò nung gốm sứ dùng PLC S -300

CHƯƠNg1 giới thiệu về lò Nung 1.1.Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp. Lò lung công nghiệp là loại lò dùng nhiên liệu khí gas, kích thước và khối lượng lớn. Cấu tạo của lò gồm 3 bộ phận chính : + Vỏ lò ( phần cơ khí). + Lớp bảo ôn. + Hệ thống đường ống dẫn khí và đầu đốt. Kích thước khuôn khổ của lò: Dài x rộng x cao = a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m). trong đó: a- Chiều dài của lò. b- Chiều rộng của lò. h- Chiều cao của lò. Nhiệt độ nung: Tmax=13000C , Tmin= 3000C. Thời gian nung của lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn đảm bảo độ an toàn lao động cũng như các chỉ số an toàn nói chung của một lò nung. Phần vỏ lò làm bằng thép có kích thước và khối lượng lớn nhất bao quanh toàn bộ lò, do làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên trong lòng của lò được bọc một lớp bảo ôn. Lớp bảo ôn này bao gồm gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh, đây là một loại vật liệu hoá học chịu được nhiệt độ cao, khi làm việc ngọn lửa từ các đầu đốt sẽ phun vào lòng lò lúc đố nhiệt độ trong lòng lò rất cao (trên 1300 0C). Lớp bảo ôn còn có tác dụng giữ nhiệt độ của lò luôn ổn định không bị thoát nhiệt ra vỏ lò, chiều dầy của lớp bảo ôn là d=300 (mm). Về cơ bản vỏ lò nung công nghiệp được cấu tạo bởi 4 phần chính là: Thân lò(1), buồng điều hoà (2), ống khói (3), hệ thống đường ống dẫn khí và nhiên liệu(4). Trong 4 cụm này thì cụm thân lò có khối lượng và kích thước lớn nhất đồng thời đây cũng là cụm chi tiết quan trọng nhất, vì tất cả các chi tiết khác sẽ được lắp lên cụm thân lò. 1.1.1. Cấu tạo cụm thân lò TL-01-00-00. Thân lò là cụm chi tiết chính dùng để lắp toàn bộ các cụm chi tiết khác như: buồng điều hoà, ống khói, toàn bộ đường ống dẫn khí và nhiên liệu. Chính vì vậy cụm thân lò sẽ chịu nhiệt độ cao và tải trọng lớn nhất, trên hình 1.1 sẽ giới thiệu về cụm thân lò. Hình 1.1- Cụm thân lò. Kích thước khuôn khổ của cụm thân lò là: a x b x h = 59 x 1,2 x 2 (m). trong đó: a- Chiều dài thân lò. b- Chiều rộng thân lò. h- Chiều cao thân lò. Thân lò có dạng hình khối rỗng, xung quanh là các thành vách, trong đó phần chịu lực là phần khung chế tạo bằng thép định hình dạng hộp H50x50x3, sau đó được bọc bằng thép tấm dầy T=2mm. Cụm thân lò làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, nên toàn bộ trong lòng cụm thân lò được xây gạch chịu lửa và bọc bông thuỷ tinh chịu nhiệt (gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh còn gọi là lớp bảo ôn), lớp bảo ôn này có chiều dầy d= 300 mm. Do cụm thân lò có khối lượng và kích thước lớn, gồm nhiều cụm chi tiết, mỗi cụm này khi chế tạo lại đòi hỏi những quy trình công nghệ khác nhau. Về mặt công nghệ chế tạo máy, ta có thể chia cụm thân lò thành 6 cụm chi tiết sau đây: Cụm thành lò phải -TL-01-01-00. Cụm thành lò trái -TL-01-02-00. Cụm nóc lò-TL-01-03-00. Cụm lưng lò-TL-01-04-00. Cụm xe lò-TL-01-05-00. Cụm cửa lò-TL01-06-00. Cụm thành lò phải. Hình 1.2- Cụm thành lò phải. Thành lò phải có cấu tạo đơn giản bao gồm khung thép định hình dạng hộp H50x50x3, sau đó bọc tôn, cấu tạo cụm thành lò phải là một mặt phẳng dưới chân có ghế đẩu (kết cấu cụm chi tiết có dạng hình ghế đẩu) nhô ra làm bệ, sau này xây gạch chịu lửa. Trên thành lò phải có 9 mặt bích dùng để lắp đầu đốt trong đó có 4 mặt bích f120 ở trên và 5 mặt bích f140 ở dưới, ngoài ra để theo dõi sự hoạt động của các đầu đốt trên thành phải có 9 ống thăm f32. Khi các đầu đốt hoạt động, người công nhân đứng bên thành lò phải sẽ quan sát được đầu đốt bên thành lò trái và ngược lại, khi đứng bên thành trái sẽ quan sát được các đầu đốt bên thành lò phải. Trên hình 1.3.a.b.c dưới đây là các mặt bích và ống thăm. a. Mặt bích to f140 b. Mặt bích nhỏ f120 c. ống thăm f32 Hình 1.3- Mặt bích và ống thăm. Như vậy trong cụm thành lò phải gồm có 9 chi tiết. Cụm thành lò trái . Thành lò trái có cấu tạo giống thành lò phải chỉ khác nhau ở vị trí các đầu đốt và ống thăm, như đã giới thiệu về công dụng của ống thăm ở trên. Theo đó thì tâm đầu đốt bên thành lò phải sẽ trùng tâm ống thăm bên thành lò trái và ngược lại, trên hình 1.4 dưới đây sẽ giới thiệu thành lò trái. Hình 1.4- Cụm thành lò trái. Như vây cụm này có 6 chi tiết, thành lò phải và cụm thành lò trái là hai cụm chi tiết có nhiệm vụ để lắp các mặt bích của đầu đốt và ống thăm, đây cũng là cơ sở để bọc lớp bảo ôn chịu nhiệt sau này. Cụm nóc lò. Nóc lò hay còn gọi là trần lò, đóng vai trò là miền giới hạn giữa thân lò và buồng điều hoà. Nóc lò được làm bằng khung hộp sau đó lắp thép lưới, phần thép lưới làm bằng tôn đột lỗ để buộc bông thuỷ tinh. Trên hình 1.5 dưới đây là cụm nóc lò. Cụm này gồm có ba chi tiết đó là: Hình 1.5- Nóc lò. Cụm lưng lò . Lưng lò có cấu tạo giống hai thành lò nhưng chỉ là phần bọc kín thân lò chứ không có chi tiết nào khác. Cũng giống với hai thành lò, kết cấu cụm lưng lò gồm khung hộp H50x50x3, sau đó bọc thép tấm. Trong cụm lưng lò có ghế đẩu nhô ra để làm cơ sở xây lớp bảo ôn sau này. Toàn bộ cụm lưng lò được giới thiệu trên hình 1.6. Hình 1.6- Cụm lưng lò. 1.1.2.Cụm xe lò. Xe lò đóng vai trò là đáy lò, sở dĩ như vậy vì trong điều kiện nhiệt độ cao 13000C người công nhân không thể trực tiếp vào lòng lò mà phải gián tiếp thông qua xe lò. Điều này cũng tiết kiệm được nhiên liệu đốt cho lò, vì bỏ qua được công đoạn đợi cho lò nguội để chuyển sang mẻ nung mới. Tức là đáy lò sẽ được chế tạo rời. Trên hình 1.8 dưới đây sẽ giới thiệu về xe lò. Hình 1.7- Xe lò. 1- gạch chịu nửa 2- khung xe lò 3- cùm bánh xe 4- bánh xe 5- trục bánh xe Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng thép định hình chữ U 100x46x5 (mm) sau đó bọc thép tấm dày l=2mm, xe lò chạy trên thanh ray nhờ bánh xe (3) (trên bản vẽ chung). Gồm có 3 xe, mỗi xe có bốn bánh. Kích thước khuôn khổ của mỗi xe là: dài x rộng x cao = a x b x h = 2000 x 1780 x 257 (mm). Xe lò được xây gạch chịu lửa khít với hai bên thành lò, đảm bảo hơi nóng sẽ không thoát ra ngoài được. Khi lò không hoạt động, xe lò được đưa ra ngoài, đến khi hoạt động, sản phẩm được xếp đầy lên xe và đưa vào lò. 1.1.3.Cụm cửa lò . Cửa lò có rất nhiều loại, và nhiều mẫu thiết kế nhưng về cơ bản cửa lò phải đảm bảo điều kiện: +Đóng mở dễ dàng và thuận tiện. + Đủ cứng vững và kín. +Không bị biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Có thể nói lò nung công nghiệp giới thiệu trên đây là loại lò hiện đại và mang tính tự động hoá cao, trên cơ sở đó ta có thể chọn phương án để chế tạo loại cửa tự động. Tuy nhiên vì thời gian có hạn, trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp em xin chọn bản thiết kế cửa như trên hình 1.8. Đây là bản thiết kế cửa lò đã được chọn để lập quy trình công nghệ gia công trong cụm thân lò. Hình 1.8- Cụm cửa lò. 1- vô năng khoá cửa 2- tay nắm cửa 3- khung cửa 4- bản lề cửa. 1.1.4. Cụm ống khói . Cụm ống khói được giới thiệu trên hình 1.9. Hình 1.9- Cụm ống khói ống khói có kích thước lớn nhất, chiều dài L=12000 mm nối từ buồng điều hoà lên trên không. Do nhiệt độ làm việc của ống khói cao (13000C) lại không thể xây gạch chịu lửa nên ống khói được làm bằng INOX. ống khói hình tròn f1000, trên đỉnh ống khói có phần nón để che mưa không cho nước từ ngoài theo đường ống vào trong lò. Do phần ống khói có kích thước lớn, nên ta tách ống khói ra làm 6 đoạn, các đoạn này được nối với nhau nhờ các mặt bích. Do đặc điểm của buồng điều hoà là hình vuông mà ống khói lại hình tròn nên đoạn ống nối từ buồng điều hoà phải có một đầu vuông và một đầu tròn. Buồng khói nối với buồng điều hoà nhờ mặt bích bắt đai ốc, bu lông. 1.1.5. Cụm đường ống. Cụm đường ống làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, do đó toàn bộ đường ống được làm bằng INOX. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống đường ống là: Dùng để dẫn nhiên liệu tới cung cấp cho các đầu đốt để từ đó tạo ra nhiệt để thổi vào thân lò. Các thông số kỹ thuật của hệ thống đường ống : ống gió to: a x b = 5210 x 90 . ống gió nhỏ: a x b = 4042 x 76 . ống gas to: a x b = 5360 x 34 . ống gas nhỏ: a x b = 4504 x 21 . ống tăng áp: 90 . ống nguồn: a x b = 2170 x 280 . ống gió nguồn:280 . Trong đó: a - Chiều dài của ống ( mm) . b - Chiều rộng của ống ( mm) . 1.1.6. Sơ đồ cấu trỳc lũ. 1 1 1 1 1 2 2 2 3 5 4 4 2 2 6 2 2 8 7 9 10 1 Chú thích: 1 : Động cơ. 2 : Quạt. 3 : Đồng hồ báo áp lực GAS. 4 : Đồng hồ báo áp lực gió. 5 : Hệ thống ống dẫn. 6 : Xe nguyên liệu. 7 : Tường lò. 8 : Buồng đốt. 9 : Van. 10: Đèn báo. 1.2. Các trang thiết bị chính của lò nung sứ. Hệ thống lò nung là hệ thống gồm nhiều thiết bị nhằm tạo ra sản phẩm. Hệ thống gồm các phần chính sau: Các ống dẫn gas và gió. Buồng đốt. Buồng làm nguội. Buồng ôxi hoá khử. Máy đẩy thuỷ lực. Bộ phận cấp gas, gió trong các quá trình cháy trong lò. Ngoài ra còn có các thiết bị phụ trợ khác : Bộ phận tích khí thải. Bộ phận tích khí đầu vòi. Các van khí. Các quạt gió. Các bộ phận truyền động và các động cơ khác. 1.3. Hệ thống cấp gas và gió. 1.3.1. Cung cấp gas. - Dùng LPG tạo nhiệt độ lò. - áp lực đầu vào của lò hệ thống điều khiển gas 1,0 – 1,2 bar. Các phụ tùng và thiết bị sau được đặt trong hệ thống điều khiển gas của lò: Van ngắt chính ở đầu vào của gas. Lọc gas. áp kế (0 – 4 bar, cung cấp áp lực). Đo lưu lượng. Màng chắn điều khiển áp lực gas cùng với van ngắt an toàn hợp nhất. Van ngắt an toàn. Áp kế ( 0 – 250 mbar, áp lực ngược lại để cung cấp cho lò). Công tắc áp lực gas tối thiểu. Công tắc áp lực gas tối đa. Trong hệ thống điều khiển gas, lắp đặt một màng chắn chỉnh áp lực gas để giảm áp lực cung cấp (khoảng 1bar) giảm áp lực ra 30 – 70 bar. Điều chỉnh áp lực gas có van ngắt an toàn để tác động lại áp lực (tối đa 100 mbar) và áp lực gió quá thấp (tối thiểu 10 bar) và để ngắt nguồn gas chính. Các van cơ giới ngắt an toàn dùng để cắt nguồn cấp gas vào lò khi áp lực gas quá cao hoặc quá thấp, việc ngắt này được điều chỉnh bởi hai công tắc áp lực gas. Hệ thống an toàn được nối với các van cơ giới này. Trước khi điều khiển gas, hệ thống số lượng gas được đo băng một lưu kế. Việc ghi lại và chỉ dẫn được thực hiện bằng một chương trình điều khiển của máy tính. Gas được điều chỉnh tới một hằng số áp lực cung cấp để dẫn tới đường ống phân bố gas chính. Từ đây được cấp vào các ống gas của các nhóm vòi đốt. ở phía cuối đường ống phân bố chính được lắp một đường ống loại không khí trên nóc lò cùng với một van. 1.3.2. cung cấp khí đốt. Đối với khí đốt dùng khí sạch, các thiết bị sau được lắp trong đường cung cấp khí đốt: Lọc khí. Hai quạt khí đốt (một hoạt động, một cho dự trữ). Các van tiết lưu điều chỉnh bằng tay trước và sau khi khởi động quạt. Mô tơ van tiết lưu để điều chỉnh áp lực. Đo môi trường chuyền cho điều khiển áp lực. Công tắc áp lực (áp lực tối thiểu). áp lực của quạt khí đốt được điều khiển tự động cung cấp khí ảnh hưởng đến đường ống cung cấp gas chính. Từ đó được cấp vào các ống khí của vòi đốt. 1.4. Các nhóm vòi đốt. - Nhóm vòi đốt 1: +Vùng trước nhiệt: 3 vòi đốt trái và phải với điều khiển đốt tự động. +Vùng ôxi hoá: 4 vòi đốt trái và phải. - Nhóm vòi đốt 2: vùng khử, 6 vòi đốt trái và phải. - Nhóm vòi đốt 3: vùng nung đầu, 4 vòi đốt trái và phải. - Nhóm vòi đốt 4: vùng nung cuối, 4 vòi đốt trái và phải. + Các đường ống cấp khí đốt của các nhóm vòi đốt. Bên cạnh đường ống dẫn khí chính các thiết bị sau được đặt trong mỗi ống cấp khí cho các vòi đốt . - Nắp điều khiển khí (van). - áp kế . Điều khiển tỉ lệ của các nhóm ảnh hưởng đến van điều khiển gas tương ứng. 1.5.Khí thải. Khí thải được các máy phân tích khí liên tục lấy mẫu và hàm lương ôxy, các bon được theo dõi đảm bảo đủ ôxy trong lò và buồng phân huỷ cho nhiên liệu cháy hoàn toàn. Mức ôxy quá thấp hoặc quá cao trong cả hai nơi này thì phải điều chỉnh lưu lượng gió bằng các van của quạt gió. Khí thải từ buồng ôxy hoá cũng được phân tích thành phần các bon liên tục vì mức các bon quá cao sẽ ảnh hưởng đến quá trình tạo sứ. 1.6. Quy trình nung gốm, sứ. * Đặc điểm gốm sứ. Gốm sứ là một mặt hàng đòi hỏi về mẫu mã cũng như tính mỹ thuật cao, nhiệt độ nung gốm lại rất cao (trên 10000C) nhưng lại dễ vỡ và sinh ra khuyết tật trong quá trình nung. Sự thay đỗi nhiệt độ đột ngột và cũng sẽ dẫn tới hậu quả là gốm bị nứt, vỡ hay sinh ra khuyết tật. Do đó thời gian nung một mẻ gỗm mất rất nhiều thời gian . Các thao tác cơ bản của quy trình nung gỗm, sứ. + Thao tác 1: Gốm được xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp sẽ được kê bằng một tấm đệm làm bằng Fe2O3 tấm đệm này chịu được nhiệt độ trên 2000C. Gốm được xếp đúng vị trí sao cho khi xe đẩy xếp khít vào lò gốm không tiếp súc trực tiếp với ngọn lửa từ đầu đốt. Nếu không tuân thủ nguyên tắc này sản phẩm sẽ không được nung đều. + Thao tác 2: Để quá trình nung gốm không bị gián đoạn vì những lý do kỹ thuật, bao giờ cũng có thao tác chạy thử, tức là cho các đầu đốt hoạt động, sau đó nhìn qua ống thăm kiểm tra xem có đầu đốt nào không cháy. Nếu phát hiện thấy có những sự cố nói trên phải ngắt cầu dao, đóng van khí để sửa chữa. + Thao tác 3: Sau khi đã kiểm tra xong cho lò hoạt động và điều chỉnh nhiệt cho nhiệt độ lò ở 5500C, giữ nhiệt độ này trong 3h. Để gốm được khô đều, sau đó nâng tiếp nhiệt độ lên 11200C và giữ trong 3h, quá trình thay đổi nhiệt độ và giữ nhiệt độ như vậy được duy trì tới khi gốm được nung xong. Quá trình tính từ khi gốm đã chín nhiệt độ lò cũng được duy trì và giảm theo từng thang nhiệt độ. + Thao tác 4: Trong quá trình đợi gốm chín người công nhân phải xếp gốm vào xe lò khác để khi mẻ gốm trong lò đã chính ta sẽ tiến hành ngay vào nung mẻ khác. Làm như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian nung và nhiệt độ hao tổn.