Chuong 3 trang bi dien thiet bi gia nhiet

Ch­¬ng II c¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn CHƯƠNG 3 TRANG BỊ ĐIỆN LÒ ĐIỆN 1 Khái niệm Lò điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện thành nhiêt năng, dùng trong công nghệ nấu chảy vật liệu, công n.

CHƯƠNG 3 TRANG BỊ ĐIỆN LÒ ĐIỆN

1 Khái niệm

Lò điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện thành nhiêt năng, dùng trong công nghệ nấu chảy vật liệu, công nghệ nung nóng và trong công nghệ nhiệt luyện

2 Đặc điểm của lò điện:

+ Có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể tích nhỏ

+ Do nhiệt tập trung nên lò có tốc độ nung nhanh và năng suất cao

+ Đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và chế độ nhiệt

+ Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc trong môi trường có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy tiêu hao kim loại không đáng kể+ Đảm bảo điều kiện vệ sinh: không có bụi, không có khói

3 Các phương pháp gia nhiệt

a) Phương pháp điện trở: nhiệt lượng tỏa ra tuân theo luật Joul - Lence

TRANG BỊ ĐiỆN LÒ ĐiỆN

3 Các phương pháp gia nhiệt

b) Phương pháp cảm ứng: Dựa trên định luật cảm ứng điện từ Khi cho dòng

điện đi qua cuộn cảm thì điện năng được biến thành năng lượng từ trường biến thiên Khi đặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên đó, trong khối kim loại sẽ xuất hiện dòng cảm ứng Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại

3 Các phương pháp gia nhiệt

c) Phương pháp hồ quang điện: Dựa vào hiện tượng hồ quang điện Trong điều kiện bình thường thì chất khí không dẫn điện, nhưng nếu ion hóa và dưới tác dụng của điện trường thì chất khí sẽ dẫn điện Khi hai điện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng xuất hiện ngọn lửa hồ quang Lợi dụng nhiệt năng của ngọn lửa hồ quang để gia nhiệt cho vật nung hoặc nấu chảy

4 LÒ ĐIỆN TRỞ

4.1 Phân loại

- Theo phương pháp tỏa nhiệt:

Lò điện trở tác dụng trực tiếp

Lò điện trở tác dụng gián tiếp

- Theo nhiệt độ làm việc:

Lò nhiệt độ thấp: <650 độ

Lò nhiệt độ trung bình từ 650 độ đến 1200 độ

Lò nhiệt độ cao: nhiệt độ làm việc lớn hơn 1200 độ

4.2 Yêu cầu đối với vật liệu làm dây điện trở

- Khả năng chịu được nhiệt độ cao, không bị oxy hóa trong môi trường không khí nhiệt độ cao

4.3 Tính toán kích thước dây điện trở

Lò điện thường chọn tải

bề mặt: 8,0 - 12,0

4.3 Tính toán kích thước dây điện trở

- Dây tiết diện tròn: - Dây tiết diện chữ nhật:

W C

U S L

P





2 2

2 2

4 . dd

P d

2

.

2 .( 1) . dd

P a

m m U W







VD: Một lò điện có công suất 3.7 kW, cung cấp từ nguồn 1 pha 220V, dây đốt làm từ Ni-Cr

có điện trở suất 1.1*10-6 (Ω.m) Tính kích thước của dây đốt tiết diện tròn, giả thiết tải bề mặt dây đốt bằng 11 W/cm2?

4 LÒ ĐIỆN TRỞ

4.4 Khống chế và ổn định nhiệt độ lò điện trở

- Công suất điện cần cung cấp cho phần tử nung có độ dài l:

- Công suất tiêu thụ của lò điện trở:

Điều chỉnh nhiệt độ lò có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh công suất cấp cho lò điện trở:

- Đấu thêm điện trở phụ

- Thay đổi sơ đồ đấu dây điện trở

- Điều chỉnh điện áp nguồn cấp

4.4 Khống chế và ổn định nhiệt độ lò điện trở

Điều chỉnh nhiệt độ lò có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh công suất cấp cho lò điện trở:

- Đấu thêm điện trở phụ

- Thay đổi sơ đồ đấu dây điện trở

- Điều chỉnh điện áp nguồn cấp

2- Khâu điều chỉnh

4 – Khâu đo lường nhiệt độ

3- Lò điện trở

Taylor

4 LÒ ĐiỆN TRỞ

4.5 Sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở dùng triac

VR3- Đặt nhiệt độ làm việc

VR1, VR2- Chỉnh định điểm làm việc hợp lý

4.5 Sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở dùng triac

4 LÒ ĐIỆN TRỞ

4.6 Sơ đồ khống chế từng cấp công suất lò điện trở

4 LÒ ĐIỆN TRỞ

4.7 Sơ đồ khống chế nhiệt độ lò điện trở dùng bộ điều áp 3 pha

5 LÒ CẢM ỨNG

5.1 Khái niệm chung

Lò cảm ứng làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Nhiệt năng truyền vào kim loại phụ thuộc vào:

- Điện trở suất và hệ số từ thẩm của kim loại

- Trị số dòng điện nguồn cấp: tăng dòng lên 2 lần thì nhiệt năng tăng lên 4 lần

- Tần số dòng điện nguồn cấp: tăng tần số 4 lần thì nhiệt năng tăng lên 2 lầnViệc tăng dòng điện của nguồn cấp là hiệu quả hơn khi tăng tần số Tuy nhiên, không thể tăng dòng lên mãi vì lý do cách điện, cho nên trên thực thế giải pháp tăng tần số nguồn cấp được sử dụng phổ biến

5 2 Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số

- Theo tần số làm việc:

+ Thiết bị gia nhiệt tần số công nghiệp

+ Thiết bị gia nhiệt trung tần (0,5-10)kHz

+ Thiết bị gia nhiệt tần số cao (0,5-40)kHz

- Theo cấu tạo của lò:

+ Lò cảm ứng có lõi thép (làm việc với tần số công nghiệp):

5 LÒ CẢM ỨNG

- Thực hiện các nguyên công nhiệt luyện: tôi, ram thường hóa.

- Hàn đường ống trong công nghệ chế tạo ống nước tráng kẽm

- Sấy các chất điện môi, các chất bán dẫn

5 LÒ CẢM ỨNG

5 4 Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát điện cao tần

- Đối với tần số (150-500)Hz thường dùng MFĐB thông thường cực lồi, cuộn dây kích từ quấn trên roto của máy phát

- Đối với tần số (1-8) kHz dùng loại máy phát kiểu cảm ứng, cuộn dây kích thích và cuộn dây làm việc quấn trên stato, còn rotor có dạng bánh răng Kết quả từ thông do cuộn kích thích sinh ra là từ thông đập mạch, cảm ứng ra trong cuộn dây làm việc dòng điện tần số cao

5 5 Lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần

CKL-khâu lọc điện áp 1 chiều; KNg-khâu nguồn điều khiển; KĐCS-khâu

điều chỉnh công suất tiêu thụ của lò; KĐK2-khâu đk bộ chỉnh lưu; khâu đk bộ nghịch lưu; KĐK3-khâu đk công nghệ dùng rơ le-contactor…đo

KĐK1-lường và bảo vệ

6 LÒ HỒ QUANG

6.1 Khái niệm chung

- Đặc điểm: Lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy

kim loại và nấu thép hợp kim chất lượng cao Lò được cấp nguồn từ Biến áp

lò với điện áp cuộn sơ cấp 6-10 kV, và có hệ tự động điều chỉnh điện áp

- Các thông số cơ bản:

+ Dung tích lò: Số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu

+ Công suất định mức biến áp lò: ảnh hưởng quyết định tới thời gian nấu luyện và năng suất lò

- Chu trình nấu luyện:

+ Giai đoạn nung nóng nguyên liệu và nấu chảy kim loại: chiếm 60-80% năng lượng toàn mẻ; ngọn lửa HQ kém ổn định

+ Giai đoạn ô xy hóa: khử cacbon, khử phốt pho và khử lưu huỳnh; chiếm 60% công suất nhiệt của giai đoạn nấu chảy

+ Giai đoạn hoàn nguyên: khử ô xy, khử sun fua; công suất nhiệt ổn định, chiếm khoảng 30% giai đoạn nấu chảy

6.1 Khái niệm chung

-Nhiệt lượng nấu chảy 1kg kim loại:

Q=C.(T2-T1)+LC: Nhiệt dung riêng của vật liệu (J/kg.K)

T1, T2: Nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ nấu chảy (0K)

L: Nhiệt ẩn hóa lỏng của vật liệu (J/kg)

-Năng lượng cần để tạo ra nhiệt lượng nấu chảy 1kg kim loại:

6 LÒ HỒ QUANG

6 2 Cấu tạo cơ bản lò hồ quang

1 Cơ cấu nâng hạ để cung cấp nguyên liệu cho lò; 2 Bồn chứa nguyên liệu; 3 Giá nghiêng lò; 4 Điện cực (hồ quang); 5 Cơ cấu dịch chuyển điện cực; 6 Vỏ cách nhiệt với bên ngoài; 7 Miệng rót thép đã nấu chảy; 8 Vận chuyển thép nấu chảy đến chỗ đúc khuôn; 9 Cơ cấu di chuyển nắp lò qua lại; 10 Cơ cấu bơm khí Oxy và cacbon

6.3 Sơ đồ điện động lực lò HQ

- Nguồn cấp: 6 kV, 10 kV

- 1MC: máy cắt phụ tải

- CK: Hạn chế dòng điện ngắn mạch, ổn định ngọn lửa hồ quang trong giai đoạn nấu chảy.

- 3MC, 4MC: máy cắt dùng để đổi nối sơ

đồ đấu dây MBA lò.

- BAL: Biến áp lò, có dòng ngắn mạch nhỏ (<3I_đm), có độ bền cơ học cao để chịu được sự tác động của lực điện động;

có khả năng thay đổi điện áp phạm vi rộng.

6 LÒ HỒ QUANG

6.4 Yêu cầu điều chỉnh dịch điện cực lò HQ

- Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ quang không sụt quá (4÷5%) trị số dòng điện làm việc Vùng không nhạy của bộ điều chỉnh không quá ± (3÷6%) trong khi nấu chảy và ± (2÷4%) trong các giai đoạn khác

- Tác động nhanh, đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian (1,5 ÷3s) Tốc độ dịch cực nhanh (2,5÷3 m/ph) trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động điện cơ) và (5÷6 m/ph) (khi truyền động thuỷ lực) Dòng điện

hồ quang càng lệch xa vị trí đặt thì tốc độ dịch cực phải nhanh

- Thời gian điều chỉnh ngắn.

- Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị phá

vỡ trong thời gian rất ngắn hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế

độ làm việc của các pha khác

- Thay đổi công suất lò trơn trong giới hạn 20÷125% trị số định mức với sai số không quá 5%

6.4 Yêu cầu điều chỉnh dịch điện cực lò HQ

- Có thể di chuyển nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độ điều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chẳng hạn nâng điện cực trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động

- Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi đứt hồ quang Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang

- Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới.

- Cơ cấu dịch cực có thể truyền động bằng điện - cơ hay thuỷ lực Trong cơ cấu điện - cơ, động cơ được dùng phổ biến là động cơ điện một chiều kích từ độc lập

vì nó có mômen khởi động lớn, giải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mômen quán tính của roto nhỏ

6 5 Sơ đồ dịch cực lò HQ dùng Thyristor

Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò HQ dung lượng200T, ĐC dịch cực 11kW Tốc độ dịch cực tối đa 5m/ph