THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG DỊCH CỰCLÒ HỒ QUANG

Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng của nền công nghiệp thế
giới trong những năm gần đây. Một mặt chúng ta áp dụng những thành tựu khoa
học kỹ thuật tiến vào sản xuất, một mặt chúng ta nghiên cứu chế tạo đồng thời tiến
hành sản xuất các thiết bị cho phù hợp với trình độ vận hành và thực tiễn sản xuất.
Trong sự nghiệp CNH - HĐH đất nớc, ngành công nghiệp luyện kim đóng
một vai trò đặc biệt quan trọng. Hiện tại ở Việt Nam, trong công nghiệp luyện kim
phơng pháp luyện thép bằng lò hồ quang đợc dùng tơng đối phổ biến, với u điểm
cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễ điều chỉnh để tạo ra mác thép mong muốn.
Là một kỹ s tơng lai, em luôn xác định rõ trách nhiệm học tập của mình về
kiến thức và kinh nghiệm để sau này có thể góp phần thúc đẩy sự phát triển nền
công nghiệp nớc nhà tiến gần đến các nền công nghiệp tiên tiến của các nớc trên
thế giới. Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trờng, em đợc nhận đề tài tốt nghiệp
là " Thiết kế hệ thống truyền động dịch cực lò hồ quang " phục vụ cho ngành
công nghiệp luyện kim. Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu, cùng với sự hớng dẫn
tận tình của thầy giáo TRN XUN MINH cùng các thầy giáo bộ môn Tự động
hóa. Đến nay đề tài tốt nghiệp của em đã hoàn thành bao gồm các phần lớn sau:
Ch ơng 1 : Giới thiệu về công nghệ của lò điện hồ quang.
Ch ơng 2 : Trang bị điện cho hệ thống nâng hạ điện cực.
Ch ơng 3 : Tính chọn thiết bị.
Ch ơng 4 : Xây dợng đặc tính tĩnh.
Ch ơng 5 : Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống.
Ch ơng 6 : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý.
Do hạn chế thời gian và kiến thức nên trong đề tài không tránh khỏi những
thiếu sót, em mong các thầy chỉ bảo và ý kiến của các bạn đồng nghiệp để đề tài
đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn đã nhiệt
tình giúp đõ em hoàn thành đề tài này.
Thái nguyên 0/0/2011
Sinh viờn: Cao Vn Ti
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

1
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
chơng I
GiớI THIệU Công nghệ Và YÊU CầU
TRANG Bị ĐIệN Cho lò Hồ QUANG
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
2
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
A-GiớI THIệU CÔNG NGHệ Lò Hồ QUANG
I. Khái niệm chung và phân loại lò hồ quang.
1. Khái niệm:
Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực
hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại. Lò điện hồ quang dùng để
nấu thép chất lợng cao.
2. Phân loại:
Theo dòng điện sử dụng: Lò hồ quang một chiều,lò hồ quang xoay chiều.
Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang:
Lò nung nóng trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực và kim loại
dung để nấu chảy kim loại.(hỡnh b)
Lò nung nóng gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực đợc
dùng để nấu chảy kim loại.(hinh a)
a) b)
Theo đặc điểm chất liệu vào lò:
Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất lợng,loại lò này có cơ cấu nâng
ván nóc.
Lò chất lợng bên sờn bằng phơng pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò.
Theo số tấn thép đợc luyện (dung lợng định mức của lò) 0,5;1,5;3;5;12;
tấn.
Theo dung dịch nấu luyện:Lò axit;lò bazơ.
Theo tính chất nấu luyện:Lò hồ quang chân không, lò hồ quang plasma;

II- Kết cấu chung của lò hồ quang:
Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang:
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
3
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
1. Vỏ lò:
Vỏ lò cần có độ bền cơ học cao, có khả năng chịu tải trọng của kim loại và
áp lực giãn nở khi nung nóng, vỏ lò thờng làm bằng thép tấm dày 10 ữ 30mm bằng
cách ghép hay hàn.Trong vỏ lò có xây vật liệu chịu lửa, vỏ thân lò thờng có dạng
hình trụ hình côn hoặc phối hợp trụ côn, đáy vỏ lò có thể là hình cầu, hình thang.
2. Cửa lò:
Lò gồm hai cửa, cửa ra xỉ và cửa ra thép. Cửa lò đợc đóng mở bằng khí nén
thuỷ lực hoặc bằng động cơ điện.
3. Cặp điện cực:
Trong lò điện cặp điện cực để giữ điện cực và dẫn dòng điện đến điện cực.
Nó gồm có các bộ phận: Mặt đầu, cặp lò xo, khí nén và bàn trợt.
4. Nắp lò:
Đợc làm từ thép tấm có đầm vật liệu chịu lửa.
5. Mắy rót thép:
6. Vành làm chặt:
Để làm giảm khe hở giữa điện cực và lắp lò.
7. Thiết bị nghiêng lò:
Tuỳ theo dung lợng lò mà chọn kiểu nghiêng lò cho thích hợp, đảm bảo
nghiêng lò 40 ữ 45
0
về phía rót thép và 10 ữ 15
0
về phía cào xỉ và chất liệu, có hai
kiểu nghiêng lò:
+ Nghiêng lò bên hông: Loại này có u điểm là thiết bị đơn giản gọn gàng, khi

mất điện có thể quay bằng tay, tránh đợc sự bám dính của xỉ và kim loại.
+Nghiêng lò đặt dới đắy: Loại này có u điểm là quay lò rất vững chắc, quay
êm và đều, có thể tự động điều khiển hoàn toàn. Loại này có nhợc điểm là dễ rơi
xỉ và kim loại vào động cơ điện. Công việc bảo quản thiết bị khó khăn, phức tạp.
Tất cả các lò có dung tích trung bình và lớn đều có cơ cấu nghiêng lò loại 2.
8.Thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực:
Bình thờng lò điện có 3 điện cực, tơng ứng có 3 cơ cấu nâng hạ điện cực của
3 pha. Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéo giây cáp, dây cáp sẽ nâng hoặc
hạ điện cực lên hoặc xuống.
Trong cơ cấu nâng hạ còn có đối trọng, nhờ có đối trọng mà tốc độ lên của
điện cực luôn lớn hơn tốc độ xuống.Tuỳ theo loại lò mà tốc độ lên và xuống của
điện cực cũng khác nhau.
Đối với lò lớn: V
lên
=1ữ1,5 m/p
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
4
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
V
xuống
=0,5 ữ 0,8 m/p
Đối với lò nhỏ: V
lên
=1,5ữ2 m/p
V
xuống
=1,2 ữ 1,5 m/p
Có hai loại thiết bị nâng hạ điện cực:
+Loại bàn trợt: Loại này thờng dùng thích hợp cho lò có dung tích
nhỏ, vì thiết bị đơn giản, dễ chế tạo nhng có nhợc điểm là do trụ đứng cần có

chiều cao nhất định lên ảnh hởng đến sự làm việc chung của cần trục trong phân
xởng.
+Loại trụ xếp: Loại này dùng thích hợp cho những lò có dung tích lớn, có
thể hạ thấp chiều cao khi cần thiết, kết cấu chắc chắn nhng phức tạp.
ở đồ án này với lò dung tích 12 tấn dùng thiết bị nâng hạ điện cực kiểu bàn
trợt với sự dẫn động bằng động cơ điện.
9. Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao con có cơ cấu nâng quay
vòm lò, cơ cấu nạp liệu
Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có
chênh nhiệt độ theo độ cao (khoảng 100
0
C/m) trong điều kiện đó để tăng cờng
phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trớc khi rót.
Cần phải khuấy trộn kim loại lỏng. ở các lò dung lợng nhỏ (dới 6T) thì việc khuấy
trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí.Với lò dung lợng trung bình(12 ữ 50)T
và đặc biệt lớn(100T và hơn) thì thực hiện bằng thiết bị khuấy để không những
giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao đợc chất lợng của kim loại nấu.
Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thờng là thiết bị điện từ có nghuyên lý làm việc
tơng tự nh động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc.
10. Cơ cấu làm mát cho lò:
Vì trong quá trình nấu luyện kim loại thì nhiệt độ trong và xung quanh lò
đạt rất cao do đó cần phải có thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ và tăng tuổi thọ
cho lò. Làm nguội bằng nớc yêu cầu cần có các bộ phận sau:
+ Mặt đầu của cặp điện cực
+ ống dẫn điện
+ Vành làm chặt giữa điện cực và nắp lò
+ Tấm chắn cửa chính và cửa phụ
+ Vòm cửa lò và cột của cửa làm việc
+ Vành nắp lò
+ Thân vỏ lò và trên lỗ rót thép.

Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
5
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Ngoài ra còn cần làm nguội ở các ống mềm, phần dây cáp. Hệ thống bơm
nớc làm mát tuần hoàn đợc thực hiện bằng một động cơ điện, nớc đợc đi vào trong
ống rồi tới lò.
III. Sơ đồ mạch điện lò hồ quang(thiết bị chính mạch lực)
1. Điện cực :
1.1 Khái niệm :
Dòng điện đi vào khoảng không nóng chảy của lò hồ quang theo các điện
cực. Nhờ điện cực mà điện năng biến thành nhiệt năng nấu chảy kim loại, do đó
chất lợng của điện cực và phơng pháp dẫn dòng điện đến nó có ý nghĩa lớn. Giá
thành điện cực chiếm 10% chi phí nấu luyện một tấn thép.
Trong lò hồ quang hay dùng 2 loại điện cực: Điện cực than và điện cực
grafit. Điện cực than dùng cho lò lớn.
Trong quá trình làm việc điện cực thờng bị mòn do bị oxy hóa bởi khí lò và
bay hơi do sự cháy của hồ quang do đó điện cực ngắn dần nên cần phải nối điện
cực bằng ren.
1.2. Yêu cầu đối với điện cực.
- Độ dẫn điện và độ bền cơ học phải cao, để giảm tổn thất năng lợng điện và
hạn chế sự h hỏng của điện cực khi làm việc.
- Nhiệt độ bắt đầu bị oxy hóa ở không khí phải cao để giảm chi phí điện cực
do bị oxy hóa và tăng chất lợng của thép.
- Tạp chất có trong điện cực phải ít, nhất là tro và lu huỳnh.
- Giá thành thấp và dễ sản xuất.
1.3 Kích thớc của điện cực.
- Đối với lò nhỏ đờng kính điện cực = 200 ữ 300mm
- Đối với lò trung bình đờng kính điện cực = 400 ữ 500mm
- Đối với lò lớn đờng kính điện cực = 500 ữ 600mm
- Chiều dài của điện cực phụ thuộc vào chiều cao của lò. Đờng kính của

điện cực đợc xác định theo công thức sau:
d =
k
I

406,0
2
cm
2. Hồ quang điện.
2.1. Thí ngiệm của Menpor về hồ quang.
Năm 1803 giáo s vật lí Menpor đã làm thí nghiệm nh sau: Nối 2 điện cực
với nguồn điện, sau đó cho 2 điện cực chạm vào nhau thoạt tiên sinh ra hiện tợng
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
6
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
chập mạch, 2 đầu điện cực đợc nung nóng đến nhiệt độ rất cao(35000 ữ 45000)C.
Khi tách 2 điện cực ra sẽ có hiện tợng phóng điện, đồng thời vùng không khí xung
quanh bị ion hóa và cho dòng điện hồ quang đi qua. Ngời ta thấy rằng dòng điện
hồ quang phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh: Nguồn điện cung cấp, bản chất vật liệu
làm điện cực, môi trờng không khí .
Ngời ta thấy rằng điện thế hồ quang tỷ lệ với hiệu điện thế giữa 2 điện cực và
chiều dài vùng hồ quang. Nhiệt độ hồ quang tỷ lệ thuận với hồ quang khi hồ
quang cháy.
2.2 Yêu cầu và tính chất của hồ quang trong lò điện.
a. Yêu cầu:
-Hồ quang phát ra phải mạnh.
-Hồ quang cháy phải bền và liên tục trong quá trình nấu luyện để đảm bảo
cháy liệu nhanh, tiết kiệm điện và an toàn thiết bị lò.
b.Tính chất của hồ quang.
-Sự gián đọan của hồ quang: Hồ quang có thể sinh ra từ dòng điện một

chiều và xoay chiều, nhng trong lò điện luyện thép hầu hết đều dùng dòng điện
xoay chiều. Đối vời nguồn xoay chiều do điện áp biến thiên hình sin nên làm cho
hồ quang bị gián đoạn.
- Sự thay đổi của hồ quang: Trong quá trình nấu luyện khoảng cách giữa
điện cực và bề mặt kim loại luôn thay đổi do đó làm cho hồ quang thay đổi theo.
3. Sơ đồ mạch điện
Trong phân xởng luyện thép lò điện thờng có một biến thế riêng có điện áp
vào là 6, 10, 35kv tuỳ theo công suất của lò mà điện thế của lò 100 ữ 600V và c-
ờng độ dòng điện có thể lên tới 10KA.
Sơ đồ thiết bị của mạch lực nh hình vẽ:
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
7
v
A
w
w
TU
KWh
A
A
ĐKBV
A
2MC
CL
1MC
1TI
3MC
4MC
2TI
BAL

/

V
v
3-6-10 KV
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
3.1. Máy biến thế lò.
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
8
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Để chuyển năng lợng từ điện thế cao sang điện thế làm việc ngời ta dùng
biến thế lò. Máy biến thế của lò làm việc trong điều kiện rất nặng nề nên nó có
đặc điểm sau:
- Công suất thờng rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp rất
lớn (tới hàng trăm KA).
- Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dới (2,5 ữ 4)I
đm
.
- Có độ bền cơ học cao để chịu đợc các lực điện từ phát sinh trong các cuộn
dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch.
- Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dới tải trong một giới hạn rộng.
- Có khả năng quá tải.
- Phải làm mát tốt vì dòng rất lớn, hay xẩy ra ngắn mạch, biến thế đặt ở nơi
kín lại ở gần lò.
Công suất biến thế lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai
đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn.
Nếu coi rằng trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất năng lợng nấu chảy trong lò
hồ quang, trong biến thế lò và cuộn kháng L đợc bù trừ bởi năng lợng của phản
ứng toả nhiệt thì công suất biến thế lò có thể xác định bởi biểu thức sau:
S

BTL
=

cos KsdTnc
W
(KVA).
Trong đó: T
nc
là thời gian nấu chảy (từ lúc dừng lò, giờ).
K
sd
là hệ số sử dụng công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chảy.
cos là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang.
W là năng lợng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chảy và dừng lò
giữa 2 mẻ nấu (KWh). W = w.G.
G là khối lợng kim loại nấu (T).
w là suất chi phí điện năng để nấu chảy (KWh/T), suất chi phí điện năng
giảm đối với lò có dung lợng lớn, thờng w = (400 ữ 600KWh/T).
Thời gian nấu chảy đợc tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu cho đến
khi kết thúc việc nấu chảy. Thờng thì thời gian này từ 1 ữ 3h tuỳ theo dung lợng
của lò.
Hệ số sử dụng công suất biến thế lò thờng là 0,8 ữ 0,9 gây ra do sử dụng
không đầy đủ công suất biến thế lò, do biến động các thông số của lò, do hệ số tự
động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha . Hiện nay công
suất biến thế lò ngày càng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất
chi phí do hạ tổn hao nhiệt. Năng suất của lò phụ thuộc vào dung lợng biến thế lò,
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
9
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
giá trị công suất danh nghĩa (dung lợng biến thế ) lò của lò điện hồ quang theo

OCT 7206-54 nh sau:
Dung lợng định mức của lò (T): 0,5; 1,5; 3; 5; 10; 20; 40
Công suất danh nghĩa biến thế(KVA): 400; 100; 1800; 2800; 5000; 9000;
15000.
Quận thứ cấp biến thế lò thờng đợc nối tam giác vì dòng ngắn mạch đợc
phân ra 2 pha và nh vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn. Biến thế
lò thờng phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên
thờng chế tạo to, nặng hơn các máy biến thế động lực cùng công suất.
3.2. Thiết bị đóng cắt đo lờng và bảo vệ:
a. Thiết bị đóng cắt
Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch động lực của lò với lới khi cần
thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa.Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn
mạch sự cố. Nó đợc chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy
cắt 1 MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực dới tải, máy cắt 2MC để đóng và cắt
cuộn kháng, 3MC và 4MC dùng để thay đổi nối cuộn sơ cấp MBA để điều chỉnh
điện áp.
b. Thiết bị đo lờng và bảo vệ
Để lấy tín hiệu từ lới ngời ta dùng biến dòng 1T
I,
,

biến

áp Tu. Phía sơ cấp
BAL có đặt Rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuận cắt máy cắt 1MC . Rơle
này có duy trì thời gian, thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải dòng tăng.
Nhờ vậy 1MC cắt mạch lực của lò hồ quang, chỉ khi có ngắn mạch sự cố và khi
ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lí đợc. Với ngắn mạch làm việc trong 1
thời gian tơng đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông.
Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lờng, kiểm tra nh: vôn kế, ampe kế, công

tơ điện .
Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế do dòng
hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và Rơle dòng điện cực đại.
Dòng tác động và thời gian duy trì của Rơle dòng đợc chọn sao cho khi có ngắn
mạch thời gian ngắn bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian
duy trì của Rơle. Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác (trong khối
điều khiển bảo vệ )cũng đợc nối với máy biến điện áp Tu và các máy biến dòng
1TI và 2TI.
3.3. Cuộn điện kháng (K).
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
10
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Cuộn điện kháng đợc mắc phía cao thế trớc biến thế lò, với mục đích làm
cho hồ quang cháy bền hạn chế sự thay đổi đột ngột khi chập mạch. Cuộn điện
kháng dùng để hạn chế dòng ngắn mạch khi làm việc không ảnh hởng đến lới.
Cuộn điện kháng khác với biến thế lò là chỉ có cuộn dây sơ cấp không có cuộn thứ
cấp.
Điện kháng của cuộn điện kháng rất lớn so với điện trở của nó, do đó khi
dòng điện qua cuộn điện kháng tổn thất một năng lợng đáng kể do đó ngời ta nối
cuộn điện kháng song song với máy cắt 2MC. Khi không cần thiết 2MC sẽ cắt
mạch dòng điện qua cuộn điện kháng. Khi bắt đầu nấu luyện hay sẩy ra ngắn
mạch làm việc. Lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng tham
gia vào mạch, hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt
lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K. ở thời kỳ hoàn
nguyên công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở ra để đa cuộn kháng K vào
mạch, làm giảm công suất cấp cho lò. Với những lò hồ quang công suất lớn hơn
nhiều thì không có cuộn kháng K.Việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn
mạch là việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm. Thực tế cuộn
điện kháng làm việc rất ít, khoảng 10ữ 15 phút đầu của thời kỳ nấu chảy liệu.
3.4. Bộ phận chuyển đổi điện thế (3 MC, 4MC):

Bộ phận chuyển đổi điện thế để điều chỉnh công suất biến thế lò cho phù
hợp với các thời kỳ nấu luyện. Nhìn chung có thể chia quá trình nấu luyện ra làm
2 thời kỳ dựa trên mức độ yêu cầu năng lợng điện khác nhau:
Thời kỳ nấu chảy liệu rắn cần lợng nhiệt lớn để nấu chảy liệu và dữ nhiệt độ
đó để tiếp tục các quá trình sau. Thời kỳ hoàn nguyên cần lợng nhiệt nhỏ với mục
đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấu chảy các vật liệu phụ.
Xuất phát từ yêu cầu đó cần thay đổi lợng nhiệt bằng cách thay đổi công
suất biến thế lò.
Công suất của mạch 3 pha đợc tính nh sau:
P =
3
.U.I.Cos
Giảm công suất có thể là giảm dòng điện khi điện áp không đổi hoặc giảm
điện áp khi dòng điện không đổi. Điện thế đợc thay đổi trong từng thời kỳ nh sau.
-Thời kỳ nấu chảy U = 240 ữ 420V
-Thời kỳ oxy hóa U = 160 ữ 300V
-Thời kỳ hoàn nguyên U = 110 ữ 140V(Giá trị lớn đợc dùng cho lò lớn
hơn ), mức cao của điện thế trong thời gian nấu chảy có lợi: Giảm thời gian nấu
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
11
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
luyện, nâng cao hiệu suất điện,Cos . Khi đó sẽ cho phép giảm đờng kính của
điện cực.
Điện thế thứ cấp đợc thay đổi bằng cách thay đổi cuộn dây sơ cấp, sự
chuyển đổi cuộn dây sơ cấp từ tam giác sang sao cho phép giảm điện thế thứ cấp
xuống
3
lần và nh vậy công suất cũng giảm
3
lần.

3.5. Mạch ngắn.
Mạch ngắn là dây dẫn dòng điện từ cuộn dây thứ cấp của máy biến thế lò
đến điện cực, nó có dòng điện làm việc rất lớn tới hàng trăm nghìn A. Tổn hao
công suất mạch ngắn P
mn
= I
2
mn
.r
mn
đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn bộ
thiết bị lò hồ quang, do vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong
điều kiện có thể (biến thế lò phải đặt rất gần lò ) để giảm bớt tổn hao, đồng thời
mạch ngắn đợc ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo
lên xuống các điện cực.
Có thể chia mạch ngắn ra làm 3 phần nh sau:
-Thanh dẫn từ máy biến thế lò đến dây dẫn ở sau tờng của phòng đặt
máy biến thế lò.
-Dây cáp mềm từ tờng đến ống mềm của bộ phận điện cực.
-Thanh dẫn điện từ cuối đoạn cáp mềm đến vành ôm điện cực.
Phần dây cáp mềm rất cần thiết khi nghiêng lò và nâng hạ điện cực,
chiều dài của đoạn này làm sao có thể đảm bảo ngiêng lò 45
0
để rót thép.
Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng r
mn
và x
mn
giữa các pha
để có các thông số điện (công suất, điện áp,dòng điện ) nh nhau của các hồ quang.

Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ sẽ bằng nhau
và sức điện động hỗ cảm sẽ bằng không. Trờng hợp nếu khoảng cách giữa các pha
không nh nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau.
Trong một pha nào đó sẽ suất hiện một sức điện động phụ ngợc chiều dòng
điện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó. Kết quả là
pha này nh thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn hao công suất phụ và công
suất hồ quang của pha này sẽ giảm so với pha khác. Đồng thời ở một pha khác sức
điện động phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng nh bị giảm
và công suất hồ quang của pha này tăng nên. Hiện tợng trên gây ra sự mất đối
xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đồng đều giữa các
pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện từ ở
mạch ngắn sẽ càng lớn. Chống hiện tợng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt
hình học và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặt ở 3 đỉnh của một
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
12
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
tam giác đều. Với lò dung lợng 10 tấn thì mạch ngắn đợc nối theo sơ đồ tam giác
(hình a).Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của các dây dẫn chuyển
dòng tới các điện cực không đợc bù trừ.
Sơ đồ mạch ngắn
Với các lò dung lợng lớn mạch ngắn thờng đợc nối tam giác ở các điện cực (hình
b). Hai bên mỗi cần giữ điện cực có đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện nhau, ở sơ
đồ này thì 2 pha có các dây dẫn dòng từ đầu đầu và đầu cuối tới 2 điện cực kề sát
nhau tạo ra hệ 2 dây, còn pha thứ 3 dẫn dòng tới hai cần giữ ngoài cùng sẽ không
có tính chất của hệ hai dây. Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều
nhng cha hoàn toàn. Sơ đồ (hình c) thực hiện dẫn dòng hệ 2 dây cho cả 3 pha nhờ
thêm cần phụ mang dây đầu cuối pha 3 tới điện cực 1 vòng qua điện cực 3. Cần đỡ
phụ và cần đỡ điện cực 1 đợc dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học.
Sơ đồ này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu.
3.6. Hệ thống nâng hạ điện cực.

Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể truyền động bằng điện, cơ hay
thuỷ lực. Trong cơ cấu điện cơ động cơ đợc dùng phổ biến là động cơ một chiều
kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn dải điều chỉnh rộng bằng phẳng, dễ
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
13
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi cũng dùng động cơ
không đồng bộ có mô men quán tính của Roto nhỏ.
Trong các loại lò một pha với điện cực bố trí nằm ngang ngời ta thờng điều
chỉnh điện cực bằng tay vì chế độ điện không thay đổi nhiều, công suất máy biến
thế bé, điện cực nhỏ. Đối với những lò điện luyện thép 3 pha điện cực bố trí thẳng
đứng, chế độ điện luôn thay đổi, hồ quang cháy mãnh liệt,công suất máy biến thế
lò lớn, trong trờng hợp này không điều chỉnh bằng tay đợc mà phải đợc tự động
điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao.
IV. Chế độ năng lợng điện làm việc của lò hồ quang.
Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lợng điện cho một tấn thép ở một
mức độ lớn phụ thuộc vào việc định ra chế độ điện trong quá trình nấu luyện, chế
độ điện hợp lý thì quá trình nấu luyện sẽ kinh tế. Chế độ điện hợp lý có liên quan
đến chế độ nhiệt hợp lý. Trong quá trình nấu luyện chế độ nhiệt ở các thời kỳ khác
nhau do đó chế độ điện cũng khác nhau.
* Yêu cầu công suất điện trong quá trình nấu luyện.
1.Thời kỳ nấu chảy.
Trong thời kỳ này yêu cầu công suất điện đa vào lò cực đại P
max
= (1,25ữ
1,3) P
tb
. P
tb
: là công suất trung bình, P

tb
= 0,7ữ 0,75P
đm
.
Khi mới cho điện vào lò hồ quang cháy trên mặt liệu rắn gần nắp lò. Cho
nên ở đầu thời kỳ nấu chảy ( 5 ữ 10

)phút nên dùng công suất nhỏ hơn công suất
cực đại, sau khi liệu đã bắt đầu chảy thành 3 hố, mới cho phép tăng dần đến giá trị
cực đại. Cuối thời kỳ nấu chảy, công suất giảm dần xuống bằng giá trị trung bình.
Đồ thị P(t):
Hoàn nguyên
Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò HQ
. Thời kỳ oxy hóa:
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
14
P(MW)
Nấu chảy
Ô xi hóa
Tu sửa vệ
sinh
t(h)
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Tuỳ theo phơng pháp luyện mà chọn công suất cho lò cao hay thấp. Nấu
luyện có giai đoạn sôi ở đầu thời kỳ oxy hóa cần tạo xỉ nhiều nên yêu cầu công
suất điện phải lớn và bằng công suất trung bình. Cuối thời kỳ oxy hóa khi đã tạo xỉ
xong yêu cầu công suất điện nhỏ hơn công suất trung bình.
2. Thời kỳ hoàn nguyên.
Trong thời kỳ này nhiệt độ của kim loại, tờng và nắp lò đã cao và tơng đối
ổn định, vì vậy công suất điện không lớn lắm nhng yêu cầu ổn định nghĩa là công

suất nhỏ hơn công suất trung bình
Tuỳ theo phơng pháp luyện thép và mác thép mà cần chọn chế độ điện cho
lò trong thời kỳ hoàn nguyên.
V. Công nghệ nấu luyện thép trong lò hồ quang.
1. Nguyên vật liệu.
Nguyên vật liệu chính để sản xuất thép lò điện là sắt thép vụn, phế liệu hợp
kim, sắt công nghiệp (sắt mềm), gang luyện, chất tạo sỉ, chất khử o xy và hợp kim
hoá( phụ gia kim loại) và chất tăng cacbon.
1.1.Sắt thép vụn.
- Phế phẩm thép ở các xởng cơ khí, nh phoi bào, phoi tiện.
- Phế phẩm từ các xởng đúc nh vật liệu đúc hỏng, thép thừa khi đúc
- Đầu thừa ở các xởng cán
- Các loại thép vụn h hỏng khác nh công cụ lao động, máy móc bị thải, vũ
khí, đờng day h hỏng .
Hiện nay sắt thép vụn thiếu nên cần có cả gang để bổ xung thêm.
1.2. Phế liệu hợp kim.
Dùng để luyện các loại thép hợp kim cùng nguyên tố hợp kim. Sử dụng phế
liệu hợp kim có một ý nghĩa rất lớn ngoài tác dụng nâng cao chất lợng của thép
mà còn hạ giá thành của thép.
1.3. Sắt công nghiệp ( sắt mềm).
Dùng để luyện một số loại thép yêu cầu cacbon thấp lợng nguyên tố hợp
kim cao. Do giá thành của sắt công nghiệp cao hơn sắt thép vụn bình thờng nên
ngời ta dùng để luyện những loại thép phổ thông.
1. 4. Gang.
Gang trong luyện thép lò điện làm nhiệm vụ tăng hàm lợng sắt và hàm lợng
cacbon. Ngoài ra do gang có nhiệt độ chảy thấp ( 125
0
ữ 1300
0
c). Nên gang trong

Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
15
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
lò điện còn làm nhiệm vụ giúp cho các chất khó chảy khác ( thép vụn) trở nên dễ
chảy hơn.
1.5. Chất tạo xỉ.
Để tạo xỉ trong lò điện hay dùng các chất tạo xỉ sau.
a. Đá vôi (CaCO
3
): Đá vôi cho vào để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm khử
P và S. Đá vôi có thể cho vào ở thời kỳ nấu chảy, thời kỳ oxy hóa, và cả thời kỳ
hoàn nguyên, lợng cho vào tuỳ thuộc qúa trình công nghệ. Dùng đá vôi có u điểm
là độ bền cao, độ ẩm thấp, ít lu huỳnh.
b. Vôi: Cũng nh đá vôi, vôi cho vào lò để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm
khử P và S.
c. Huỳnh thạch: Trong lò điện có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của xỉ có độ
kiềm cao.
d. Cát: ở một số nhà máy ngời ta ít dùng cát với số lợng không lớn lắm để
tạo xỉ hoàn nguyên.
e. Bột samot: Bột samốt chứa gần 60% SiO
2
và 35% Al
2
O
3
. Bột samot làm
vật liệu tạo xỉ khi luyện thép không gỉ, để làm loãng xỉ manhezit mà nó đợc mang
vào khi vá lò.
1. 6. Chất oxy hóa:
Mục đích cho các chất oxy hóa vào lò để:

-Tăng lợng oxy trong kim loại, chủ yếu ở thời kỳ nấu chảy và thời kỳ oxy
hóa, nhằm mục đích tăng tốc độ khử phôt pho, cacbon, silic và Mangan do đó rút
ngắn đợc thời gian oxy hóa các nguyên tố trên.
-Tăng sự sôi trong nồi lò kim loại, do đó tạo điều kiện tốt cho việc khử khí
(N
2
, H
2
) và tạp chất đợc triệt để, ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt
độ kim loại đợc đồng đều. Trong lò điện hay dùng các chất oxy hóa sau.
,
a. Quặng sắt: Là chất oxy hóa rất quan trọng, vì vậy hầu hết các phơng pháp
luyện thép đều dùng quặng sắt làm chất oxy hóa, lợng quặng sắt dùng khoảng 40ữ
50 kg/ 1tấn thép. Yêu cầu đối với quặng sắt phải có hàm lợng oxy cao, hàm lợng
SiO
2
và P
2
O
5
thấp, khi dùng quặng sắt làm chất oxy hóa có u điểm là sắt lắng xâu
vào lòng kim và oxy ngay trong lòng kim loại giúp cho kim loại sôi mạnh, dùng
quặng sắt rất kinh tế vì nó rất rẻ mà tăng đợc lợng sắt. Dùng quặng sắt có nhợc
điểm là lợng xỉ nhiều vì trong quặng sắt ngoài oxit sắt ra còn có SiO
2
, Al
2
O
3
và

MnO . Do đó tốn vôi để tạo xỉ, năng lợng điện lớn, công nhân làm việc vất vả
nhất là khi cào xỉ. Đồng thời khi cho quặng vào làm cho nhiệt độ dễ bị giảm.
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
16
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
b. Vẩy sắt: Vẩy sắt lấy từ xởng rèn, xởng cán, vẩy sắt có ít tạp chất, nhng
có nhợc điểm là nhẹ cho vào lò sắt dễ dàng nổi trên mặt xỉ.
c. Oxy: Oxy đợc thổi vào lò ở thời kỳ nấu chảy hoặc có khi cả thời kỳ oxy
hóa với lu lợng 20 m
3
/ h, áp suất 9ữ 12 at, độ nguyên chất 99,8%.
1.7.Chất khử oxy:
Trong lò điện để khử oxy còn lại trong kim loại lỏng khử các tạp chất có
hại nh S và P đồng thời hợp kim hoá thép ngời ta dùng các chất Ferô - mangan,
Ferô -Silic, nhôm.
1.8. Chất tăng cacbon:
Để tăng cacbon ngời ta dùng vụn điện cực và cốc để khử oxy của xỉ dùng
bột cốc, bồ hóng, than gỗ. Vật tăng cacbon rất tốt là bột điện cực vì nó chứa ít S,
có trọng lợng riêng tơng đối lớn vì vậy dễ hoà tan với kim loại.
2. Chuẩn bị nguyên vật liệu mẻ luyện:
Tất cả nguyên liệu đợc tập kết ở bãi liệu sau đó đem cắt gọn, vệ sinh rồi vận
chuyển vào phân xởng luyện thép.
*. Chuẩn bị quá trình luyện:
Quá trình luyện có thể chia làm các giai đoạn sau: Vá lò, chât liệu ( chính),
nấu chảy kim loại (chính), khử phốt pho, sôi và nung kim loại, cào xỉ oxy hóa,
tăng cacbon, khử oxy, khử lu huỳnh, điều chỉnh thành phần hoá học. Một số trong
các giai đoạn trên có thể tiến hành song song. Giai đoạn khử phốt pho, sôi và nung
kim loai, cào xỉ oxy hóa thuộc về thời kỳ oxy hóa, còn giai đoạn tăng cacbon khử
oxy, khử lu huỳnh, điều chỉnh thành phần hoá học thuộc về thời kỳ hoàn nguyên.
2. 1. Vá lò:

- Sau khi rót thép song, đáy lò và tờng lò bị lồi lõm do kim loại và xỉ bào
mòn không đều trong quá trình nấu luyện, chỗ bị bào mòn nhiều thì bị lõm
xuống, chỗ bị thép và xỉ bám dính do rót không hết thì lồi lên. Do đó tờng lò, đáy
lò chóng bị hỏng. Mặt khác những chỗ lồi lõm đó sẽ cản trở cho qua trình rót thép
ra ở mẻ sau. Để đảm bảo tuổi thọ đáy lò và tờng lò cao, chất lợng thép tốt, trớc
khi bứơc vào luyện mẻ sau phải thực hiện vá lò.
Những yêu cầu khi vá lò:
- Thời gian vá lò ngắn nhất để giảm tổn thất nhiệt và rút ngắn thời gian
luyện. Thời gian vá lò từ 7ữ 15 tùy theo dung lợng lò.
- Vật liệu vá lò không ảnh hởng đến thành phần của thép luyện trong lò, vật
liệu vá lò hay dùng là bột manhezit, bột đôlômit.
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
17
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
-Phơng pháp vá lò là bằng tay (vá thủ công) đợc ứng dụng với các lò nhỏ,
hoặc vá lò bằng máy đợc ứng dụng với các lò lớn.
2. 2. Chất liệu.
Kỹ thuật chất liệu có ảnh hởng quyết định đến quá trình nấu chảy, sự cháy
hồ quang và tuổi thọ lò. Nếu chất liệu tốt thì quá trình nấu chảy sẽ nhanh hồ
quang cháy đều và ổn định, năng suất lò tăng, tuổi thọ lò cao. Tuỳ theo phơng
pháp chất liệu mà thời gian chất liệu cũng khác nhau. Đối với lò lớn thời gian chất
liệu trong khoảng 15ữ 20 và lò nhỏ 10 ữ 15 khi chất liệu bằng máy thì thời gian
chất liệu giảm xuống 5ữ 10, đặc biệt chất liệu bằng thùng từ trên suống thì thời
gian chất liệu rút ngắn chỉ 3ữ 5.
a. Nguyên tắc chất liệu và thứ tự chất liệu. Khi chất liệu vào lò cần dựa trên
nguyên tắc sau:
- Nguyên liệu khó chảy, có kích thớc lớn thì chất ở vùng dới 3 điện cực, vì
đấy có nhiệt độ cao nhất (1900
0
ữ 2000

0
). Liệu mỏng, bé, nhẹ rễ chảy, dễ bay hơi
thì chất ở vùng hông lò (xa 3 điện cực). Chất nh vậy liệu sẽ cháy đều và nhanh, hồ
quang cháy mạnh, đều và ổn định tổn thất nhiệt ít.
- Ngời ta chất một lớp liệu nhỏ vụn và vôi xuống đáy lò nhằm mục đích tạo
ra một lớp đệm dới đáy lò, để hạn chế sự va chạm của những cục liệu lớn vào đáy
lò khi chất liệu, nhất là khi chất liệu bằng thùng từ trên suống. Mặt khác lớp đệm
đó sẽ ngăn cản tia hồ quang xiên sâu suống đáy lò làm h hỏng lò.
b. Phơng pháp cho chất liệu vào lò:
Có 3 phơng pháp chất liệu vào lò hồ quang nh sau
- Phơng pháp chất liệu bằng tay: Dùng cho lò nhỏ nó có u điểm là đơn giản,
chất đều và có nhợc điểm là liệu chất không đợc đầy lò, thời gian chất liệu lâu,
thao tác chất liệu vất vả.
- Phơng pháp chất liệu bằng máy qua cửa lò: Dùng cho lò trung bình và lớn
nó có u điểm là năng suất chất cao, chất đợc đầy lò, nhng có nhợc điểm là chất
không đều, máy chất liệu chạm vào cửa lò và tờng lò làm hỏng chúng.
- Phơng pháp chất liệu bằng thùng từ trên suống: Dùng cho lò trung bình và
đặc biệt là thích hợp cho lò lớn. Năng suất chất rất cao, chất đều và đầy lò, chất
liệu rất an toàn. Nhng chất liệu bằng pháp này rất phức tạp cần nhiều thiết bị khác
hỗ trợ nh quay nắp lò, cầu trục .Ngoài ra chất bằng thùng từ trên xuống dễ làm
hỏng tờng và đáy lò khi liệu va vào lò.
*. Quá trình nấu luyện:
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
18
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Sau khi đã thực hiện song quá trình chất liệu thì thực hiện thao tác đóng
điện cho lò. Quá trình nhiệt trong lò diễn ra nh sau:
a.Thời kì nấu chảy:
-Thời kỳ nấu chảy là thời kỳ rất quan trọng quyết định năng suất của lò vì
đây là thời kỳ dài nhất. Nhiệm vụ chủ yếu của thời kỳ này là biến liệu rắn trong lò

thành lỏng để dễ dàng oxy hóa các tạp chất và oxy hóa một phần các tạp chất.
-Thời gian nấu chảy phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu, công suất máy
biến thế và vào dung lợng lò. Đối với lò nhỏ thời gian nấu chảy là 1 giờ 15 phút
đến 1giờ 45 phút. Đối với lò lớn từ 1 giờ 30 phút đến 2 giờ 45 phút. Sau khi chất
liệu vào lò xong, bắt đầu đóng cầu dao cấp điện vào lò. Các điện cực từ từ hạ
xuống gần liệu rắn, ở vùng dới 3 điện cực dần dần chảy lỏng và hình thành 3 hố
sâu. Do đó điện cực lại tiếp tục hạ xuống dần dần và làm chảy tiếp những phần
liệu gần điện cực làm cho 3 hố sâu đó dần dần rộng và sâu hơn.
Sau 30 phút điện cực đã xuống đến vị trí thấp nhất ( vị trí này đợc xác định
bởi kim loại lỏng chứa trong lò) và coi nh dừng lại cách mặt kim loại lỏng một
khoảng nhất định, khoảng cách này phụ thuộc vào điện thế thứ cấp máy biến áp.
Hình 5-1: Quá trình nấu luyện
Hố kim loại bây giờ rộng dần do kim loại xung quanh điện cực lần lợt nóng
chảy, do đó mặt kim loại lỏng dâng cao dần và điện cực có xu hớng đi lên theo
mức dâng của kim loại lỏng. Sau gần hai giờ thì không có nó nữa mà kim loại rắn
hầu nh hoàn toàn biến thành kim loại lỏng.
Trong thời kỳ nấu chảy thờng xảy ra một số hiện tợng sau:
* Lúc đầu hồ quang cháy trên mặt liệu rắn nên phát ra tiếng kêu. Tiếng kêu
đó phụ thuộc vào điện thế thứ cấp máy biến áp và vào tính chất của liệu trong lò.
* Ngọn lửa lộ ra khỏi nắp lò và cửa lò dài và có màu nâu sẫm ( do cháy sắt
và khói) sau đó lửa chuyển sang màu nâu nhạt ( do cháy Si, Mn, P ) rồi chuyển
dần màu trắng đục và trắng ( do có C cháy).
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
19
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
* Sau gần 2 giờ thì toàn bộ kim loại nhỏ và trung bình đã cháy song còn lại
một ít liệu lớn cha chảy hết nằm ở hai bên hông lò. Ngời ta thực hiện khuấy trộn
kim loại để làm mất vùng chết( liệu cha chảy ) trong lò và làm cho nhiệt độ,
thành phần kim loại đợc đồng đều.
* Cuối thời kỳ nấu chảy thờng thấy xỉ trào lên cửa lò, điều đó trứng tỏ xỉ

hình thành tốt và với số lợng lớn. Lúc này nếu xỉ không chảy ra khỏi lò thì có thể
nhìn bằng mắt qua cửa lò để phán đoán tình hình xỉ tốt hay sấu rồi quyết định cho
thêm chất tạo xỉ hoặc cào xỉ và tạo xỉ mới.
* Thời kỳ nấu chảy là thời kỳ hồ quang cháy bất ổn định nhất, vì vậy vấn đề
điều chỉnh diện thế hồ quang ở thời kỳ này là rất quan trong và cần thiết. Nhiệt độ
kim loại cuối thời kỳ nấu chảy khoảng 1480
0
ữ 1520
0.

b. Thời kỳ oxy hóa:
- Tiếp theo thời kỳ nấu chảy là đến thời kỳ oxy hóa, đến thời kỳ này có
nhiệm vụ làm giảm hàm lợng P trong kim loại đến nhỏ hơn 0,015%, giảm hàm l-
ợng hiđrô các tạp chất phi kim, tạo môi trờng oxy hóa mạnh và nâng nhiệt độ kim
loại cao hơn nhiệt độ ra thép. Đồng thời sảy ra quá trình oxy hóa C , Mn, Si, Cr và
các nguyên tố khác.
- Sau khi lấy mẫu kim loại đầu tiên ngời ta cào xỉ (không cắt điện) với số l-
ợng 60 ữ 70 % tổng lợng xỉ có trong lò hay lớn hơn nữa tuỳ theo yêu cầu của mác
thép. Trong xỉ lần đầu này chứa rất nhiều P bị oxy hóa từ thời kỳ nấu chảy. Để cào
xỉ ngời ta nghiêng lò về phía của xỉ 1 góc 10 ữ 12
0
.
- Sau khi cào xỉ song, chất thêm vôi vào lò với số lợng (1ữ 5)% so với trọng
lợng mẻ nấu và một ít huỳnh thạch, samot để tạo xỉ. Do phản ứng khử cacbon mà
trong nồi lò sinh ra sự sôi rất mãnh liệt làm cho xỉ dâng lên và tự chảy qua cửa lò.
Đến cuối thời kỳ oxy hóa ( hàm lợng C trong kim loại nhỏ hơn hàm lợng C quy
định của mác thép 0,02 ữ 0,03%. Nhiệt độ kim loại cao hơn nhiệt độ ra thép một ít
) ngời ta tiến hành cào xỉ oxy hóa . Để nhệt độ kim loại không bị giảm nhiều, đầu
tiên ngời ta cào xỉ nhng không cắt điện, sau đó nâng điện cực lên rồi cào nhanh
cho hết tất cả xỉ còn lại. Điều này rất quan trọng, vì nếu không trong thời kỳ hoàn

nguyên P từ xỉ còn lại sẽ bị hoàn nguyên hoàn toàn và chuyển vào kim loại.
Nếu xỉ quá lỏng trớc khi cào xỉ có thể cho thêm một ít vôi.
* Các phản ứng oxy hóa nh sau.
oxy hóa sắt: Fe+1/2O
2
= FeO
FeO
3
+Fe = 3FeO
Fe
2
O
4
+Fe = 4FeO
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
20
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
5FeO+2P = P
2
O
5
+5Fe
2P+5FeO+4CaO = 4CaOP
2
O
5
+5Fe
Tóm lại có thể nói rằng thời kỳ oxy hóa là quan trọng vì vậy không thể
thiếu đợc khi luyện bất kỳ loại thép nào trong lò điện từ nguyên vật liệu không
bình thờng, đặc biệt ở các nhà máy chúng ta mẻ luyện nhiều gang ( 40ữ 60%), do

đó thời kỳ oxy hóa là tối cần thiết.
c. Thời kỳ hoàn nguyên:
Thời kỳ hoàn nguyên tiếp sau thời kỳ oxy hóa. Nhiệm vụ của thời kỳ hoàn
nguyên là:
- Khử oxy ra khỏi kim loại.
- Khử lu huỳnh
- Điều chỉnh thành phần hoá học của thép đến thành phần mác thép quy
định.
- Điều chỉnh nhiệt độ kim loại với mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho việc
khử oxy và tạp chất phi kim ra khỏi thép và rót thép.
-Tạo xỉ khử oxy tốt, độ kiềm cao, tính chảy lỏng tốt để gia công kim loại.
- Hợp kim hóa thép, sau khi cào xỉ oxy hóa xong, bắt đầu hạ công suất điện
đến mức thấp hơn, vì trong thời kỳ hoàn nguyên nhiệt độ kim loại đã cao, yêu cầu
hồ quang cháy êm và tỏa khắp mặt kim loại để tạo điều kiện thuận lợi cho viêc
khử S và O
2
. Môi trờng lò điện ở thời kỳ này là môi trờng hoàn nguyên, đó là một
điểm khác cơ bản đối với các loại lò luyện thép nh lò chuyển, lò máctanh.
Để đảm bảo hiệu suất khử oxy tốt và tiết kiệm chất khử oxy, trong quá
trình khử nên lần lợt cho và lò từ chất khử yếu đến chất khử mạnh. Thờng thờng
đầu tiên cho ferômangan để khử oxy sơ bộ sau cho ferôsilic hoặc bột huỳnh thạch
và cuối cùng cho nhôm vào để khử triệt để O
2
. Khử oxy là một khâu quan trọng
trong quá trình hoàn nguyên và tăng sự có mặt của oxy trong thép sẽ làm giảm cơ
tính của thép làm tăng tác dụng sấu của lu huỳnh gây ra thiên tính. Trong quá
trình đúc, oxy tác dụng với cacbon tạo ra các bọt khí C0 nằm trong thép làm giảm
chất luợng của thép vì vậy trong bất kỳ quá trình luyện nào cũng không đợc bỏ
qua nhiệm vụ khử oxy
Những phản ứng oxy hóa khử sảy ra nh sau.

FeO + C = Fe + CO
2FeO + Si = 2Fe + SiO
FeO + Mn = MnO + Fe
2Al + 3FeO = Al
2
O
3

Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
21
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Có 3 phơng pháp khử oxy chủ yếu là khử Iâng, khử khuếch tán và khử
phức hợp. Kết thúc thời kỳ hoàn nguyên cũng chính là lúc kết thúc quá trình
luyện thép, chuẩn bị thực hiện rót thép và đúc thép.
B-yêu cầu trang bị điện cho lò hồ quang
I. Mục đích điều chỉnh hồ quang
-Cải thiện điều kiện lao động của công nhân, muốn vậy phải ứng dụng loại
máy dịch điện cực có khả năng điều chỉnh tự động hoàn toàn.
-Tiết kiệm năng lợng điện, tận dụng hết công suất máy biến thế lò.
Muốn vậy phải sử dụng thiết bị tự động dịch điện cực có độ nhậy cao, thoả mãn
với điều kiện kỹ thuật.
-Đảm bảo thời gian nấu luyện nhanh nhất, muốn vậy phải giảm mọi thời
gian phụ.
II. Yêu cầu điều chỉnh hồ quang.
Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ điều chỉnh tự động việc
dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năng suất lò,
giảm suất chi phí năng lợng, giảm thấp các bon cho kim loại, nâng cao chất lợng
thép, giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện lao động
Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện thay đổi bằng cách thay
đổi điện áp ra của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điên cực để thay đổi chiều dài

ngọn lửa hồ quang và nh vậy sẽ thay đổi đợc điện áp hồ quang, dòng điện hồ
quang và công suất tác dụng của hồ quang. Về nguyên tắc, việc duy trì công suất
lò hồ quang có thể thông qua việc duy trì một trong các thông số sau: Dòng điện
hồ quang I
hồ quang
, điện áp hồ quang U
hồ quang
, tỉ số giữa điện áp và dòng điện hồ
quang, tức là tổng trở về thời kỳ Z
hồ quang
=
hq
hq
I
U
. Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ
quang không đổi (I
hồ quang
=const) sẽ không mồi hồ quang tự động đợc. Ngoài ra,
khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo dòng điện trong hai pha
còn lại thay đổi. Ví dụ : Khi hồ quang trong một pha bị đứt thì hồ quang làm việc
nh phụ tải một pha với hai pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây. Lúc đó các bộ điều
chỉnh hai pha còn lại sẽ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần việc đó. Các bộ
điều chỉnh loại này chỉ dùng cho lò hồ quang một pha và chủ yếu dùng trong lò hồ
quang chân không.
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
22
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (U
hồ quang

=const) có khó
khăn trong việc đo thông số này. Thực tế cuộn dây đo đợc nối giữa dây kim loại
của cửa lò và thanh cái thứ cấp BAL, do vậy điện áp đo phụ thuộc vào dòng tải và
sự thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh hởng tới hai pha còn lại nh đã trình bày đối
với bộ điều chỉnh dữ I
hồ quang
=const.
Phơng pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì
Z
hồ quang
=
hq
hq
I
U
=const thông qua các hiệu số tín hiệu dòng và áp:
a.I
hồ quang
-b.U
hồ quang
=b.I
hồ quang
(Z
0hồ quang
-Z
hồ quang
) (*)
Trong đó: a,b là hệ số phụ thuộc hệ số các biến áp đo lờng (biến dòng, biến
điện áp) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi chỉnh định)
a=b.Z

0hồ quang.
.
Z
0hồ quang
và Z
hồ quang
giá trị đặt và giá trị tổng trở của hồ quang.Từ (*) ta có:

hq
hqhq
Ib
UbIa
.

=Z
0hồ quang
-Z
hồ quang
=Z
hồ quang
Nh vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so với
giá trị đặt (điều chỉnh vi sai). Phơng pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì đợc công
suất, ít chịu ảnh hởng của giao động điện áp nguồn cũng nh ảnh hởng lẫn nhau
giữa các pha. Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (nấu chảy, oxy hoá, hoàn
nguyên) đòi hỏi một công suất nhất định mà công suất này lại phụ thuộc chiều dài
ngọn lửa hồ quang. Nh vậy điều chỉnh dịch điện cực tức là điều chỉnh chiều ngọn
lửa hồ quang do đó điều chỉnh đợc công suất lò hồ quang. Đó là nhiệm vụ cơ bản
của các bộ điều chỉnh tự động các lò hồ quang và cũng là công việc chính của đồ
án này. Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang này
là:

-Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ
quang không tụt quá (4ữ 5)% trị số dòng điện làm việc.Vùng không nhạy của bộ
điều chỉnh không quá (2ữ 4)% trong các giai đoạn khác.
-Tác động nhanh đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang, trong thời gian
1,5ữ 3 giây, điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính quá hai lần trong giai
đoạn nấu chảy đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch điện cực nhanh tới (2,5ữ
3)m/h trong giai đoạn nấu chảy(khi dùng truyền động điện cơ)và(5ữ 6)m/h khi
dùng truyền động thuỷ lực. Dòng điện hồ quang càng lệch xa trị số đặt thì tốc độ
dịch cực càng phải nhanh, thời gian điều chỉnh ngắn.
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
23
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang
-Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết nh khi chế độ làm việc bị phá
vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) hay trong chế độ thay đổ tính đối
xứng.Yêu cầu này càng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính. Chế độ hồ
quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ hồ quang của
các pha còn lại. Điện cực các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch
chuyển. Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của nó không
ảnh hởng tới chế độ làm việc của các pha khác.
-Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn (20ữ 125)% trị số định
mức với sai số không quá 5%.
-Có thể chuyển đổi 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 tr-
ớc khi chất liệu vào lò và ngợc lại, chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động.
-Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang bị
đứt. Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang.
-Dừng mọi điện cực khi mất điện lới.
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
24
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho lò Hồ quang

chơng II
PHÂN TíCH Và CHọN PHƯƠNG áN
TRUYềN ĐộNG
I. Giới thiệu chung
Truyền động điện là một hình thức tiêu thụ điện năng chủ yếu trong các
ngành sản suất và đặc biệt nó hầu nh là nguồn động lực chính dùng trong công
Trờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
25