Đồ án thiết kế Lò Hồ Quang

LỜI NÓI ĐẦU
Trải qua bao thăn trầm của lich sử, làm cho ta phát triển các
ngành công nghiệp nước ta còn rất chậm so với nền công nghiệp của
thế giới. Để thoát khỏi tình trạng này chúng ta tiến hành đổi mới nền
kinh tế đẩy mạnh công tác công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh tróng của nghành
công nghiệp thế giới trong những năm gần đây. Một mặt chúng ta
cần áp dụng các thành tựu khoa học vào sản xuất, một mặt chúng ta
đầu tư nghiên cứu chế tạo đòng thời tiến hành cải tiến cho trang thiết
bị cho trình độ vận hành và trình độ sản xuất.
Là một kỹ sư tương lai, Em luôn xác định rõ trách nhiệm học
tập của mình về kiến thức và kinh nghiệm để sau này có thể thúc đẩy
sự phát triển của nghành công nhiệp nước nhà tiến gần các nền công
nghiệp tiên tiến của các nước trên thế giới .
Sau 2 năm học tập tại trường. Em được giao đề tài: “Lò hồ
quang” phục vụ cho ngành công nghiệp. Qua 3 tháng tìm tòi nhiên
cứu cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo Hà Trung Kiên cùng với
các thầy giáo trong bộ môn. Đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã
được hoàn thành. Vì kiến thức còn hạn chế, còn thiếu sót nên mong
được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
PHẦN 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÒ HỒ
QUANG
1.1 Khái niệm chung
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 hồ quang được cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt
vào cuộn sơ cấp (6 ÷ 10) kV, và có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dưới
tải.
1. Các thông số quan trọng của lò hồ quang là:
+. Dung tích định mức của lò: số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu.

+. Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết định tới thời gian nấu
luyện và năng suất của lò.
2. Chu trình nấu luyện của lò hồ quang gồm ba giai đoạn với các đặc điểm
công nghệ sau:
+. Giai đoạn nung nóng nguyên liệu và nấu chảy kim loại.
Trong giai đoạn này, lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu
thụ
chiếm khoảng 60 ÷ 80% năng lượng của toàn mẻ nấu luyện và thời gian
chiếm 50 ÷ 60% toàn bộ thời gian một chu trình (thời gian một mẻ nấu
luyện). Trong giai đoạn này thường xuyên xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm
việc, ngọn lửa hồ quang cháy kém ổn định, công suất nhiệt không cao do
ngọn lửa hồ quang ngắn (1 ÷ 10mm).
+. Giai đoạn ôxy hoá là giai đoạn khử cacbon (C) của kim loại đến một trị
số hạn định tuỳ theo mác thép, khử phốt pho (P) và khử lưu huỳnh trong mẻ
nấu. Ở giai đoạn này, công suất nhiệt chủ yếu để bù lại tổn hao nhiệt trong quá
trình nấu luyện; nó chiếm khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn nấu chảy
kim loại.
+. Giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử oxy, khử sulfua trước khi thép ra
lò. Công suất nhiệt của ngọn lửa hồ quang trong giai đoạn này khá ổn
định. Công suất yêu cầu chiếm khoảng 30% của giai đoạn nấu chảy kim loại.
Độ dài cung lửa hồ quang khoảng 20mm.
3. Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang
Một lò hồ quang bất kỳ đều phải có các bô phận chính sau:
+ Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lò và miệng rót thép nấu chảy.
+ Vòm, nóc lò có vỏ cách nhiệt.
+ Giá nghiêng lò.
+ Điện cực.
+ Giá đỡ điện cực.
+ Cơ cấu nghiêng lò để rót nước thép và xỉ.
+ Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục của mình.

+ Cơ cấu dịch chyển vỏ lò để nạp liệu.
+ Cơ cấu nâng vòm lò để dịch chuyển vỏ lò.
+ Cơ cấu dịch chuyển điện cực.
+ Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò.
Trong sáu cơ cấu trên (trừ cơ cấu dịch chuyển điện cực) đều dùng
hệ
truyền đông xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc rôto
dây quấn. Còn cơ cấu dịch chuyển điện cực dùng hệ truyền đông một chiều.
Động cơ truyền đông là động cơ điện một chiều kích từ độc lập được cấp
nguồn từ một bộ biến đổi. Bộ biến đổi có thể là:
- Máy điên khuếch đại
- Khuếch đại từ.
- Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyristor.
Chế độ làm việc của động cơ dịch chuyển địện cực là chế độ ngắn hạn
lặp lại.
Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang được giới thiệu trên hình 3.1
1.2 Sơ đồ cung cấp điện của lò hồ quang
Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang được giới thiệu trên hình 3.2
Nguồn cấp cho lò hồ quang được lấy từ trạm phân phối trung gian với
cấp điện áp 6, 10, 20 hoặc 22kV (tuỳ theo cấp điện áp của trạm phân phối).
Sơ đồ cấp điện có các thiết bị chính sau:
+. Cầu dao cách ly, đóng cắt không tải dùng để cách ly mạch lực của lò và
lưới điên trong trường hợp cần sửa chữa.
+. Máy cắt dầu 1MC, đóng cắt có tải cấp điện cho lò.
+. Cuộn kháng CK dùng để hạn chế dòng ngắn mạch làm việc (dòng ngắn
mạch làm việc không được lớn hơn 3 lần dòng định mức), ngoài ra cuộn
kháng còn có chức năng đảm bảo cho ngọn lửa hồ quang cháy ổn định, đặc
biệt là trong giai đoạn nung nóng và nấu chảy kim loại. Sau đó cuộn kháng
CK được ngắn mạch bằng máy cắt dầu 2MC.
+. Máy cắt dầu 3MC và 4MC dùng để đổi nối sơ đồ đầu dây cuộn sơ cấp

của biến áp lò (BAL) thành hình sao (Y) hoặc tam giác (∆).
+. Biến áp lò (BAL) dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp cấp cho lò. Biến
áp lò về cấu tạo và hình dáng giống như biến áp động lực thông thường,
nhưng nó làm việc trong môi trường khắc nghiệt, điều kiện làm việc nặng nề
cho nên so với biến áp động lực thông thường nó có những đặc điểm khác
biệt sau:
- Cùng một cấp công suất, biến áp lò có kích thước và khối lượng lớn hơn.
- Dòng ngắn mạch nhỏ (I
nm
≤ 3I
đm
).
- Có độ bền cơ học cao để chụi được sự tác động của lực điện từ phát sinh
trong các cuộn dây và thanh dẫn trong trường hợp xảy ra hiện tượng ngắn
mạch làm việc.
1. vỏ lò; 2. vòm lò; 3. cửa lò; 4. Miệng rót; 5.giá nghiêng lò; 6. Cơ cấu nghiêng
lò; 7.Cơ cấu dịch chuyển vỏ lò; 8. cơ
cấ
u
nâng
vòm lò; 9. điện cực; 10. giá đỡ
điện cực; 11.cơ cấu dịch chuyển điện cực; 12. đầu cấp điện vào điện cực
Hình 3.1 Cấu tạo và kết cấu lò hồ quang
Hình 3.2 Sơ đồ cung cấp điện lò hồ quang
- Có khả năng tự động điều chỉnh điện áp dưới tải trong phạm vi
khá

rộng
khi điện áp lưới dao động.
Công suất của biến áp lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện công

suất nhiệt trong giai đoạn nóng chảy, vì ở giai đoạn còn lại công suất nhiệt lò
yêu cầu ít hơn.
Nếu giả thiết rằng: trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất trong lò hồ quang,
trong biến áp lò và trong cuộn kháng CK được bù trừ bởi năng lượng của
phản ứng toả nhiệt thì công suất của biến áp lò được tính theo biểu thức:
W
cos
nc sd
S
t k
ϕ
=
× ×
(KAV) (3.1)
Trong đó: W- năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian
nấu chảy và dừng lò giữa hai lần nấu, kWh;
t
nc
- thời gian nấu chảy, h;
k
sd
- hệ số sử dụng công suất của lò trong giai đoạn nấu chảy;
cosφ - hệ số công suất của lò.
N năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt W có thể tính được theo công thức:
W W
g
=
(KWh) (3.2)
Trong đó: w- suất chi phí điện năng để nấu chảy một tấn kim loại,
kWh/T G- khối lượng kim loại nấu chảy, T

Thông số kỹ thuật của một số lò hồ quang do Nga chế tạo ba pha có
vòm lò quay và nạp liệu từ đỉnh được giới thiệu trong bảng 3.1
+ Thiết bị đo lường và bảo vệ
- Phía cao áp có biến dòng TI1 và biến điện áp TU dùng cho các khí
cụ

đo
lường: vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W), đồng hồ đo công suất hữu công
(kWh) và đồng hồ công suất vô công (kVAr).
- Phía hạ áp có biến dòng TI2 dùng để đo dòng và đưa tín hiệu đến mạch
bảo vệ ĐKBV (khối điều khiển và bảo vệ).
1.3 Điều chỉnh công suất lò hồ quang
6
Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn,
công suất điện tiêu thụ khác nhau. Bởi vậy, điều chỉnh công suất lò hồ quang
là một vấn đề quan trọng đối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò
hồ quang.
Ngoài ra, điều chỉnh công suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý
cho phép:
- Giảm thời gian nấu luyện.
- Nâng cao năng suất của lò.
- Giảm chi phí điện năng.
- Nâng cao chất lượng thép.
Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật một số loại lò hồ quang
Thông số
ДCΠ-0,5И3
ДCΠ-1,5И3
ДCΠ-3И3
ДCΠ-6H2
ДCΠ-12H2

ДCΠ-25H2
ДCΠ-50H2
ДCΠ-100M1
ДCΠ-100И6
ДCΠ-200M1
Dung lượng
định mức (T)
0,5 1,5 3 6 12 25 50 100 100 200
Công suất
biến áp lò
(MVA)
0,63 1,25 2,0 4,0* 8,0* 12,5* 20* 32* 80** 6
Giới hạn điện
áp lưới (V)
216 -
106
225 -
110
243 -
124
281 -
120
380 -
120
390 -
130
420
- 155
476
- 161

761
- 259
695
-193
Điện áp sơ
cấp (kV)
6(10) 6(10) 6(10) 6(10) 6(10) 10(35) 35 35 35 110
Số cấp điện
Áp
8 8 8 8 12 23 22 22 23 23
Năng lượng
để nấu chảy
kW.h/T
560 535 515 480 445 435 425 420 420 420
7
Đường kính
điện cực
graphic (mm)
150 200 200 300 350 400 500 555 610 610
Điều chỉnh công suất lò bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc sự
dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ
thay đổi được điện áp hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang. Có thể
duy trì công suất lò theo dòng I
hq
, điện áp U
hq
hoặc Z
hq
= U
hq

/I
hq
.
• Bộ điều chỉnh duy trì dòng I
hq
=const sẽ không mồi hồ quang tự
động
được. Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ làm cho
dòng 2 pha còn lại thay đổi. Ví dụ như đứt 1pha, dòng 2 pha còn lại giảm
xuống và lúc đó bộ điều chỉnh thực hiện việc hạ điện cực xuống mặc dầu
không cần việc đó. Các bộ điều chỉnh này chỉ dùng cho lò một pha, chủ yếu là
lò hồ quang chân không
• Bộ điều chỉnh duy trì điện áp U
hq
= const có khó khăn trong việc
đo
thông
số này. Thực tế, cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và
thanh cái thứ cấp BAL. Do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự
thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày.
• Bộ điều chỉnh duy trì U
hq
/I
hq
= Z
hq
= const là tối ưu thông qua hiệu
số
các
tín hiệu dòng và áp:

aI
hq
– bU
hq
= bI
hq
(Z
0hq
– Z
hq
)
Trong đó: a,b các hệ số phụ thuộc biến áp, biến dòng…
Z
0hq
, Z
hq
giá trịđặt và giá trị thực của tổng trở hồ quang.
1/bI
hq
(aI
hq
- bU
hq
) = Z
0hq
– Z
hq
=
∆
Z

hq
Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang
so với giá trị đặt. Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất
lò, ít chụi ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn
nhau giữa các pha.
8
Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (gồm nấu chảy, ôxy hoá,
hoàn nguyên) đòi hỏi một công suất nhất định, mà công suất này lại phụ
thuộc chiều dài ngọn lửa hồ quang. Như vậy, điều chỉnh dịch điện cực tức là
điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh được công suất lò
hồ quang. Đó là nhiệm vụ cơ bản của các bộ điều chỉnh tự động các lò
hồ quang.
Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang là:
1. Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ
quang không tụt 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
2. Tác động nhanh, đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian
(1,5 ÷3)s. Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm
Carbon của kim loại… Các lò hồ quang hiện đại không
cho

phép
ngắt máy
cắt chính quá 2 lần trong giai đoạn nấu chảy. Đảm
bảo

yêu
cầu này nhờ tốc
độ dịch cực nhanh tới (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
3. Thời gian điều chỉnh ngắn
4. 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. 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 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 hưởng tới chế độ làm việc của các pha khác
5. Thay đổi công suất lò trơn trong giới hạn 20÷125% trị số định mức với sai số
không quá 5%
6. 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
9
trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ điều khiển
tự động.
7. 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.
8. Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới.
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 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.
1.4 Một số sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang
1. Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực hồ quang (hình 3.3)
3

1
5
4
2 7
6
Hình 3.3 Sơ đồ khối chức năng hệ điều chỉnh công suất lò hồ quang
Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 7 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai.
Bộ điều chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và biến áp 2, phần tử so sánh
1
3, bộ khuếch đại 5, cơ cấu chấp hành 6 và thiết bị đặt 3. Trên phần tử so sánh
4 có hai tín hiệu từ đối tượng tới (từ đối tượng dòng và áp) và một tín hiệu từ
thiết bị đặt tới. Tín hiệu so lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộ
khuếch đại 5 rồi đến cơ cấu chấp hành 6 để dịch cực theo hướng giảm sai
lệch. Để hoàn thiện đặc tính động của hệ, nâng cao chất lượng điều chỉnh,
thường sơ đồ còn có các phần tử phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay
đổi dòng , áp hồ quang v.v…Trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử chương
trình hoá, máy tính v.v…
Hệ điều chỉnh có thể dùng khuếch đại từ, khuếch đại máy điện,
Thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ…
1
2. Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuếch
đại - động cơ
7R
3CL CB
9R
4CL
CFA
MĐKĐ
8R
RA

Đ
BD
1CD
1R
1CL
10R
RTh RD
3R
CKĐ
RD
CĐC2
RA
RTh
7
8
4R
2K 2CD
V Ị

TRÍ

T

AY

G

Ạ T
(1-2) + (3-4) : Nâng
N

(5-6) + (7-8) : Tự
động (9-10)+(11-12)
: Hạ
H
Hình 3-4. Sơ đồ dịch cực cho một pha lò hồ quang
Lò hồ quang được trang bị bốn hệ truyền động như nhau, trong đó ba
hệ dùng để truyền đông ba điện cực, hệ còn lại ở chế độ dự phòng.
Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động được biểu diễn trên hình 3-4.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đ truyền động nâng hạ điện
cực thông qua cơ cấu truyền lực dùng bánh răng - thanh răng được cấp nguồn
từ máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐ. MĐKĐ có ba cuộn kích
thích:
- Cuộn chủ đạo CĐC1ở chế độ tự động và CĐC2 ở chế độ bằng tay.
- Cuộn phản hồi âm điện áp CFA.
Ở

chế độ tự động: cầu dao 1CD hở, 2CD đóng và tay gạt 5-6 và
7-8
đóng.
Điện áp ra ở chỉnh lưu tỉ lệ với dòng điện hồ quang đặt lên chiết áp 3R.
Điện áp ra của cầu chỉnh lưu 2CL tỉ lệ với điện áp hồ quang đặt lên
chiết

áp
4R. Điện áp đặt lên cuộn kích thích CĐ1 bằng:
U
CĐC1
= U
R4
– U

R3
(3.3)
Khi điện áp chưa chạm vào phôi liệu, dòng điện hồ quang (I
hq
)
bằng không, điện áp hồ quang là trị số cực đại U
hqmax
.
Điện áp đặt lên cuộn CĐC1 bằng:
U
CĐC1
= U
R4
(3.4)
Sức từ động sinh ra trong cuộn CĐC1 có chiều để MĐKĐ phát ra điện
áp có cực tính để động cơ Đ quay theo chiều hạ điện cực đi xuống với tốc độ
chậm vì lúc này dòng hồ quang bằng không nên rơle dòng RD chưa tác
động, điện trở 5R nối tiếp với cuộn CĐC1, mặt khác điột 3CL thông làm
ngắn mạch điện trở 7R nên dòng trong cuộn phản hồi âm điện áp CFA tăng
lên.
Sức từ động tổng trong các cuộn kích thích là:
F
t
= F
cđ
- F
A
(3.5)
sẽ giảm xuống, kết quả là điện cực được hạ xuống chậm.
Khi điện cực chạm vào phôi liệu (hiện tượng ngắn mạch làm việc), dòng

hồ quang có trị số cực đại (I
hq
= I
nm
), còn điện áp hồ quang bằng không
(U
hq
= 0). Mặt khác rơ le dòng RD tác động nên điện trở 5R bị ngắn mạch,
điện áp đặt trên cuộn CĐC1 bằng điện áp đặt lên điện trở R3.
U
CĐC1
= U
R3
(3.6)
Sức từ đông do cuộn dây CĐC1 đảo chiều, máy điện khuếch đại
phát ra điện áp có cực tính ngược lại, làm cho đông cơ đảo chiều quay kéo
điện cực lên nhanh. Trong chế độ nâng, điôt 3CL khoá, điện trở 7R được nối
tiếp với cuộn CFA làm giảm sức từ động F
A
; đồng thời điôt 4CL thông nên
rơle điện áp RA tác động làm cuộn dây rơle thời gian mất điện. Sau thời gian
mở chậm, tiếp điểm RTh mở ra đưa điện trở 10R vào nối tiếp với cuộn
kích thích CKĐ của động cơ làm giảm từ thông để tăng tốc động cơ trên tốc
độ cơ bản. Kết quả là sức từ động tổng trong các cuộn kích từ tăng lên để
điện cực được kéo lên nhanh khỏi phôi liệu và sau thời gian chỉnh định (đủ
để cho điện áp MĐKĐ đạt đến định mức) từ thông động cơ giảm để tốc độ
tăng trên tốc độ cơ bản.
Khi điện cực nâng khỏi phôi liệu, ngọn lửa hồ quang xuất hiện, quá
trình mồi hồ quang hoàn tất. Trong quá trình điện cực di chuyển theo chiều đi
lên, dòng điện hồ quang giảm, điện áp hồ quang tăng lên. Hiệu điện áp lấy

trên chiết áp 3R và 4R giảm dần, sức từ động giảm, điện áp phát ra của máy
điên khuếch đại giảm dần và động cơ nâng điện cực chậm dần. Khi điện áp
máy phát của máy điện khuếch đại nhỏ hơn ngưỡng tác động của RA, RA
không tác động nên RTh có điện để ngắn mạch điện trở 10R làm tăng
dòng của cuộn CKĐ đến giá trị định mức, tốc độ động cơ lại càng giảm đến
thời điểm thời điểm khi điện áp trên 3R và 4R cân bằng về trị số, điện áp
trên cuộn CĐC1 bằng không, điện áp phát ra của máy điện khuếch đại
bằng không động cơ ngừng quay, ngọn lửa hồ quang cháy ổn định. Trong quá
trình nấu luyện, do sự bắn phá của các điện tử lên bề mặt điện cực, làm cho
điện cực bị mòn dần, hệ truyền động sẽ tự động hạ điện cực theo chiều đi
xuống để duy trì độ dài cung lửa hồ quang không đổi, duy trì tỷ số:
ons
hq
U c t
=
Ở

chế độ khống chế bằng tay, cầu dao 1CD đóng, 2CD mở, tay gạt
1-2
và
3-4 đóng (để nâng điện cực) hoặc 9-10 và 11-12 đóng (để hạ điện cực),
cuộn CĐC2 có điện, chức năng tương tự như cuộn CĐC1 ở chế độ tự động.
3. Sơ đồ dịch cực lò hồ quang dùng Thyristor.
Bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang dùng Thyristor có thể làm việc với
lò dung lượng 200T, động cơ dịch cực có công suất 11kW. Tốc độ dịch cực tối
đa 5m/ph khi dùng thanh răng và 1,5m/ph khi dùng tời.
• Mạch lực:
- Động cơ một chiều kích từ độc lập Đ truyền động dịch chuyển
điện

cực
thông qua cơ cấu truyền động thanh răng - bánh răng được cấp nguồn từ bộ
biến đổi dùng thyristor.
- Bộ biến đổi là hai bộ chỉnh lưu hình tia ba pha nối song song
ngược:

1T,
3T, 5T và 2T, 4T, 6T.
- Biến áp động lực 2BA có chức năng phối hợp điện áp giữa lưới
điện

và
động cơ điện, đồng thời hạn chế dòng điện ngắn mạch và hạn
chế

tốc
độ
tăng dòng anot để bảo vệ các thyristor.
- Cuộn kháng cân bằng CKCB1 và CKCB2 hạn chế dòng cân bằng.
- Trị số tốc độ và chiều quay của động cơ phụ thuộc vào điện áp ra của bộ
biến đổi . Trị số này phụ thuộc vào góc mở α của các thyristor.
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động dịch chuyển điện cực dùng hệ T - Đ
- Điều khiển bộ biến đổi này dùng phương pháp điều khiển
chung

(phối
hợp tuyến tính):
α
1
+ α

2
= 180
0
• Mạch điều khiển
- Điện áp ra trên cầu chỉnh lưu 1CL tỷ lệ với dòng điện hồ quang
(I
hq
)
đặt
lên chiết áp VR
2
.
- Điện áp ra trên cầu chỉnh lưu 2CL tỷ lệ với điện áp hồ quang đặt
lên

chiết
áp VR
3
. Tổng đại số của hai điện áp trên hai chiết áp đó đưa vào khâu KN
(khâu không nhạy tạo ra đoạn a
1
- a
2
) nếu tổng đại số của hai điện áp trên
nhỏ hơn trị số điện áp của khâu KN, điện áp ta của KN (tương ứng như điện
áp chủ đạo) bằng không. Lúc đó góc mở α = 90
0
cho hai nhóm van, điện áp
ra của hai bộ biến đổi bằng không, động cơ dừng quay.
Nếu chế độ làm việc của lò sai lệch khỏi chế độ đã đặt (như I

hq
tăng do
hiện tượng ngắn mạch làm việc, U
hq
tăng do chưa mồi được hồ quang hoặc
ngọn lửa hồ quang bị đứt) thì tổng đại số trên hai chiết áp VR
2
và VR
3
lớn
hơn điện áp ngưỡng của vùng không nhạy, điện áp ra của KN khác không,
cực tính điện áp ra của KN sẽ quyết định trị số góc của α để cho bộ biến đổi
phát ra điện áp có cực tính để động cơ quay theo chiều nâng hoặc hạ điện
cực.
- Khi điện áp hồ quang (U
hq
) tăng, cực tính của điên áp ra của khâu
KN
sẽ
làm cho bộ biến đổi phát ra điện áp để động cơ quay theo chiều hạ điện
cực.
- Khi dòng điện hồ quang tăng, cực tính ra của khâu KN đổi cực
tính,
kết
quả động cơ quay theo chiều nâng điện cực đi lên. Ở

vùng dòng hồ
quang thay đổi nhỏ, tốc độ nâng điện cực tỷ lệ với số gia ∆I
hq
(đoạn a

2
b) ở
vùng thay đổi lớn của dòng hồ quang, thì tốc độ nâng điện cực tăng
Hình 3.6 Đặc tính tĩnh của bộ điều chỉnh dịch cực lò hồ quang dùng thyristor
Nấu luyện kim loại trong chân không sẽ loại trừ được tương tác của kim loại
nóng chảy với khí quyển, thực hiện khử khí trong kim loại triệt để hơn, loại trừ
tương tác của kim loại nóng chảy với các điện cực v.v…Do vậy, lò chân không
được ứng dụng trong:
- Sản xuất các vật liệu chụi nhiệt và có hoạt tính hoá học mạnh như:
ziricôni Zn, titan Ti, vonfram W v.v…
- Sản xuất kim loại hiếm.
- Sản xuất thép chất lượng cao, có lý tính tốt dùng trong các ổ đỡ cao tốc…
- Sản xuất các vật liệu đặc biệt dùng trong các ngành kỹ thuật
như:

nguyên
tử,
vũ trụ…
. Có 2 loại lò hồ quang chân không:
1. Lò có điện cực không tiêu tốn bằng graphic hay bằng đồng với đầu cực
vonfram (có làm mát bằng nước). Loại lò này khó đảm bảo chất lượng cao của
kim loại luyện vì thành phần bị làm bẩn bởi các điện
cực

khi
nấu luyện.
2. Lò có điện cực tiêu tốn là chính kim loại nấu luyện thường được sử dụng
rộng rãi.
Về kết cấu, lò hồ quang chân không thường bao gồm các bộ phận chính:
- Khuôn kết tinh ở dạng ống đồng (tròn, ôvan hay chữ nhật) có vỏ

làm

mát
bằng nước. Thường lớp ngoài bằng vật liệu không từ tính có đặt cuộn dây để tập
trung hồ quang dọc trục ống và khuấy trộn kim loại trong
bể

lỏng.
- Cơ cấu treo và dịch điện cực. Hệ treo có thể là mềm (tời,
xích)

hay
cứng
(vít, bánh răng) và tốc độ dịch cực 20 ÷ 300mm/ph.
- Buồng làm việc có ống nạp liệu hay phễu.
- Hệ thống bơm chân không, dụng cụ đo.
- Hệ thống làm mát lò.
- Nguồn cấp và hệ điều khiển.
- Nếu nấu luyện trong khí trơ thì có hệ thống truyền khí trơ.
Hình 3.7 Lò hồ quang chân không
Hình 3.7a là lò có điện cực tiêu tốn gồm: 1.thỏi kim loại nấu luyện;
2.buồng chân không có khuôn; 3. điện cực tiêu tốn; 4.cơ cấu dịch cực; 5.thỏi kim
loại; 6.vỏ kín; 7.cửa quan sát ;8.thiết bị hàn điện cực.
Hình 3.7b là lò có điện cực không tiêu tốn gồm: 1.nồi có làm mát bằng nước;
2. phiễu liệu bột kim loại; 3. điện cực đồng có nước làm mát; 4. đầu
vonfram của điện cực; 5. cửa quan sát.
Hồ quang dùng trong lò chân không phổ biến là hồ quang một chiều do
tính chất cháy ổn định cao của nó. Đặc điểm của đặc tính V-A của hồ quang trong
chân không là điện áp tương đối thấp. Do đó, để đảm bảo công suất cần thiết thì
dòng cấp phải lớn (có thể đến 50kA) Từ đó, lò cần nguồn có dòng lớn và dây dẫn

lớn. Để đảm bảo ổn định hồ quang trong chân không và quá trình công nghệ, đặc
tính ngoài của nguồn cấp cần dốc đứng, nguồn dòng không phụ thuộc vào điện
áp lưới, điện trở hồ quang. Sự ổn định dòng điện được thực hiện nhờ phản hồi
dòng
Nguồn cấp cho lò hồ quang chân không có thể là bộ biến đổi quay, bộ biến đổi
bán dẫn hay nguồn dòng thông số với các phần tử phản kháng.
Phần mạch lực của lò hồ quang như hình 3.8.
Hình 3.8 Sơ đồ mạch lực lò hồ quang chân không
Sơ đồ sử dụng các chỉnh lưu đến 200A gồm nhiều điôt mắc song song. Do
thời gian rót kim loại lỏng và chuẩn bị cho mẻ tiếp theo là bằng hoặc lớn hơn
thời gian nấu nên thường một mạch lực cấp điện cho 2 lò làm việc luân phiên.
Cuộn sơ cấp máy BAL điều chỉnh được điện áp dưới tải và được cấp điện
từ lưới qua cầu dao cách ly CDCL và máy cắt dầu. Hai bộ chỉnh lưu cấp điện
từ 2 cuộn thứ cấp 3 pha qua cuộn kháng bão hoà KBH có các cuộn làm việc LV
xoay chiều và điều khiển một chiều từ bộ điều khiển BĐK. Sơ đồ chỉnh lưu là
hình tia cấp cho lò qua cuộn kháng san bằng K Các cuộn thứ cấp 3 pha có điểm
nối chung ngược cực tính để giảm hệ số đập mạch sau khi chỉnh lưu
Hệ tự động lò hồ quang chân không cần đảm bảo các thao tác sau:
- Châm lửa hồ quang không tạo ngắn mạch.
- Ổn đinh độ dài cung lửa hồ quang đã cho
- Dịch chuyển điện cực tiêu tốn theo tốc độ chảy
- Ổn định công suất hồ quang
- Nhanh chóng trừ khử ngắn mạch
- Nhanh chóng hạ điện cực khi hồ quang phóng về thành lò.
1.4 Lò hồ quang Plasma
Lò hồ quang plasma là lò sử dụng plasma lạnh. Đó là khí ion hoá có mức
ion hoá khoảng 1% (tỉ số giữa số ion trên tổng số phân tử). Plasma nhiệt độ thấp
được ứng dụng trong quá trình như nấu luyện quặng, hợp kim, tinh luyện thép và
hợp kim chất lượng cao, chịu nhiệt và tổng hợp các chất khác.
Ưu điểm của lò hồ quang plasma là tập trung một năng lượng nhiệt lớn

trong một vùng thể tích nhỏ nên đảm bảo nhiệt độ quá trình rất cao, do đó tăng
được khả năng phản ứng và tốc độ phản ứng. Trạng thái kích thích của nguyên tử
ở nhiệt độ cao còn cho phép gây phản ứng để tạo các môi liên kết mà không thể
thực hiện được ở các điều kiện thông thường.
Phần tử cơ bản của lò plasma là plasmatron, ở đó điện năng của nguồn cấp
được biến đổi thành nhiệt năng của dòng plasma nhiệt độ thấp.
Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý của plasmatron
Phân loại plasmatron theo nguyên lý biến đổi điện năng thành nhiêt năng
có: plasmatron hồ quang, plasmatron cảm ứng và điện tử. Theo loại dòng điện
có plasmatron dòng một chiều, xoay chiều tần số công nghiệp và cao tần.
Trong Plasmatron hồ quang loại tác dụng trực tiếp được dùng phổ biến.
Plasmatron hồ quang (hình 3.9) gồm điện cực 1 có dạng thanh, bình 2 làm
mát đặt đồng trục với điện cực. Trong plasmatron 1 chiều thì điện cực
thường là catôt, được nối với cực (-) của nguồn cấp của nguồn cấp 4. Catôt làm
bằng kim loại chụi nhiệt có thêm chất phát xạ như oxyt thori, ittri v.v. Bình làm
mát bảo vệ catot khỏi kim loại bắn toé vào và tạo hướng chuyển động cho khí.
Hồ quang 3 cháy giữa catot và bình 2. Để nâng cao mật độ năng
lượng, ta làm lạnh cưỡng bức đồng thời nén cột hồ quang bằng khí, điện trường
hoặc từ trường. Khí tạo plasma đã nén được thổi dọc điện cực ra qua lỗ nhỏ
dưới bình 2.luồng khí sẽ thổi hồ quang xuống dưới và trong điều kiện lỗ ra nhỏ
sẽ tăng mật độ dòng điện và nhiệt độ plasma. Sau khi ra khỏi bình với tốc độ
lớn, khí nén giãn nở tạo thành dòng plasma chói sáng.
Hình 3.10 Sơ đồ nguồn dòng lò hồ quang plasma
Nguồn cấp cho lò có thể là
các
khiển hay có điều khiển. Yêu cầu cơ bản
với khối nguồn là có đặc tính ngoài dốc đứng. Đặc tính này loại trừ được khả
năng dòng bị dao động khi điện áp hồ quang thay đổi tức là ổn định tốt dòng hồ
quang.
Hằng số thời gian điện từ của mạch lực cần phải lớn để tránh sự nhảy

vọt của dòng điện mà từ đó có thể tạo ra hồ quang kép trong plasmatron. Đặc