Thiết kế hệ thống trang bị điện dịch cực lò hồ quang nấu thép

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 nước, ngành công nghiệp luyện kim đóng

một vai trò đặc biệt quan trọng. Hiện tại ở Việt Nam, trong công nghiệp luyện kim
phương pháp luyện thép bằng lò hồ quang được dùng tương đối phổ biến, với ưu
điểm cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễ điều chỉnh để tạo ra mác thép mong muốn.
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 góp phần thúc đẩy sự phát triển nền
công nghiệp nước nhà tiến gần đến các nền công nghiệp tiên tiến của các nước
trên thế giới. Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trường, em được nhận đề tài tốt
nghiệp là " Thiết kế hệ thống trang bị điện dịch cực lò hồ quang nấu thép "
phục vụ cho ngành công nghiệp luyện kim. Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu,
cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo bộ môn trang bị điện. Đến nay
đề tài tốt nghiệp của em đã hoàn thành bao gồm các phần lớn sau:
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ của lò điện hồ quang.

Chương 2: Trang bị điện cho hệ thống nâng hạ điện cực.
Chương 3: Tính chọn thiết bị.
Chương 4: Xây dượng đặc tính tĩnh.
Chương 5: Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống.
Chương 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
được 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.

 1

Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU
TRANG BỊ ĐIỆN CHO LÒ HỒ QUANG

A-GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG

 2


Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho 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 lượng 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.
Lò nung nóng gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực được
dùng để nấu chảy kim loại.

a)
b)

Lò Hồ Quang nung nóng trực tiếp (a) và gián tiếp (b)
Theo đặc điểm chất liệu vào lò:
Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất lượng,loại lò này có cơ cấu
nâng ván nóc.
Lò chất lượng bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc qua cửa
lò.
Theo số tấn thép được luyện (dung lượng 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- Cấu tạo của lò hồ quang:
*. Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang:

1. Vỏ lò:
 3


Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



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 thường làm bằng thép tấm dày 10 ¸ 30mm

bằng cách ghép hay hàn.Trong vỏ lò có xây vật liệu chịu lửa, vỏ thân lò thường 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 được 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 trượt.
4. Nắp lò:
Được 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 lượng lò mà chọn kiểu nghiêng lò cho thích hợp, đảm bảo
nghiêng lò 40 ¸ 450 về phía rót thép và 10 ¸ 150 về phía cào xỉ và chất liệu, có
hai kiểu nghiêng lò:
+ Nghiêng lò bên hông: Loại này có ưu điểm là thiết bị đơn giản gọn gàng,
khi mất điện có thể quay bằng tay, tránh được sự bám dính của xỉ và kim loại.
+Nghiêng lò đặt dưới đắy: Loại này có ưu điểm là quay lò rất vững chắc,
quay êm và đều, có thể tự động điều khiển hoàn toàn. Loại này có nhược 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 thường lò điện có 3 điện cực, tương 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.
 4


Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



Đối với lò lớn: Vlên=1¸1,5 m/p’
Vxuống=0,5 ¸ 0,8 m/p’
Đối với lò nhỏ: Vlên=1,5¸2 m/p’
Vxuống=1,2 ¸ 1,5 m/p’
Có hai loại thiết bị nâng hạ điện cực:
+Loại bàn trượt: Loại này thường dùng thích hợp cho lò có dung tích
nhỏ, vì thiết bị đơn giản, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là do trụ đứng cần có
chiều cao nhất định lên ảnh hưởng đến sự làm việc chung của cần trục trong phân

xưởng.
+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 nhưng phức tạp.
Ở đồ án này với lò dung tích 12 tấn dùng thiết bị nâng hạ điện cực kiểu bàn
trượt 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 1000C/m) trong điều kiện đó để tăng cường
phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trước khi rót.
Cần phải khuấy trộn kim loại lỏng. ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 6T) thì việc
khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí.Với lò dung lượng trung bình(12

¸ 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 được chất lượng của
kim loại nấu. Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có
nghuyên lý làm việc tương tự như 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 nước 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
 5


Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



+ Vành nắp lò
+ Thân vỏ lò và trên lỗ rót thép.

Ngoài ra còn cần làm nguội ở các ống mềm, phần dây cáp. Hệ thống bơm
nước làm mát tuần hoàn được thực hiện bằng một động cơ điện, nước được đi vào
trong ống rồi tới lò.
III. Chế độ năng lượng điện làm việc của lò hồ quang.
Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lượng 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 đưa vào lò cực đại P max = (1,25¸

1,3) Ptb . Ptb : là công suất trung bình, Ptb = 0,7¸ 0,75Pđm .
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 ¸ 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):
P(MW)

Tu sửa vệ
sinh

Nấu

chảy
Ô xi hóa

Hoàn nguyên

Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò HQ
. Thời kỳ oxy hóa:

 6

t(h)

Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



Tuỳ theo phương 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.
3. Thời kỳ hoàn nguyên.

Trong thời kỳ này nhiệt độ của kim loại, tường và nắp lò đã cao và tương
đối ổn định, vì vậy công suất điện không lớn lắm nhưng yêu cầu ổn định nghĩa là
công suất nhỏ hơn công suất trung bình
Tuỳ theo phương pháp luyện thép và mác thép mà cần chọn chế độ điện cho
lò trong thời kỳ hoàn nguyên.
IV. Luyện thép trong lò hồ quang.
A. Vật liệu và chuẩn bị nguyên vật liệu cho mẻ luyện:
I. 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.Sắt thép vụn.
- Phế phẩm thép ở các xưởng cơ khí, như phoi bào, phoi tiện.

- Phế phẩm từ các xưởng đúc như vật liệu đúc hỏng, thép thừa khi đúc
- Đầu thừa ở các xưởng cán
- Các loại thép vụn hư hỏng khác như công cụ lao động, máy móc bị thải,
vũ khí, đường day hư hỏng .. .
Hiện nay sắt thép vụn thiếu nên cần có cả gang để bổ xung thêm.
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 lượng của thép
mà còn hạ giá thành của thép.
3. Sắt công nghiệp ( sắt mềm).
Dùng để luyện một số loại thép yêu cầu cacbon thấp lượng nguyên tố hợp
kim cao. Do giá thành của sắt công nghiệp cao hơn sắt thép vụn bình thường nên

người ta dùng để luyện những loại thép phổ thông.
4. Gang.
Gang trong luyện thép lò điện làm nhiệm vụ tăng hàm lượng sắt và hàm
lượng cacbon. Ngoài ra do gang có nhiệt độ chảy thấp ( 1250 ¸ 13000c). Nên gang
 7


Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



trong lò điện còn làm nhiệm vụ giúp cho các chất khó chảy khác ( thép vụn) trở
nên dễ chảy hơn.
5. Chất tạo xỉ.
Để tạo xỉ trong lò điện hay dùng các chất tạo xỉ sau.
a. Đá vôi (CaCO3): 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, lượng cho vào tuỳ thuộc qúa trình công nghệ. Dùng đá vôi có ưu
điểm là độ bền cao, độ ẩm thấp, ít lưu huỳnh.
b. Vôi: Cũng như 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 người ta ít dùng cát với số lượng không lớn lắm
để tạo xỉ hoàn nguyên.
e. Bột samot: Bột samốt chứa gần 60% SiO 2 và 35% Al2O3. Bột samot làm
vật liệu tạo xỉ khi luyện thép không gỉ, để làm loãng xỉ manhezit mà nó được
mang vào khi vá lò.
6. Chất oxy hóa:
Mục đích cho các chất oxy hóa vào lò để:
-Tăng lượng 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 được 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

(N2, H2 ) và tạp chất được triệt để, ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt
độ kim loại được 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 phương
pháp luyện thép đều dùng quặng sắt làm chất oxy hóa, lượng quặng sắt dùng
khoảng 40¸ 50 kg/ 1tấn thép. Yêu cầu đối với quặng sắt phải có hàm lượng oxy
cao, hàm lượng SiO2 và P2O5 thấp, khi dùng quặng sắt làm chất oxy hóa có ưu
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 được lượng sắt.
Dùng quặng sắt có nhược điểm là lượng xỉ nhiều vì trong quặng sắt ngoài oxit sắt
ra còn có SiO2, Al2O3 và MnO .. . Do đó tốn vôi để tạo xỉ, năng lượng điện lớn,
 8

Đồ án tốt nghiệp

Trang bị điện cho lò Hồ quang



công nhân làm việc vất vả nhất là khi cào xỉ. Đồng thời khi cho quặng vào làm
cho nhiệt độ dễ bị giảm.
b. Vẩy sắt: Vẩy sắt lấy từ xưởng rèn, xưởng cán, vẩy sắt có ít tạp chất,
nhưng có nhược điểm là nhẹ cho vào lò sắt dễ dàng nổi trên mặt xỉ.
c. Oxy: Oxy được thổi vào lò ở thời kỳ nấu chảy hoặc có khi cả thời kỳ oxy

hóa với lưu lượng 20 m3/ h, áp suất 9¸ 12 at, độ nguyên chất 99,8%.
7.Chất khử oxy: Trong lò điện để khử oxy còn lại trong kim loại lỏng khử
các tạp chất có hại như S và P đồng thời hợp kim hoá thép người ta dùng các chất
Ferô - mangan, Ferô -Silic, nhôm.
8. Chất tăng cacbon: Để tăng cacbon người 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 lượng riêng tương đối lớn vì vậy dễ hoà tan với kim
loại.
II. Chuẩn bị nguyên vật liệu mẻ luyện:
Tất cả nguyên liệu được tập kết ở bãi liệu sau đó đem cắt gọn, vệ sinh rồi
vận chuyển vào phân xưởng 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 lưu 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 lưu huỳnh, điều chỉnh thành phần hoá học thuộc về thời kỳ
hoàn nguyên.
1. Vá lò:
- Sau khi rót thép song, đáy lò và tường 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 tường 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 tường lò cao, chất lượng thép tốt,
trước khi bứơc vào luyện mẻ sau phải thực hiện vá lò.
2. Những yêu cầu khi vá lò:

 9


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

- Thời gian vá lò ngắn nhất để giảm tổn thất nhiệt và rút ngắn thời gian
luyện. Thời gian vá lò từ 7¸ 15’ tùy theo dung lượng lò.
- Vật liệu vá lò không ảnh hưởng đến thành phần của thép luyện trong lò,
vật liệu vá lò hay dùng là bột manhezit, bột đôlômit.
-Phương pháp vá lò là bằng tay (vá thủ công) được ứng dụng với các lò
nhỏ, hoặc vá lò bằng máy được ứng dụng với các lò lớn.
3. Chất liệu.
Kỹ thuật chất liệu có ảnh hưởng 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 phương
pháp chất liệu mà thời gian chất liệu cũng khác nhau. Đối với lò lớn thời gian chất

liệu trong khoảng 15¸ 20’ và lò nhỏ 10 ¸ 15’ khi chất liệu bằng máy thì thời gian
chất liệu giảm xuống 5¸ 10’, đặc biệt chất liệu bằng thùng từ trên suống thì thời
gian chất liệu rút ngắn chỉ 3¸ 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 thước lớn thì chất ở vùng dưới 3 điện cực,
vì đấy có nhiệt độ cao nhất (1900 0 ¸ 20000 ). Liệu mỏng, bé, nhẹ rễ chảy, dễ bay
hơi thì chất ở vùng hông lò (xa 3 điện cực). Chất như vậy liệu sẽ cháy đều và
nhanh, hồ quang cháy mạnh, đều và ổn định tổn thất nhiệt ít.
- Người ta chất một lớp liệu nhỏ vụn và vôi xuống đáy lò nhằm mục đích
tạo ra một lớp đệm dưới 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 hư hỏng lò.
b. Phương pháp cho chất liệu vào lò:
Có 3 phương pháp chất liệu vào lò hồ quang như sau
- Phương pháp chất liệu bằng tay: Dùng cho lò nhỏ nó có ưu điểm là đơn
giản, chất đều và có nhược điểm là liệu chất không được đầy lò, thời gian chất
liệu lâu, thao tác chất liệu vất vả.
- Phương pháp chất liệu bằng máy qua cửa lò: Dùng cho lò trung bình và
lớn nó có ưu điểm là năng suất chất cao, chất được đầy lò, nhưng có nhược điểm
là chất không đều, máy chất liệu chạm vào cửa lò và tường lò làm hỏng chúng.

 10

Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

- Phương 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. Nhưng chất liệu bằng pháp này rất phức tạp cần nhiều thiết bị
khác hỗ trợ như quay nắp lò, cầu trục.. .Ngoài ra chất bằng thùng từ trên xuống dễ
làm hỏng tường và đáy lò khi liệu va vào lò.

*. Quá trình nấu luyện:
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 như 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 lượng 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 dưới 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 được xác
định bởi kim loại lỏng chứa trong lò) và coi như 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 lượt
nóng chảy, do đó mặt kim loại lỏng dâng cao dần và điện cực có xu hướng đi lên

 11

Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

theo mức dâng của kim loại lỏng. Sau gần hai giờ thì không có nó nữa mà kim
loại rắn hầu như hoàn toàn biến thành kim loại lỏng.
Trong thời kỳ nấu chảy thường xảy ra một số hiện tượng 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).
* Sau gần 2 giờ thì toàn bộ kim loại nhỏ và trung bình đã cháy song còn lại
một ít liệu lớn chưa chảy hết nằm ở hai bên hông lò. Người ta thực hiện khuấy
trộn kim loại để làm mất vùng ‘chết’( liệu chưa chảy ) trong lò và làm cho nhiệt
độ, thành phần kim loại được đồng đều.
* Cuối thời kỳ nấu chảy thường thấy xỉ trào lên cửa lò, điều đó trứng tỏ xỉ
hình thành tốt và với số lượng 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 14800¸ 15200.
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 lượng P trong kim loại đến nhỏ hơn 0,015%, giảm hàm
lượng hiđrô các tạp chất phi kim, tạo môi trường 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 người ta cào xỉ (không cắt điện) với số
lượng 60 ¸ 70 % tổng lượng 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 người ta nghiêng lò về phía của xỉ 1 góc 10 ¸ 120.
- Sau khi cào xỉ song, chất thêm vôi vào lò với số lượng (1¸ 5)% so với
trọng lượng 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 lượng C trong kim loại nhỏ hơn hàm
 12


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

lượng C quy định của mác thép 0,02 ¸ 0,03%. Nhiệt độ kim loại cao hơn nhiệt độ
ra thép một ít ) người ta tiến hành cào xỉ oxy hóa . Để nhệt độ kim loại không bị
giảm nhiều, đầu tiên người ta cào xỉ nhưng 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 trước khi cào xỉ có thể cho thêm một ít vôi.
* Các phản ứng oxy hóa như sau.
oxy hóa sắt: Fe+1/2O2 = FeO
FeO3+Fe = 3FeO

Fe2O4+Fe = 4FeO
5FeO+2P = P2O5+5Fe
2P+5FeO+4CaO = 4CaOP2O5+5Fe
Tóm lại có thể nói rằng thời kỳ oxy hóa là quan trọng vì vậy không thể
thiếu được khi luyện bất kỳ loại thép nào trong lò điện từ nguyên vật liệu không
bình thường, đặc biệt ở các nhà máy chúng ta mẻ luyện nhiều gang ( 40¸ 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 lưu 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 O2. Môi trường lò điện ở thời kỳ này là môi trường hoàn nguyên, đó là
một điểm khác cơ bản đối với các loại lò luyện thép như lò chuyển, lò máctanh.

 13

Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

Để đảm bảo hiệu suất khử oxy tốt và tiết kiệm chất khử oxy, trong quá
trình khử nên lần lượt cho và lò từ chất khử yếu đến chất khử mạnh. Thường
thường 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 lưu 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 được bỏ qua nhiệm vụ khử oxy
Những phản ứng oxy hóa khử sảy ra như sau.
FeO + C = Fe + CO
2FeO + Si = 2Fe + SiO
FeO + Mn = MnO + Fe
2Al + 3FeO = Al2O3
Có 3 phương 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.
I. Điện cực :
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 lượng của điện cực và phương pháp dẫn dòng điện đến nó có ý nghĩa lớn.
Giá thành điện cực chiếm 10% chi phí nấu luyện một tấn thép.
2.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 thường 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.

3. Yêu cầu đối với điện cực.
- Độ dẫn điện và độ bền cơ học phải cao, để giảm tổn thất năng lượng điện
và hạn chế sự hư 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 lượng của thép.
 14


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

- Tạp chất có trong điện cực phải ít, nhất là tro và lưu huỳnh.
- Giá thành thấp và dễ sản xuất.
4. Kích thước của điện cực.
- Đối với lò nhỏ đường kính điện cực = 200 ¸ 300mm
- Đối với lò trung bình đường kính điện cực = 400 ¸ 500mm
- Đối với lò lớn đường kính điện cực = 500 ¸ 600mm
- Chiều dài của điện cực phụ thuộc vào chiều cao của lò. Đường kính của
điện cực được xác định theo công thức sau:
d=

0,406.I 2 .
cm
k

II. Hồ quang điện.
1. Thí ngiệm của Menpor về hồ quang.
Năm 1803 giáo sư vật lí Menpor đã làm thí nghiệm như sau: Nối 2 điện cực
với nguồn điện, sau đó cho 2 điện cực chạm vào nhau thoạt tiên sinh ra hiện tượng
chập mạch, 2 đầu điện cực được nung nóng đến nhiệt độ rất cao(35000 ¸
45000)C. Khi tách 2 điện cực ra sẽ có hiện tượng phóng điện, đồng thời vùng
không khí xung quanh bị ion hóa và cho dòng điện hồ quang đi qua. Người ta thấy
rằng dòng điện hồ quang phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: Nguồn điện cung cấp,

bản chất vật liệu làm điện cực, môi trường không khí.. .
2. Hiệu điện thế hồ quang.
Người 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.
3. 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, nhưng 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.
 15


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

- 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.
III. Thiết bị lò hồ quang:
Trong phân xưởng luyện thép lò điện thường 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 ¸ 600V và
cường độ dòng điện có thể lên tới
10KA.
3-6-10
KV
1.Máy biến thế lò.
CL lượng từ điện thế cao sang điện thế làm việc người ta dùng
Để chuyển năng

biến thế lò. Máy biến thế của lò làm việc trong điều kiện rất nặng nề nên nó có
1MC
v
đặc điểm sau:
TU
- Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp
rất lớn (tới hàng trăm KA).
A mạchwdưới (2,5 ¸ 4)Iđm .
- Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng Angắn
w

1TI

- Có độ bền cơ học cao để chịu được các lựcAđiện từKWh
phát sinh trong các cuộn
dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch.
Sơ đồ thiết bị của mạch lực như hình vẽ:
ĐKBV

2MC

3MC



4MC

/

BAL
A
2TI

v

V

 16


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

- Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới 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 lượng nấu chảy trong
lò hồ quang, trong biến thế lò và cuộn kháng L được bù trừ bởi năng lượng của
phản ứng toả nhiệt thì công suất biến thế lò có thể xác định bởi biểu thức sau:
SBTL =

W
(KVA).
Tnc.Ksd . cos 

Trong đó: Tnc là thời gian nấu chảy (từ lúc dừng lò, giờ).
Ksd là hệ số sử dụng công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chảy.
 17


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

cos là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang.
W là năng lượng 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 lượng 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 lượng lớn, thường w = (400 ¸ 600KWh/T).
Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu cho
đến khi kết thúc việc nấu chảy. Thường thì thời gian này từ 1 ¸ 3h tuỳ theo dung
lượng của lò.
Hệ số sử dụng công suất biến thế lò thường là 0,8 ¸ 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 lượng biến thế
lò, giá trị công suất danh nghĩa (dung lượng biến thế ) lò của lò điện hồ quang
theo GOCT 7206-54 như sau:
Dung lượng 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 thường được nối tam giác vì dòng ngắn mạch
được phân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn.
Biến thế lò thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng
quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn các máy biến thế động lực cùng công
suất.

2.Thiết bị đóng cắt đo lường và bảo vệ:
a. Thiết bị đóng cắt
Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần
thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa.Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn
mạch sự cố. Nó được chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy
cắt 1 MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực dưới 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 lường và bảo vệ
 18

Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

Để lấy tín hiệu từ lưới người 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 được. Với ngắn mạch làm việc trong
1 thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và

chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra như: 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 được 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 được nối với máy biến điện áp Tu và các máy biến dòng
1TI và 2TI.
3. Cuộn điện kháng (K).
Cuộn điện kháng được mắc phía cao thế trước 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 hưởng đến
lưới. 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 lượng đáng kể do đó người 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 đưa 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 10¸ 15 phút đầu của thời kỳ nấu chảy liệu.
4. Bộ phận chuyển đổi điện thế (3 MC, 4MC):
 19


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

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 lượng điện khác nhau:
Thời kỳ nấu chảy liệu rắn cần lượng nhiệt lớn để nấu chảy liệu và dữ nhiệt
độ đó để tiếp tục các quá trình sau. Thời kỳ hoàn nguyên cần lượng 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 lượng nhiệt bằng cách thay đổi công
suất biến thế lò.
Công suất của mạch 3 pha được tính như 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 được thay đổi trong từng thời kỳ như
sau.
-Thời kỳ nấu chảy U = 240 ¸ 420V
-Thời kỳ oxy hóa U = 160 ¸ 300V
-Thời kỳ hoàn nguyên U = 110 ¸ 140V(Giá trị lớn được dùng cho lò lớn
hơn ), mức cao của điện thế trong thời gian nấu chảy có lợi: Giảm thời gian nấu
luyện, nâng cao hiệu suất điện,Cos . Khi đó sẽ cho phép giảm đường kính của
điện cực.
Điện thế thứ cấp được 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 như vậy công suất cũng giảm 3 lần.

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 DPmn = I2mn .rmn 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 được 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 như sau:
 20

Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

-Thanh dẫn từ máy biến thế lò đến dây dẫn ở sau tường của phòng
đặt máy biến thế lò.
-Dây cáp mềm từ tường 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 450 để rót thép.
Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng r mn và xmn giữa các pha
để có các thông số điện (công suất, điện áp,dòng điện ) như 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. Trường hợp nếu khoảng cách
giữa các pha không như nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau.
Trong một pha nào đó sẽ suất hiện một sức điện động phụ ngược chiều dòng
điện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó. Kết quả là
pha này như 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 như bị
giảm và công suất hồ quang của pha này tăng nên. Hiện tượng 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 tượng 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 tam giác đều. Với lò dung lượng 10 tấn thì mạch ngắn được 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 được bù trừ.

 21


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

Sơ đồ mạch ngắn
Với các lò dung lượng lớn mạch ngắn thường được 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 nhưng chưa 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 được 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.
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 được 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 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.

 22

Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

Trong các loại lò một pha với điện cực bố trí nằm ngang người ta thường
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 trường hợp này không điều chỉnh bằng tay được mà phải
được tự động điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao.
7. Một số thiết bị điện phụ khác.
-Ngoài thiết bị chủ yếu như đã nêu và được vẽ ở hình thì trong lò điện còn
có các hệ thống điện cho các truyền động phụ phục vụ lò như: Truyền động
nghiêng lò, nâng nắp lò, bơm nước làm mát lò, di chuyển lò quạt làm mát biến thế
lò.. . các tủ điện động lực và điều khiển, bàn điều khiển, hệ thống đèn báo nút
bấm.

B-YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO LÒ HỒ QUANG
1-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 lượng 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.
2.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 lượng, giảm thấp các bon cho kim loại, nâng cao chất
lượng 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 như vậy sẽ thay đổi được 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 Ihồ quang, điện áp hồ quang Uhồ quang, tỉ số giữa điện áp và dòng điện hồ

 23


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang
U hq

quang, tức là tổng trở về thời kỳ Zhồ quang= I . Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ
hq
quang không đổi (Ihồ quang=const) sẽ không mồi hồ quang tự động được. 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
như 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.
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 được 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 hưởng tới hai pha còn lại như đã trình bày
đối với bộ điều chỉnh dữ Ihồ quang=const.
Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì
U hq

Zhồ quang= I =const thông qua các hiệu số tín hiệu dòng và áp:
hq
a.Ihồ quang-b.Uhồ quang=b.Ihồ quang(Z0hồ quang-Zhồ quang) (*)

Trong đó: a,b là hệ số phụ thuộc hệ số các biến áp đo lường (biến dòng,
biến điện áp) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi chỉnh định)
a=b.Z0hồ quang..
Z0hồ quang và Zhồ quang giá trị đặt và giá trị tổng trở của hồ quang.Từ (*) ta có:
a.I hq  b.U hq
b.I hq

=Z0hồ quang-Zhồ quang=DZhồ quang

Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so
với giá trị đặt (điều chỉnh vi sai). Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được
công suất, ít chịu ảnh hưởng của giao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng

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. Như vậy điều chỉnh dịch điện cực tức là điều
chỉnh chiều 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 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:
 24


Đồ án tốt nghiệp



Trang bị điện cho lò Hồ quang

-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 ±(2¸ 4)% trong các giai đoạn khác.
-Tác động nhanh đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang, trong thời
gian 1,5¸ 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 (2,5¸
3)m/h trong giai đoạn nấu chảy(khi dùng truyền động điện cơ)và(5¸ 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.
-Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như 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 hưởng tới chế độ làm việc của các pha khác.
-Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn (20¸ 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

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 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 lưới.

 25