Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động

Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG NGHỆ LỊ HỒ QUANG Trước ngành công nghiệp chưa phát triển ngành luyện kim ngành chế tạo máy, nên vấn đề chất lượng thép hợp kim chưa quan tâm mức Vào kỷ 20 công nghiệp ngày phát triển mạnh toàn giới ngành luyện thép hợp kim ngành chế tạo máy, ngành điện lực, ngành điện tử… đà phát triển sản lượng chất lượng sản phẩm Do yêu cầu điều kiện kỹ thuật mới, sắt thép thông thường trước khơng thỏa mãn với dụng cụ, máy móc, thiết bị tối tân địi hỏi phải làm việc điều kiện nhiệt độ áp suất cao chống ăn mịn hóa học, chống bào mịn học, chống nóng, gỉ… địi hỏi phải sản xuất chủng loại thép hợp kim có tính đặc biệt độ bền học cao, độ bền chống ăn mịn mơi trường axit, chống mài mịn va đập… Đặc biệt cần phải sản xuất loại thép có tính đàn hồi cao, tính nhiễm từ tốt, có tính chống nhiễm từ cao Do tính chất đặc biệt nên thép sản xuất từ lò thổi khơng khí, lị Besmer, lị Mactin (lị bằng) khơng thể đáp ứng mà phải nấu luyện lò điện, phương pháp luyện thép lò điện công nghệ đại Để luyện thép hợp kim lò điện người ta tận dụng điện biến thành nhiệt hồ quang, cảm ứng điện từ, điện trở lò plasma Thường sử dụng loại nh lò điện hồ quang xoay chiều (AC - EAF), lò điện hồ quang chiều (DC - EAF) để sản xuất thép cacbon chất lượng, thép hợp kim thấp, trung bình cao với sản lượng lớn Nhờ nhiệt độ lò cao nên luyện loại thép hợp kim có chứa nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy cao Vonfram, Molipden tạp xỉ lỏng hoạt tính với hàm lượng vơi cao có khả khử hồn toàn Photpho lưu huỳnh thép 1.1 Giới thiệu chung nấu luyện thép Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang Nguyên liệu để sản xuất thép lò điện giống nh lò kiểu cũ vật liệu làm phụ gia vật liệu hợp kim khác Tùy theo chất lượng phế liệu (sắt thép vụn, gang…) tùy theo mác thép yêu cầu mà áp dụng công nghệ nấu luyện phù hợp Thơng thường có phương án công nghệ: Phương án nấu lại phương án nấu có giai đoạn ooxxi hóa (phương án nấu đi) Khi có sẵn sắt thép phế liệu có chất lượng cao, đặc biệt %C, %P, %D %S nằm giới hạn mác thép yêu cầu nấu luyện loại phế thép hợp kim, tuổi thọ lò cao Thông thường dùng phương án để nấu luyện thép lị hồ quang tính axit Cịn vật liệu kim loại có thành phần động lớn, có nhiều chất bản, có nhiều gỉ… Thao tác nấu luyện theo phương án phức tạp nhiều, phải tạo sỉ tháo sỉ nhiều lần, phải tăng tốc độ oxi hóa tạp chất Do giá thành lượng điện cao nên lị điện hồ quang dùng để luyện thép có chất lượng cao từ thép vụn lượng nhỏ gang thỏi dùng để luyện lại phế liệu thép hợp kim với chất phụ gia đắt tiền Nguyên liệu để luyện thép lò điện phải chứa (5 - 6)%Các bon, lượng bon lớn lượng bon chứa thép luyện xong Đáy lị điện xây gạch magie tính ưu việt lị luyện thép từ ngun liệu chứa phơt lưu huỳnh Q trình sản xuất thép chất lượng cao với việc oxi hóa bon liệu tương tự trình luyện thép vụn lị mác nghĩa bao gồm giai đoạn nạp liệu, nấu chảy, sôi khử tinh luyện Sau kết thúc nạp liệu, điện cực hạ sát với nguyên liệu đóng điện xuất hồ quang điện cực kim loại làm nóng chảy nguyên liệu Việc nấu chảy kim loại bắt đầu tiến hành vùng có nhiệt độ cao tức điện cực Trong trình nấu chảy xảy q trình oxi hóa sắt, silic, mangan tạp chất khác có nguyên liệu Các oxit vừa tạo thành tác dụng tương hỗ với chất trợ chảy (trợ Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang dung) tạo thành xỉ lỏng hoạt tính Ở giai đoạn người ta cho thêm vôi, quặng sắt tức điều kiện đủ để chuyển hóa phơt từ kim loại sang xỉ lị Trong giai đoạn nấu chảy hình thành lớp kim loại lớp xỉ sau giữ nhiệt cho kim loại thời gian lớp xỉ xỉ tháo quay nghiêng lị phía cửa nạp liệu, hàm lượng bon thép khoảng 0,5 ữ 0,6% tham gia vào giai đoạn sôi Mục tiêu giai đoạn sôi để khử bon đạt đến định mức, bắt đầu giai đoạn phải sắc thêm nôi lần để nâng nhiệt độ lên đến cực đại nhằm tạo xỉ nhờ xảy phản ứng oxi hóa bon phần cịn lại phơt pho, silic Khi điều khiển tốc độ cháy hoàn toàn bon, hàm lượng thép đạt từ 0,02 ữ 0,03 % (thấp so với định mức yêu cầu) Sau lần nạp mẻ quặng sắt ngừng lại, trì dịng điện thời gian ngắn sau tháo xỉ oxy hóa ngồi Giai đonạ luyện cuối có tên gọi tinh luyện, hồn thành nhờ mơi trường hồn ngun lị giai đoạn quan trọng trình luyện Trong giai đonạ kim loại oxi hóa, khử lưu huỳnh đến giới hạn cần thiết tạo cho thép có thành phần hóa học theo yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ nồi nấu Nhiệt độ kim loại cần phải đảm bảo cho việc rót khn tốt 1.2 Cơng nghệ nấu luyện thép lò hồ quang 1.2.1 Khái niệm chung phân loại lò hồ quang 1.2.1.1 Khái niệm Lò hồ quang lò lợi dụng nhiệt lửa hồ quang điện cực điện cực kim loại Lò hồ quang dùng để nấu thép hợp kim chất lượng cao 1.2.1.2 Phân loại: Theo dòng điện sử dụng lò hồ quang chia thành: Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang - Lò hồ quang chiều - Lò hồ quang xoay chiều Theo cách cháy lửa hồ quang lò hồ quang chia thành: - Lò nung nóng gián tiếp : Nhiệt lửa xảy hai điện cực dùng để nấu chảy kim loại (hình 1.a) - Lị nung nóng trực tiếp : Nhiệt lửa xảy điện cực kim loại dùng để nấu chảy kim loại (hình 1.b) a) b) Hình Theo đặc điểm chất liệu vào lò: - Lò chất liệu (liệu rắn, kim loại vụn) bên sườn phương pháp thủ công hay máy móc (máy chất liệu, máy trục có máng) qua cửa lò - Lò chất liệu đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại có cấu nâng vịm Ngồi cịn có số cách phân loại khác lò hồ quang 1.2.2 Kết cấu chung lò hồ quang Với lò hồ quang có phận sau: nồi lị có vỏ cách nhiệt có cửa lị miếng rót Vịm lị có cách nhiệt Cơ cấu dịch chuyển điện cực, truyền động điện hay thủy lực Cơ cấu nghiêng lò, truyền động điện hay thủy lực Phần dẫn điện từ biến áp tới lò Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lị hồ quang Ngồi ra, lò hồ quang nạp liệu từ cao cịn có cấu nâng quay vịm lị, cấu rót kim loại nh gầu nạp liệu Trong lị hồ quang có nồi lị sâu, kim loại lỏng trạng thái tĩnh có chênh lệch nhiệt độ theo độ cao (khoảng 1000 c/m) Trong điều kiện để tăng cường phản ứng kim loại với xỉ để đảm bảo khả nung nóng kim loại trước rót cần phải khuấy trộn kim loại lị dung lượng nhỏ (dưới 6T) việc khuấy trộn thực tay qua cấu khí Với lị dung lượng trung bình (12 ¸ 50)T đặc biệt lớn (100T hơn) thực thiết bị khuấy để giảm lao động vất vả thợ nấu mà nâng cao chất lượng kim loại nấu Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc tương tự nh động không đồng Rơto ngắn mạch Từ trường chạy tạo lị có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (Stator) dòng xoay chiều tần số 0,5 ữ 1,0 Hz lệch pha 90 Do từ trường mà kim loại có lực điện từ dọc trục lị, đổi nối dịng cuộn dây thay đổi hướng chuyển động kim loại nồi theo hướng ngược lại 1.2.2.1 Các thơng số quan trọng lị hồ quang * Dung lượng định mức lò Số kim loại mẻ nấu * Công suất định mức biến áp lò: ảnh hưởng định tới thời gian nấu luyện thép (nghĩa tới suất lị) Theo mức độ cơng suất tác dụng biến áp giai đoạn nấu chảy kim loại lỏng lò hồ quang chia ra: Lị có cơng suất bình thường, cao siêu cao 1.2.2.2 Đặc điểm chu trình làm việc lị hồ quang Chu trình làm việc lị hồ quang gồm ba giai đoạn với đặc điểm công nghệ sau: Giai đoạn nung nóng liệu nấu chảy kim loại Giai đoạn lị cần cơng suất nhiệt độ lớn nhất, điện cung cấp Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang cho chiếm từ (60 ữ 80%) tồn điện mẻ nấu luyện thời gian q trình cỡ từ (50 ữ 60%) tồn thời gian mét chu trình Để đảm bảo cơng suất nấu chảy lửa hồ quang cần phải cháy ổn định Khi cháy điện cực bị ăn mòn, khoảng cách điện cực kim loại tăng lên Để trì hồ quang điện cực phải điều chỉnh vào gần kim loại, lúc để xảy tượng điện cực chạm vào kim loại gọi điều chỉnh gây ngắn mạch làm việc Ngắn mạch làm việc xảy thời gian ngắn lại hay xảy nên thiết bị điện mạch động lực thường làm việc điều kiện nặng nề Đây đặc điểm bật cần lưu ý tính tốn chọn thiết bị cho lị hồ quang Ngắn mạch làm việc xảy sụt lở hố bao quanh đầu điện cực tạo liệu, nóng chảy mẩu liệu phá hủy lửa hồ quang tăng chiều dài lửa Lúc phải tiến hành mồi lại cách hạ điện cực xuống cho chạm kim loại nâng lên tạo hồ quang Trong giai đoạn số lần ngắn mạch làm việc tới 100 lần Mỗi lần xảy ngắn mạch làm việc công suất hữu Ých giảm mạnh có với tổn hao cực đại Thời gian cho phép lần ngắn mạch làm việc (2 ữ 3)s Tóm lại, giai đoạn nấu chảy giai đoạn hồ quang cháy ổn định Công suất nhiệt hồ quang dao động mạnh lửa hồ quang ngắn, thường từ vài mm đến 10 ¸ 15 mm Do vậy, giai đoạn điện áp cấp công suất biến áp lò lớn Giai đoạn oxy hóa hồn ngun: Đây giai đoạn khử C kim loại đến giới hạn định tùy theo yêu cầu công nghệ, khử P S, khử khí gang tinh luyện, cháy hồn tồn C gây sơi mạnh kim loại giai đoạn công suất nhiệt yêu cầu để bù lại tổn hao nhiệt giai đoạn 1, hồ quang cần cháy ổn định Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang Trước thép lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên giai đoạn khử oxy, khử sunfua hợp kim hóa kim loại Cơng suất u cầu lúc cỡ 30% so với giai đoạn Chế độ lượng tương đối ổn định chiều dài lửa hồ quang khoảng vài chục mm Giai đoạn phụ Đây giai đoạn lấy sản phẩm nấu luyện, tu sửa làm vệ sinh chất liệu vào lị P (MW) Tu sưa vƯ sinh NÊu ch¶y ¤ xi hãa t (h) Tinh lun Hình 1.2 ví dụ miêu tả q trình làm việc lũ h quang 100T Hình 1.2 Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ lò HQ cỏc giai đoạn nấu luyện Trên thực tế việc điều chỉnh cơng suất nhiệt độ lị hồ quang thường sử dụng mạch vòng phản hồi dòng áp Các tín hiệu đưa qua biến đổi tổng hợp lại đem so sánh với giá trị đặt dòng hồ quang Việc làm thực IC thiết bị bán dẫn cho ta độ tác động nhanh, xác, việc tổng hợp tín hiệu dễ dàng Đối với lị hồ quang đại, cơng suất lớn địi hỏi độ xác nhiệt độ cao sử dụng mạch vòng phản hồi nhiệt độ để giữ cho nhiệt độ lò hồ quang ổn định Việc lấy tín hiệu nhiệt độ dùng sensor can nhiệt để biến tín hiệu nhiệt độ thành điện áp đem so sánh với tín hiệu đặt, đưa mạch khống chế để điều khiển việc nâng hạ điện cực giữ cho nhiệt độ lò hồ quang ổn định 1.2.3 Sơ đồ mạch điện lò hồ quang (thiết bị mạch lực) 1.2.3.1 Giới thiệu sơ đồ Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang Điện áp cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò, điện áp vào 6, 10, 35 kV hay 110 kV tuỳ theo công suất lị Sơ đồ gồm thiết bị sau: Cầu dao cách ly (CL) dùng để phân cách mạch động lực lò với lưới cần thiết, chẳng hạn nh lúc sửa chữa Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch cố Nó chỉnh định để khơng tác động ngắn mạch làm việc 1MC dùng để đóng cắt mạch lực tải Cuộn kháng K dùng để hạn chế dòng điện xảy ngắn mạch làm việc ổn định cháy hồ quang Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ngắn mạch làm việc, lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở để cuộn kháng tham gia vào mạch hạn chế dịng ngắn mạch Khi liệu chảy hết lị cần cơng suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K Ở thời kỳ hoàn nguyên cơng suất lị u cầu Ýt 2MC lại mở để đưa cuộn kháng K vào mạch làm giảm cơng suất cấp cho lị Với lị hồ quang cơng suất lớn nhiều khơng có cuộn kháng K Việc ổn định hồ quang hạn chế dòng ngắn mạch làm việc phần tử cảm kháng sơ đồ lò đảm nhiệm Biến áp lò (BAL) dùng để hạ áp điều chỉnh điện áp, việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hình ∆ hay thực nhờ máy cắt 3MC, 4MC Cuộn thứ cấp biến áp lò nối với điện cực lị qua mạch ngắn (MN) khơng phân nhánh, khơng có mối hàn Phía sơ cấp biến áp lị có đặt rơle dịng điện cực tác động lên cuộn cắt 1MC, rơle trì thời gian Thời gian trì giảm bội số tải dòng tăng Nhờ 1MC cắt mạch lực lị hồ quang có ngắn mạch cố ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý Với ngắn mạch làm việc thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà có tín hiệu đèn chng Phía sơ cấp biến áp lực cịn có dụng cụ đo lường, kiểm tra Vôn kế, Ampe kế, công tơ điện, pha kế … Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lị hồ quang Phía thứ cấp có máy biến dòng 2TI nối với Ampe kế đo đồng hồ quang, cuộn dòng điện điều chỉnh tự động rơle dòng điện cực đại Dòng tác động thời gian trì rơ le dịng điện cho có ngắn mạch thời gian ngắn, điều chỉnh làm giảm dòng điện lò sau thời gian trì rơ le Ngồi cịn số thiết bị điều khiển khác Trong mạch lực đối tượng cần quan tâm biến áp lò mạch ngắn “MN” đóng vai trị định đến chất lượng sản phẩm 1.2.3.2 Máy biến áp lò (BAL): Máy biến áp lò dùng cho lò hồ quang phải làm việc điều kiện đặc biệt nặng nề nên có đặc điểm sau: Cơng suất lớn (có thể lên tới hàng trục MW) dịng điện thứ cấp lớn, hàng trăm KA Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng điện ngắn mạch (2,5 ữ 4) Iđm Có độ bền học cao để chịu lực phát sinh cuộn dây, dẫn có ngắn mạch Có khả điều chỉnh điện áp sơ cấp tải trọng giới hạn rộng Phải làm mát tốt dịng lớn, hay xẩy ngắn mạch Biến đặt nơi kín, gần lị Cơng suất biến áp lị xác định gần từ điều kiện nhiệt giai đoạn nấu chảy giai đoạn khác lị địi hỏi cơng suất tiêu thụ Ýt Nếu coi giai đoạn nấu chẩy, tổn thất lượng lò hồ quang, biến lò, cuộn kháng K bù trừ lượng phản ứng toả nhiệt cơng suất biến lị xác định biểu thức: Thời gian nấu chảy tính từ lúc cho lị làm việc sau chất thiêu kết đến kết thúc việc nấu chảy, thường thời gian từ (1 ữ 3)h tùy theo dung lượng lị Hệ số sử dụng cơng suất biến áp thường (0,8 ữ 0,9) gây sử dụng khơng đầy đủ cơng suất biến áp lị, biến động thông số Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện cho Lò hồ quang lò, hệ thống tự động điều chỉnh khơng hồn hảo, không đối xứng ba pha… Hiện công suất biến áp lị ngày có xu hướng tăng cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm chi phí lượng hạ tổn hao nhiệt Cuộn thứ cấp biến áp vào lò thường nối tam giác dịng ngắn mạch phân chia hai pha nh điều kiện làm việc cuộn dây nhẹ Máy biến áp lò thường phải làm việc tình trạng ngắn mạch có khả tải nên thường chế tạo to, nặng máy biến áp động lực có cơng suất 1.2.3.3 Mạch ngắn (MN) Mạch ngắn hay dây dẫn dòng điện thứ cấp có dịng điện làm việc lớn tới hàng trục hàng trăm nghìn (A) Tổn hao công suất mạch ngắn :  P = I2mn.rmn Chiếm khoảng 70% tổn hao toàn thiết bị lò hồ quang Do cần phải hạn chế cho tổn hao mạch nhỏ chế tạo với chiều dài ngắn Mạch ngắn ghép từ đồng thành mềm lên xuống theo điện cực Ngồi ra, mạch ngắn cịn phải đảm bảo cân rmn xmn pha để có thơng số điện (cơng suất, điện áp, dịng điện) nh hồ quang Khi pha mạch ngắn phân bố đối xứng hỗ cảm hai pha sđđ hỗ cảm Trường hợp khoảng cách pha không nh nhau, hỗ cảm pha khác Trong mét pha xuất sđđ phụ ngược chiều dịng điện pha tạo sụt áp phụ điện trở pha Kết pha thể tăng điện trở tác dụng gây tổn hao công suất phụ công suất hồ quang pha giảm so với pha khác Đồng thời pha khác, sđđ phụ lại chiều với dòng điện pha, điện trở tác dụng bị giảm công suất hồ quang pha tăng lên Hiện tượng xảy gây nên Trường ĐH kỹ thuật công nghiệp 10