Tính toán thiết kế thiết bị gia nhiệt tần số

Tính toán thiết kế, thiết bị gia nhiệt tần số

CHƯƠNG 1 đặc điểm công nghệ gia nhiệt bằng tần số. Đ1.1. KháI niệm chung. 1.1.1. Lịch sử phát triển. a) Đặt vấn đề. Trớc kia các ngành công nghiệp cha đợc phát triển nhất là ngành luyện kim và chế tạo máy, nên vấn đề chất lợng thép và thép hợp kim cha đợc quan tâm đúng mức. Vào thế kỷ 20, nhất là sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất, Nền công nghiệp ngày càng phát triển mạnh. Trên thế giới lúc bấy giờ các ngành công nghiệp, nhất là ngành luyện thép và hợp kim, ngành đúc chi tiết, ngành chế tạo máy, ngành điện lực ngành điện tử đang đà phát triển về sản lợng và chất lợng sản phẩm. Do yêu cầu và điều kiện kĩ thuật mới, sắt thép thông thờng nh trớc không thoả mãn với các dụng cụ, máy móc, thiết bị tối tân; vì ở đây đòi hỏi chung phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, chống đợc ăn mòn hoá học, điện hoá, chống bào mòn cơ học, chống nóng, chống gỉ do đó đòi hỏi phải sản xuất ra các chủng loại thép và hợp kim có những tính năng đặc biệt nh độ bền cơ học cao, độ bền chống ăn mòn trong môi trờng axit, nớc sông, nớc biển, chống mài mòn do va đập Đặc biệt cần phải sản xuất các loại thép có tính dàn hồi cao, có tính nhiễm từ tốt, có tính chống nhiễm từ caoDo các tính chất đặc biệt nên thép đợc sản xuất ra từ lò thổi không khí, lò Besmer, lò Mactin(lò bằng) không thể đáp ứng đợc nữa, mà phải nấu luyện trong các loại lò điện. Vậy phơng pháp luyện thép tròng lò điện là một công nghệ mới và hiện đại. Để luyện thép và hợp kim trong lò điện, ngời ta tận dụng điện năng biến thành nhiệt năng dới dạng hồ quang, cảm ứng điện từ, điện trở và dạng plasma. Thờng sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều (ACEAF), lò điện hồ quang một chiều (DC EAF) để sản xuất thép cacbon chất lợng, thép hợp kim thấp, trung bình và cao với sản lợng lớn. Để luyện một số mác thép hợp kim chuyên dùng, hoặc thép hợp kim cao ít cacbon, ngời ta sử dụng các loại lò điện cảm ứng cao tần, trung tần và tần số công nghiệp. Để nấu lại thép và hợp kim, tinh luyện kim loại và thép đạt chất lợng cao hơn nữa ngời ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không, lò hồ quang chân không, lò điện tử chân không sâu, lò plasma Để nung nguyên liệu, ferro, các loại vật liệu, các dụng cụ, chi tiết máy ngời ta sử dụng lò điện trở nung trực tiếp hoặc gián tiếp. b) Đặc điểm chủ yếu của phơng pháp lò điện luyện thép. + Để nấu luyện thép và hợp kim trong lò điện ngời ta sử dụng năng lợng điện biến thành nhiệt năng, do đó tập trung đợc lợng nhiệt lớn để nung chảy kim loại nhanh đặc biệt là các kim loại khó chảy nh volfram, molipden + ở lò điện có nhiệt độ cao 1700 o C nên tạo điều kiện hoà tan các nguyên tố hợp kim nhều trong thép, thoả mãn đầy đủ cho các phản ứng luyện kim (oxy hoá khử) tạo điều kiện tăng tốc độ phản ứng hoá học, thúc đẩy các quá trình oxy hoá và hoàn nguyên kim loại xảy ra nhanh chóng và triệt để. 1 + Trong quá trình nấu luyện thép ở lò điện, dễ dàng nâng nhiệt độ bề mặt kim loại và đồng thời tiến hành điều chỉnh chính xác thành phần hoá học của thép lỏng và xỉ. + Nấu luyện đợc tất cả các loại thép cacbon cao, thấp có chất lợng tốt, luyện đợc tất cả các loại thép hợp kim cao hoặc đặc biệt mà đảm bảo cháy hao các hợp kim rất thấp. Đặc biệt luyện đợc các mác thép có hàm lợng phôtpho và lu huỳnh rất thấp (P,S <0,02%). + Giá thành thép lò điện còn cao vì tiêu tốn điện năng và điện cực lớn (điện cực grafit phải nhập ngoại vì một số nớc và nớc ta cha sản xuất đợc). Vì vậy cần phải áp dụng những biện pháp cải tiến thiết bị và cờng hoá quá trình luyện thép trong lò điện để nâng cao chất lợng và hạ giá thành sản phẩm: - Chọn và tính toán hợp lí phế thép, đảm bảo ít phôtpho và lu huỳnh; kích thớc vật liệu phải phù hợp vói dung lợng lò và phơng pháp chất liệu vàp lò để đảm bảo vận hành lò tốt. - Sử dụng và khống chế chế độ điện một cách tối u trong quá trình nấu luyện thép, đảm bảo thời gian nấu một mẻ thấp nhất, năng suất lò (tấn/giờ) cao nhất. - áp dụng triệt để các biện pháp cờng hoá trong giai đoạn nấu chảy, oxy hoá và hoàn nguyên. - áp dụng các công nghệ mới nh tạo xỉ đơn, tạo xỉ bọt, thổi oxy nguyên chất, thổi các chất khử với khí trơ vào lò để đảm bảo tốc độ phản ứng luyện kim xảy ra nhanh, do đó khử bỏ đợc các tạp chất và các khí có hại trong thép một cách triệt để. 1.1.2. Cơ sở lý thuyết chung về lò cảm ứng không lõi sắt. Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng dựa vào hiện tợng cảm ứng điện từ, khi đa một khối kim loại vào trong một từ trờng biến thiên, trong khối kim loại xuất hiện dòng điện xoáy, nhiệt năng do dòng điện xoáy đốt nóng khối kim loại. Theo định luật Joule-Lentz. Q=0,24.I 2 .R.t [cal] (1.1) Trong đó : I - cờng độ dòng điện qua kim loại, A ; R - điện trở của kim loại, ; t - thời gian tác dụng, s ; Tuy nhiên khi nấu luyện thì nhiệt độ, thời gian thay đổi nên điện trở của kim loại cũng thay đổi theo nhiệt độ và thời gian. Vì vậy công suất cấp vào lò là không cố định và phụ thuộc vào giai đoạn nấu luyện, công nghệ nấu và mác thép khác nhau mà chúng ta thay đổi công suất điện vào nó sao cho tốt nhất. Lò cảm ứng đợc cấu tạo dựa trên nguyên lí của một máy biến áp không khí, cuộn cảm ứng đợc chế tạo bằng ống đồng theo dạng xoắn ốc bọc xung quanh tờng lò. Cuộn cảm ứng đợc coi nh cuộn sơ cấp. Còn vật liệu kim loại chứa trong nồi đợc coi nh cuộn thứ cấp máy biến áp. Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông qua kim loại sinh ra một sức điện động cảm ứng là E 2 . Kim loại ở đây coi nh là một dây dẫn, khép kín và thẳng góc với từ thông biến thiên. Xuất hiện trong kim loại một dòng điện cảm ứng và năng lợng của dòng điện cảm ứng sinh ra một lợng nhiệt lớn để nung chảy kim loại. Nh vậy khi lò 2 làm việc thì xuất hiện hai sức điện động cảm ứng trong cuộn cảm ứng (E 1 ) và trong kim loại (E 2 ). Giá trị của E 1 và E 2 đợc tính theo công thức sau: E 1 = 4,44. .f.n 1 .10 -8 [V]. E 2 = 4,44. .f.n 2 .10 -8 [V]. Trong đó : - tần số làm việc , Hz. n 1 - số vòng của cuộn cảm ứng ( sơ cấp ). n 2 - số vòng cuộn thứ cấp ( kim loại coi là một khối đồng nhất nên có n 2 = 1). Do giữa cuộn cảm ứng và kim loại chứa trong lò bị ngăn cách bởi độ dày của nồi lò (bằng vật liệu chịu lửa) và các vòng cuộn cảm có những khoảng cách nhất định nên từ thông biến thiên bị mất mát lớn (từ thông tản ra ngoài không khí) do vậy sức điện động cảm ứng E 1 > E 2 . Vì vậy cần phải cấp vào một lợng điện lớn để tạo ra E 1 cao phù hợp với dung lợng lò và đồng thời tạo ra E 2 đủ lớn để làm nóng chảy kim loại trong lò. Khi kim loại bị cảm ứng thì trong kim loại sẽ lập tức sinh ra từ thông chống lại từ thông sinh ra do cuộn cảm ứng sinh ra, do đó chiều dòng điện 1 I ur ngợc chiều với dòng Foucault ( 2 I suu ). Ta có: 1 1 1 2 2 2 E n I E n I = = , do đó I 2 = I 1 . n 1 Vậy dòng điện I 2 phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện và phụ thuộc vào số vòng của cuộn cảm ứng. Khi đa một dòng điện xoay chiều vào cuộn cảm ứng thì lập tức trong kim loại sinh ra một dòng điện I 2 (phucô). Dòng điện I 2 này lớn gấp n 1 lần so với I 1 , nghĩa là khi I 1 = const và tăng số vòng cuộn cảm ứng thi dòng I 2 tăng cao. Nhờ có dòng điện phu cô (I 2 ) tạo ra một lợng nhiệt lớn để nấu chảy kim loại. Năng lợng điện cung cấp để nấu chảy kim loại đợc tính theo công thức: w = I 2 2 .2 2 .d.h. 9 . . .10f à , W (1.2) w = (I 1 .n 1 ) 2 .2 2 .d.h. 9 . . .10f à , W . trong đó : I 1 .n 1 - gọi là ampe vòng, A.mm ; d - đờng kính nồi lò chứa kim loại, mm ; h - chiều cao nồi lò , mm ; - điện trở suất của kim loại, mm 2 /m ; à - hệ số từ thẩm của kim loại ; f - tần số làm việc, Hz. 3 Qua công thức trên, chúng ta thấy lợng nhiệt cung cấp cho lò nấu luyện thép tỉ lệ thuận với bình phơng ampe vòng. Nh vậy lợng nhiệt này phụ thuộc vào số vòng của cuộn sơ cấp (n 1 ) và cờng độ dòng điện cảm ứng (I 1 ). Mỗi một loại lò cảm ứng đều có mạch điện riêng để đảm bảo cung cấp dòng điện I 1 và tần số làm việc ở mức tối thiểu. f min 2,5.10 9 2 d , Hz (1.3) trong đó : - điện trở suất của liệu, mm 2 /m ; d - đờng kính lò chứa liệu, mm. Kết luận: Nhiệt năng truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Điện trở suất và hệ số từ thẩm à của kim loại. - Cờng độ từ trờng H : W nhiệt H 2 I 2 . Trị số dòng điện của nguồn cấp. Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần thì nhiệt năng tăng lên bốn lần. - Tần số dòng điện của nguồn cấp. Nếu tăng tần số dòng điện lên bốn lần thì nhiệt năng tăng lên hai lần. Từ đó ta thấy : tăng dòng điện của nguồn cấp hiệu quả hơn tăng tần số của nguồn cấp, nhng thực tế trị số dòng không thể tăng lên đợc mãi vì lí do cách điện, trị số dòng điện lớn sẽ làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dù đã đợc làm mát bằng dòng nớc liên tục) cho nên thực tế ngời ta tăng tần số của nguồn cấp. 1.1.3. Các bộ nguồn tần số cao. Các bộ nguồn tần số cao có thể tạo ra bằng các phơng pháp sau: - Dùng máy phát điện đặc biệt tần số cao do hạn chế về kích thớc và số vòng quay nên giải tần số của máy phát không vợt quá f=10 kHz. Hiệu suất của các máy này có thể đạt cỡ = 70 ữ 80%. Do máy phát này đợc chế tạo với tần số, công suất, điện áp nhất định nên khi cần gia nhiệt với điện áp khác thấp hơn, thờng cần có biến áp để phối hợp các tham số giữa nguồn và phụ tải. - Dùng bộ biến tần dùng tiristo do công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn cha chế tạo đ- ợc các loại tiristo tần số cao, nên tần số có giới hạn tới f=2000Hz. Sử dụng tốt ở các lò trung tần công suất vừa và nhỏ. - Bộ tần số dùng đèn phát điện tử, khi cần tần số cao đến 400kHz dùng đèn phát là đèn điện tử ba cực (triôt). Hiệu suất của bộ biến nguồn dùng đèn phát không cao, tuổi thọ của đèn thấp. 1.1.4. Ưu điểm của thiết bị gia nhiệt tần số. 4 Có thể truyền năng lợng nhiệt cho vật cần gia công một cách nhanh chóng và trực tiếp, không phải qua khâu trung gian nên có thể tự động hoá ở mức độ cao và có thể tiến hành gia nhiệt ở môi trờng trung tính, chân không. - Có thể tôi bề mặt chi tiết (vỏ ngoài cứng, trong ruột mềm) một cách đơn gian nhờ hiệu ứng mặt ngoài của dòng cao tần. Vật cần tôi có thể có hình dạng bất kì. - Tăng đợc năng suất lao động, giảm đợc lao động mệt nhọc. 1.1.5. Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số. - Nấu chảy kim loại trong môi trờng không khí, khí trơ, chân không. - Nung phôi để rèn, dập, ép. - Tôi, ram, ủ các chi tiết cơ khí. - Thực hiện các nguyên công nhiệt luyện nh tôi, ram thờng hoá. Đặc biệt ứng dụng, để tôi bề mặt các chi tiết nh bánh răng , cổ trục khuỷu của động cơ điêzen khi yêu cầu độ cứng bề mặt ngoài cao. Hình dáng chi tiết cần tôi có thể có hình dáng bất kì (hình vẽ). - Do hiệu ứng bề mặt ngoài của dòng cao tần, bề mặt ngoài cua chi tiết đợc nung nóng trong thời gian một vài giây, trong khi đó trong lòng của chi tiết cha kịp nung nóng. - Hàn đờng ống trong công nghiệp chế tạo ống nớc tráng kẽm. 1.1.6. Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số. a) Theo tần số làm việc có: - Thiết bị tần số công nghiệp lấy điện từ lới hoặc qua máy biến áp: f = 50 Hz. - Thiết bị trung tần với tần số làm việc từ 500 ữ 10.000 Hz. Thiết bị này thờng dùng máy phát điện quay tần số cao hay dùng tiristor khi công suất nhỏ và vừa. - Thiết bị gia nhiệt tần số cao tần, có tần số làm việc f >10 kHz, thờng dùng đèn phát hoặc tiristor. b) Theo phạm vi sử dụng có: +Thiết bị tần số nấu chảy kim loại và hợp kim : loại này phân ra làm hai loại - Lò cảm ứng có lõi thép: Thờng là lò có tần số công nghiệp đợc cấp nguồn từ biến áp động lực có công suất từ 75 đến 1000kVA. - Lò cảm ứng không lõi thép kiểu hở và kiểu kín dùng nấu chảy thép chất lợng cao, gang, kim loại màu và hợp kim. Vật nấu Máng Nồi Các vòng cảm ứng a) lò có lõi thép (lò máng) b) lò không có lõi thép (lò nồi) Hình 1.1: Lò nấu chảy cảm ứng. 5 + Thiết bị nung phôi cho rèn, dập, cán. Phôi càng lớn thì tần số làm việc càng nhỏ. + Thiết bị tôi bề mặt thờng làm việc ở tần số cao. Lớp tôi càng mỏng thì tần số làm việc càng cao. + Thiết bị nung, sấy chất điện môi và bán dẫn. Đ1.2. Đặc điểm nguyên lí cảm ứng điện trong lò cảm ứng không lõi sắt. 1.2.1. Mức độ cảm ứng. Mức độ cảm ứng của khối liệu kim loại chứa trong lò khác nhau, phụ thuộc vào từng vùng, tính chất của liệu và tần số làm việc. Mật độ dòng điện cảm ứng phân bố trong lò không đều. Kim loại sát tờng lò, gần cuộn cảm ứng thì có mật độ điện lớn nhất và giảm dần theo chiều hớng vào tâm lò, tức là liệu đợc chảy nhanh nhất ở sát t- ờng lò, còn ở giữa lò là chảy chậm. Để xác định đại lợng mật độ dòng ở kim loại tại một điểm bất kì trong nồi lò ta có công thức sau : 9 2 . .10 . 2 0 0 . . kl z z f w p z e e à à = = (1.4). Trong đó : 0 , z - tơng ứng là mật độ dòng tại hoành độ z và O ; à - độ từ thẩm trong môi trờng chân không ; kl à - độ từ thẩm của kim loại trong lò ; - điện trở suất của kim loại, mm 2 /m ; f - tần số làm việc, Hz . Trong quá trình nấu luyện thép khi tăng nhiệt độ thì độ sâu thấm từ tăng (dới điểm quyri t 780 o C). Trên thực tế sản xuất thờng cho lò đạt nhiệt độ cao rồi mới chất vật liệu cục to vào lò, đặc biệt nên chất vật liệu kim loại sát thành lò hết sức khít chặt, còn ở giữa lò chất vừa đảm bảo vật liệu đợc nung đỏ và nấu chảy đều, nhanh. Sau mỗi mẻ thép cần để lại ít thép lỏng trong lò để kích thích độ dẫn từ cho phép). Khi vật liệu kim loại còn ở trạng thái rắn thì giá trị công suất nhiệt tỏa ra trong vật liệu phụ thuộc vào kích thớc cục vật liệu ban đầu. Theo G.T.Badata thì giá trị công toả nhiệt ra trong liệu đạt đợc cực đại khi kích thớc liệu là : d 1 = 3,5.b , mm trong đó : d 1 - đờng kính cục vật liệu, mm; b - độ sâu thấm từ, mm. b = 12 1 .10 . 2 . kl f à + , mm (1.5) 6 z z P /P z o o z Hình 1.2: Phân bố tơng đối của mật độ dòng điện 0 z ữ và công suất 0 z P P ữ . 1.2.2. Công suất điện. Tận dụng công suất điện có lợi rất thấp cho quá trình nấu, do đó cần phải nối mạch vào tải hệ thống tụ điện bù cos . Do cấu tạo lò và cuộn cảm ứng nồi lò có độ dày bằng vật liệu chịu lửa ngăn cách lò với cuộn cảm ứng, còn cuộn cảm ứng có nhiều vòng, vòng nọ cách vòng kia 2 ữ 3 mm nên tạo ra nhiều khe hở, dẫn tới từ thông biến thiên bị rò ra không khí, mất bớt năng lợng điện cảm ứng ở trong lò do đó hệ số tận dụng công suất điện rất thấp: - Tần số 50Hz thì cos = 0,10 ữ 0,12. - Tần số 500Hz ữ 3000Hz, cos = 0,20 ữ 0,22. - Tần số 4000Hz ữ 10.000Hz, cos = 0,25 ữ 0,28. 1.2.3. Hệ thống tụ điện bù. Với đại lợng cos thấp nh vậy không thể đủ năng lợng nhiệt cung cấp cho việc nấu chảy kim loại, vì vậy ngời ta mắc hệ thống tụ điện bù hoặc nối tiếp hoặc song song, hoặc hỗn hợp với cuộn cảm ứng lò. a) Mắc nối tiếp với cuộn cảm ứng lò thì cho ta chế độ cộng hởng điện áp. 7 I r X= 1 C C 1 U =U 1 2 1U 2U 2 U' C U L U = CU rU 1I U C Hình 1.3: Sơ đồ nối tiếp tụ với cuộn cảm ứng lò. Khi cộng hởng I m = I lò = I c = I tổng và điện áp của máy phát khi công hởng nhỏ hơn điện áp của máy khi cha cộng hởng (U m > U m ). Nếu cộng hởng hoàn toàn thì có điện áp ở cuộn cảm ứng bằng điện áp ở tụ điện bù (U L = U C ). Khi U m =U m thì góc lệch pha giữa U L và U m giảm xuống bằng không. Nếu điện áp ở máy phát ổn định theo mức bù dẫn tới I L tăng làm tăng giá trị sụt áp trên cuộn cảm và trên tụ bù. Điện áp trên cuộn cảm ứng lò : U L = U 1 .X = U 1 . .L. Điện áp trên tụ điện bù : U C = I 1 . 1 C và trên điện trở thuần có điện áp U r =I 1 .r, dẫn tới làm tăng điện áp trên lò, thúc đẩy nung chảy vật liệu. Dòng điện cảm ứng cộng hởng (I ) đôi khi cao quá dễ xuyên thủng lớp cách điện giữa các vòng cảm ứng dẫn đến sự cố. Do đó cần phải khống chế dòng điện khi có chế độ cộng hởng điện áp. Thực tế ngời ta ít dùng cách ghép nối tụ điện nối tiếp, hiện nay dùng phổ biến phơng pháp ghép nối tụ bù song song với cuộn cảm ứng lò. Với cách nối này cho ta chế độ cộng hởng dòng điện và hoàn toàn tránh đợc sự cố do quá dòng điện cộng hởng. b) Sơ đồ ghép tụ song song với cuộn cảm ứng từ. 2 1 U =U 1 C C 1 X= r I 2 I I n U C U L I = 2 I C I L I = C I 2 I C I 2 Hình 1.4: Sơ đồ nối song song tụ với cuộn cảm ứng lò. Ta có U m = U c = U L = U lò , nghĩa là điện áp máy phát ổn định trong quá trình chạy lò, còn dòng điện lò khi cộng hởng vợt trội dòng điện máy phát: lo I uur = c I uur + m I uur 8 Nhng nếu cha bù cos thì ta có: lo I uur = m I uur Nếu cộng hởng hoàn toàn khi r = 0 thì ta có : lo I uur = c I uur . Khi lò làm việc theo chế đọ cộng hởng ta có: 1 L C = (điện trở trong cuộn cảm bằng điện trở trong tụ điện bù). Do đó ta xác định đợc điện dung của tụ điện bù: C = 2 2 1 1 . (2 . ) .L r f L = ; L = 2 2 1 2 . . 2 . . 2 . . U Q f I f U f U = = (1.6) Trong đó : - tần số góc, rad/s; f tần số dòng điện, Hz; L - đại lợng tự cảm, H; C - Điện dung tự cảm, F; Q Công suất phản kháng, kVAr. Qua công thức trên , chúng ta thấy lò cảm ứng có tần số làm việc càng cao thì điện dung bù càng nhỏ (giá thành hạ, tổn hao điện năng tụ thấp). c) Cộng hởng hỗn hợp là vừa có cộng hởng điện áp, vừa có cộng hởng dòng trong qúa trình chạy lò. Để thực hiện cộng hởng hỗn hợp ngời ta vừa nối ghép tụ bù nối tiếp, vừa nối song song với cuộn cảm ứng lò. Đây là mạch nộ phức tạp, cồng kềnh nên ít sử dụng trong sản xuất. n I I r X= 1 C C 2 U =U 1 2 C 1 I C Hình 1.5: Sơ đồ nối hỗn hơp tụ với cuộn cảm ứng lò d) Ngoài ra do từ thông tán xạ và từ thông trong khối trụ kim loại gây ra hiện tợng điện động mạnh trong bể lỏng kim loại. Do vậy xuất hiện lực căng làm cho phần khối kim loại lỏng ở giữa lò đợc tăng cao với độ cao 2 h . 3 2 1 0 2 2 2 2 6,41.10 .( . ) 0,01. . . . . I n P h h d f = = , [cm] Trong đó: I 1 - cờng độ dòng điện vào cuộn cảm ứng lò, A; n 0 - số vòng cảm ứng trên một đơn vị dài, vg/cm; 9 - tỉ khối của kim loại lỏng, g/cm 2; P - công suất điện cung cấp cho kim loại, W; h 2 , d 2 - tơng ứng là chiều cao và đờng kính của bể kim loại, cm; 2 - điện trở suất của kim loại, m; f - tần số làm việc của lò, Hz. Cùng một công suất truyền cho kim loại nếu tần số càng nhỏ thì 2 h càng cao. Do lực nâng lên của phần kim loại lỏng giữa lò nên kim loại + xỉ lỏng đợc xáo trộn mãnh liệt làm cho thành phần hoá học và nhiệt độ của thép lỏng hết sức đồng đều, sản phẩm luyện ra rất sạch nhng lại có nhợc điểm làm cho lò bị bào mòn nhanh, bóc trần bề mặt kim loại lỏng, (không có xỉ bao che) tạo điều kiện cho khí có hại dễ xâm nhập vào thép lỏng. Qua sản xuất thực tế ngời ta đã áp dụng hai biện pháp sau đây để khắc phục nhợc điểm đó: - Nâng hạ cuộn cảm đến mức cho phép (đối với lò có dung tích nhỏ 5 ữ 10kg/mẻ). - Ngời ta lắp đặt hai cuộn cảm ứng: cuộn cảm ứng có tần số cao để tăng tốc độ nấu chảy liệu, còn cuộn cảm ứng thứ hai có tần số công nghiệp để khuấy trộn bể kim loại lỏng. Hai cuộn cảm ứng này đợc nối ghép thành một hệ thống chung và đợc quấn các vòng cảm ứng ngợc chiều nhau. Cuộn cảm ứng thứ nhất có nhiều vòng đợc sử dụng trong thời gian nấu chảy vật liệu, còn cuộn cảm ứng thứ hai đợc sử dụng khi cần xáo trộn kim loại lỏng mãnh liệt mà không có độ vồng cao của phần khối kim loại ở giữa lò. Với thiết bị hiện đại ngời ta vận hành lò có hai cuộn cảm ứng hết sức nhanh và chính xác. Hiện nay ngời ta áp dụng phơng pháp này phổ biến để nấu luyện thép hợp kim có chất lợng cao và đồng thời nâng cao tuổi thọ áo lò (100 ữ 150 mẻ). h b h 2 tấn 2 2 10 [...]... : Các trị số theo f và to Đ1.4 các phần tử chính trong thiết bị gia nhiệt bằng tần số 1.4.1 Các bộ biến tần Hiện nay, trong các thiết bị gia nhiệt bằng dòng điện cao tần, nguồn cao tần (các bộ biến tần) có thể là máy phát điện quay, đèn phát điện tử hay biến tần dùng tiristor a) Máy phát điện tần số cao đã đợc chế tạo ở dải công suất 0,5 ữ 1500 kW và dải tần số 500 ữ 8000 Hz Đối với tần số dới 500Hz,... vì dòng cao tần chỉ phân bố ngoài phía dây Trong giải tấn số radio, thờng dùng ống 1 ữ 0,5mm 1.4.3 Tụ điện Tụ điện dùng trong các sơ đồ của thiết bị gia nhiệt tần số nhằm làm chức năng phân li dòng điện một chiều hoặc bù cos 20 Các tụ này phải là các tụ chịu điện áp cao (tới 1000V) và chịu tần số cao (tới 10kHz) tuỳ theo thiết bị gia nhiệt 1.4.4 Các côngtắctơ Trong thiết bị gia nhiệt cao tần, các côngtăctơ... 1.6: Sơ đồ tơng tác từ thông trong nồi lò cảm ứng Đ1.3 sự truyền năng lợng trong thiết bị gia nhiệt bằng tần số 1.3.1 Nguyên lý nung nóng bằng dòng điện tần số cao Nung nóng bằng dòng điện tần số cao dựa vào nguyên lý sau: Khi cho dòng điện xoay chiều qua cuộn dây, xung quanh nó sẽ sinh ra một từ trờng có tần số bằng tần số dòng điện Nếu đặt một dây dẫn (mẫu cần nung) trong từ trờng này thì dây dẫn sẽ... suất Một vòng nấu luyện thì vòng kia lấy sản phẩm, chuẩn bị mẻ sau b ) Đèn phát tần số dùng trong thiết bị gia nhiệt bằng tần số thờng dùng đèn 3 cực chân không Tần số phát từ vài chục kHz đến vài trăm MHz Đèn đợc làm mát bằng không khí (công suất vài kW) hay bằng nớc (công suất lớn hơn, tới ngoài 100kW) Khi làm việc, nhiệt độ katot tăng từ nhiệt độ môi trờng tới hơn 2000oC và điện trở của nó tăng... ngợc lại: tiếp điểm chính mở trớc rồi đến tiếp điểm dập hồ quang 1.4.5 Dây dẫn cao tần Đặc trng của dây dẫn cao tần là có cảm kháng đặc biệt lớn do hiệu ứng bề mặt, hỗ cảm và chúng phụ thuộc vào tần số Dây dẫn cao tần trong thiết bị gia nhiệt bằng tần số thờng là thanh cái phẳng, ống rỗng có nớc làm mát, cáp đồng trục cao tần hay cáp một ruột, nhiều ruột thông thờng Cáp đồng trục có trở kháng và cảm kháng... động để bảo vệ quá tải Trong trờng hợp riêng, thiết bị có thể có bộ biến tần phụ công suất bằng 25% công suất bộ chính Bộ biến tần phụ dùng duy trì nhiệt độ lào nấu chảy kim loại trong thời gian rót hay khi sấy lò Trong thời gian này thì bộ biến tần chính làm việc với lò thứ hai 2.2.3 Lò tôi cao tần dùng dèn phát (Hình vẽ 2.3) là sơ đồ lò tôi cao tần với tần số 440kHz 2,5% 24 K ~380V Đ1 Đ3 Đ2 Tới mạch... Sự phân bố nhiệt độ trong khi nung nóng bằng dòng điện tần số cao có dạng Ac1 T1 T2 T3 T0 Hình 1.8: Sự phân bố nhiệt độ khi nung nóng bằng dòng tần số cao Khi nhiệt độ bề mặt thấp hơn điểm Curie thì nhiệt độ giảm đột ngột từ bề mặt vào lõi Khi nhịêt độ lớp bề mặt đã đạt đợc nhiệt độ Curie thì lớp này nung nóng chậm (T2) 1.3.2 Sự truyền năng lợng 12 Năng lợng điện truyền từ nguồn điện (tần số) , qua vòng... dày) thì tần số giảm Với lớp thấm tôi < 10mm, tần số gia nhiệt tối u là : ftối u = 63000 , [Hz] 2 (1.13) trong đó : [ ] cm Với lớp thấm tôi > 10mm thì ta coi nh ở chế độ nung và ftối u tuỳ thuộc r, h (hình 1.11) của chi tiết gia công: r (mm) >80 25-60 15-40 8-20 h (mm) >160 65-160 25-60 15-40 ftối u(Hz) 50 500 2500 8000 Bảng 1.1 : Các trị số f tối u theo r và h Khi chi tiết gia công nhỏ và tần số làm... tới vật gia nhiệt Do vậy hiếu suất thiết bị thấp Sơ đồ khối của thiết bị gia nhiệt dùng đèn phát nh (hình 1.15) điện áp lới qua máy tăng áp BA đa lên 6 hay 10 kV rồi đợc nắn thành dòng một chiều nhờ chỉnh lu cao áp CL để cấp cho đèn phát ĐF Đèn phát dòng cao tần cho vòng cảm ứng CƯ Mạch không chế KC để đóng cắt và điều chỉnh điện áp chỉnh lu Mạch phản hồi FH về lới đèn phát nhằm ổn định tần số phát... lớn, làm việc ồn, hiệu suất khi tải nhỏ, bôi trơn và làm mát phức tạp, không thay đổi đợc tần số Hớng hoàn thiện các bộ biến tần máy điện là sử dụng các vật liệu tốt để nâng cao hiệu suất đến 85% Sơ đồ khối của thiết bị gia nhiệt bằng tần số dùng máy phát điện quay ở (hình1.14), trong đó máy phát dòng điện cao tần f(f) cấp cho dòng cảm ứng qua máy biến áp phối hợp BA (để thay đổi điện áp phù hợp với . Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số. a) Theo tần số làm việc có: - Thiết bị tần số công nghiệp lấy điện từ lới hoặc qua máy biến áp: f = 50 Hz. - Thiết bị trung tần với tần số làm việc từ. Các trị số theo f và t o Đ1.4. các phần tử chính trong thiết bị gia nhiệt bằng tần số 1.4.1. Các bộ biến tần. Hiện nay, trong các thiết bị gia nhiệt bằng dòng điện cao tần, nguồn cao tần (các. việc từ 500 ữ 10.000 Hz. Thiết bị này thờng dùng máy phát điện quay tần số cao hay dùng tiristor khi công suất nhỏ và vừa. - Thiết bị gia nhiệt tần số cao tần, có tần số làm việc f >10 kHz,