1) Lũ hồ quang
Lũ hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và nấu thộp hợp kim chất lượng cao.
Lũ hồ quang được cấp nguồn từ biến ỏp lũ đặc biệt với điện ỏp đặt vào cuộn sơ cấp (6 ữ 10)kV, và cú hệ thống tự động điều chỉnh điện ỏp dưới tải.
Hỡnh 4-9. Cấu tạo Lũ hồ quang dung lượng lớn
Cấu tạo và kớch thước lũ HQ nấu thộp loại AC-5MII (AC-6H1) của Liờn Xụ (cũ) với dung lượng 5T (6T).
Trong đú:
2 - Vũm lũ; 8 - Cơ cấu nõng vũm lũ; 3 - Cửa lũ; 9 - Điện cực;
4 - Miệng rút; 10 - Giỏ giữ điện cực;
5 - Giỏ nghiờng; 11 - Cơ cấu dịch chuyển điện cực; 6 - Cơ cấu nghiờng lũ; 12 - Đầu nối điện vào
Hỡnh 4-10. Lũ hồ quang trong thực tế
Chu trỡnh nấu luyện của lũ hồ quang gồm ba giai đoạn với cỏc đặc điểm cụng nghệ và yờu cầu truyền động sau:
+ Giai đoạn nung núng nguyờn liệu và nấu chảy kim loại.
- Trong giai đoạn này, lũ cần cụng suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiờu thụ chiếm khoảng 60 ữ 80% năng lượng của toàn mẻ nấu luyện và thời gian chiếm 50ữ60% toàn bộ thời gian một chu trỡnh (thời gian một mẻ nấu luyện). Trong giai đoạn này thường xuyờn xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm việc, ngọn lửa hồ quang chỏy kộm ổn định, cụng suất nhiệt khụng cao do ngọn lửa hồ quang ngắn (1ữ10mm).
- Yờu cầu truyền động trong giai đoạn này là phải cú cơ cấu điều chỉnh điện cực hồ quang để đảm bảo ngọn lửa hồ quang , truyền động bằng điện hay thuỷ lực với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Sơ đồ mạch cung cấp điện đảm bảo làm việc với cụng suất lớn và ngắn mạch làm việc liờn tục.Ngoài ra do tớnh chất của ngọn lửa hồ quang cú sự chờnh lệnh nhiệt độ giữa cỏc lớp kim loại tĩnh (khoảng 100oC/m). Trong điều kiện đú, để tăng cường phản ứng của kim loại (với xỉ) và để đảm bảo khả năng nung núng kim loại trước khi rút, cần phải khuấy trộn kim loại lỏng. Ở cỏc lũ dung lượng nhỏ (dưới 6T) thỡ việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khớ. Với lũ dung
lượng trung bỡnh (12 ữ 50T) và đặc biệt lớn (100T và hơn) thỡ thực hiện bằng thiết bị khuấy trộn để khụng những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà cũng nõng cao được chất lượng của kim loại nấu. Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ cú nguyờn lý làm việc tương tự động cơ khụng đồng bộ rotor ngắn mạch. Từ trường chạy tạo ra ở lũ cú đỏy phi kim loại nhờ hai cuộn dõy (stator) dũng xoay chiều tần số 0,5 ữ 1,0 Hz lệch pha nhau 90o. Do từ trường này mà kim loại cú lực điện từ dọc trục lũ. Khi đổi nối dũng trong cỏc cuộn dõy, cú thể thay đổi hướng chuyển động của kim loại trong nồi theo hướng ngược lại.
+ Giai đoạn ụxy hoỏ là giai đoạn khử cacbon (C) của kim loại đến một trị số hạn định tuỳ theo mỏc thộp, khử phốt pho (P) và khử lưu huỳnh trong mẻ nấu. Ở giai đoạn này, cụng suất nhiệt chủ yếu để bự lại tổn hao nhiệt trong quỏ trỡnh nấu luyện; nú chiếm khoảng 60% cụngsuất nhiệt của giai đoạn nấu chảy kim loại.
+ Giai đoạn hoàn nguyờn là giai đoạn khử oxy, khử sulfua trước khi thộp ra lũ. Cụng suất nhiệt của ngọn lửa hồ quang trong giai đoạn này khỏ ổn định. Cụng suất yờu cầu chiếm khoảng 30% của giai đoạn nấu chảy kim loại. Độ dài cung lửa hồ quang khoảng 20mm.
Ngoài ra lũ hồ quang cũng cú cỏc cơ cấu sau: + Cơ cấu nghiờng lũ để rút nước thộp và xỉ. + Cơ cấu quay vỏ lũ xung quanh trục của mỡnh. + Cơ cấu dịch chyển vỏ lũ để nạp liệu.
+ Cơ cấu nõng vũm lũ để dịch chuyển vỏ lũ. + Cơ cấu nõng tấm chắn giú của cửa lũ.
Năm cơ cấu trờn đều dựng hệ truyền đụng xoay chiều với động cơ khụng đồng bộ rụto lồng súc hoặc rụ to dõy quấn.
2) Lũ điện trở
Lũ điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thụng qua dõy đốt (dõy điện trở). Từ dõy đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt. Lũ điện trở thường được dựng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu và hợp kim màu…
Ở Việt Nam thường dựng lũ kiểu buồng để nhiệt luyện (tụi, ủ , nung, thấm than); lũ kiểu giếng để nung, nhiệt luyện; lũ muối để nhiệt luyện dao cắt qua muối nung…
Hỡnh 4-11. Cỏc loại lũ điện trở a. lũ buồng; b. lũ giếng; c. lũ đẩy
+ Lũ buồng (hỡnh 4.27a) thường dựng để nhiệt luyện kim loại (thường hoỏ, ủ, thấm than v.v…). Lũ buồng được chế tạo với cấp cụng suất từ 25kW đến 75kW. Lũ buồng dựng để tụi dụng cụ cú nhiệt độ làm việc tới 13500C, dựng dõy điện trở bằng cỏc thanh nung cacbuarun.
+ Lũ giếng (hỡnh 4.27b) thường dựng để tụi kim loại và nhiệt luyện kim loại. Buồng lũ cú dạng hỡnh trụ được chụn sõu trong lũng đất cú nắp đậy. Lũ giếng được chế tạo với cấp cụng suất từ 30 đến 75kW.
+ Lũ đẩy (hỡnh 4.27c) cú buồng kớch thước chữ nhật dài. Cỏc chi tiết cần nung được đặt lờn giỏ và tụi theo từng mẻ. Giỏ đỡ chi tiết được đưa vào buồng lũ theo đường ray bằng một bộ đẩy dựng kớch thuỷ lực hoặc kớch khớ nộn.
+ Lũ băng: buồng lũ cú tiết diện chữ nhật dài, cú băng tải chuyển động liờn tục trong buồng lũ. Chi tiết cần gia nhiệt được sắp xếp trờn băng tải. Lũ buồng thường dựng để sấy chai, lọ trong cụng nghiệp chế biến thực phẩm.
+ Lũ quay thường dựng để nhiệt luyện cỏc chi tiết cú kớch thước nhỏ (bi, con lăn, vũng bi), cỏc chi tiết cần gia nhiệt được bỏ trong thựng, trong quỏ trỡnh nung núng, thựng quay liờn tục nhờ một hệ thống truyền động điện.
Yờu cầu đối với vật liệu làm dõy đốt
Trong lũ điện trở, dõy đốt là phần tử chớnh biến đổi điện năng thành nhiệt năng thụng qua hiệu ứng Joule. Dõy đốt cần phải làm từ cỏc vật liệu thoả món cỏc yờu cầu sau:
- Độ bền cơ khớ cao;
- Cú điện trở suất lớn (với điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dõy dài, khú bố trớ trong lũ hoặc tiết diện dõy phải nhỏ, khụng bền);
- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (vỡ điện trở sẽ ớt thay đổi theo nhiệt độ, đảm bảo cụng suất lũ);
- Chậm hoỏ già (tức dõy đốt ớt bị biến đổi theo thời gian, do đú đảm bảo tuổi thọ của lũ)
Khống chế và ổn định nhiệt độ lũ điện trở
+ Theo định luật Joule – Lence
Q = 0,238.I2.R.t [cal] Trong đú:
Q - nhiệt lượng toả ra của dõy điện trở, cal; I - dũng điện đi qua dõy điện trở, A;
R - điện trở của dõy điện trở, Ω;
t - thời gian dũng điện chạy qua dõy điện trở, s; + Thời gian nung chi tiết đến nhiệt độ yờu cầu:
Trong đú:
G- khối lượng của chi tiết cú độ dài 100mm, kg; t1- nhiệt độ yờu cầu, 0C;
t2- nhiệt độ mụi trường, 0C;
C- nhiệt dung trung bỡnh của chi tiết cần nung;
a- tốc độ toả nhiệt của chi tiết cú độ dài 100mm, kcal/s. + Cụng suất điện cần cung cấp cho chi tiết cú độ dài là 1mm:
P2 = 4,18.l.a
100 [kW] + Cụng suất tiờu thụ của lũ điện trở:
[kW] Trong đú:
- hiệu suất của lũ ( = 0,7 ữ 0,75);
cos - hệ số cụng suất của lũ (cos = 0,8 ữ 0,85).
Từ biểu thức trờn ta rỳt ra rằng: để điều chỉnh nhiệt độ lũ điện trở cú thể thực hiện bằng cỏch điều chỉnh cụng suất cấp cho lũ điện trở.
Điều chỉnh cụng suất cấp cho lũ điện trở cú thể thực hiện bằng cỏc phương phỏp sau:
- Hạn chế cụng suất cấp cho dõy điện trở bằng cỏch đấu thờm điện trở phụ (cuộn khỏng bóohoà, điện trở).
- Dựng biến ỏp tự ngẫu, hoặc biến ỏp cú nhiều đầu dõy sơ cấp để cấp cho lũ điện trở.
- Thay đổi sơ đồ đấu dõy của dõy điện trở (từ tam giỏc sang sao, hoặc từ nối tiếp sang song song).
- Đúng cắt nguồn cấp cho dõy điện trở theo chu kỳ.
- Dựng bộ điều ỏp xoay chiều để thay đổi trị số điện ỏp cấp cho dõy điện trở