CH ƯƠN G2 GIỚI THIỆ U Lề C Ả M Ứ NG VÀ M Ộ T S Ố
2.3. Lũ hồ quang
2.3.1. Khỏi niệm chung và phõn loại
Lũ hồ quang là lũ lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa cỏc điện cực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại . Lũ hồ quang dựng để nấu thộp hợp kim chất lượng cao.
Phõn loại lũ hồ quang:
a) Theo dũng điện sử dụng :
- Lũ hồ quang một chiều.
- Lũ hồ quang xoay chiều. b) Theo cỏch chỏy của ngọn lửa :
- Lũ nung núng giỏn tiếp : nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực, được dựng để nấu chảy kim loại.
Hỡnh 2.24. Lũ hồ quang nung núng giỏn tiếp
-Lũ nung núng trực tiếp : nhiệt của ngọn lửa hồ quang xay ra giữa 2 điện cực để
Hỡnh 2.25. Lũ hồ quang nung núng trực tiếp
c) Theo đặc điểm chất liệu vào của lũ:
- Lũ chất liệu ( rắn , kim loại vụn ) bờn sườn bằng phương phỏp thủ cụng hay mỏy múc (mỏy chất liệu, mỏy trục mỏng) qua cửa lũ.
- Lũ chất liệu trờn đỉnh lũ xuống nhờ gầu chất liệu. Loại lũ này cú cơ cấu nõng vũm núc. 2.3.2. Kết cấu của lũ hồ quang Cấu tạo của lũ hồ quang gồm cỏc bộ phận chớnh: - Nồi lũ cú lớp vỏ cỏch nhiệt và cửa lũ cú miệng rút. - Vũm núc lũ cú vỏ cỏch nhiệt .
- Cơ cấu giữ và dịch chuyển điện cực, truyền động bằng điện hay thuỷ lực.
- Cơ cấu nghiờng lũ truyền động bằng điện hay thuỷ lực.
- Phần dẫn điện từ biến ỏp lũ tới lũ.
Ngoài ra , đối với lũ hồ quang nạp liệu từ trờn cao cũn cú cơ cấu nõng quay vũm lũ cơ cấu rút kim loại cũng như gàu nạp liệu.
Trong cỏc lũ hồ quang cú lũ nồi sõu , kim loại lỏng ở trạng thỏi tĩnh cú chờnh lệch nhiệt độ theo độ cao (khoảng 1000C/m). Trong điều kiện đú để
tăng phản ứng của kim loại 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 6 tấn thỡ việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khớ. Với lũ dung lượng trung bỡnh và đặc biệt lớn (100T và hơn) thỡ thực hiện bằng thiết
bị khuấy trộn để khụng những giảm lao động vất vả của cỏc thợ nấu mà cũn nõng cao chất lượng của kim loại nấu.
Thiết bị khuấy trộn kim loại thường là thiết bị điện từ cú nguyờn lý làm tương tự động cơ đồng bộ rụto ngắn mạch . Từ trường chạy tạo ra ở lũ cú
đỏy phi kim loại nhờ hai cuộn dõy dũng xoay chiều 0,5 đến 1 Hz lệch pha nhay 900 do từ trường này mà kim loại cú lực điện từ dọc trục . Khi đổi nối dũng trong cỏc cuộn dõy cú thể thay đổi hướng chuyển động củ kim loại trong nồi theo hướng ngược lại.
Cỏc thụng số quan trọng của lũ hồ quang:
- Dung lượng định mực của lũ: số tấn kim loại trong một mẻ nấu.
- Cụng suất định mức của biến ỏp lũ : ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian nấu luyện tức là tới năng suất lũ.
2.3.3. Chu trỡnh làm việc của lũ hồ quang gồm ba giai đoạn :
a) Giai đoạn nung núng nhiện liệu và nấu chảy kim loại. Trong giai đoạn này lũ cần cụng suất nhiệt lớn nhất điện năng tiờu thụ chiếm khoảng
60% ữ80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nú chiếm khoảng 50%ữ
60% toàn bộ thời gian một chu trỡnh.
Đểđảm bảo cụng suất nấu chảy, ngọn lửa hồ quang phải chỏy ụn định . Khi chỏy điện cực bị ăn mũn dần , khoảng cỏch giữa điện cực và kim loại tăng lờn.
Để duy hồ quang điện cực phải đựơc điều chỉnh gần vào kim loại. Lỳc đú dễ
xảy ra hiện tượng điện cực bị chạm vào kim loại gọi là quỏ điều chỉnh và gõy ra ngắn mạch làm việc. Ngắn mạch làm việc tuy xảy ra trong thời gian ngắn nhưng lại hay xảy ra nờn cỏc thiết bịđiện trong mạch động lực thường phải làm việc trong điều kiện nặng nề. Đõy là đặc điểm nổi bật cần lưu ý khi tớnh toỏn và chọn thiết bị cho lũ hồ quang.
Trong giai đoạn này , số lần ngắn mạch làm việc cú thể lờn tới 100 lần Mỗi lần xảy ra ngắn mạch làm việc , cụng suất hữu ớch giảm mạnh và cú khi bằng khụng với cụng suất tổn hao cực đại. Thời gian cho phộp của một lần ngắn mạch từ 2 ữ3 giõy.
b) Giai đoạn ụxi hoỏ và hoàn nguyờn. Đõy là giai đoạn khử C của kim loại
đến một giới hạn nhất định tuỳ theo yờu cầu cụng nghệ, khử P và S khử khớ trong gang và tinh luyện. Sự chỏy hoàn toàn cỏc bon gõy sụi mạnh kim loại. Ở
nhiệt và nú bằng khoảng 60% cụng suất nhiệt của giai đoan một . Hồ quang cần duy trỡ ổn định.
Trước khi thộp ra lũ phải qua giai đoạn hoàn nguyờn là giai đoạn khử oxi hoỏ khử sunfua và hợp kim hoỏ kim loại cụng suất yờu cầu lỳc này cỡ 30% so với giai đoạn một. Chếđộ năng lượng tương đối ổn định và chiều dài ngọn lửa hồ quang khoảng và chục một.
c) Giai đoạn phụ đõy là giai đoạn lấy sản phẩm đó nấu luyện , tu sửa làm vệ
sinh và chất liệu vào lũ.
2.3.4. Lũ hồ quang chõn khụng
Nấu kim loại bằng lũ hồ quang chõn khụng sẽ loai trừ được tương tỏc của kim loại núng chảy với khớ quyển thực hiện khử khớ trong kim loại triệt để hơn loại trừ tương tỏc của kim loại núng chảy với cỏc điện cực…Do vậy lũ hồ
quang chõn khụng được ứng dụng trong :
- Sản xuất cỏc vật liệu chịu nhiệt và cú hoạt tớnh hoỏ học mạnh
- Sản xuất kim loại hiếm.
- Sản xuất cỏc thộp chất lượng cao , cú lý tớnh tốt dựng trong cỏc ổđỡ cao tốc.
- Sản xuất cỏc vật liệu đặc biệt dựng trong cỏc ngành kĩ thuật như nguyờn tử
vũ trụ.
2.3.4.1. Lũ hồ quang chõn khụng cú hai loại:
- Lũ hồ quang cú điện cực khụng tiờu tốn bằng graphit hay bằng đồng với đầu
điện cực vonfram cú làm mỏt bằng nước. Loại lũ này khú đảm bảo chất lượng cao của kim loại nấu luyện vỡ thành phần bị làm bẩn bởi cỏc điện cực khi nấu luyện. - Lũ cú điện cực tiờu tốn là chớnh kim loại nấu luyện . Loại này thường được sử
dụng nhiều.
2.3.4.2 Kết cấu lũ hồ quang chõn khụng bao gồm cỏc bộ phận chớnh: Khuụn kết tinh ở dạng ống đồng cú vỏ làm mỏt bằng nước. Thường làm bằng vật
liệu khụng từ tớnh cú đặt cuộn dõy để tập trung hồ quang dọc trục ống và khuấy trộn kim loại trong bể lỏng.
Hinh 2.26. Sơđồ mạch lực lũ hồ quang chõn khụng.
- Cơ cấu treo và dịch điện cực . Hệ treo cú thể là mềm (tời xớch) hay cứng ( vớt thanh răng ) và tốc độ dịch cực 20 dến 300 mm/ph. - Buồng làm việc cú ống nạp liệu hay phễu. 3 - 5Hz 380V CDCL MC BAL KBH KBH A BĐK CC VD K K 1CD 2CD Lò 1 Lò 2 LV ĐK
- Hệ thống làm mỏt lũ.
- Nguồn cấp và hệ thống điều khiển
- Nếu nấu luyện trong khớ trơ thỡ cú hệ thống truyền khớ trơ.
Hồ quang dựng trong lũ chõn khụng phổ biến là hồ quang một chiều do cú tớnh chất chỏy ổn định. Đặc điểm của đặc tớnh vụn-ampe của hồ quang chõn khụng là
điện ỏp tương đối thấp nờn để đảm bảo cụng suất thỡ cần nguồn cú dũng lớn, dõy dẫn lớn.
Sơ đồ sử dụng cỏc chỉnh lưu tới 200A gồm nhiều điụt mắc song song. Do thời gian rot kim loại lỏng và chuẩn bị mẻ nấu tiếp theo là bằng hoặc lớn hơn thời gian nấu nờn cần một mạnh lực cấp điện cho hai lũ làm việc luõn phiờn.
Cuộn sơ cấp biến ỏp lũ điều chỉnh được điện ỏp dưới tải và được cấp điện từ
luới qua cầu dao cỏch ly và mỏy cắt dầu
Hai bộ chỉnh lưu cấp điện từ hai cuộn thứ cấp 3 pha qua cuộn khỏng bóo hoà KBH cú cuộn làm LV xoay chiều và điều khiển ĐK một chiều cấp từ bộ điều khiển BĐK. Sơđồ chỉnh lưu là hỡnh tia và cú cấp cho lũ hồ quang chõn khụng qua cuộn khỏng sau bằng K. Cỏc cuộn thứ cấp ba pha cú điểm nối chung ngược cực tớnh để giảm hệ sốđập mạch sau khi chỉnh lưu.Trong lũ hồ quang chõn khụng cú
điện cực tiờu tốn việc dich chuyển điện cực cần đảm bảo theo tốc độ làm việc tương ứng cũng nhưđảm bảo trừ khử nhanh ngắn mạch và lắp rỏp nhanh. Phạm vi
điều chỉnh cỡ 200:1 và hơn Trong truyền động dịch chuyển điện cực bằng điện cơ
, người ta dựng hộp giảm tốc độ cú li hợp điện từ tỏc động nhanh. Hệ tựđộng hồ quang chõn khụng cần đảm bảo cỏc thao tỏc sau:
- Chõm lửa hồ quang chõn khụng khụng tạo ngắn mạch
- ổn định độ dài cung lửa hồ quang đó cho.
- Dịch chuyển điện cực tiờu tốn theo tốc độ chảy
- ặn định cụng suất hồ .
- Nhanh chúng trừ khử ngắn mạch.
- Nhanh chúng hạđiện cực khi hồ quang phúng về thành lũ.
2.3.5 Lũ hồ quang plasma
Lũ hồ quang plasma là lũ hồ quang sử dụng plasma lạnh . Đú là khớ ion hoỏ cú mức ion hoỏ khoảng 1% ( tỉ số giữa số ion trờn tổng số phần tử ). Plasma nhiệt độ
tinh luyện thộp và hợp kim chất lượng cao, chịu nhiệt và tổng hợp cỏc chất khỏc nhau…
Ưu việt của lũ hồ quang plasma là tập trung năng lượng nhiệt lớn trong một vựng thể tớch nhỏ nờn đảm bảo nhiệt độ quỏ trỡnh rất cao. Do võy tăng đựơc khả
năng phản ứng và tốc độ phản ứng. Trạng thỏi kớnh thớch của nguyờn tửở nhiệt độ
cao cũn cho phộp gõy phản ứng để tạo cỏc mối liờn kết mà khụng thể thực hiện
được ở cỏc điều kiện bỡnh thường.
Phần tử cơ bản của lũ hồ quang plasma là plasmatron ở đú điện năng của nguồn cấp được biến đổi thành nhiệt năng của dũng plasma nhiệt độ thấp . Ta cú thể coi plasma như một nguồn phỏt plasma nhiệt độ thấp.
Mụi trường tạo ra plasma là cỏc hỗn hợp đa thành phần như : N, H, Ar… Phõn loại plasmatron theo nguyờn lý biến đổi điện năng thành nhiệt năng cú: plasma HQ, cảm ứng và điện từ. Theo dũng điện cú plasmatron dũng một chiều, dũng xoau chiều tần số cụng nghệp và cao tần. Loại hồ quang một chiều được dựng phổ biến hơn cả do tớnh ụn định cao của hồ quang. Trong plasmatron hồ
quang thỡ loại tỏc dụng trực tiếp được dựng là chớnh. Đú là cỏc lũ cú anốt núng chảy. Hỡnh 2.27. Sơđồ nguyờn lý của plasmatron R 4 2 1 Khí Nuớc 3
Plasmatron gồm điện cực 1 cú dạng thanh và bỡnh 2 được bằng nước đặt đồng trục với điện cực. Trong plasmatron một chiều thỡ điện cực là catụt và với cực (-) của nguồng cấp 4. Catốt làm bằng kim loại chịu nhiệt ( W,Ti) cú thờm chất phỏt xạ
như oxyt thori…. Bỡnh làm mỏt bảo vệ catụt khỏi kim loại bắn toộ vào và tạo hướng chuyển động cho khớ.
Hồ quang 3 chỏy giữa catụt và bỡnh 2 . Nếu để hồ quang hở thỡ mật độ dũng tương đối khụng lớn , khoảng 1ữ30 A/mm2 và nhiệt độ khụng quỏ 104 0K . Để
nõng cao tập trung năng lượng trong một đơn vị thể tớch và nhiệt độ của plasma, người ta dựng nhiều cỏch khỏc nhau để nen hồ quang. Người ta cú thể làm lạnh cưỡng bức đồng thời nộn cột hồ quang bặng khụng khớ , cũng cú thể nộn hồ quang bằng từ trường ngoài , hay bằng điện trường ngoài…
Khớ tạo plasma đó nộn được thổi dọc điện cực và ra qua một lỗ nhỏ dưới bỡnh2 . Luồng khớ sẽ thổi hồ quang xuống phần dưới và trong điều kiện lỗ nhỏ sẽ tăng mật độ dũng điện và nhiệt độ plasma hồ quang . Sau khi ra khỏi bỡnh với tốc độ
lớn, khớ nộn tức thời gión nở tạo thành dũng plasma sỏng chúi. Mật độ dũng hồ
quang trong plasmatron cao hơn nhiều mật độ dũng hồ quang tự do. Nếu thổi khớ tạo plasma đó được nộn theo tiếp tuyến đối với trục plasmatron thỡ khớ sẽ ụm cột hồ quang và chuyển động xoỏy tạo thành dũng plasma xoỏy.
Phương phỏp mồi hồ quang trong plasmatron dụng phổ biến trong thực tế là phúng điện cao ỏp , phúng điện cao tần và phun plasma. Khi xung cao ỏp truyền tới cỏc điện cực của plasmatron sẽ xuyờn qua khoảng khụng gian giữa cỏc điện cực và tạo phúng điện hồ quang.
Nguồn cấp cho lũ hồ quang cú thể là cỏc bộ biến đổi chỉnh lưu khụng điều khiển hay cú điều khiển. Yờu cầu cơ bản đối với khụi nguồn là cú đặc tớnh ngoài dốc đứng hay thẳng đứng ( nguồn dũng ). Đặc tớnh dốc thẳng đứng sẽ loại trừ khả
năng dũng bị dao động khi điện ỏp hồ quang thay đổi tức ổn định tốt dũng hồ
quang.
Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng làm nhiệm vụ khuấy trộn kim loại lỏng trong lũ hồ quang , chống sự chờnh nhiệt độ kim loại theo độ sõu của lũ. Kim loại lỏng trong nồi được khuấy trộn nhờ thiết bị điện từ nhiều loại khỏc nhau, dụng dũng xoau chiều cũng như dũng một chiều.
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC