21
Chương 3
LÒ HỒ QUANG
3.1 Khái niệm chung
Lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và
nấu thép hợp kim chất lượng cao.
Lò hồ quang được cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt vào
cuộn sơ cấp (6 ÷ 10)kV, và có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dưới tải.
1.Các thông số quan trọng của lò hồ quang là:
+ Dung tích định mức của lò: số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu.
+ Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết định tới thời gian
nấu luyện và năng suất của lò.
2. Chu trình nấu luyện của lò hồ quang gồm ba giai đoạn với các đặc điểm
công nghệ sau:
+ Giai đoạn nung nóng nguyên liệu và nấu chảy kim loại.
Trong giai đoạn này, lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ
chiếm khoảng 60 ÷ 80% năng lượng của toàn mẻ nấu luyện và thời gian
chiếm 50 ÷ 60% toàn bộ thời gian một chu trình (thời gian một mẻ nấu
luyện). Trong giai đoạn này thường xuyên xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm
việc, ngọn lửa hồ quang cháy kém ổn định, công suất nhiệt không cao do
ngọn lửa hồ quang ngắn (1 ÷ 10mm).
+ Giai đoạn ôxy hoá là giai đoạn khử cacbon (C) của kim loại đến một trị
số hạn định tuỳ theo mác thép, khử phốt pho (P) và khử lưu huỳnh trong mẻ
nấu. Ở giai đoạn này, công suất nhiệt chủ yếu để bù lại tổn hao nhiệt trong
quá trình nấu luyện; nó chiếm khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn nấu
chảy kim loại.
+ Giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử oxy, khử sulfua trước khi thép
ra lò. Công suất nhiệt của ngọn lửa hồ quang trong giai đoạn này khá ổn
định. Công suất yêu cầu chiếm khoảng 30% của giai đoạn nấu chảy kim loại.
Độ dài cung lửa hồ quang khoảng 20mm.
3. Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang
Một lò hồ quang bất kỳ đều phải có các bô phận chính sau:
- Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lò và miệng rót thép nấu chảy.
+ Vòm, nóc lò có vỏ cách nhiệt.
+ Giá nghiêng lò.
+ Điện cực.
+ Giá đỡ điện cực
Và các cơ cấu sau:
+ Cơ cấu nghiêng lò để rót nước thép và xỉ.
+ Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục của mình.
22
+ Cơ cấu dịch chyển vỏ lò để nạp liệu.
+ Cơ cấu nâng vòm lò để dịch chuyển vỏ lò.
+ Cơ cấu dịch chuyển điện cực.
+ Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò.
Trong sáu cơ cấu trên (trừ cơ cấu dịch chuyển điện cực) đều dùng hệ
truyền đông xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc rôto
dây quấn. Còn cơ cấu dịch chuyển điện cực dùng hệ truyền đông một chiều.
Động cơ truyền đông là động cơ điện một chiều kích từ độc lập được cấp
nguồn từ một bộ biến đổi. Bộ biến đổi có thể là:
- Máy điên khuếch đại
- Khuếch đại từ.
- Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyristor.
Chế độ làm việc của động cơ dịch chuyển địện cực là chế độ ngắn hạn lặp
lại.
Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang được giới thiệu trên hình 3.1
3.2 Sơ đồ cung cấp điên của lò hồ quang
Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang được giới thiệu trên hình 3.2
Nguồn cấp cho lò hồ quang được lấy từ trạm phân phối trung gian với cấp
điện áp 6, 10, 20 hoặc 22kV (tuỳ theo cấp điện áp của trạm phân phối).
Sơ đồ cấp điện có các thiết bị chính sau:
+ Cầu dao cách ly, đóng cắt không tải dùng để cách ly mạch lực của lò và
lưới điên trong trường hợp cần sửa chữa.
+ Máy cắt dầu 1MC, đóng cắt có tải cấp điện cho lò.
+ Cuộn kháng CK dùng để hạn chế dòng ngắn mạch làm việc (dòng ngắn
mạch làm việc không được lớn hơn 3 lần dòng định mức), ngoài ra cuộn
kháng còn có chức năng đảm bảo cho ngọn lửa hồ quang cháy ổn định, đặc
biệt là trong giai đoạn nung nóng và nấu chảy kim loại. Sau đó cuộn kháng
CK được ngắn mạch bằng máy cắt dầu 2MC.
+ Máy cắt dầu 3MC và 4MC dùng để đổi nối sơ đồ đầu dây cuộn sơ cấp
của biến áp lò (BAL) thành hình sao (Y) hoặc tam giác (∆).
+ Biến áp lò (BAL) dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp cấp cho lò. Biến
áp lò về cấu tạo và hình dáng giống như biến áp động lực thông thường,
nhưng nó làm việc trong môi trường khắc nghiệt, điều kiện làm việc nặng nề
cho nên so với biến áp động lực thông thường nó có những đặc điểm khác
biệt sau:
- Cùng một cấp công suất, biến áp lò có kích thước và khối lượng lớn hơn.
- Dòng ngắn mạch nhỏ (Inm ≤ 3Iđm).
- Có độ bền cơ học cao để chụi được sự tác động của lực điện từ phát sinh
trong các cuộn dây và thanh dẫn trong trường hợp xảy ra hiện tượng ngắn
mạch làm vịệc.
23
Hình 3.1 Cấu tạo và kết cấu lò hồquang
1.vỏ lò; 2. vòm lò; 3. cửa lò; 4. Miệng rót;
5.giá nghiêng lò; 6. Cơ cấu nghiêng lò;
7.Cơ cấu dịch chuyển vỏ lò; 8. cơ cấu
nâng vòm lò; 9. điện cực; 10. giá đỡ điện
cực; 11.cơ cấu dịch chuyển điện cực;
12. đầucấ
p
đi
ệ
nvào đi
ệ
n c
ự
c
Hình 3.2 Sơ đồ cung cấp điện lò hồ quang
Hình 3.1 Cấu tạo và kết cấu lò hồquang
24
- Có khả năng tự động điều chỉnh điện áp dưới tải trong phạm vi khá rộng
khi điện áp lưới dao động.
Công suất của biến áp lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện công suất
nhiệt trong giai đoạn nóng chảy, vì ở giai đoạn còn lại công suất nhiệt lò yêu
cầu ít hơn.
Nếu giả thiết rằng: trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất trong lò hồ quang,
trong biến áp lò và trong cuộn kháng CK được bù trừ bởi năng lượng của
phản ứng toả nhiệt thì công suất của biến áp lò được tính theo biểu thức:
ϕ
cos.. sdnc kt
W
S= [kVA] (3.1)
Trong đó: W- năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu
chảy và dừng lò giữa hai lần nấu, kWh;
t
nc- thời gian nấu chảy, h;
k
sd- hệ số sử dụng công suất của lò trong giai đoạn nấu chảy;
cosφ- hệ số công suất của lò.
Năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt W có thể tính được theo công thức:
W = Wg [kWh] (3.2)
Trong đó: w- suất chi phí điện năng để nấu chảy một tấn kim loại, kWh/T
G- khối lượng kim loại nấu chảy, T
Thông số kỹ thuật của một số lò hồ quang do Nga chế tạo ba pha có vòm
lò quay và nạp liệu từ đỉnh được giới thiệu trong bảng 3.1
+ Thiết bị đo lường và bảo vệ
- Phía cao áp có biến dòng TI1 và biến điện áp TU dùng cho các khí cụ đo
lường: vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W), đồng hồ đo công suất hữu công
(kWh) và đồng hồ công suất vô công (kVAr).
- Phía hạ áp có biến dòng TI2 dùng để đo dòng và đưa tín hiệu đến mạch
bảo vệ ĐKBV (khối điều khiển và bảo vệ).
3.3 Điều chỉnh công suất lò hồ quang
Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn, công
suất điện tiêu thụ khác nhau. Bởi vậy, điều chỉnh công suất lò hồ quang là
một vấn đề quan trọng đối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò hồ
quang.
Ngoài ra, điều chỉnh công suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý cho
phép:
- Giảm thời gian nấu luyện.
- Nâng cao năng suất của lò.
- Giảm chi phí điện năng.
- Nâng cao chất lượng thép.
25
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật một số loại lò hồ quang
Thông số
ДCΠ-0,5И3
ДCΠ-1,5И3
ДCΠ-3И3
ДCΠ-6H2
ДCΠ-12H2
ДCΠ-25H2
ДCΠ-50H2
ДCΠ-100M1
ДCΠ-100И6
ДCΠ-200M1
Dung lượng
định mức (T) 0,5 1,5 3 6 12 25 50 100 100 200
Công suất
biến áp lò
(MVA)
0,63 1,25 2,0 4,0* 8,0* 12,5* 20* 32* 80** 6
Giới hạn điện
áp lưới (V)
216 -
106
225 -
110
243 -
124
281 -
120
380 -
120
390 -
130
420
-
155
476
-
161
761
-
259
695
-193
Điện áp sơ
cấp (kV) 6(10) 6(10) 6(10) 6(10) 6(10) 10(35) 35 35 35 110
Số cấp điện
áp 8 8 8 8 12 23 22 22 23 23
Năng lượng
để nấu chảy
kW.h/T
560 535 515 480 445 435 425 420 420 420
Đường kính
điện cực
graphic (mm)
150 200 200 300 350 400 500 555 610 610
Điều chỉnh công suất lò bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc sự
dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ
thay đổi được điện áp hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang. Có thể
duy trì công suất lò theo dòng Ihq, điện áp Uhq hoặc Zhq = Uhq/Ihq.
• Bộ điều chỉnh duy trì dòng Ihq =const sẽ không mồi hồ quang tự động
được. Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ làm cho
dòng 2 pha còn lại thay đổi. Ví dụ như đứt 1pha, dòng 2 pha còn lại giảm
xuống và lúc đó bộ điều chỉnh thực hiện việc hạ điện cực xuống mặc dầu
không cần việc đó. Các bộ điều chỉnh này chỉ dùng cho lò một pha, chủ yếu
là lò hồ quang chân không
• Bộ điều chỉnh duy trì điện áp Uhq = const có khó khăn trong việc đo thông
số này. Thực tế, cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái
thứ cấp BAL. Do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đổi
dòng của một pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày