CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT. Lò nhiệt là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v  Ưu điểm của lò nhiệt so với các lò sử dụng nhiên liệu Lò nhiệt so với các lò sử dụng nhiên liệu có những ưu điểm sau : - Có khả năng tạo được nhiệt độ cao - Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao - Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ - Kín - Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyễn vật phẩm - Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ  Nhược điểm của lò nhiệt. - Năng lượng điện đắt. - Yêu cầu có trình độ cao khi sử dụng. 1.1.1 . NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÒ NHIỆT. Lò nhiệt làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun- Lenxơ : Q=I 2 RT Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J) I - Dòng điện tính bằng Ampe (A) R - Điện trở tính bằng Ôm T - Thời gian tính bằng giây (s) Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò : - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp. Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên nói đến lò nhiệt không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò. 1.2. CẤU TẠO LÒ NHIỆT. Lò nhiệt thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, lớp lót và dây nung. a) Vỏ lò Vỏ lò nhiệt là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong quá trình làm việc của lò. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín hoàn toàn hoặc tương đối của lò. Đối với các lò làm việc với khí bảo vệ, cấn thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, còn đối với các lò nhiệt bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổng thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò. Trong những trường hợp riêng, lò nhiệt có thể làm vỏ lò không bọc kín. Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chịu được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò ( vật nung ) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lò. - Vỏ lò chữ nhật thườnng dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v - Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v - Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò. Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng thép tấm dày 3 - 6 mm khi đường kính vỏ lò là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm khi đường kính vỏ lò là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính vỏ lò khoảng 4500 – 6500 mm. Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loại thép hình. Vỏ lò chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình dáng thích hợp. Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tuỳ theo yêu cầu kín của lò. Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và tán. b) Lớp lót Lớp lót lò nhiệt thường gồm hai phần : vật liệu chịu lửa và cách nhiệt. Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt tuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò. Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính dết gọi là các khối đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn. Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau : + Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò. + Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc. + Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều kiện làm việc. + Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn. + Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lò và ảnh hưởng của vật nung. + Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò làm việc chu kỳ. Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa. Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu. Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là : + Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu + Khả năng tích nhiệt cực tiểu + ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định. Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt. c) Dây nung Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai loại : dây nung kim loại và dây nung phi kim loại. Trong công nghiệp, các lò nhiệt dùng phổ biến là dây nung kim loại. Để đảm bảo yêu cầu của dây nung, trong hầu hết các lò nhiệt công nghiệp, dây nung kim loại đều được chế tạo bằng các hợp kim Crôm-Nhôm và Crôm-Niken là các hợp kim có điện trở lớn. Còn các kim loại nguyên chất được dùng để chế tạo dây nung rất hiếm vì các kim loại nguyên chất thường có những tính chất không có lợi cho việc chế tạo dây nung như : + Điện trở suất nhỏ + Hệ số nhiệt điện trở lớn + Bị ôxy hoá mạnh trong môi trường khí quyễn bình thường Dây nung kim loại thường được chế tạo ở dạng tròn và dạng băng - Dây nung phi kim loại Dây nung phi kim loại dùng phổ biến là SiC, grafit và than * PHẠM VI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ. - Lò nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật : + Sản xuất thép chất lượng cao + Sản xuất các hợp kim phe-rô + Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện + Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi + Sản xuất đúc và kim loại bột Trong các lĩnh vực công nghiệp khác : + Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò nhiệt được dùng để sất, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm + Trong các lĩnh vực khác, lò nhiệt được dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v Lò nhiệt không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v 1.3. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ. • Yêu cầu của vật liệu dùng làm dây nung Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt do đó đòi hỏi phải đảm bảo các yều cầu sau : + Chịu nóng tốt, ít bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao + Phải có độ bền cơ học cao, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao + Điện trở suất phải lớn + Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ + Các tính chất điện phải cố định hoặc ít thay đổi + Các kích thước phải không thay đổi khi sử dụng • Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện +Hợp lý về công nghệ Hợp lý về công nghệ có nghĩa là cấu tạo lò không những phù hợp với quá trình công nghệ yêu cầu mà cọn tính đến khả năng sử dụng nó đối với quá trình công nghệ khác nếu như không làm phức tạp quá trình gia công và làm tăng giá thành một cách rõ rệt. Cấu trúc lò đảm bảo được các điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất. Điều này đặc biệt quan trọng trong khi nhu cầu về lò nhiệt vượt xa khả năng sản xuất ra nó. + Hiệu quả về kỹ thuật Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi các thông số của nó xác định ( kích thước ngoài, công suất, trọng lượng giá thành v.v ). Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một đơn vị công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung v.v là các chỉ tiêu cơ bản của hiệu quả kỹ thuật. Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật được đánh giá bằng công suất dẫn động, mô men xoắn, lực v.v ứng với trọng lượng, kích thước hoặc giá thành kết cấu. + Chắc chắn khi làm việc Chắc chắn khi làm việc là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của chất lượng kết cấu của các lò nhiệt. Thường các lò điện làm việc liên tục trong một ca, hai ca và ngay cả ba ca một ngày. Nếu trong khi làm việc, một bộ phận nào đó không hoàn hảo sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản suất chung. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các lò nhiệt làm việc liên tục trong dây chuyền sản xuất tự động. Ngay đối với các lò nhiệt làm việc chu kỳ, lò ngừng cũng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất vì khi ngừng lò đột ngột ( nghĩa là phá huỷ chế độ làm việc bình thường của lò ) có thể dẫn đến làm hư hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên vật liêu và làm tăng giá thành sản phẩm. Một chỉ tiêu phụ về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đó của lò nhiệt là khả năng thay thế nhanh hoặc khả nằng dự trữ lớn khi lò làm việc bình thường. Theo quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đến các bộ phận quan trọng nhất, quyết định sự làm việc liên tục của lò. Thí dụ : dây nung, băng tải v.v + Tiện lợi khi sử dụng Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yêu cầu: - Số nhân viên phục vụ tối thiểu - Không yêu cầu trình độ chuyên môn cao, không yêu cầu sức lực và sự dẻo dai của nhân viên phục vụ. - Số lượng các thiết bị hiếm và quí bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu - Bảo quản dễ dàng. Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị thuận lợi. - Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và tuyệt đối an toàn. + Rẻ và đơn giản khi chế tạo Về mặt này yêu cầu như sau : - Tiêu hao vật liệu ít nhất, đặc biệt là các vật liệu quí và hiếm ( các kim loại mầu, các hợp kim có hàm lượng niken cao v.v ) - Công nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày công ít nhất và tận dụng đưọc các thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn trong các nhà máy chế tạo để gia công. - Các loại vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất. - Sử dụng đến mức tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng đổi lẫn và thuận tiện khi lắp ráp. - Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo ( đúc, hàn, dập ). Bỏ các chi tiết và các khâu gia công cơ khí không hợp lý. + Hình dáng bề ngoài đẹp Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, các khâu và các chi tiết phải có hình dáng và tỷ lệ các cạnh phù hợp, dễ coi. Tuy vậy cũng cần chú ý rằng, độ bền của kết cấu khi trọng lượng nhỏ và hình dáng bề ngoài đẹp có quan hệ khăng khít với nhau. Việc gia công lần cuối như sơn có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hình dáng bề ngoài của lò điện. Song cũng cần tránh sự trang trí không cần thiết. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT 2.1. CÁC PHƯƠNG ÁN MẠCH ĐỘNG LỰC Các bộ chỉnh lưu 3 pha a) Chỉnh lưu 3 pha hình tia U d = π 2 3 ∫ + + θ π θ π 6 5 6 2 U 2 sinθ.dθ= π 2 63 2 U cosα I d = R U d Ưu điểm: - Do điện áp ngược trên van lớn cho nên nó được sử dụng cho tải có yêu cầu điện áp thấp và dòng điện lớn dễ dàng cho việc chọn van. - Do chỉ có một van dẫn nên sụt áp trên van là nhỏ cho nên công suất tiêu thục của van là nhỏ. - Việc điều khiển mở van là dễ dàng. Nhược điểm: - Điên áp ra có độ đập mạch lớn cho nên xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao. - Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao. Vì điện áp chảy trên van không đối xứng qua trục hoành, do vậy khi khai triển chuỗi Furie thì xuất hiện thành phần một chiều và thành phần xoay chiều. Tuy nhiên máy biến áp chỉ làm việc với thành phần xoay chiều nên làm giảm hiệu suất máy biến áp. b) Chỉnh lưu cầu 3 pha [...]... công suất ra tải cũng đạt công suất lớn nhất P = Pmax vì vậy để đảm bảo đủ bù các tổn hao đã nói ở trên ta chọn công suất lớn nhất của lò ứng với khi góc điều khiển α = 0 là : Pmax P= = 50 (kw) Dựa vào công thức (1) ta tính được công suất ra tải khi α = 0 Pmax  2 U dm = 2R t 2 U dm 3802 Rt = = 2Pmax 2.50.103 = 1,444 (Ω) ta xác định được dây điện trở của lò có giá trị là 1,444 (Ω) Từ đây, dựa vào công. .. phạm vi điều chỉnh điện áp không lớn Trong thực tế công nghiệp, các mạch điều áp xoay chiều thường sử dụng là các mạch điều áp xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao( Y ) hoặc tải hình tam giác ( ) Quá trình làm việc của mạch điều áp xoay chiều ba pha phức tạp hơn nhiều so với mạch một pha vì ở đây các pha ảnh hưởng mạnh sang nhau và nó còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như sơ đồ đấu van, góc điều khiển cụ... hai điện trở còn lại bằng một nửa điện áp dây 2.3 TÍNH CHỌN VAN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 2.3.1 Tính chọn van bán dẫn Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng cho lò nhiệt ta sử dụng mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu sao.Các biểu thức thể hiện quan hệ giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α Với α = 0 ÷ P= 60 o : 2 3U dm π α sin 2α [ − + ] πR 6 4 8 Với... 3 pha; - Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%) - Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới điện ít hơn các loại khác Nhược điểm: - Sụt áp trên van gấp hai lần sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp vỡi cấp điện áp ra tải dưới 10V 2.1.1 Mạch điều áp xoay chiều 3 pha Như đã nói ở trên, công suất ra tải của lò được tính theo công thức: P =... liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α : = = (3) Theo ba biểu thức (1), (2), (3) và cho các giá trị α khác nhau và lấy P ở α = 0 là 100% ta có bảng các giá trị và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α : α 0 20 30 40 50 60 70 80 P% 100 98,6 95,6 90,2 81,8 70,6 57,16 42,8 α 90 100 110 120 130 140 150 P% 29,3 18,1 9,7 4,3 1,3 0,1 0 Nhận xét : công suất đưa ra... tiristor được phát xung điều khiển lệch nhau góc 180 độ điện để đảm bảo dòng qua cặp van là hoàn toàn đối xứng Một ưu điểm của việc sử dụng hai van thyristor đấu song song ngược nhau thay thế cho triac trong mạch điều áp xoay chiều là khả năng điều khiển để mở và khoá tiristor dễ dàng hơn nhiều so với triac Các mạch điều áp xoay chiều có nhược điểm cơ bản là trong quá trình điều chỉnh, mạch luôn làm việc... thị điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều ba pha Tiếp theo, từ những biểu thức điện áp của từng giai đoạn đó ta lại có thể tính toán được các đại lượng cần tính như điện áp, dòng điện, công suất Ta xét hoạt động của mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng sáu thyristor đấu song song ngược, tải thuần trở đấu hình sao ở trên và dựng đồ thị quan hệ giữa công suất tải và góc α : Công suất tải là : trong... công nghệ chế tạo ta có thể tiến hành thiết kế chi tiết cho dây điện trở để có thể đảm bảo được các yêu cầu kinh tế kĩ thuật của lò nhiệt Tiếp theo, ta tiến hành chọn van thông qua các thông số kỹ thuật của van là điện áp ngược lớn nhất, dòng trung bình qua van Như đã nói ở trên, hoạt động của mạch điều áp xoay chiều cũng tương tự như mạch chỉnh lưu, cụ thể là mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor... Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được biểu thức liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α : = = (1) 0 0 b Khoảng van dẫn ứng với α = 60 ÷ 90 Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn Ta có đồ thị điện áp ra ở dưới : Dựa vào đồ thị ta có thể xác định được biểu thức liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển α : = = (2) 0 c Khoảng van dẫn ứng với α = 90 ÷ 150 : Trong... đồ thường dùng nhất, đó là sơ đồ có sáu tiristor đấu thành ba cặp song song ngược 2.1.2 Mạch điều áp xoay chiều 1 pha = Uñk Tải • • • • T1 T2 Hình 3.1: Sơ đồ bộ điều áp một pha Nguyên lý: Tiristor chỉ được mở thông khi thoả mãn hai điều kiện là phải có điện áp dương Anod và có xung điều khiển tác động lên cực điều khiển c ủa Tiristor Đối với điện áp xoay chiều, nếu chỉ sử dụng một Tiristor thì nó chỉ . tế công nghiệp. Cho nên nói đến lò nhiệt không thể không đề cập đến vật liệu để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò. 1.2. CẤU TẠO LÒ NHIỆT. Lò nhiệt thông thường gồm ba phần chính : vỏ lò, . lò. - Vỏ lò chữ nhật thườnng dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v - Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v - Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT. Lò nhiệt là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung