Các thành phần và chức năng cốt lõi của lò trung tần

Đây là phần giới thiệu chi tiết về các thành phần và chức năng cốt lõi của Tần số trung bình (MF) Lò nung cảm ứng.

Lò nung trung tần là loại lò điện sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nó chuyển đổi tần số điện (50/60Hz) dòng điện xoay chiều (AC) vào tần số trung bình (thường là 150Hz đến 10kHz) AC. Dòng điện này sau đó tạo ra một từ trường xoay chiều trong cuộn dây cảm ứng, tạo ra dòng điện xoáy trong điện tích kim loại trong lò, khiến nó nóng lên và tan chảy.

Các thành phần cốt lõi của nó chủ yếu bao gồm bốn hệ thống sau, hoạt động đồng bộ và tất cả đều không thể thiếu.

1. Cung cấp điện tần số trung bình – Các “Trái tim” của hệ thống

Bộ nguồn MF là thành phần quan trọng nhất của lò. Chức năng của nó là chuyển đổi điện ba pha Tính thường xuyên (50Hz) AC thành một một phatần số trung bình (ví dụ., 1KHz, 2.5KHz, 8KHz) AC để cung cấp năng lượng cho cuộn dây cảm ứng. Không có nó, sưởi ấm cảm ứng là không thể.

Quy trình làm việc của bộ nguồn MF hiện đại (thường được gọi là một “Nguồn điện SCR” hoặc “Bộ nguồn IGBT”) như sau:

• Chỉnh lưu:
  • Thành phần: Cầu chỉnh lưu (thường bao gồm thyristor/SCR).
  • Chức năng: Chuyển đổi dòng điện xoay chiều ba pha 50Hz đến thành dòng điện một chiều xung (DC).
• Lọc:
  • Linh kiện: Lò phản ứng lọc (một cuộn cảm lớn) và tụ điện.
  • Chức năng: Làm mịn DC xung thành DC tương đối ổn định, cung cấp ổn định “nguyên liệu thô” cho mạch biến tần tiếp theo.
• Đảo ngược:
  • Thành phần: Cầu biến tần (bao gồm các thyristor/SCR hoặc mô-đun IGBT). Đây là cốt lõi của công nghệ.
  • Chức năng: “Sườn” hoặc “đảo ngược” DC ổn định thành AC một pha có tần số cụ thể (ví dụ., 1000Hz). Tần số này có thể được điều chỉnh dựa trên yêu cầu nóng chảy.
• Hệ thống điều khiển:
  • Linh kiện: Bảng mạch điều khiển, PLC, vân vân.
  • Chức năng: Đây là “não” của nguồn điện. Nó điều khiển thyristor’ góc bắn, điều chỉnh tần số biến tần, và giám sát hệ thống (vì quá điện áp, quá dòng, áp lực nước, nhiệt độ nước), cho phép điều chỉnh công suất chính xác và đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.

2. Cuộn dây điện tử – Các “Người thi hành” năng lượng

Cuộn dây cảm ứng là thành phần quan trọng để chuyển đổi năng lượng. Chức năng của nó là chuyển đổi tần số trung bình năng lượng điện được cung cấp bởi nguồn điện thành năng lượng từ trường xen kẽ.

• Kết cấu:
  • Nó thường được quấn chính xác từ một lỗ rỗng, ống đồng hình chữ nhật (đồng T2) với độ dày thành đồng đều.
  • Tại sao rỗng? Bản thân cuộn dây tạo ra nhiệt Joule cực lớn ($P = I^2R$) khi mang dòng điện lớn phải làm mát cưỡng bức bằng nước tuần hoàn.
• Nguyên tắc làm việc:
  • Dòng điện có tần số trung bình lớn chạy qua cuộn dây cảm ứng.
  • Theo định luật cảm ứng điện từ, một từ trường xoay chiều mạnh và tần số cao được tạo ra bên trong cuộn dây.
  • Từ trường này xuyên qua điện tích kim loại (vật liệu) nằm ở trung tâm của cuộn dây.
  • Các đường sức từ xen kẽ tạo ra dòng điện tròn kín trong điện tích kim loại, được biết đến như Dòng điện xoáy.
  • Các dòng điện xoáy, chảy ngược với điện trở của kim loại, tạo ra nhiệt Joule cực cao, làm cho kim loại nóng lên nhanh chóng và nóng chảy.
• Chức năng bổ sung (Khuấy điện từ):
  • Sự tương tác giữa từ trường do dòng điện MF tạo ra và dòng điện xoáy tạo ra lực khuấy (hiệu ứng khuấy điện từ) trên kim loại nóng chảy.
  • Thuận lợi: Hành động khuấy trộn này làm cho nhiệt độ và thành phần hóa học của kim loại nóng chảy đồng đều hơn., tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử khí và loại bỏ tạp chất, từ đó nâng cao chất lượng của kim loại.

3. Thân máy – Các “Tàu” để tan chảy

Thân lò là cấu trúc cơ khí chứa kim loại nóng chảy, hỗ trợ cuộn dây cảm ứng, và tạo điều kiện cho việc đổ và đúc. Nó chủ yếu bao gồm các phần sau:

• Lớp lót chịu lửa / nồi nấu kim loại:
  • Chức năng: Đây là “nồi nấu kim loại” trực tiếp giữ kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao. Nó được làm bằng vật liệu chịu lửa (chẳng hạn như cát thạch anh, nhôm, hoặc magiê) hoặc là bị đâm (hình thành) đặt bên trong lò hoặc đúc sẵn.
  • Yêu cầu: Nó phải chịu được nhiệt độ cực cao (>1600°C), chống xói mòn hóa học và sốc nhiệt từ kim loại nóng chảy, và có đặc tính cách điện tuyệt vời để ngăn ngừa đoản mạch giữa cuộn dây và kim loại.
• Ách:
  • Kết cấu: Bao gồm các tấm thép silicon có độ thấm cao, có hình dạng vừa khít với mặt ngoài của cuộn dây cảm ứng.
  • Chức năng (Cực kỳ quan trọng):
    • Hạn chế từ trường: Cung cấp đường dẫn có độ trở kháng thấp cho các đường từ thông do cuộn dây tạo ra, buộc từ trường phải tập trung cao độ trong buồng lò và giảm rò rỉ từ tính ra bên ngoài.
    • Cải thiện hiệu quả: Giảm rò rỉ từ tương đương với việc tăng hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện, tiết kiệm điện.
    • Bảo vệ vỏ lò: Ngăn chặn từ thông đi lạc làm nóng vỏ lò (đặc biệt là trong lò vỏ thép), do đó tránh quá nóng, sự biến dạng, và đảm bảo an toàn.
• Vỏ lò:
  • Chức năng: Khung bên ngoài của lò, dùng để cố định cuộn dây cảm ứng và ách, và để đỡ toàn bộ trọng lượng của thân lò.
  • Các loại:
    • Lò nung vỏ nhôm: Cấu trúc tương đối đơn giản, chi phí thấp hơn, và trải nghiệm nhiều rò rỉ từ tính hơn.
    • Lò nung vỏ thép: Cấu trúc vững chắc, được che chắn tốt bởi ách, Hiệu quả cao hơn, và tuổi thọ dài hơn. Đây là sự lựa chọn chủ đạo cho các lò MF cỡ vừa và lớn hiện đại.
• Cơ chế nghiêng:
  • Chức năng: Dùng để nghiêng toàn bộ thân lò sau khi nấu chảy xong, cho phép đổ kim loại nóng chảy vào một cái muôi hoặc khuôn.
  • Hình thức: Thường được điều khiển bởi một trạm thủy lực và xi lanh thủy lực (hoặc hộp số giảm tốc) để đạt được độ nghiêng mượt mà và có thể kiểm soát được.

4. Hệ thống làm mát – Các “Đảm bảo an toàn” cho hoạt động

Lò MF là thiết bị chuyển đổi năng lượng cao tạo ra một lượng nhiệt lớn. Hệ thống làm mát là dây cứu sinh đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn và liên tục. Nếu việc làm mát không thành công, thiết bị sẽ bị phá hủy ngay lập tức.

• Các thành phần được làm mát:
  • Bộ nguồn MF: Các thiết bị điện bên trong, chẳng hạn như thyristor (SCR) và IGBT, tạo ra nhiệt độ cực cao trong quá trình hoạt động.
  • Cuộn dây điện tử: Tạo ra nhiệt từ dòng điện của chính nó (Mất I2R) đồng thời hấp thụ nhiệt bức xạ từ lớp lót nhiệt độ cao.
  • Cáp: Cáp làm mát bằng nước kết nối nguồn điện với lò.
• Thành phần hệ thống:
  • Bơm nước: Cung cấp lực cho tuần hoàn.
  • Tháp làm mát / Bộ trao đổi nhiệt: Thành phần tản nhiệt lõi. Nó giải phóng nhiệt từ nước vào khí quyển.
  • Bể nước: Để lưu trữ và đệm nước.
  • Ống, Van, và cảm biến: Hình thành vòng tuần hoàn và cung cấp khả năng giám sát nhiệt độ nước theo thời gian thực, áp lực , và tốc độ dòng chảy.
• Yêu cầu chính (Tuần hoàn khép kín):
  • Vì các bộ phận làm mát bằng nước bên trong cuộn dây cảm ứng và tủ điện có điện thế cao, nước tinh khiết hoặc nước khử ion (vòng lặp bên trong) phải được sử dụng. Điều này ngăn ngừa sự tích tụ quy mô (có thể chặn đường ống) và rò rỉ điện cao thế.
  • Nước tinh khiết này thường được làm mát thông qua một đĩa bộ trao đổi nhiệt, lần lượt được làm mát bằng nước tuần hoàn công nghiệp bên ngoài (vòng ngoài, thường xuyên sử dụng tháp giải nhiệt). Đây được biết đến như một “hệ thống làm mát vòng kín.”

Bản tóm tắt

Bốn thành phần cốt lõi của lò trung tần mỗi người có một vai trò riêng biệt:

• Các Nguồn cấp tạo ra “năng lượng điện trung tần.”
• Các Cuộn dây điện tử chuyển đổi “năng lượng điện” vào trong “năng lượng từ trường,” sau đó gây ra “nhiệt năng của dòng điện xoáy.”
• Các Thân máy cung cấp “tàu tan chảy” Và “hỗ trợ cấu trúc.”
• Các Hệ thống làm mát loại bỏ tất cả nhiệt thải được tạo ra bởi các thành phần, đảm bảo “hoạt động an toàn và ổn định” của toàn bộ hệ thống.