Đề tài Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và biến tần Simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang

Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệp luyện kim đóng một vai trò đặc biệt quan trọng. Hiện tại ở Việt Nam, trong công nghiệp luyện kim phương pháp luyện thép bằng lò hồ quang được dùng tương đối phổ biến, với ưu điểm cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễ điều chỉnh để tạo ra mác thép mong muốn. Là một kỹ sư tương lai, em luôn xác định rõ trách nhiệm học tập của mình về kiến thức và kinh nghiệm để sau này có thể góp phần thúc đẩy sự phát triển nền công nghiệp nước nhà tiến gần đến các nền công nghiệp tiên tiến của các nước trên thế giới. Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trường, em được nhận đề tài tốt nghiệp là: "Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và biến tần Simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang". Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN VĨNH THỤY cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn tự động hoá, em đó hoàn thành đề tài được giao. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em mong được các thầy, cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN VĨNH THỤY các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án được giao. Thái nguyên 09/11 /2010 Sinh viên thực hiện NGUYỄN VĂN KHƯƠNG PHẦN I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO LÒ HỒ QUANG A. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG. I. KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI LÒ HỒ QUANG. 1. Khái niệm: Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại. Lò điện hồ quang dùng để nấu thép chất lượng cao. 2. Phân loại: + Theo dòng điện sử dụng: Lò hồ quang một chiều, lò hồ quang xoay chiều. + Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang: - Lò nung nóng trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực và kim loại dùng để nấu chảy kim loại (hình a). - Lò nung nóng gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực được dùng để nấu chảy kim loại (hình b). Hình a hình b +Theo đặc điểm chất liệu vào lò: - Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nâng ván nóc. - Lò chất liệu bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò. + Theo số tấn thép được luyện (theo dung lượng định mức của lò): 0,5; 1, 5; 3; 5; 12 ... tấn. + Theo dung dịch nấu luyện: Lò axit, lò bazơ. + Theo tính chất nấu luyện: Lò hồ quang chân không, lò hồ quang plasma. II- CẤU TẠO CỦA LÒ HỒ QUANG: * Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang: 1. Vỏ lò: Vỏ lò cần có độ bền cơ học cao, có khả năng chịu tải trọng của kim loại và áp lực giãn nở khi nung nóng, vỏ lò thường làm bằng thép tấm dày 10 á 30mm bằng cách ghép hay hàn. Trong vỏ lò có vật liệu chịu lửa, vỏ thân lò thường có dạng hình trụ hình côn hoặc phối hợp trụ côn, đáy vỏ lò có thể là hình cầu, hình thang. 2. Cửa lò: Lò gồm hai cửa, cửa ra xỉ và cửa ra thép. Cửa lò được đóng mở bằng khí nén thuỷ lực hoặc bằng động cơ điện. 3. Cặp điện cực: Trong lò điện cặp điện cực để giữ điện cực và dẫn dòng điện đến điện cực. Nó gồm có các bộ phận: Mặt đầu, cặp lò xo, khí nén và bàn trượt. 4. Nắp lò: Được làm từ thép tấm có đầm vật liệu chịu lửa. 5. Máng rót thép: dùng để đưa thép ra ngoài. 6. Vành làm chặt: Để làm giảm khe hở giữa điện cực và lắp lò. 7. Thiết bị nghiêng lò: Tuỳ theo dung lượng lò mà chọn kiểu nghiêng lò cho thích hợp, đảm bảo nghiêng lò 40 á 450 về phía rót thép và 10 á 150 về phía cào xỉ và chất liệu, có hai kiểu nghiêng lò: + Nghiêng lò bên hông: Loại này có ưu điểm là thiết bị đơn giản gọn gàng, khi mất điện có thể quay bằng tay, tránh được sự bám dính của xỉ và kim loại. + Nghiêng lò đặt dưới đắy: Loại này có ưu điểm là quay lò rất vững chắc, quay êm và đều, có thể tự động điều khiển hoàn toàn. Loại này có nhược điểm là dễ rơi xỉ và kim loại vào động cơ điện. Công việc bảo quản thiết bị khó khăn, phức tạp. Tất cả các lò có dung tích trung bình và lớn đều có cơ cấu nghiêng lò loại 2. 8. Thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực: Bình thường lò điện có 3 điện cực, tương ứng có 3 cơ cấu nâng hạ điện cực của 3 pha. Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéo giây cáp, dây cáp sẽ nâng hoặc hạ điện cực lên hoặc xuống. Trong cơ cấu nâng hạ còn có đối trọng, nhờ có đối trọng mà tốc độ lên của điện cực luôn lớn hơn tốc độ xuống. Tuỳ theo loại lò mà tốc độ lên và xuống của điện cực cũng khác nhau: Đối với lò lớn: Vlên=1á1,5 m/p’ Vxuống=0,5 á 0,8 m/p’ Đối với lò nhỏ: Vlên=1,5á2 m/p’ Vxuống=1,2 á 1,5 m/p’ * Có hai loại thiết bị nâng hạ điện cực: +Loại bàn trượt: Loại này thường dùng thích hợp cho lò có dung tích nhỏ vì thiết bị đơn giản, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là do trụ đứng cần có chiều cao nhất định nên ảnh hưởng đến sự làm việc chung của cần trục trong phân xưởng. +Loại trụ xếp: Loại này dùng thích hợp cho những lò có dung tích lớn, có thể hạ thấp chiều cao khi cần thiết, kết cấu chắc chắn nhưng phức tạp. Trong đồ án này em thiết kế lò hồ quang dùng thiết bị nâng hạ điện cực kiểu bàn trượt với sự dẫn động bằng động cơ điện. 9. Cơ cấu làm mát cho lò: Vì trong quá trình nấu luyện kim loại thì nhiệt độ trong và xung quanh lò đạt rất cao do đó cần phải có thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ và tăng tuổi thọ cho lò. Làm nguội bằng nước yêu cầu cần có các bộ phận sau: + Mặt đầu của cặp điện cực + ống dẫn điện + Vành làm chặt giữa điện cực và nắp lò + Tấm chắn cửa chính và cửa phụ + Vòm cửa lò và cột của cửa làm việc + Vành nắp lò + Thân vỏ lò và trên lỗ rót thép. Ngoài ra còn cần làm nguội ở các ống mềm, phần dây cáp. Hệ thống bơm nước làm mát tuần hoàn được thực hiện bằng một động cơ điện, nước được đi vào trong ống rồi tới lò. 10. Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao con có cơ cấu nâng quay vòm lò, cơ cấu nạp liệu... Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh nhiệt độ theo độ cao (khoảng 1000C/m) trong điều kiện đó để tăng cường phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trước khi rót. Cần phải khuấy trộn kim loại lỏng. ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 6T) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí. Với lò dung lượng trung bình(12 á 50)T và đặc biệt lớn(100T và hơn) thì thực hiện bằng thiết bị khuấy để không những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao được chất lượng của kim loại nấu. Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc tương tự như động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc. III. CHẾ ĐỘ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN LÀM VIỆC CỦA LÒ HỒ QUANG. Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lượng điện cho một tấn thép ở một mức độ lớn phụ thuộc vào việc định ra chế độ điện trong quá trình nấu luyện, chế độ điện hợp lý thì quá trình nấu luyện sẽ kinh tế. Chế độ điện hợp lý có liên quan đến chế độ nhiệt hợp lý. Trong quá trình nấu luyện chế độ nhiệt ở các thời kỳ khác nhau do đó chế độ điện cũng khác nhau. *. Yêu cầu công suất điện trong quá trình nấu luyện. 1.Thời kỳ nấu chảy. Trong thời kỳ này yêu cầu công suất điện đưa vào lò cực đại Pmax = (1,25á 1,3) Ptb với Ptb : là công suất trung bình, Ptb = (0,7á 0,75)Pđm . Khi mới cho điện vào lò hồ quang cháy trên mặt liệu rắn gần nắp lò. Cho nên ở đầu thời kỳ nấu chảy ( 5 á 10 )phút nên dùng công suất nhỏ hơn công suất cực đại, sau khi liệu đã bắt đầu chảy thành 3 hố, mới cho phép tăng dần đến giá trị cực đại. Cuối thời kỳ nấu chảy, công suất giảm dần xuống bằng giá trị trung bình. Đồ thị P(t): P(MW) Nấu chảy Ô xi hóa Tu sửa vệ sinh t(h) Hoàn nguyên Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò HQ 2. Thời kỳ oxy hóa: Tuỳ theo phương pháp luyện mà chọn công suất cho lò cao hay thấp. Nấu luyện có giai đoạn sôi ở đầu thời kỳ oxy hóa cần tạo xỉ nhiều nên yêu cầu công suất điện phải lớn hoặc bằng công suất trung bình. Cuối thời kỳ oxy hóa khi đã tạo xỉ xong yêu cầu công suất điện nhỏ hơn công suất trung bình. 3. Thời kỳ hoàn nguyên. Trong thời kỳ này nhiệt độ của kim loại, tường và nắp lò đã cao và tương đối ổn định, vì vậy công suất điện không lớn lắm nhưng yêu cầu ổn định nghĩa là công suất nhỏ hơn công suất trung bình Tuỳ theo phương pháp luyện thép và mác thép mà cần chọn chế độ điện cho lò trong thời kỳ hoàn nguyên. IV. LUYỆN THÉP TRONG LÒ HỒ QUANG. Vật liệu và chuẩn bị nguyên vật liệu cho mẻ luyện: Nguyên vật liệu: Nguyên vật liệu chính để sản xuất thép lò điện là sắt thép vụn, phế liệu hợp kim, sắt công nghiệp (sắt mềm), gang luyện, chất tạo sỉ, chất khử oxy và hợp kim hoá( phụ gia kim loại) và chất tăng cacbon. 1.Sắt thép vụn. - Phế phẩm thép ở các xưởng cơ khí, như phoi bào, phoi tiện. - Phế phẩm từ các xưởng đúc như vật liệu đúc hỏng, thép thừa khi đúc. - Đầu thừa ở các xưởng cán - Các loại thép vụn hư hỏng khác như công cụ lao động, máy móc bị thải, vũ khí, đường day hư hỏng ... 2. Phế liệu hợp kim. Dùng để luyện các loại thép hợp kim cùng nguyên tố hợp kim. Sử dụng phế liệu hợp kim có một ý nghĩa rất lớn ngoài tác dụng nâng cao chất lượng của thép mà còn hạ giá thành của thép. 3. Sắt công nghiệp ( sắt mềm): Dùng để luyện một số loại thép yêu cầu cacbon thấp lượng nguyên tố hợp kim cao. Do giá thành của sắt công nghiệp cao hơn sắt thép vụn bình thường nên người ta dùng để luyện những loại thép phổ thông. 4. Gang: Gang trong luyện thép lò điện làm nhiệm vụ tăng hàm lượng sắt và hàm lượng cacbon. Ngoài ra do gang có nhiệt độ chảy thấp ( 1250 á 13000c). Nên gang trong lò điện còn làm nhiệm vụ giúp cho các chất khó chảy khác ( thép vụn) trở nên dễ chảy hơn. 5. Chất tạo xỉ. Để tạo xỉ trong lò điện hay dùng các chất tạo xỉ sau: - Đá vôi (CaCO3): Đá vôi cho vào để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm khử P và S. Đá vôi có thể cho vào ở thời kỳ nấu chảy, thời kỳ oxy hóa, và cả thời kỳ hoàn nguyên, lượng cho vào tuỳ thuộc qúa trình công nghệ. Dùng đá vôi có ưu điểm là độ bền cao, độ ẩm thấp, ít lưu huỳnh. - Vôi: Cũng như đá vôi, vôi cho vào lò để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm khử P và S. - Huỳnh thạch: Trong lò điện có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của xỉ có độ kiềm cao. - Cát: ở một số nhà máy người ta ít dùng cát với số lượng không lớn lắm để tạo xỉ hoàn nguyên. - Bột samot: Bột samốt chứa gần 60% SiO2 và 35% Al2O3. Bột samot làm vật liệu tạo xỉ khi luyện thép không gỉ, để làm loãng xỉ manhezit mà nó được mang vào khi vá lò. 6. Chất oxy hóa: Mục đích cho các chất oxy hóa vào lò để: -Tăng lượng oxy trong kim loại, chủ yếu ở thời kỳ nấu chảy và thời kỳ oxy hóa, nhằm mục đích tăng tốc độ khử phôt pho, cacbon, silic và Mangan do đó rút ngắn được thời gian oxy hóa các nguyên tố trên. -Tăng sự sôi trong nồi lò kim loại, do đó tạo điều kiện tốt cho việc khử khí (N2, H2 ) và tạp chất được triệt để, ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt độ kim loại được đồng đều. Trong lò điện hay dùng các chất oxy hóa sau: -Quặng sắt: Là chất oxy hóa rất quan trọng, vì vậy hầu hết các phương pháp luyện thép đều dùng quặng sắt làm chất oxy hóa, lượng quặng sắt dùng khoảng 40á 50 kg/ 1tấn thép. Yêu cầu đối với quặng sắt phải có hàm lượng oxy cao, hàm lượng SiO2 và P2O5 thấp, khi dùng quặng sắt làm chất oxy hóa có ưu điểm là sắt lắng xâu vào lòng kim và oxy ngay trong lòng kim loại giúp cho kim loại sôi mạnh, dùng quặng sắt rất kinh tế vì nó rất rẻ mà tăng được lượng sắt. Dùng quặng sắt có nhược điểm là lượng xỉ nhiều vì trong quặng sắt ngoài oxit sắt ra còn có SiO2, Al2O3 và MnO .. . Do đó tốn vôi để tạo xỉ, năng lượng điện lớn, công nhân làm việc vất vả nhất là khi cào xỉ. Đồng thời khi cho quặng vào làm cho nhiệt độ dễ bị giảm. - Vẩy sắt: Vẩy sắt lấy từ xưởng rèn, xưởng cán, vẩy sắt có ít tạp chất, nhưng có nhược điểm là nhẹ cho vào lò sắt dễ dàng nổi trên mặt xỉ. - Oxy: Oxy được thổi vào lò ở thời kỳ nấu chảy hoặc có khi cả thời kỳ oxy hóa với lưu lượng 20 m3/ h, áp suất 9á 12 at, độ nguyên chất 99,8%. 7.Chất khử oxy: Trong lò điện để khử oxy còn lại trong kim loại lỏng khử các tạp chất có hại như S và P đồng thời hợp kim hoá thép người ta dùng các chất Ferô - mangan, Ferô - Silic, nhôm. 8. Chất tăng cacbon: Để tăng cacbon người ta dùng vụn điện cực và cốc để khử oxy của xỉ dùng bột cốc, bồ hóng, than gỗ. Vật tăng cacbon rất tốt là bột điện cực vì nó chứa ít S, có trọng lượng riêng tương đối lớn vì vậy dễ hoà tan với kim loại. B. HỆ THỐNG ĐIỆN CHO LÒ HỒ QUANG I. ĐIỆN CỰC: 1. Khái niệm: Dòng điện đi vào khoảng không nóng chảy của lò hồ quang theo các điện cực. Nhờ điện cực mà điện năng biến thành nhiệt năng nấu chảy kim loại, do đó chất lượng của điện cực và phương pháp dẫn dòng điện đến nó có ý nghĩa lớn. Giá thành điện cực chiếm 10% chi phí nấu luyện một tấn thép. 2. Phân loại: Trong lò hồ quang hay dùng 2 loại điện cực: Điện cực than và điện cực grafit. Điện cực than dùng cho lò lớn. Trong quá trình làm việc điện cực thường bị mòn do bị oxy hóa bởi khí lò và bay hơi do sự cháy của hồ quang do đó điện cực ngắn dần nên cần phải nối điện cực bằng ren. 3. Yêu cầu đối với điện cực: Độ dẫn điện và độ bền cơ học phải cao, để giảm tổn thất năng lượng điện và hạn chế sự hư hỏng của điện cực khi làm việc. Nhiệt độ bắt đầu bị oxy hóa ở không khí phải cao để giảm chi phí điện cực do bị oxy hóa và tăng chất lượng của thép. Tạp chất có trong điện cực phải ít, nhất là tro và lưu huỳnh. Giá thành thấp và dễ sản xuất. 4. Kích thước của điện cực: Đối với lò nhỏ đường kính điện cực: d=200 á 300mm Đối với lò trung bình đường kính điện cực: d=400 á 500mm Đối với lò lớn đường kính điện cực: d=500 á 600mm Chiều dài của điện cực phụ thuộc vào chiều cao của lò. Đường kính của điện cực được xác định theo công thức sau: d = cm II. HỒ QUANG ĐIỆN. -Sự gián đọan của hồ quang: Hồ quang có thể sinh ra từ dòng điện một chiều và xoay chiều, nhưng trong lò điện luyện thép hầu hết đều dùng dòng điện xoay chiều. Đối vời nguồn xoay chiều do điện áp biến thiên hình sin nên làm cho hồ quang bị gián đoạn. - Sự thay đổi của hồ quang: Trong quá trình nấu luyện khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại luôn thay đổi do đó làm cho hồ quang thay đổi theo. III. GIỚI THIỆU MẠCH LỰC LÒ HỒ QUANG Trong phân xưởng luyện thép lò điện thường có một biến thế riêng có điện áp vào là 6, 10, 35KV tuỳ theo công suất của lò mà điện thế của lò 100 á 600V và cường độ dòng điện có thể lên tới 10KA. 1. Máy biến thế lò: Để chuyển năng lượng từ điện thế cao sang điện thế làm việc người ta dùng biến thế lò. Máy biến thế của lò làm việc trong điều kiện rất nặng nề nên nó có đặc điểm sau: - Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp rất lớn (tới hàng trăm KA). - Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2,5 á 4)Iđm . - Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch. Sơ đồ thiết bị của mạch lực lò hồ quang: v A ww TU KWh A A ĐKBV A 2MC CL 1MC 1TI 3MC 4MC 2TI BAL /D V v 3-6-10 KV - Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng. - Có khả năng quá tải. - Phải làm mát tốt vì dòng rất lớn, hay xẩy ra ngắn mạch, biến thế đặt ở nơi kín lại ở gần lò. Công suất biến thế lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn. Nếu coi rằng trong giai đoạn nấu chảy tổn thất năng lượng nấu chảy trong lò hồ quang, trong biến thế lò và cuộn kháng L được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng toả nhiệt thì công suất biến thế lò có thể xác định bởi biểu thức sau: SBTL = (KVA). Trong đó: Tnc là thời gian nấu chảy (từ lúc dừng lò, giờ). Ksd là hệ số sử dụng công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chảy. cosj là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang. W là năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chảy và dừng lò giữa 2 mẻ nấu (KWh). W = w.G. G là khối lượng kim loại nấu (T). w là suất chi phí điện năng để nấu chảy (KWh/T), suất chi phí điện năng giảm đối với lò có dung lượng lớn, thường w = (400 á 600KWh/T). Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu cho đến khi kết thúc việc nấu chảy. Thường thì thời gian này từ 1 á 3h tuỳ theo dung lượng của lò. Hệ số sử dụng công suất biến thế lò thường là 0,8 á 0,9 gây ra do sử dụng không đầy đủ công suất biến thế lò, do biến động các thông số của lò, do hệ số tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha....Hiện nay công suất biến thế lò ngày càng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phí do hạ tổn hao nhiệt. Năng suất của lò phụ thuộc vào dung lượng biến thế lò, giá trị công suất danh nghĩa (dung lượng biến thế) của lò điện hồ quang theo GOCT 7206-54 như sau: Dung lượng định mức của lò (T): 0,5; 1,5; 3; 5; 10; 20; 40. Công suất danh nghĩa biến thế (KVA): 400; 100; 1800; 2800; 5000; 9000; 15000. Quận thứ cấp biến thế lò thường được nối tam giác vì dòng ngắn mạch được phân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn. Biến thế lò thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn các máy biến thế động lực cùng công suất. 2. Thiết bị đóng cắt đo lường và bảo vệ: a. Thiết bị đóng cắt: Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa. Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố. Nó được chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy cắt 1 MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực dưới tải, máy cắt 2MC để đóng và cắt cuộn kháng, 3MC và 4MC dùng để thay đổi nối cuộn sơ cấp MBA để điều chỉnh điện áp. b. Thiết bị đo lường và bảo vệ: Để lấy tín hiệu từ lưới người ta dùng biến dòng 1TI,, biến áp Tu. Phía sơ cấp BAL có đặt Rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuận cắt máy cắt 1MC . Rơle này có duy trì thời gian, thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải dòng tăng. Nhờ vậy 1MC cắt mạch lực của lò hồ quang, chỉ khi có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lí được. Với ngắn mạch làm việc trong 1 thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra như: vôn kế, ampe kế, công tơ điện ... Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế do dòng hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và Rơle dòng điện cực đại. Dòng tác động và thời gian duy trì của Rơle dòng được chọn sao cho khi có ngắn mạch thời gian ngắn bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trì của Rơle. Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác (trong khối điều khiển bảo vệ) cũng được nối với máy biến điện áp Tu và các máy biến dòng 1TI và 2TI. 3. Cuộn điện kháng (K): Cuộn điện kháng được mắc phía cao thế trước biến thế lò, với mục đích làm cho hồ quang cháy bền hạn chế sự thay đổi đột ngột khi chập mạch. Cuộn điện kháng dùng để hạn chế dòng ngắn mạch khi làm việc không ảnh hưởng đến lưới. Cuộn điện kháng khác với biến thế lò là chỉ có cuộn dây sơ cấp không có cuộn thứ cấp. Điện kháng của cuộn điện kháng rất lớn so với điện trở của nó, do đó khi dòng điện qua cuộn điện kháng tổn thất một năng lượng đáng kể do đó người ta nối cuộn điện kháng song song với máy cắt 2MC. Khi không cần thiết 2MC sẽ cắt mạch dòng điện qua cuộn điện kháng. Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắn mạch làm việc, Lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng tham gia vào mạch, hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K. ở thời kỳ hoàn nguyên công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp cho lò. Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. Việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch là việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm. Thực tế cuộn điện kháng làm việc rất ít, khoảng 10á 15 phút đầu của thời kỳ nấu chảy liệu. 4. Bộ phận chuyển đổi điện thế (3 MC, 4MC): Bộ phận chuyển đổi điện thế để điều chỉnh công suất biến thế lò cho phù hợp với các thời kỳ nấu luyện. Nhìn chung có thể chia quá trình nấu luyện ra làm 2 thời kỳ dựa trên mức độ yêu cầu năng lượng điện khác nhau: Thời kỳ nấu chảy liệu rắn cần lượng nhiệt lớn để nấu chảy liệu và dữ nhiệt độ đó để tiếp tục các quá trình sau. Thời kỳ hoàn nguyên cần lượng nhiệt nhỏ với mục đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấu chảy các vật liệu phụ. Xuất phát từ yêu cầu đó cần thay đổi lượng nhiệt bằng cách thay đổi công suất biến thế lò. Công suất của mạch 3 pha được tính như sau: P = .U.I.Cosj Giảm công suất có thể là giảm dòng điện khi điện áp không đổi hoặc giảm điện áp khi dòng điện không đổi. Điện thế được thay đổi trong từng thời kỳ như sau. -Thời kỳ nấu chảy U = 240 á 420V -Thời kỳ oxy hóa U = 160 á 300V -Thời kỳ hoàn nguyên U = 110 á 140V(Giá trị lớn được dùng cho lò lớn hơn), mức cao của điện thế trong thời gian nấu chảy có lợi: Giảm thời gian nấu luyện, nâng cao hiệu suất điện,Cosj . Khi đó sẽ cho phép giảm đường kính của điện cực. Điện thế thứ cấp được thay đổi bằng cách thay đổi cuộn dây sơ cấp, sự chuyển đổi cuộn dây sơ cấp từ tam giác sang sao cho phép giảm điện thế thứ cấp xuống lần và như vậy công suất cũng giảm lần. 5. Mạch ngắn. Mạch ngắn là dây dẫn dòng điện từ cuộn dây thứ cấp của máy biến thế lò đến điện cực, nó có dòng điện làm việc rất lớn tới hàng trăm nghìn A. Tổn hao công suất mạch ngắn DPmn = I2mn .rmn đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang, do vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến thế lò phải đặt rất gần lò) để giảm bớt tổn hao, đồng thời mạch ngắn được ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống các điện cực. Có thể chia mạch ngắn ra làm 3 phần như sau: -Thanh dẫn từ máy biến thế lò đến dây dẫn ở sau tường của phòng đặt máy biến thế lò. -Dây cáp mềm từ tường đến ống mềm của bộ phận điện cực. -Thanh dẫn điện từ cuối đoạn cáp mềm đến vành ôm điện cực. -Phần dây cáp mềm rất cần thiết khi nghiêng lò và nâng hạ điện cực, chiều dài của đoạn này làm sao có thể đảm bảo ngiêng lò 450 để rót thép. Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha để có các thông số điện (công suất, điện áp,dòng điện) như nhau của các hồ quang. Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ sẽ bằng nhau và sức điện động hỗ cảm sẽ bằng không. Trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau, trong một pha nào đó sẽ suất hiện một sức điện động phụ ngược chiều dòng điện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó. Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn hao công suất phụ và công suất hồ quang của pha này sẽ giảm so với pha khác. Đồng thời ở một pha khác sức điện động phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang của pha này tăng nên. Hiện tượng trên gây ra sự mất đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đồng đều giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn. Chống hiện tượng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặt ở 3 đỉnh của một tam giác đều. Với lò dung lượng 10 tấn thì mạch ngắn được nối theo sơ đồ tam giác (hình a).Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của các dây dẫn chuyển dòng tới các điện cực không được bù trừ. Sơ đồ mạch ngắn Với các lò dung lượng lớn mạch ngắn thường được nối tam giác ở các điện cực (hình b). Hai bên mỗi cần giữ điện cực có đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện nhau, ở sơ đồ này thì 2 pha có các dây dẫn dòng từ đầu đầu và đầu cuối tới 2 điện cực kề sát nhau tạo ra hệ 2 dây, còn pha thứ 3 dẫn dòng tới hai cần giữ ngoài cùng sẽ không có tính chất của hệ hai dây. Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn. Sơ đồ (hình c) thực hiện dẫn dòng hệ 2 dây cho cả 3 pha nhờ thêm cần phụ mang dây đầu cuối pha 3 tới điện cực 1 vòng qua điện cực 3. Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 được dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học. Sơ đồ này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu. 6. Hệ thống nâng hạ điện cực: Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể truyền động bằng điện, cơ hay thuỷ lực. Trong cơ cấu điện cơ động cơ được dùng phổ biến là động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn dải điều chỉnh rộng bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mô men quán tính của Roto nhỏ.Trong các loại lò một pha với điện cực bố trí nằm ngang người ta thường điều chỉnh điện cực bằng tay vì chế độ điện không thay đổi nhiều, công suất máy biến thế bé, điện cực nhỏ. Đối với những lò điện luyện thép 3 pha điện cực bố trí thẳng đứng, chế độ điện luôn thay đổi, hồ quang cháy mãnh liệt,công suất máy biến thế lò lớn, trong trường hợp này không điều chỉnh bằng tay được mà phải được tự động điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao. 7. Một số thiết bị điện phụ khác - Ngoài thiết bị chủ yếu như đã nêu và được vẽ ở hình thì trong lò điện còn có các hệ thống điện