Lò nung cao tần – Nguyên lý hoạt động và các ứng dụng

Bạn đã bao giờ nghe đến cái tên lò cao tần chưa? Lò cao tần Đó là cái gì vậy? Ứng dụng của lò cao tần là gì? Để giúp bạn giải đáp những thắc mắc này, chúng tôi đã tổng hợp những thông tin liên quan đến đế lò cao tần trong bài viết dưới đây. Bây giờ hãy cùng theo dõi với chúng tôi nhé.

Hình ảnh lò cao tần

Lò cao tần là gì?

Lò cao tần là các lò gia nhiệt cảm ứng cao tần, lò tôi cao tần, máy ủ cao tần… sử dụng linh kiện bán dẫn IGBT (loại linh kiện hiện đại nhất hiện nay) để hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Với kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tiết kiệm năng lượng… lò cao tần hiện đang là thiết bị lý tưởng để gia nhiệt, hàn, rèn, nấu chảy phôi.

Cấu trúc lò cao tần

– Vòng sưởi

– Bơm nước làm mát

– Xi măng chịu nhiệt (giúp bảo vệ vòng gia nhiệt)

– Tháp giải nhiệt

– Ống nước

Nguyên lý hoạt động của lò cao tần

Nguyên lý hoạt động của lò cao tần dựa trên cảm ứng điện từ. Nguyên lý cấu tạo của lò giống như một máy biến áp không khí có cuộn dây cảm ứng làm bằng vật liệu ống đồng dạng xoắn ốc quấn quanh thành lò. Cuộn cảm ứng giống như cuộn sơ cấp và vật liệu kim loại cũng giống như cuộn thứ cấp trong máy biến áp. Ống gốm nằm giữa cuộn dây cảm ứng và kim loại.

Mạch sưởi tần số cao

Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ xuất hiện một từ thông dao động và sinh ra một suất điện động cảm ứng E2. Kim loại được coi là chất dẫn điện, khép kín và vuông góc với từ thông biến thiên. Khi sử dụng dòng điện có tần số rất cao (lên đến hàng nghìn, hàng chục nghìn hertz (hz)), dòng điện xoáy cũng sẽ có tần số cao và năng lượng của dòng điện này sinh ra một lượng nhiệt lớn làm nóng chảy kim loại.

Khi lò hoạt động sẽ có hai suất điện động cảm ứng xuất hiện ở cuộn cảm ứng E1 và trong kim loại E2. Giá trị của E1 và E2 được xác định thông qua công thức:

E1 = 4,44.φ.f.n1.108 (V) và E2 = 4,44.φ.f.n2.108 (V)

Trong đó:

• Φ là từ thông thay đổi (Wb)
• f là tần số làm việc (Hz)
• n1 là số vòng dây cảm ứng (sơ cấp)
• n2 là số vòng cảm ứng của cuộn thứ cấp (kim loại được coi là khối thống nhất nên ta có n2 = 1)

Cuộn dây cảm ứng và kim loại trong lò được ngăn cách bởi độ dày của nồi lò là vật liệu chịu lửa, các vòng của cuộn dây cảm ứng có khoảng cách nhất định nên từ thông dao động bị thất thoát rất nhiều do tiêu tán vào không khí. Do đó suất điện động cảm ứng E1 > E2. Vì vậy cần phải cung cấp một lượng điện năng lớn cho cuộn dây cảm ứng để tạo ra E1 cao sao cho phù hợp với công suất của lò, đồng thời tạo ra E2 đủ lớn để làm nóng chảy kim loại trong lò.

Khi kim loại được cảm ứng, từ thông sẽ ngay lập tức xuất hiện trong kim loại để chống lại từ thông do cuộn dây cảm ứng tạo ra. Do đó, chiều dòng điện I1 sẽ ngược chiều với chiều dòng điện xoáy Foucault (I2).

Ta có: E1/ E2 = n1/ n2 = I2/ I1 => I2 = I1 . n1

Từ đó suy ra dòng điện I2 phụ thuộc vào nguồn điện và số vòng dây của cuộn dây cảm ứng. Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây cảm ứng, ngay lập tức xuất hiện dòng điện Foucault I2 trong kim loại. Dòng điện I2 lớn hơn I1 n1 lần, nghĩa là khi I1 = const và tăng số vòng dây cảm ứng thì dòng điện I2 tăng và sinh ra một lượng nhiệt lớn làm nóng chảy kim loại. Khả năng này được tính theo công thức:

W = I2 2 . 2π2. dh√(ρ. μ. f. 10-9) (W)

W = (I1. n1)22 . 2π2. dh√(ρ. μ. f. 10-9) (W)

Trong đó:

• I1.n1 là vòng ampere (A.mm)
• d là đường kính của nồi kim loại (mm)
• h là chiều cao của lò (mm)
• ρ là điện trở suất của kim loại (Ωmm2 /m)
• f là tần số làm việc (Hz)

=> Nhiệt lượng cung cấp cho lò phụ thuộc vào tỉ số giữa bình phương ampe vòng, số vòng dây cuộn sơ cấp (n1) và cường độ dòng điện cảm ứng (I1). Mỗi loại lò có mạch điện riêng, đảm bảo cung cấp dòng điện I1 và tần số tối thiểu fmin ≥ 2.5.109 .ρ/(d2)

Trong đó:

• ρ là điện trở suất của vật liệu (Ω.mm2 /m)
• d là đường kính lò chứa nguyên liệu (mm)

Các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng nhiệt truyền vào khối kim loại bao gồm:

– Điện trở suất ρ và hệ số thấm từ μ của kim loại.

– Giá trị dòng điện cung cấp.

– Tần số dòng điện cấp nguồn.

Nguồn điện tần số cao được sử dụng trong lò tần số cao được tạo ra bằng các phương pháp sau:

– Sử dụng máy phát điện chuyên dụng có tần số cao

F = (NP)/60

Trong đó:

• P là số cặp cực
• N là tốc độ quay rôto (vòng/phút)

Ưu điểm của máy phát cao tần đặc biệt là có cấu tạo đơn giản, độ tin cậy cao và có thể làm việc đồng thời với các máy phát khác.

– Dùng thyristor

Đây là loại được sử dụng phổ biến nhất và gồm 2 giai đoạn cơ bản: chỉnh lưu và biến tần. Dòng điện tần số công nghiệp trong lò sẽ được chỉnh lưu và chuyển đổi thành dòng điện tần số cao.

Ưu điểm của phương pháp này là phù hợp với các lò cao tần có công suất vừa và nhỏ nhưng hạn chế ở các lò có tần số cao và công suất lớn.

Thiết bị gia nhiệt tần số của lò cao tần dùng để nấu chảy kim loại trong môi trường không khí, chân không hoặc khí trơ được phân loại theo các tiêu chí sau:

– Theo tần suất làm việc:

+ Lò cảm ứng tần số công nghiệp: Thiết bị tần số công nghiệp lấy điện từ lưới điện hoặc qua máy biến áp có tần số f=50 hz.

+ Lò cảm ứng tần số trung bình: Tần số làm việc của thiết bị là f=500 – 10.0000 MHz.

+ Lò cảm ứng cao tần: Tần số làm việc của thiết bị là f > 10.000 hz.

– Theo phạm vi áp dụng;

+ Lò lõi thép (lò máng): Công suất lò nhỏ, hoạt động ở nhiệt độ thấp.

+ Lò không lõi thép (lò lò): Công suất nồi càng lớn thì tần số dòng điện càng thấp.

Ưu điểm của việc sử dụng lò cao tần

– Cấu tạo đơn giản, thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng.

– Tiết kiệm thời gian, tiết kiệm điện năng tiêu thụ và tăng năng suất làm việc vì sóng từ trường từ vòng cảm ứng sẽ bắn thẳng vào phôi kim loại cần nung khiến nó nóng lên nhanh hơn.

– Chu kỳ sử dụng lò cao tần cao, cài đặt chế độ bảo vệ tốt. Điều này hạn chế hư hỏng linh kiện và tiết kiệm chi phí sửa chữa, bảo trì.

– Làm nóng chảy kim loại nhanh chóng, kể cả những kim loại khó nóng chảy như vonfram và molypden.

– Nhiệt độ cao (1700 độ C) sẽ giúp hòa tan các nguyên tố hợp kim trong thép dễ dàng hơn, từ đó thúc đẩy quá trình oxy hóa, khử kim loại diễn ra nhanh chóng và triệt để hơn.

– Dễ dàng tăng nhiệt độ của bể kim loại.

– Điều chỉnh chính xác thành phần hóa học tròn của thép lỏng và xỉ.

– Lò cao tần có thể nấu được tất cả các loại thép có hàm lượng cacbon cao/thấp hoặc hàm lượng photpho, lưu huỳnh rất thấp.

Ứng dụng lò cao tần

– Lò cao tần được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như gia nhiệt phôi, hàn rèn và nấu chảy phôi, các chi tiết kỹ thuật kim loại (răng cưa, mũi khoan, lỗ trục, lưỡi cưa, phay đĩa, dao tiện, dụng cụ mộc,…),…

Lò cao tần được sử dụng để nấu chảy kim loại

– Dùng trong các lĩnh vực khác như liên kết cơ khí, hàn kín kim loại thủy tinh, mạ thiếc dây điện,..

– Bánh răng, đinh tán, bu lông và ốc vít.

– Gia nhiệt dụng cụ nông nghiệp (xà beng, búa, đục…), ống gia nhiệt keo, ống gia nhiệt bể nấu keo.

– Dùng để gia nhiệt vòng bi để tháo lắp động cơ

– Lưỡi cưa hàn, đĩa phay, dao tiện, dụng cụ mộc,..

– Xử lý nhiệt các bánh răng, đĩa xích và các bộ phận khác có nhiều kích cỡ khác nhau.

– Dùng để luyện kim loại (vàng, bạc, đồng…).

Vậy chúng tôi đã giúp bạn tìm hiểu về nó lò cao tần và nguyên lý hoạt động của lò cao tần. Hy vọng qua bài viết này các bạn đã có thêm nhiều kiến ​​thức hữu ích. Và để tìm hiểu thêm về các loại lò nung, bạn có thể truy cập trực tiếp vào website labvietchem.com.vn. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn một cách nhanh chóng và chính xác.