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

Bạn đã từng nghe thấy cái tên lò nung cao tần chưa? Lò nung cao tần là gì? Ứng dụng của lò nung cao tần ra sao? Để giúp các bạn giải đáp được những thắc mắc này, chúng tôi đã tổng hợp lại các thông tin liên quan đế lò nung cao tần trong nội dung bài viết dưới đây. Giờ thì hãy cùng theo dõi với chúng tôi nhé.

Hình ảnh lò nung cao tần

Lò nung cao tần là gì?

Lò nung cao tần là lò gia nhiệt cao tần cảm ứng tần số cao, lò tôi cao tần, máy trui 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, khối lượng nhẹ, tiết kiệm điện… lò nung cao tần hiện đang là một thiết bị lý tưởng cho việc nung, hàn rèn và làm nóng chảy phôi.

Cấu tạo của lò nung cao tần

- Vòng gia nhiệt

- Bơm giải nhiệt

- Xi - măng chiụ nhiệt ( giúp bảo vệ vòng gia nhiệt)

- Tháp giải nhiệt

- Ống nước

Nguyên lý lò nung cao tần hoạt động

Nguyên lý lò nung cao tần hoạt động là dựa trên tượng cảm ứng điện từ. Nguyên lý cấu tạo của lò nung giống như một máy biến áp không khí với cuộn cảm ứng được chế tạo bằng vật liệu ống đồng theo dạng xoắn ốc bọc quanh tường lò. Cuộn cảm ứng giống như cuộn sơ cấp còn vật liệu kim loại giống như cuộn thứ cấp trong máy biến áp. Ống Ceramic nằm giữa cuộn cảm ứng và kim loại.

Mạch nung cao tần

Khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm ứng,  từ thông biến thiên sẽ xuất hiện và tạo ra sức điện động cảm ứng E2. Kim loại được xem như là một dây dẫn, khép kín và thẳng góc với từ thông biến thiên. Khi dùng dòng điện có tần số rất cao (lên tới hàng ngàn, chục ngàn héc (hz)), dòng điện xoáy cũng sẽ có tần số cao và năng lượng của dòng điện này sinh ra một lượng nhiệt lớn để nung chảy kim loại.

Khi lò nung hoạt động, sẽ có hai sức điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn cảm ứng E₁ và trong kim loại E₂. Giá trị E₁ và E₂ được xác định 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 biến thiên (Wb)
• f là tấn số làm việc (Hz)
• n₁ là số vòng của cuộn cảm ứng (sơ cấp)
• n₂ là số vòng cảm ứng của cuộn thứ cấp (kim loại được coi là một khối thống nhất nên ta có n₂ = 1 )

Giữa cuộn cảm ứng và kim loại trong lò nung bị ngăn cách với nhau bởi độ dày của nồi lò là vật liệu chịu lửa và các vòng của cuộn cảm ứng có những khoảng cách nhất định nên từ thông biến thiên bị hao hụt nhiều do tản ra ngoài không khí. Vì vậy, sức điện động cảm ứng E₁ > E₂. Do đó, cần phải cấp vào cuộn cảm ứng một năng lượng điện lớn để tạo ra E₁ cao sao cho nó phù hợp với dung lượng của lò, đồng thời tạo ra E₂ đủ lớn để làm nóng chảy kim loại trong lò nung.

Khi kim loại bị cảm ứng thì trong kim loại sẽ lập tức xuất hiện từ thông để chống lại từ thông do cuộn cảm ứng sinh ra. Vì vậy, 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 cung cấp và số vòng của cuộn cảm ứng. Khi một dòng điện xoay chiều đi vào cuộn cảm ứng thì trong kim loại lập tức sinh ra một dòng điện Foucault  I₂. Dòng điện I₂ lớn gấp n1 lần so với I₁, tức là khi I₁ = const và tăng số vòng cuộn cảm ứng thì dòng điện I₂ tăng cao và sản sinh ra một lượng nhiệt lớn để nấu chảy kim loại. Năng này được tính theo công thức :

W = I₂ ² . 2π². d. h.√(ρ. μ. f. 10^-9) (W)

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

Trong đó:

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

=> Nhiệt cung cấp cho lò nung phụ thuộc vào tỷ lệ với bình phương ampe vòng, số vòng của cuộn sơ cấp (n₁) và cường độ dòng điện cảm ứng (I₁). Mỗi một loại lò nung đều có mạch điện riêng, đảm bảo cung cấp dòng điện I₁ và tần số tối thiểu f_min ≥ 2,5.10⁹ .ρ/(d²)

Trong đó:

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

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

- Điện trở suất ρ và hệ số từ thẩm μ của kim loại.

- Trị số dòng điện nguồn cấp.

- Tần số dòng điện nguồn cấp.

Các bộ nguồn tần số cao sử dụng trong lò nung cao tần được tạo ra bằng các phương pháp sau:

- Dùng máy phát điện đặc biệt với tần số cao

F = (N.P)/60

Trong đó :

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

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

- Dùng thyristor

Đây là loại được dùng phổ biến nhất gồm hai khâu cơ bản là chỉnh lưu và nghịch lưu. Dòng điện tần số công nghiệp trong lò nung sẽ được chỉnh lưu và biến đổi thành dòng cao tần.

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

Thiết bị gia nhiệt tần số của lò nung 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 số làm việc:

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

+ Lò cảm ứng trung tần: 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 ứng dụng;

+ Lò có lõi thép (lò máng): Dung tích lò nhỏ, hoạt động với nhiệt độ thấp.

+ Lò không có lõi thép (lò nồi): Dung tích nồi càng lớn thì tần số dòng điện càng giảm.

Ưu điểm khi sử dụng lò nung cao tần 

- Cấu tạo đơn giản, thiết kế gọn nhẹ, 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 trực tiếp vào phôi của kim loại cần nung nóng khiến nó nóng nhanh hơn.

- Chu kỳ sử dụng của lò nung cao tần cao, có cài đặt chế độ bảo vệ tốt. Nhờ đó hạn chế được các hư hỏng về linh kiện, tiết kiệm chi phí sữa chữa và bảo dưỡng.

- Nung chảy kim loại nhanh, kể cả các kim loại khó nóng chảy như volfram, molipden.

- 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 oxi hóa và hoàn nguyên kim loại diễn ra nhanh chóng và triệt để hơn.

- Dễ dàng tăng nhiệt độ cho bể kim loại.

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

- Lò nung cao tần có thể nấu được tất cả các loại thép có hàm lượng cacbon cao/thấp hoặc có hàm lượng phospho và lưu huỳnh rất thấp.

Ứng dụng của lò nung cao tần

- Lò nung cao tần được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như nung phôi, hàn rèn và làm nóng chảy phôi, các chi tiết kỹ thuật bằng kim loại (răng cưa, đầu mũi khoan, lỗ trục, lưỡi cưa, phay đĩa, dao tiện, dụng cụ mộc, …),….

Lò nung cao tần được dùng để nấu chảy kim loại

- Dùng trong các lĩnh vực khác như liên kết cơ học, làm kín thủy tin – kim loại, mạ thiếc dây dẫn,…..

- Tôi bánh răng, đinh tán, bu lông ốc vít.

- Nung các loại nông cụ ( xà beng, búa, đục...), ống gia nhiệt nấu keo, ống gia nhiệt bồn nấu keo.

- Dùng để nung gia nhiệt bạc đạn tháo lắp motor

- Hàn lưỡi cưa, phay đĩa, dao tiện, các loại dụng cụ mộc, …

- Xử lý nhiệt các loại bánh răng, nhông và các loại linh kiện khác với nhiều kích cỡ lớn nhỏ khác nhau.

- Dùng để tôi luyện kim loại ( vàng, bạc, đồng...).

Vậy là chúng tôi đã giúp các bạn tìm hiểu về lò nung cao tần và nguyên lý lò nung cao tần hoạt động. Hy vọng rằng, qua bài viết này, các bạn đã có thêm những kiến thức bổ ích. Và để tìm hiểu thêm về các loại lò nung, các bạn có thể trực tiếp ghé thăm website labvietchem.com.vn. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ các bạn nhanh chóng, chính xác nhất.