Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
CỦA LÒ ĐIỆN TRỞ.
1.1 . GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN:
1.1.1. Định nghĩa:
Lò điện là một thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng, được sử
dụng rộng rãi trong các quá trình công nghệ khác nhau và nấu luyện các vật
liệu, các kim loại và hợp kim khác nhau
-Lò điện 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 đập, kéo sợi.
+Sản xuất đúc các kim loại bột.
-Trong các lĩnh vực công nghiệp khác.
+Trong công nghiệp nhẹ và công nghiệp thực phẩm, lò điện được dùng
để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị vật phẩm.
+Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm
thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa
Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày
càng được phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một
cách phong phú và đa dạng: Bếp điện, nồi cơm điện, bình đun nước điện, thiết
bị nung rắn, sấy điện
1
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
1.1.2. Ưu điểm của lò điện và các lò sử dụng nhiên liệu:
Lò điện so với những 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 xuất cao.
-Đảm bảo nung đều và chính xác đo dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ.

a. Yêu cầu của vật liệu làm dây nung:
Trong lò điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành
nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule. Dây đốt cần phải làm từ các vật
liệu thoả mãn các yêu cầu sau:
- Chịu được nhiệt độ cao,
- Độ bền cơ khí lớn ,
- Có điện trở suất lớn(vì điện trở suất nhỏ sẽ dẫn đến dây dài khó bố
trí trong lò hoặc tiết diện dây nhỏ, không bền),
- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (vì điện trở sẽ Ýt thay đổi theo nhiệt độ,
đảm bảo công suất lò),
- Chậm hoá già (tức là dây đốt Ýt bị biến đổi theo thời gian, do đó
đảm bảo tuổi thọ của lò).
Vật liệu làm dây đốt có thể là :
- Hợp kim: Cr-Ni, Cr-Al….với lò có nhiệt độ làm việc dưới 1200
0
C;
3
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
- Hợp chất: SiC, MoSi
2
…với lò có nhiệt độ làm việc
1200
0
C÷1600
0
C;
- Đơn chất: Mo, W, C(graphit)…với lò có nhiệt độ làm việc cao hơn
1600
0
C.

W
20-23
15-18
12-15
23-27
75-78
55-61
3-5
4-6
94.4 3.6
1100
1000
850
1200
1500
2800
2000
2500
2800
0.035
0.1
5.1
4.0
4.3
1,15
1,10
1.26
1.25
(1000-
2000)

Nhiệt lượng hữu Ých cần cấp cho vật gia nhiệt:
Q
hi
=M.c(t
2
0
-t
1
0
), [J] (1-2)
Trong đó : c-Nhiệt dung riêng trung bình của vật gia nhiệt trong khoảng
nhiệt độ (t
2
0
-t
1
0
) , [J/kg.độ];
t
1
0
, t
2
0
-Nhiệt độ lúc đầu và gia nhiệt của vật gia nhiệt [
0
C].
Công suất hữu Ých của lò:
P
hi

k = 1,2 ÷ 1,3 đối với lò làm việc liên tục,
k = 1,4 ÷ 1,5 đối với lò làm việc theo chu kỳ.
Từ công suất P, có thể tính gần đúng mật độ công suất dây đốt một
pha. Đó là khả năng cấp nhiệt của dây đốt trong một đơn vị thời gian
trên một đơn vị diện tích bề mặt dây.
W
dđ
=
dd
mF
P
, [
2
m
W
] (1-6)
Trong đó : m – sè pha.
F
dđ
- Diện tích bề mặt(diện tích xung quanh) của dây đốt
một pha [m
2
]. Từ công suất lò, có thể tính được kích thước dây đốt cần trang
bị cho lò. Với lò có số pha đối xứng, công suất một pha sẽ là:
P
ph
=
m
P
, [W] (1-7)

U
R
U
ph
ph
ph
ρ
22
=
Suy ra L=
ρ
ph
ph
P
SU
2
(1-9)
Trong đó : S – Diện tích tiết diện dây đốt, [m
2
].
Cân bằng (1-8)và (1-9), có:
CS=
dd
ph
ph
W
U
P
1
.

7
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
1000 – 1100
1100 – 1200
6 – 7
7 – 8
25*2
25*3
Với dây tròn: C=πd
S=
4
1
πd
2
Thay vào (1-10) và tìm d, có :
d=
22
2
4
phdd
ph
UW
P
π
ρ
, [m] (1-11)
Với dây chữ nhật :
C= 2(a+b)=2b(m+1)
S = ab = mb
2

0
C thì việc truyền nhiệt chủ yếu do bức xạ.
Để dễ dàng nghiên cứu phân tích, ta giả thiết rằng tổn thất nhiệt qua vỏ lò
bằng 0 và dây đốt là một lá mỏng bao kín vật gia nhiệt, nghĩa là coi diện tích
toả nhiệt của dây bằng diện tích xung quanh vật gia nhiệt. Trong điều kiện đó,
phương trình trao đổi nhiệt bức xạ giữa dây đốt (lí tưởng)và vật gia nhiệt sẽ
là:
P = C
S
ε
qđ
[
44
)
100
()
100
(
vdd
TT
−
] F
dd
,[W] (2-13)
Trong đó: P – công suất lò, [W];
C
S
– Khả năng bức xạ của vật đen tuyệt đối;
C
S

Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
Trong đó : ε
dd
,ε
v
- các hệ số bức xạ nhiệt(độ đen) của vật liệu làm dây
đốt và vật liệu làm vật gia nhiệt .
Từ (1-13) có thể xác định mật độ công suất dây đốt:
W
dd
=
][],)
100
()
100
[(
2
44
m
W
TT
C
F
P
vdd
qdS
dd
−=
ε
(1-14)

Trong các điều kiện làm việc thực của lò thì bức tranh mô tả quá trình
phức tạp hơn. Dây không bao kín vật gia nhiệt, nhiệt tổn thất qua vách lò,
thành lò cũng trao đổi nhiệt với vật gia nhiệt v.v…Các yếu tố đó được đề cập
10
H×nh1.2: §å thÞ mËt ®é c«ng
suÊt cña d©y ®èt
cã ®é ®en tuyÖt ®èi
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
đến qua hệ số bức xạ có hiệu lực của dây đốt α và mật độ công suất cho phép
là:
W
ep
= ε
qd
W
S
α, [
2
m
W
] (1-16)
Sau đây là một số trị số α để tham
khảo:
-Dây xoắn tròn đặt trong rãnh nửa kín ở vách lò α = 0,16÷0,24
-Dây xoắn tròn đặt trong ống trên sàn lò α = 0,3÷0,36
-Dây dích dắc hay thanh α =0,6÷0,72
-Dây chữ nhật uốn dích dắc α =0,38÷0,44
Khi tính kích thước dây đốt một pha, có thể tính nhanh qua điện trở dây:
R
dd

W
F
P
≤
Nếu W
dd
>W
cp
thì cần tăng tiết diện và độ dài dây. Khi tính chọn dây đốt
cho lò có nhiệt độ làm việc trên 700
0
C không nên dùng dây tròn có đường
kính dưới 3mm hoặc dây chữ nhật dày dưới 1,5mm.
1.2.4. Phân loại lò điện trở
11
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua
dây đốt (dâyđiện trở). Từ dây đốt, qua bức xạ, đối lưu và truyền nhiệt dẫn
nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt. Lò điện trở thường dùng
để nung, nhiệt luyện nấu chảy kim loại màu và hợp kim màu…
Phân loại lò điện trở có nhiều cách :
a. Theo nhiệt độ làm việc của lò
- Lò nhiệt độ thấp(t
0
<650
0
C)
- Lò nhiệt độ trung bình(t
0
=650

Hình 1.3
Khi khống chế nhiệt độ bằng cách đóng cắt nguồn (hình 1.4).
Hình 1.4
Lò làm việc gián đoạn thì đồ thị và nhiệt độ và công suất nh hình 1.5
Hình 1.5
d. Theo kết cấu của lò
-Lò buồng
-Lò giếng lò chụp, lò bể…
13
p
p
t
τ
τ
0
τ
«
mt
τ
τ
0
p
τ
p
τ
mt
t
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
e. Theo mục đích sử dụng
-Lò tôi

mét ca, hai ca và ngay cả trong ba ca trong một ngày. Nếu trong khi làm việc
một bộ phận nào đó không hoàn hảo sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
chung. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các lò điện làm việc liên tục
trong dây chuyền sản xuất tự động. Ngay đối với các lò 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 liệu và làm tăng giá thành sản phẩm.
Một chỉ tiêu phụ thuộc về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận
đó của lò điện là khả năng thay thế nhanh hoặc khả năng 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
d. 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 quý bị hao mòn nhanh yêu cầu tối thiểu.
15
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
-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.
e. Rẻ và đơn giản khi chế tạo.
Về mặt này yêu cầu như sau:
-Tiêu hao vật liệu Ýt nhất, đặc biệt là các vật liệu quý và hiếm (các kim loại
màu, 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 Ýt nhất và tận dụng được các thiết bị, dụng cụ thông thường có sẵn

đáy lò xây bằng gạch chịu lửa. Thành trong của buồng lò có đặt dây đốt 5.
Dây đốt có thể bố trí cả phía đáy và đỉnh . Cửa lò tuỳ kiểu và công suất lò, Có
thể mở bằng tay ( kiểu đòn bẩy hay có đối trọng ) hoặc bằng cơ cấu cơ khí 1
truyền động bằng động cơ điện. Cửa lò, có thể có lỗ thăm để quan sát phía
trong lò. Ngoài ra, lò còn có đầu ra của dây đốt 2, cửa khí 6 để dẫn khí bảo
vệ vào lò(do không khí dễ thâm nhập vào buồng lò qua cửa lò, gây hiện tượng
xy hoá, thoát cacbon của vật gia nhiệt), đầu đo nhiệt ở đỉnh lò hay bên hông
17
H×nh 1.6: KÕt cÊu cña lß buång
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
Hình 1-7, hình 1-8, hình 1-9 là kết cấu của một số loại lò điện trở.
18
H×nh 1.7: Lß chôp
1-Khung chô2-Lí lãt chô3-Khung b4-Lí lãt
b5,6-D©y ®èt ë chô7-D©y ®èt trªn b8-Mó l*9-Cöa
kh.10-Nhit kÕ (nhit ®éng)
Chng 1: Tng quan v cu to v nguyờn lý lm vic ca lũ in tr
19
Hình1.8: Lò muối
1-Đầu dây cấ đin2-Chụ l*3-Đin
cực4-Vách ngăn5-Lớ lót6-Vỏ bên
trong7-Hoả kế8-Vỏ bên ngoài
Hình 1.9: Lò giếng
1-Cơ cấu nắ quay2-Nắ quay3-Vỏ l*4-Lớ lót5-
Các tấm dẫn h ớng kh.6-Giỏ l*7-Tấm đáy l*8-Dây
đốt9-Đầu kiểm tra kh.10-Cửa kh.11-Đầu đo nhit
Chng 1: Tng quan v cu to v nguyờn lý lm vic ca lũ in tr
Trờn hỡnh 1-10 trỡnh by mt s cỏch b trớ dõy t trong cỏc loi lũ in tr.
20
Hình1.10: Một số cách bố trí dây đốt trong lò điện trở

+Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền, chắc chắn.
+Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò.
+Có độ bền hoá học khi làm việc, độ bền cơ học theo yêu cầu.
+Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu.
-Phần cách nhiệt:
22
Chương 1: Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò điện trở
Phần cách nhiệt nằm giữa vỏ lò và vật liệu chịu lửa. Mục đích chủ yếu
của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Phần cách nhiệt được xây dựng bằng
gạch cách nhiệt hoặc bằng bột cách nhiệt (xỉ bông, amiăng ).
Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt:
+Hệ số cách nhiệt cực tiểu.
+Khả năng tích nhiệt cực tiểu.
+ Ổnđịnh về tính chất lý nhiệt trong điều kiện làm việc xác định.
c. Dây nung
Theo đặc tính vật liệu làm dây nung, người ta chia dây nung làm 2 loại:
Dây nung kim loại và dây nung phi kim loại.
-Dây nung kim loại: Dây nung kim loại thường là dây nung dạng băng
và dây nung dạng tròn.
+Dây nung dạng băng thường có dạng zíc-zắc, bước zíc-zắc h phụ
thuộc vào chiều rộng b của băng:
h/b = 1.4÷2.6.
+Dây nung tròn thường ở dạng xoắn, bước h của dây nung xoắn thường
phụ thuộc vào đường kính d của dây:
h/d = 3.2÷4.8.
-Dây nung phi kim loại:
Dây nung phi kim loại thường có dạng thanh và ống.
d. Ngoài 3 phần chính của kết cấu lò còn có các thiết bị phụ nh:
Cửa lò, các thiết bị vận chuyển