Прыклад: Індукцыйны працэс плаўлення алюмінія
Мэта
Для эфектыўнага плаўлення алюмініевага лому і слоікаў выкарыстоўваюць тэхналогія індукцыйнага нагрэву, дасягненне аптымальнай энергаэфектыўнасці пры падтрыманні высакаякаснага расплаўленага алюмінія пры патрабаванай тэмпературы для ліцейных аперацый.
Абсталяванне
- Генератар індукцыйнага ацяплення: Магутнасць 160 кВт
- Ёмістасць тыгля: 500 кг печ для плаўлення алюмінія
- Тып печы: Індукцыйная печ з гідраўлічным нахілам
- Сістэма астуджэння: Закрыты контур астуджэння воданапорнай вежы
- Апрацоўка матэрыялаў: Маставы кран (грузападымальнасцю 2 тоны)
- Ахоўнае абсталяванне: Прыборы кантролю тэмпературы, сістэмы аварыйнага адключэння, сродкі індывідуальнай абароны
- Сістэма фільтрацыі: Пенакерамічныя фільтры для ачысткі расплаўленага алюмінія
- Выхлапная сістэма: Выцяжка дыму з фільтрам
кантролінгу сістэмы
Працэсам кіруе сістэма PLC (праграмуемы лагічны кантролер), якая змяшчае:
- Кантролер Allen-Bradley CompactLogix
- Сенсарны інтэрфейс HMI з графічным адлюстраваннем параметраў працэсу
- Маніторынг у рэжыме рэальнага часу:
- Спажываная магутнасць (кВт)
- Ток шпулькі (А)
- Частата (кГц)
- Тэмпература астуджэння вады (уваход / выхад)
- Тэмпература металу праз тэрмапару
- Магчымасці рэгістрацыі даных для аптымізацыі працэсу
- Сістэмы сігналізацыі аб ненармальных умовах працы
- Некалькі рэжымаў працы (ручной, паўаўтаматычны, аўтаматычны)
- Захоўванне рэцэптаў для розных тыпаў алюмініевых сплаваў
Індукцыйная шпулька
- Дызайн: Спецыяльна распрацаваная шматвітковая спіральная шпулька
- будаўніцтва: Медныя трубкі з вадзяным астуджэннем (дыяметр 25 мм)
- Павароты: 12 абаротаў з аптымізаваным інтэрвалам для раўнамернага нагрэву
- Ізаляцыя: Высокотэмпературная ізаляцыя з керамічнага валакна (да 1200°C)
- Абарона шпулькі: Керамічнае пакрыццё супраць пырскаў
- Электрычныя злучэнні: Пасярэбраныя медныя шыны
- Сістэма астуджэння: Выдзелены водны контур з маніторамі расходу (мінімальны расход: 45 л/мін)
Fréquence
- Працоўная частата: 8 кГц
- Выбраны для аптымальнай глыбіні пранікнення ў алюміній (прыкладна 3.5 мм)
- Стабільнасць частоты захоўваецца ў межах ±0.2 кГц падчас працы
- Аўтаматычнае рэгуляванне частоты ў залежнасці ад умоў нагрузкі
Matériau
- Тыгель: Ізастатычна прэсаваны графітавы тыгель высокай шчыльнасці
- Таўшчыня сценкі: 50 мм
- Тэрмін службы: каля 100 цыклаў плаўлення
- Цеплаправоднасць: 120 Вт/(м·К)
- Зарадныя матэрыялы:
- Алюмініевы экструзійны лом (70%)
- Выкарыстаныя алюмініевыя банкі для напояў (20%)
- Алюмініевая машынная стружка (10%)
- Сярэдні памер матэрыялу: 50-200 мм
тэмпература
- Мэтавая тэмпература плаўлення: 720°C (±10°C)
- Тэмпература пачатковай зарадкі: 25°C (навакольнае)
- Хуткасць нагрэву: прыкладна 10°C/мін
- Праверка тэмпературы: погружная тэрмапара (K-тыпу) з лічбавым паказаннем
- Перагрэў падтрымліваецца на працягу 20 хвілін перад заліваннем
- Максімальная тэмпература: 760°C (для прадухілення празмернага акіслення)
Энергаспажыванне
- Сярэдняе спажыванне энергіі: 378 кВт.гадз/тон
- Каэфіцыент магутнасці: 0.92 (з карэкцыяй каэфіцыента магутнасці)
- Удзельнае энергетычнае расшчапленне:
- Тэарэтычная энергія, неабходная для плаўлення алюмінію: 320 кВт/г/т
- Цепластраты: 58 кВт·г/т
- Эфектыўнасць сістэмы: 84.7%
Працэс
| Стадыя працэсу | Час (мін) | Спажываная магутнасць (кВт) | Тэмпература (° C) | Каментары |
|---|---|---|---|---|
| Першапачатковы зарад | 0 | 0 | 25 | Загружана 500 кг алюмініевага лому |
| Праграванне | 0-15 | 80 | 25-200 | Паступовае павелічэнне магутнасці для выдалення вільгаці |
| Фаза нагрэву 1 | 15-35 | 140 | 200-550 | Матэрыял пачынае разбурацца |
| Фаза нагрэву 2 | 35-55 | 160 | 550-720 | Адбываецца поўнае расплаўленне |
| Ўтрыманне тэмпературы | 55-75 | 40 | 720 | Падтрыманне мэтавай тэмпературы |
| Даданне патоку | 60 | 40 | 720 | Для выдалення прымешак дадаюць 0.5% флюсу |
| дэгазацыя | 65 | 40 | 720 | Прадуўка азотам на працягу 5 хвілін |
| Адбор проб і аналіз | 70 | 40 | 720 | Праверка хімічнага складу |
| Ліў | 75-85 | 0 | 720-700 | Кантраляваная заліванне ў формы |
| Чыстка печы | 85-100 | 0 | - | Выдаленне шлаку, агляд тыгля |
апавядальны
Аперацыя плаўлення алюмінія на ліцейным заводзе XYZ дэманструе эфектыўнасць індукцыйнай плаўкі для перапрацоўкі алюмініевых адходаў і слоікаў. Працэс пачынаецца з дбайнай сартавання і падрыхтоўкі загружаных матэрыялаў для выдалення такіх забруджванняў, як фарбы, пакрыцця і староннія матэрыялы, якія могуць паўплываць на якасць плаўлення.
Падчас звычайнага цыклу плаўлення 500 кг зарадкі загружаюць у графітавы тыгель, размешчаны ўнутры індукцыйнай шпулькі. Сістэма PLC ініцыюе запраграмаваную паслядоўнасць нарошчвання магутнасці, каб прадухіліць цеплавы ўдар тыгля. Калі магутнасць павялічваецца, электрамагнітнае поле выклікае ў алюмініі віхравыя токі, выдзяляючы цяпло знутры самога металу.
Першапачатковы этап папярэдняга нагрэву мае вырашальнае значэнне для выдалення вільгаці і лятучых рэчываў. Калі тэмпература набліжаецца да 660°C (тэмпература плаўлення алюмінію), матэрыял пачынае разбурацца і ўтвараць расплаўленую ванну. Аператар кантралюе працэс праз інтэрфейс HMI, уносячы неабходныя карэктывы на аснове дадзеных у рэжыме рэальнага часу.
Характэрна, што аналіз дадзеных паказвае, што найбольш энергаэфектыўная праца адбываецца падчас фазы асноўнага нагрэву, дзе выкарыстанне энергіі дасягае максімальнай эфектыўнасці. Спажыванне энергіі ў 378 кВт.гадз/тону ўяўляе сабой паляпшэнне на 15% у параўнанні з папярэднімі плавільнымі печамі, якія працуюць на газе.
Аднастайнасць тэмпературы ў расплаве выдатная дзякуючы натуральнаму эфекту мяшання, які ствараецца электрамагнітным полем. Гэта пазбаўляе ад неабходнасці механічнага мяшання і зніжае адукацыю аксіду. Сістэма астуджэння з замкнёным контурам падтрымлівае аптымальныя працоўныя тэмпературы для індукцыйнай шпулькі і электрычных кампанентаў, аднаўляючы адпрацаванае цяпло для папярэдняга нагрэву ўваходных матэрыялаў.
Пасля дасягнення мэтавай тэмпературы 720°C дадаецца флюс для палягчэння выдалення неметалічных уключэнняў. Газападобны азот, які праходзіць праз графітавыя фурмы, зніжае ўтрыманне вадароду, зводзячы да мінімуму патэнцыйную сітаватасць канчатковых адлівак. Перад заліваннем адбіраюць пробы для праверкі хімічнага складу і ўнясення неабходных карэкціровак.
Гідраўлічны механізм нахілу дазваляе дакладна кантраляваць заліванне, памяншаючы турбулентнасць і адукацыю аксіду ў працэсе ліцця. Уся аперацыя завяршаецца на працягу 100 хвілін ад халоднага запуску да канчатковай залівання, што азначае значную эканомію часу ў параўнанні з традыцыйнымі метадамі.
Вынікі / Перавагі
| Параметр | Папярэдняя газавая сістэма | Індукцыйная сістэма | паляпшэнне |
|---|---|---|---|
| Спажыванне энергіі (кВт-гадз/тона) | 445 | 378 | Зніжэнне 15% |
| Час плаўлення (мін/500 кг) | 140 | 100 | Зніжэнне 29% |
| Страта металу (%) | 5.2 | 2.8 | Зніжэнне 46% |
| Аднастайнасць тэмпературы (±°C) | ± 25 | ± 10 | Паляпшэнне на 60%. |
| Выкіды CO₂ (кг/т Al) | 142 | 64 * | Зніжэнне 55% |
| Працоўныя гадзіны (гадз/тону) | 1.8 | 0.9 | Зніжэнне 50% |
| Гадавы кошт тэхнічнага абслугоўвання ($) | $32,500 | $18,700 | Зніжэнне 42% |
| Вытворчая магутнасць (тон / дзень) | 4.2 | 6.0 | 43% больш |
| Якасць прадукту (доля дэфектаў %) | 3.5 | 1.2 | Зніжэнне 66% |
| Тэмпература на працоўным месцы (°C) | 38 | 30 | Паляпшэнне на 21%. |
*На аснове мясцовай сумесі вытворчасці электраэнергіі
Рэалізацыя сістэма індукцыйнай плаўкі прынесла значныя эксплуатацыйныя, экалагічныя і эканамічныя перавагі. Дакладны кантроль тэмпературы і скарочаны час плаўлення спрыялі больш высокай якасці адлівак з меншай колькасцю дэфектаў. Павышэнне энергаэфектыўнасці знізіла як эксплуатацыйныя выдаткі, так і ўздзеянне на навакольнае асяроддзе. Акрамя таго, паляпшэнне ўмоў працы і зніжэнне патрабаванняў да рабочай сілы станоўча паўплывалі на задаволенасць і прадукцыйнасць працы.