Ι. Ιστορικό Έργου και Προδιαγραφές Εξοπλισμού
Αυτή η μελέτη περίπτωσης αφορά έναν φούρνο τήξης επαγωγής μέσης συχνότητας, μοντέλο WDL-KGPS-800, με ονομαστική χωρητικότητα 0,8 τόνους και μέγιστη χωρητικότητα 0,96 τόνους, σχεδιασμένο για εφαρμογές τήξης αλουμινίου. Ο εξοπλισμός χρησιμοποιεί θέρμανση επαγωγής μέσης συχνότητας και είναι εξοπλισμένος με υδραυλικό σύστημα κλίσης για την εκκένωση του τήγματος αλουμινίου. Το ηλεκτρικό σύστημα είναι διαμορφωμένο για τροφοδοσία τριών φάσεων 380V/50Hz, με ανορθωτή τριών φάσεων έξι παλμών και παράλληλα συνδεδεμένο μετατροπέα.
Τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά αυτού του εξοπλισμού έγκεινται στο συνδυασμό του συστήματος τροφοδοσίας μέσης συχνότητας KGPS και του σώματος του φούρνου υδραυλικής κλίσης με χαλύβδινο περίβλημα, αντιπροσωπεύοντας μια λύση τήξης επαγωγής μεσαίας χωρητικότητας κατάλληλη για λειτουργίες χυτηρίων.
II. Σύστημα Τροφοδοσίας Μέσης Συχνότητας KGPS
Το σύστημα τροφοδοσίας υιοθετεί το σύστημα τροφοδοσίας μέσης συχνότητας KGPS βασισμένο σε θυρίστορες, το οποίο έχει ωριμάσει μέσω πάνω από μιας δεκαετίας συνεχούς τεχνολογικής ανάπτυξης. Το τμήμα ανορθωτή είναι μια γέφυρα πλήρους ελέγχου τριών φάσεων, με τάση εξόδου μέσης συχνότητας 1500 βολτ, ονομαστική ισχύ 500 kW και συχνότητα εξόδου 1000 Hz. Ο συντελεστής ισχύος υπερβαίνει το 0,9 και το ποσοστό επιτυχίας εκκίνησης είναι 100%, που σημαίνει ότι η ταλάντωση μέσης συχνότητας μπορεί να εγκατασταθεί αξιόπιστα σε κάθε προσπάθεια εκκίνησης.
Το κύκλωμα ελέγχου χρησιμοποιεί αρχιτεκτονική ψηφιακής πλακέτας όγδοης γενιάς, με έλεγχο σταθερής ισχύος, ομαλή εκκίνηση μηδενικής πίεσης με σάρωση συχνότητας και διπλή ανάδραση τάσης-ρεύματος κλειστού βρόχου. Το σύστημα προστασίας περιλαμβάνει συνθήκες υπερβολικού ρεύματος, υπέρτασης, υποβολταϊκού ρεύματος, υποτάσεως, απώλειας νερού και απώλειας φάσης. Όταν οποιαδήποτε παράμετρος υπερβαίνει το καθορισμένο όριο, το σύστημα αποκλείει αυτόματα την έξοδο παλμών και αποσυνδέει την τροφοδοσία του κύριου κυκλώματος.
Το ντουλάπι τροφοδοσίας και το ντουλάπι πυκνωτών είναι διατεταγμένα ξεχωριστά. Το ντουλάπι πυκνωτών παρέχει παράλληλη αντιστάθμιση μέσης συχνότητας, βελτιώνοντας τον συντελεστή ισχύος του συστήματος και μειώνοντας τις απώλειες μεταφοράς αντιδραστικής ισχύος στις γραμμές διανομής. Η χωρητικότητα της τράπεζας πυκνωτών αντιστοιχεί στη συχνότητα συντονισμού του πηνίου επαγωγής, εξασφαλίζοντας λειτουργία κοντά στο σημείο συντονισμού υπό ονομαστικές συνθήκες για βέλτιστη απόδοση ισχύος εξόδου.
III. Σχεδιασμός Πηνίου Επαγωγής και Θωράκιση Μαγνητικού Πυρήνα
Το πηνίο επαγωγής είναι το βασικό εξάρτημα μετατροπής ενέργειας του φούρνου μέσης συχνότητας. Όταν τροφοδοτείται, το πηνίο δημιουργεί ένα ισχυρό εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο που προκαλεί ρεύματα Φουκώ στο μεταλλικό φορτίο μέσα στην εστία του φούρνου, παράγοντας θερμότητα. Το υλικό του πηνίου είναι χαλκός T2 με πάχος τοιχώματος 5 mm, κατασκευασμένο ως σπειροειδής σωλήνας. Ο σχεδιασμός του πηνίου βασίζεται σε ανάλυση ηλεκτρομαγνητικού πεδίου πεπερασμένων στοιχείων, με την απόκλιση μεταξύ της πραγματικής ισχύος λειτουργίας και της ισχύος σχεδιασμού να ελέγχεται εντός 5%.
Το πηνίο χρησιμοποιεί προηγμένη επεξεργασία μόνωσης μεταξύ σπειρών, με ειδική τεχνολογία σύσφιξης για τη μείωση της αξονικής δόνησης. Το εσωτερικό τοίχωμα του πηνίου είναι επικαλυμμένο με εισαγόμενα μονωτικά υλικά ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες και εγκαθίσταται σύστημα συναγερμού διαρροής φούρνου για την ανίχνευση κινδύνων διαρροής τήγματος αλουμινίου. Μια πυρίμαχη επίστρωση πάχους 10 έως 15 mm εφαρμόζεται στην εσωτερική επιφάνεια του πηνίου, εξυπηρετώντας δύο λειτουργίες: διευκολύνοντας την κατασκευή της επένδυσης του φούρνου και αποτρέποντας τη θερμική παραμόρφωση της επένδυσης που θα επηρεάσει τη διάρκεια ζωής.
Οι μαγνητικοί πυρήνες έχουν σχήμα ημισελήνου, είναι ελασματοποιημένοι από φύλλα χάλυβα πυριτίου ψυχρής έλασης και συγκρατούνται με νάρθηκες από ανοξείδωτο χάλυβα. Η επιφάνεια επαφής μεταξύ του πυρήνα και της εξωτερικής επιφάνειας του πηνίου είναι καμπύλη, παρέχοντας επαφή επιφάνειας αντί για επαφή γραμμής, επιτυγχάνοντας καλύτερη απόδοση σύσφιξης και μειωμένη διαρροή μαγνητικής ροής. Τα φύλλα χάλυβα πυριτίου ενισχύονται με ειδικούς νάρθηκες αντί για διαμπερείς βίδες, μεγιστοποιώντας την ενεργή μαγνητική επιφάνεια των φύλλων και μειώνοντας την τοπική θέρμανση. Οι μαγνητικοί πυρήνες χρησιμεύουν για τη θωράκιση της διαρροής μαγνητικής ροής, την αποτροπή θέρμανσης του σώματος του φούρνου, την υποστήριξη και την ασφάλιση του πηνίου επαγωγής και τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης του συστήματος.
IV. Υδραυλικό Σύστημα Κλίσης
Η κλίση του φούρνου κινείται από ένα υδραυλικό σύστημα με δύο κυλίνδρους τοποθετημένους και στις δύο πλευρές του σώματος του φούρνου για την ανύψωση. Η επιστροφή του φούρνου επιτυγχάνεται με βαρύτητα. Ο υδραυλικός σταθμός είναι εξοπλισμένος με διπλούς κινητήρες και διπλές αντλίες – μία σε λειτουργία και μία σε εφεδρεία, με δυνατότητα αυτόματης εναλλαγής. Το δοχείο καυσίμου είναι πλήρως κλειστό και συγκολλημένο, χωρίς ανοίγματα εκτός από τις πλευρικές θύρες και τις θύρες σωληνώσεων, για την αποφυγή διαρροής υδραυλικού λαδιού.
Η κονσόλα υδραυλικής κλίσης χρησιμοποιεί χειροκίνητη λειτουργία βαλβίδας, με εύρος γωνίας κλίσης από 0 έως 95 μοίρες. Η λειτουργία είναι ομαλή χωρίς κραδασμούς ή ολίσθηση, με ρυθμιζόμενη ταχύτητα και δυνατότητα συγκράτησης σε οποιαδήποτε θέση. Αυτός ο σχεδιασμός είναι κατάλληλος για εφαρμογές χύτευσης που απαιτούν ακριβή έλεγχο του όγκου χύτευσης του τήγματος αλουμινίου.
V. Δομή Σώματος Φούρνου
Το περίβλημα του φούρνου υιοθετεί δομή χαλύβδινου πλαισίου, που αποτελείται από μια σταθερή βάση στήριξης και ένα σώμα φούρνου που κλίνει, με τη συνολική διαμόρφωση του πλαισίου να εξασφαλίζει ακαμψία. Η αναλογία διαμέτρου προς ύψος της εστίας έχει βελτιστοποιηθεί μέσω υπολογιστικής ανάλυσης, υιοθετώντας προηγμένες διεθνείς αρχές σχεδιασμού προφίλ φούρνου – μια αυξημένη αναλογία βελτιώνει τον φυσικό συντελεστή ισχύος και ενισχύει την ηλεκτρική απόδοση.
Μια κλειστή κουκούλα συλλογής σκόνης είναι εγκατεστημένη πάνω από το άνω τμήμα του φούρνου για τη συλλογή καπνών και σωματιδίων που παράγονται κατά την τήξη.
VI. Χαλαζιακός Τήκτης και Καλώδια Ψυχόμενα με Νερό
Ο τήκτης είναι κατασκευασμένος από χαλαζία, προσφέροντας καλή χημική συμβατότητα με την τήξη αλουμινίου. Η διάρκεια ζωής του τήκτη που αναφέρεται στην πρόταση είναι 4 έως 6 μήνες, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της μεθόδου φόρτωσης, της θερμοκρασίας τήξης και των πρακτικών απομάκρυνσης της σκουριάς.
Τα καλώδια ψυχόμενα με νερό είναι κατασκευασμένα από χάλκινο σύρμα TU1 πολλαπλών κλώνων χωρίς οξυγόνο, επικαλυμμένο με σωλήνα από καουτσούκ υψηλής αντοχής και πυράντοχο, με ψυχρά διαμορφωμένους συνδέσμους που παρέχουν καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και αντοχή σε εφελκυσμό. Η πλευρά τροφοδοσίας απαιτεί ρυθμό ροής νερού ψύξης όχι μικρότερο από 12 m³/h, ενώ η πλευρά του σώματος του φούρνου απαιτεί όχι μικρότερο από 20 m³/h. Η θερμοκρασία του νερού εξόδου στην πλευρά τροφοδοσίας δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 35°C, και στην πλευρά του σώματος του φούρνου δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 45°C, με την πίεση του νερού εισόδου να διατηρείται μεταξύ 0,15 και 0,35 MPa. Το σύστημα ψύξης νερού είναι εξοπλισμένο με κλειστό πύργο ψύξης, δεξαμενές νερού και ένα ντουλάπι ελέγχου, σχηματίζοντας έναν ανεξάρτητο βρόχο ψύξης κυκλοφορίας.
VII. Παράμετροι Απόδοσης Διεργασίας
Η ονομαστική χωρητικότητα είναι 0,8 τόνοι, με μέγιστη χωρητικότητα 0,96 τόνους, και η ονομαστική θερμοκρασία χύτευσης έχει οριστεί στους 780°C. Ο χρόνος τήξης είναι περίπου 60 λεπτά ανά φούρνο, με επιτρεπόμενη απόκλιση ±5%. Με βάση αυτό, ο κύκλος από κρύα φόρτωση έως την επίτευξη της θερμοκρασίας χύτευσης είναι περίπου 1 ώρα, που αντιστοιχεί σε ρυθμό τήξης περίπου 0,8 τόνους ανά ώρα. Με ονομαστική ισχύ 500 kW, η ειδική κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 625 kWh ανά τόνο αλουμινίου, εμπίπτοντας στο τυπικό εύρος απόδοσης για φούρνους τήξης επαγωγής μέσης συχνότητας.