Pag-aaral ng Kaso: Proseso ng Pagtunaw ng Induction Aluminum

Layon

Upang mahusay na matunaw ang mga scrap ng aluminyo at mga lata gamit induction heating teknolohiya, na nakakamit ng pinakamainam na kahusayan sa enerhiya habang pinapanatili ang mataas na kalidad na tinunaw na aluminyo sa kinakailangang temperatura para sa mga pagpapatakbo ng paghahagis.

kagamitan

• Induction Heating Generator: 160 kW na kapasidad
• Kapasidad ng Crucible: 500 kg aluminum melting furnace
• Uri ng Furnace: Hydraulic tilting induction furnace
• Paglamig System: Nakasaradong water tower cooling circuit
• Paghawak ng Materyal: Overhead crane (2-toneladang kapasidad)
• Kagamitan sa Kaligtasan: Mga device sa pagsubaybay sa temperatura, emergency shutdown system, personal protective equipment
• Sistema ng Pagsala: Mga filter ng ceramic foam para sa nilusaw na aluminum purification
• Exhaust System: Fume extraction hood na may pagsasala
  

  

Sistema ng Pagkontrol

Ang proseso ay pinamamahalaan ng isang PLC (Programmable Logic Controller) system na nagtatampok ng:

• Allen-Bradley CompactLogix controller
• HMI touchscreen interface na may graphical na representasyon ng mga parameter ng proseso
• Real-time na pagsubaybay ng:
  • Power input (kW)
  • Kasalukuyang coil (A)
  • Dalas (kHz)
  • Temperatura ng paglamig ng tubig (inlet/outlet)
  • Temperatura ng metal sa pamamagitan ng thermocouple
• Mga kakayahan sa pag-log ng data para sa pag-optimize ng proseso
• Mga sistema ng alarma para sa hindi normal na mga kondisyon ng pagpapatakbo
• Maramihang mga operating mode (manual, semi-awtomatiko, awtomatiko)
• Imbakan ng recipe para sa iba't ibang uri ng aluminyo haluang metal

Induction coil

• Disenyo: Custom-designed na maramihang turn helical coil
• Konstruksyon: Tubing na tansong pinalamig ng tubig (25mm diameter)
• Lumiliko: 12 pagliko na may naka-optimize na espasyo para sa pare-parehong pagpainit
• pagkakabukod: Mataas na temperatura na ceramic fiber insulation (na-rate sa 1200°C)
• Proteksyon ng Coil: Anti-splash ceramic coating
• Mga elektrikal na koneksyon: Mga bar ng bus na tanso na may pilak
• Paglamig System: Nakatuon na circuit ng tubig na may mga monitor ng daloy (minimum na rate ng daloy: 45 L/min)

dalas

• Dalas ng pagpapatakbo: 8 kHz
• Pinili para sa pinakamainam na lalim ng pagtagos sa aluminyo (humigit-kumulang 3.5 mm)
• Ang katatagan ng dalas ay pinananatili sa loob ng ±0.2 kHz sa panahon ng operasyon
• Awtomatikong pagsasaayos ng dalas batay sa mga kondisyon ng pagkarga

materyal

• Crucible: High-density iso-statically pressed graphite crucible
  • Kapal ng pader: 50 mm
  • Buhay ng serbisyo: humigit-kumulang 100 cycle ng pagkatunaw
  • Thermal conductivity: 120 W/(m·K)
• Mga Materyal sa Pagsingil:
  • Aluminum extrusion scrap (70%)
  • Mga nagamit nang aluminum na lata ng inumin (20%)
  • Mga pagliko ng makina ng aluminyo (10%)
  • Average na laki ng materyal: 50-200 mm

Temperatura

• Target na temperatura ng pagkatunaw: 720°C (±10°C)
• Temperatura ng paunang pag-charge: 25°C (ambient)
• Rate ng pag-init: humigit-kumulang 10°C/minuto
• Pag-verify ng temperatura: Immersion thermocouple (K-type) na may digital readout
• Pinapanatili ang sobrang init ng 20 minuto bago ibuhos
• Maximum na limitasyon sa temperatura: 760°C (upang maiwasan ang labis na oksihenasyon)

Energy Consumption

• Average na pagkonsumo ng enerhiya: 378 kWh/ton
• Power factor: 0.92 (na may power factor correction)
• Partikular na pagkasira ng enerhiya:
  • Teoretikal na enerhiya na kinakailangan para sa pagtunaw ng aluminyo: 320 kWh/tonelada
  • Nababawasan ng init: 58 kWh/tonelada
• Episyente ng system: 84.7%

paraan

Salaysay

Ang pagpapatakbo ng pagtunaw ng aluminyo sa XYZ Foundry ay nagpapakita ng pagiging epektibo ng induction melting para sa pag-recycle ng mga scrap at lata ng aluminyo. Ang proseso ay nagsisimula sa maingat na pag-uuri at paghahanda ng mga materyales sa pagsingil upang alisin ang mga kontaminant tulad ng mga pintura, coatings, at mga dayuhang materyales na maaaring makaapekto sa kalidad ng pagkatunaw.

Sa isang tipikal na ikot ng pagkatunaw, ang 500 kg na singil ay ikinarga sa graphite crucible na nakaposisyon sa loob ng induction coil. Ang PLC system ay nagpapasimula ng isang naka-program na power ramp-up sequence upang maiwasan ang thermal shock sa crucible. Habang tumataas ang kapangyarihan, ang electromagnetic field ay nag-uudyok ng mga eddy current sa aluminyo, na bumubuo ng init mula sa loob ng metal mismo.

Ang paunang yugto ng preheating ay kritikal para sa pag-alis ng moisture at pabagu-bago ng isip na mga sangkap. Habang ang temperatura ay lumalapit sa 660°C (aluminium's melting point), ang materyal ay nagsisimulang gumuho at bumubuo ng isang tinunaw na pool. Sinusubaybayan ng operator ang proseso sa pamamagitan ng HMI interface, na gumagawa ng mga pagsasaayos kung kinakailangan batay sa real-time na data.

Kapansin-pansin, ang pagsusuri ng data ay nagpapakita na ang pinaka-epektibong enerhiya na operasyon ay nangyayari sa panahon ng pangunahing yugto ng pag-init, kung saan ang paggamit ng kuryente ay umabot sa pinakamataas na kahusayan. Ang pagkonsumo ng enerhiya na 378 kWh/tonelada ay kumakatawan sa isang 15% na pagpapabuti sa mga nakaraang gas-fired melting furnace ng pasilidad.

Ang pagkakapareho ng temperatura sa kabuuan ng pagkatunaw ay mahusay dahil sa natural na epekto ng pagpapakilos na nilikha ng electromagnetic field. Tinatanggal nito ang pangangailangan para sa mekanikal na pagpapakilos at binabawasan ang pagbuo ng oksido. Ang closed-loop cooling system ay nagpapanatili ng pinakamainam na temperatura sa pagpapatakbo para sa induction coil at mga de-koryenteng bahagi, na nagre-recover ng basurang init para sa pag-preheating ng mga papasok na materyales.

Pagkatapos maabot ang target na temperatura na 720°C, idinagdag ang flux upang mapadali ang pag-alis ng mga non-metallic inclusions. Ang paglilinis ng nitrogen gas sa pamamagitan ng isang graphite lance ay nagpapababa ng hydrogen content, na nagpapaliit ng potensyal na porosity sa mga huling casting. Bago ibuhos, kinukuha ang mga sample upang i-verify ang komposisyon ng kemikal at gumawa ng anumang kinakailangang pagsasaayos.

Ang mekanismo ng hydraulic tilting ay nagbibigay-daan para sa tumpak na kontrol sa pagbuhos, pagbabawas ng turbulence at pagbuo ng oxide sa panahon ng proseso ng paghahagis. Ang buong operasyon ay nakumpleto sa loob ng 100 minuto mula sa malamig na simula hanggang sa natapos na pagbuhos, na kumakatawan sa isang makabuluhang pagtitipid sa oras kumpara sa mga tradisyonal na pamamaraan.

Mga Resulta / Mga Benepisyo

*Batay sa lokal na halo ng pagbuo ng kuryente

Ang pagpapatupad ng mga induction melting system ay naghatid ng makabuluhang mga benepisyo sa pagpapatakbo, pangkapaligiran, at pang-ekonomiya. Ang tumpak na kontrol sa temperatura at pinababang oras ng pagkatunaw ay nag-ambag sa mas mataas na kalidad ng mga casting na may mas kaunting mga depekto. Ang mga pagpapabuti ng kahusayan sa enerhiya ay nakabawas sa parehong mga gastos sa pagpapatakbo at epekto sa kapaligiran. Bukod pa rito, ang pinabuting kondisyon sa pagtatrabaho at pinababang mga kinakailangan sa paggawa ay may positibong epekto sa kasiyahan at produktibidad ng mga manggagawa.