Tilviksrannsókn: Induction álbræðsluferli

Markmið

Til að bræða álleifar og dósir á skilvirkan hátt með því að nota framkallahitunartækni, ná hámarks orkunýtni en viðhalda hágæða bráðnu áli við nauðsynlegan hita fyrir steypuaðgerðir.

búnaður

• Induction hitarafall: 160 kW afköst
• Deiglugeta: 500 kg álbræðsluofn
• Tegund ofns: Vökvakerfishallandi örvunarofn
• Kælikerfi: Lokað kælikerfi vatnsturns
• Meðhöndlun efnis: Loftkrani (2 tonna afköst)
• Öryggisbúnaður: Hitamælingartæki, neyðarstöðvunarkerfi, persónuhlífar
• Síunarkerfi: Keramik froðusíur til hreinsunar á bráðnu áli
• Útblásturskerfi: Útsogslok með síun
  

  

Stjórnandi kerfi

Ferlið er stjórnað af PLC (Programmable Logic Controller) kerfi sem inniheldur:

• Allen-Bradley CompactLogix stjórnandi
• HMI snertiskjáviðmót með myndrænni framsetningu á ferlibreytum
• Rauntíma eftirlit með:
  • Aflmagn (kW)
  • Spólustraumur (A)
  • Tíðni (kHz)
  • Vatnskælihitastig (inntak/úttak)
  • Málmhitastig með hitaeiningu
• Gagnaskráningarmöguleikar fyrir hagræðingu ferla
• Viðvörunarkerfi fyrir óeðlileg rekstrarskilyrði
• Margar rekstrarhamir (handvirk, hálfsjálfvirk, sjálfvirk)
• Uppskriftageymslur fyrir mismunandi álgerðir

Induksspólu

• Hönnun: Sérhannaður margsnúningur spólu
• Framkvæmdir: Vatnskælt koparrör (25 mm þvermál)
• Beygjur: 12 snúninga með fínstilltu bili fyrir jafna upphitun
• Einangrun: Háhita keramik trefjar einangrun (metin til 1200°C)
• Spóluvörn: Skvettvarnar keramikhúð
• Rafmagnstengingar: Silfurhúðaðar koparstangir
• Kælikerfi: Sérstök vatnsrás með flæðismælum (lágmarksrennsli: 45 l/mín.)

Tíðni

• Rekstrartíðni: 8 kHz
• Valið fyrir bestu inndælingardýpt í áli (u.þ.b. 3.5 mm)
• Tíðnistöðugleiki haldið innan ±0.2 kHz meðan á notkun stendur
• Sjálfvirk tíðnistilling byggð á hleðsluskilyrðum

efni

• Deigla: Háþéttni ísóstatískt pressuð grafítdeigla
  • Veggþykkt: 50 mm
  • Þjónustulíf: um það bil 100 bræðslulotur
  • Varmaleiðni: 120 W/(m·K)
• Hleðsluefni:
  • Útpressunarúrgangur úr áli (70%)
  • Notaðar drykkjardósir úr áli (20%)
  • Snúningar úr áli (10%)
  • Meðalefnisstærð: 50-200 mm

hitastig

• Markbræðsluhitastig: 720°C (±10°C)
• Upphafshiti: 25°C (umhverfis)
• Upphitunarhraði: um það bil 10°C/mín
• Sannprófun á hitastigi: Immersion thermocouple (K-gerð) með stafrænu útlestri
• Ofurhita haldið í 20 mínútur áður en hellt er
• Hámarkshitamörk: 760°C (til að koma í veg fyrir of mikla oxun)

Orkunotkun

• Meðalorkunotkun: 378 kWh/tonn
• Aflstuðull: 0.92 (með leiðréttingu aflstuðuls)
• Sérstök orkusundrun:
  • Fræðileg orka sem þarf til álbræðslu: 320 kWh/tonn
  • Varmatap: 58 kWh/tonn
• Kerfisnýtni: 84.7%

aðferð

Frásögn

Álbræðsluaðgerðin hjá XYZ Foundry sýnir skilvirkni örvunarbræðslu til að endurvinna álleifar og dósir. Ferlið hefst með vandlega flokkun og undirbúningi hleðsluefnanna til að fjarlægja mengunarefni eins og málningu, húðun og aðskotaefni sem gætu haft áhrif á bræðslugæði.

Í dæmigerðri bræðslulotu er 500 kg hleðslan hlaðin í grafítdeigluna sem er staðsett innan innrennslisspólunnar. PLC kerfið byrjar forritaða rafhlöðunarröð til að koma í veg fyrir hitalost í deiglunni. Þegar krafturinn eykst framkallar rafsegulsviðið hvirfilstrauma í álið og myndar hita innan úr málmnum sjálfum.

Fyrsti forhitunarfasinn er mikilvægur til að fjarlægja raka og rokgjörn efni. Þegar hitastigið nálgast 660°C (bræðslumark áls) byrjar efnið að hrynja saman og mynda bráðna laug. Rekstraraðili fylgist með ferlinu í gegnum HMI viðmótið og gerir breytingar eftir þörfum á grundvelli rauntímagagna.

Athygli vekur að gagnagreining leiðir í ljós að orkunýtnasta reksturinn á sér stað í aðalhitunarfasa þar sem orkunýtingin nær hámarksnýtingu. Orkunotkunin upp á 378 kWst/tonn er 15% framför frá fyrri gasknúnum bræðsluofnum verksmiðjunnar.

Einsleitni hitastigs yfir bræðsluna er frábær vegna náttúrulegra hræriáhrifa sem myndast af rafsegulsviðinu. Þetta útilokar þörfina á vélrænni hræringu og dregur úr oxíðmyndun. Kælikerfið með lokuðu lykkju viðheldur ákjósanlegu rekstrarhitastigi fyrir virkjunarspóluna og rafmagnsíhluti og endurheimtir úrgangshita til að forhita innkomandi efni.

Eftir að markmiðshitastigið er 720°C er náð, er flæði bætt við til að auðvelda fjarlægingu á málmlausum innfellingum. Hreinsun köfnunarefnisgass í gegnum grafítlans dregur úr vetnisinnihaldi og lágmarkar hugsanlega grop í lokasteypu. Áður en hellt er upp eru tekin sýni til að sannreyna efnasamsetningu og gera nauðsynlegar breytingar.

Vökvahallibúnaðurinn gerir ráð fyrir nákvæmri steypustýringu, dregur úr ókyrrð og oxíðmyndun meðan á steypuferlinu stendur. Öllu aðgerðinni er lokið á innan við 100 mínútum frá köldu byrjun til fullnaðar hellu, sem þýðir umtalsverðan tímasparnað miðað við hefðbundnar aðferðir.

Niðurstöður / Hagur

*Byggt á staðbundinni raforkuframleiðslublöndu

Framkvæmd af induction bræðslukerfi hefur skilað verulegum rekstrarlegum, umhverfislegum og efnahagslegum ávinningi. Nákvæm hitastýring og styttur bræðslutími hafa stuðlað að meiri gæðum steypu með færri galla. Endurbætur á orkunýtingu hafa dregið úr bæði rekstrarkostnaði og umhverfisáhrifum. Auk þess hafa bætt vinnuaðstæður og minni kröfur um vinnuafl haft jákvæð áhrif á ánægju og framleiðni starfsmanna.