Wuxi Wondery Industry Equipment Co., Ltd

I. Tło projektu i specyfikacje sprzętu Niniejsze studium przypadku dotyczy średniej częstotliwości pieca indukcyjnego do topienia, model WDL-KGPS-1000, o mocy znamionowej 1 tony i maksymalnej pojemności 1,2 tony, przeznaczonego do topienia aluminium. Urządzenie wykorzystuje średniej częstotliwości ogrzewanie indukcyjne i jest wyposażone w hydrauliczny system przechylania do rozładunku stopionego aluminium. System elektryczny jest skonfigurowany do zasilania trójfazowego 380V/50Hz, z trójfazowym prostownikiem sześciopulsowym i połączonym równolegle falownikiem. W porównaniu do pieca o pojemności 0,8 tony z poprzedniego studium przypadku, to urządzenie posiada korpus pieca zaprojektowany na maksymalną pojemność 1,2 tony, ze zwiększoną mocą znamionową zasilacza do 600 kW przy zachowaniu tej samej częstotliwości wyjściowej 1000 Hz. Taka konfiguracja – z mocą nieco przekraczającą znamionowe zapotrzebowanie pieca – zapewnia margines dla zwiększenia szybkości topienia. II. System zasilania średniej częstotliwości KGPS System zasilania wykorzystuje tyrystorowy zasilacz średniej częstotliwości KGPS, o mocy znamionowej 600 kW, napięciu wyjściowym średniej częstotliwości 1500 V i częstotliwości wyjściowej 1000 Hz. Współczynnik mocy przekracza 0,9, a wskaźnik sukcesu rozruchu wynosi 100%. Sekcja prostownika to trójfazowy mostek pełnostabilizowany, z obwodem sterowania wykorzystującym architekturę cyfrowej płyty sterującej ósmej generacji. Podstawowe funkcje sterowania obejmują sterowanie stałą mocą, miękki start z zerowym ciśnieniem i zmienną częstotliwością oraz sprzężenie zwrotne napięcia i prądu w podwójnej pętli. Rozruch z zerowym ciśnieniem i zmienną częstotliwością oznacza, że system automatycznie skanuje od wysokiej częstotliwości w dół podczas rozruchu, ustanawiając oscylacje średniej częstotliwości po znalezieniu punktu rezonansowego obciążenia – podejście to pozwala uniknąć wrażliwości na zmiany parametrów obciążenia, które są nieodłączne w tradycyjnych metodach rozruchu z oddzielnym wzbudzeniem. System ochrony obejmuje warunki przetężenia, przepięcia, niedociążenia, podnapięcia, utraty wody i zaniku fazy. Gdy jakikolwiek parametr ochrony przekroczy ustawiony próg, system automatycznie blokuje wyjście impulsowe i odłącza zasilanie obwodu głównego. Szafa zasilająca zawiera pełne odczyty napięcia, prądu i mocy wraz ze wskaźnikami stanu. Szafa kondensatorów zapewnia równoległą kompensację średniej częstotliwości, zmniejszając straty mocy biernej w liniach dystrybucyjnych i poprawiając współczynnik mocy systemu. Pojemność banku kondensatorów jest dopasowana do częstotliwości rezonansowej cewki indukcyjnej, zapewniając pracę w pobliżu punktu rezonansowego w warunkach znamionowych. III. Konstrukcja cewki indukcyjnej i ekranowanie jarzma magnetycznego Cewka indukcyjna jest kluczowym elementem konwersji energii, wykonanym z miedzi T2 o grubości ścianki 5 mm. Po podłączeniu zasilania cewka generuje zmienne pole magnetyczne o częstotliwości 1000 Hz, które indukuje prądy wirowe w ładunku metalowym w palenisku pieca, generując ciepło. Konstrukcja cewki opiera się na zasadach pola elektromagnetycznego i jest weryfikowana za pomocą dedykowanego oprogramowania komputerowego, z odchyleniem między rzeczywistą mocą roboczą a mocą projektową kontrolowanym w granicach 5%. Izolacja międzyzwojowa jest wykonywana przy użyciu zaawansowanych technik izolacyjnych, z dedykowaną technologią mocowania zmniejszającą wibracje osiowe cewki. Wewnętrzna ściana cewki jest natryskiwana importowanymi materiałami izolacyjnymi odpornymi na wysokie temperatury, a system alarmowy wycieku wyłożenia pieca jest zainstalowany – gdy stopiony aluminium przeniknie do warstwy cewki, system alarmowy wykrywa to wcześnie i sygnalizuje stan, zapobiegając incydentom przebicia pieca. Na wewnętrznej powierzchni cewki nanoszona jest powłoka ogniotrwała o grubości od 10 do 15 mm. Powłoka ta pełni dwie funkcje: ułatwia budowę wyłożenia pieca i zapobiega deformacji termicznej wyłożenia, która wpływałaby na żywotność. Jarzma magnetyczne mają konstrukcję o profilu półksiężycowym, laminowane z blach stalowych krzemowych walcowanych na zimno i mocowane za pomocą stalowych listew ze stali nierdzewnej. Powierzchnia styku między jarzmem a zewnętrzną powierzchnią cewki jest zakrzywiona, zapewniając kontakt powierzchniowy zamiast liniowego, co zapewnia lepszą wydajność mocowania i zmniejsza wyciek strumienia magnetycznego. Blachy stalowe krzemowe są wzmocnione dedykowanymi listwami zamiast śrub przelotowych, maksymalizując efektywny obszar magnetyczny i zmniejszając lokalne nagrzewanie. Jarzma magnetyczne jednocześnie ekranują wyciek strumienia magnetycznego, zapobiegają nagrzewaniu korpusu pieca oraz podtrzymują i mocują cewkę indukcyjną. IV. Hydrauliczny system przechylania Przechylanie pieca jest napędzane przez system hydrauliczny z dwoma siłownikami rozmieszczonymi po obu stronach korpusu pieca do podnoszenia, a powrót pieca odbywa się grawitacyjnie. Stacja hydrauliczna jest wyposażona w podwójne silniki i podwójne pompy – jedna w użyciu, druga w trybie gotowości, z możliwością automatycznego przełączania. Zbiornik paliwa jest w pełni zamknięty i spawany, aby zapobiec wyciekom oleju hydraulicznego. Zakres kąta przechylania wynosi od 0 do 95 stopni, z płynną pracą bez wstrząsów i pełzania, regulowaną prędkością i możliwością zatrzymania w dowolnej pozycji. Operacja przechylania jest sterowana za pomocą zaworów ręcznych, co jest odpowiednie dla procesów odlewania wymagających precyzyjnej kontroli objętości wylewanego stopionego aluminium. V. Konstrukcja korpusu pieca Obudowa pieca przyjmuje konstrukcję stalową, składającą się ze stałej podstawy montażowej i przechylnego korpusu pieca, a ogólna konfiguracja ramy zapewnia sztywność. Stosunek średnicy paleniska do wysokości został zoptymalizowany za pomocą analizy komputerowej – zwiększony stosunek poprawia naturalny współczynnik mocy i zwiększa wydajność elektryczną. Korpus pieca jest zaprojektowany z pojemnością wyłożenia 3000 kg do topienia 1000 kg aluminium, co oznacza, że objętość paleniska ma znaczący margines w stosunku do mocy znamionowej, ułatwiając operacje ładowania i zmniejszając ryzyko rozlania. VI. Grafitowy tygiel i system chłodzenia wodnego Tygiel jest wykonany z grafitu, z zalecanym okresem eksploatacji od 4 do 6 miesięcy, w zależności od warunków pracy, w tym metody ładowania, zakresu utrzymywania temperatury topnienia i częstotliwości usuwania żużla. Kable chłodzone wodą są wykonane z wielożyłowego drutu miedzianego beztlenowego TU1, osłoniętego gumową rurką ognioodporną o wysokiej wytrzymałości, z złączami formowanymi na zimno. Strona zasilania wymaga przepływu wody chłodzącej nie mniejszego niż 12 m³/h, podczas gdy strona korpusu pieca wymaga nie mniej niż 22 m³/h. Temperatura wody wylotowej po stronie zasilania nie powinna przekraczać 35°C, a po stronie korpusu pieca nie powinna przekraczać 45°C, przy ciśnieniu wody wlotowej utrzymywanym między 0,15 a 0,35 MPa. System chłodzenia wodnego jest wyposażony w zamkniętą wieżę chłodniczą, zbiorniki na wodę i szafę sterowniczą, tworząc niezależną pętlę chłodzenia cyrkulacyjnego.

I. Tło projektu i specyfikacje sprzętu Niniejsze studium przypadku dotyczy średniej częstotliwości pieca indukcyjnego do topienia, model WDL-KGPS-800, o mocy znamionowej 0,8 tony i maksymalnej pojemności 0,96 tony, przeznaczonego do topienia aluminium. Urządzenie wykorzystuje średniej częstotliwości ogrzewanie indukcyjne i jest wyposażone w hydrauliczny system przechylania do rozładunku stopionego aluminium. System elektryczny jest skonfigurowany do zasilania trójfazowego 380V/50Hz, z trójfazowym prostownikiem sześciopulsowym i połączonym równolegle falownikiem. Kluczowe cechy techniczne tego urządzenia leżą w połączeniu systemu zasilania średniej częstotliwości KGPS i stalowej obudowy pieca z hydraulicznym systemem przechylania, stanowiąc rozwiązanie do topienia indukcyjnego o średniej pojemności, odpowiednie do pracy w odlewniach. II. System zasilania średniej częstotliwości KGPS System zasilania wykorzystuje tyrystorowy zasilacz średniej częstotliwości KGPS, który dojrzewał przez ponad dekadę ciągłego rozwoju technologicznego. Sekcja prostownika to trójfazowy mostek w pełni sterowany, ze średniej częstotliwości napięciem wyjściowym 1500 V, mocą znamionową 500 kW i częstotliwością wyjściową 1000 Hz. Współczynnik mocy przekracza 0,9, a wskaźnik sukcesu rozruchu wynosi 100%, co oznacza, że oscylacje średniej częstotliwości mogą być niezawodnie ustanowione przy każdej próbie rozruchu. Obwód sterowania wykorzystuje architekturę cyfrowej płyty sterującej ósmej generacji, charakteryzującą się stałą kontrolą mocy, miękkim startem przy zerowym ciśnieniu i zmiennej częstotliwości oraz podwójnym sprzężeniem zwrotnym napięcia i prądu. System ochrony obejmuje warunki nadprądowe, przepięciowe, podprądowe, podnapięciowe, utraty wody i utraty fazy. Gdy jakikolwiek parametr przekroczy ustawiony próg, system automatycznie blokuje wyjście impulsowe i odłącza zasilanie obwodu głównego. Szafa zasilająca i szafa kondensatorów są rozmieszczone oddzielnie. Szafa kondensatorów zapewnia średniej częstotliwości kompensację równoległą, poprawiając współczynnik mocy systemu i zmniejszając straty transmisji mocy biernej na liniach dystrybucyjnych. Pojemność banku kondensatorów jest dopasowana do częstotliwości rezonansowej cewki indukcyjnej, zapewniając pracę w pobliżu punktu rezonansowego w warunkach znamionowych dla optymalnej sprawności wyjściowej mocy. III. Konstrukcja cewki indukcyjnej i ekranowanie jarzma magnetycznego Cewka indukcyjna jest kluczowym elementem konwersji energii w piecu średniej częstotliwości. Po podłączeniu zasilania, cewka generuje silne pole magnetyczne zmienne, które indukuje prądy wirowe w ładunku metalu w komorze pieca, generując ciepło. Materiał cewki to miedź T2 o grubości ścianki 5 mm, wykonana jako spiralna rura. Konstrukcja cewki opiera się na analizie pola elektromagnetycznego metodą elementów skończonych, z odchyleniem między rzeczywistą mocą roboczą a mocą projektową kontrolowanym w granicach 5%. Cewka wykorzystuje zaawansowaną technologię izolacji międzyzwojowej, z dedykowaną technologią mocowania w celu zmniejszenia wibracji osiowych. Wewnętrzna ściana cewki jest pokryta importowanymi materiałami izolacyjnymi odpornymi na wysokie temperatury, a system alarmowy wycieku z pieca jest zainstalowany w celu wykrycia ryzyka przesiąkania stopionego aluminium. Na wewnętrznej powierzchni cewki naniesiona jest powłoka ogniotrwała o grubości od 10 do 15 mm, która pełni dwie funkcje: ułatwia budowę wyłożenia pieca i zapobiega deformacji termicznej wyłożenia, która wpływałaby na żywotność. Jarzma magnetyczne mają konstrukcję o profilu półksiężycowym, laminowane z blach stalowych krzemowych walcowanych na zimno i mocowane za pomocą szyn ze stali nierdzewnej. Powierzchnia styku między jarzmem a zewnętrzną powierzchnią cewki jest zakrzywiona, zapewniając kontakt powierzchniowy, a nie liniowy, co zapewnia lepszą wydajność mocowania i zmniejsza wyciek strumienia magnetycznego. Blachy stalowe krzemowe są wzmocnione dedykowanymi szynami zamiast śrub przelotowych, maksymalizując efektywną powierzchnię magnetyczną blach i zmniejszając lokalne nagrzewanie. Jarzma magnetyczne służą do ekranowania wycieku strumienia magnetycznego, zapobiegania nagrzewaniu się korpusu pieca, podtrzymywania i mocowania cewki indukcyjnej oraz poprawy ogólnej sprawności systemu. IV. Hydrauliczny system przechylania Przechylanie pieca jest napędzane przez system hydrauliczny z dwoma siłownikami rozmieszczonymi po obu stronach korpusu pieca do podnoszenia. Powrót pieca odbywa się grawitacyjnie. Stacja hydrauliczna jest wyposażona w podwójne silniki i podwójne pompy – jedną w użyciu i jedną w trybie gotowości, z możliwością automatycznego przełączania. Zbiornik paliwa jest w pełni zamknięty i spawany, bez otworów oprócz bocznych i portów rurowych, aby zapobiec wyciekom oleju hydraulicznego. Konsola hydraulicznego systemu przechylania wykorzystuje ręczną obsługę zaworów, z zakresem kąta przechylania od 0 do 95 stopni. Działanie jest płynne, bez wstrząsów i pełzania, z regulowaną prędkością i możliwością zatrzymania w dowolnej pozycji. Taka konstrukcja jest odpowiednia do zastosowań odlewniczych wymagających precyzyjnej kontroli objętości wylewanego stopionego aluminium. V. Konstrukcja korpusu pieca Obudowa pieca przyjmuje konstrukcję stalową, składającą się z nieruchomej podstawy montażowej i przechylnego korpusu pieca, a ogólna konfiguracja ramy zapewnia sztywność. Stosunek średnicy do wysokości komory pieca został zoptymalizowany za pomocą analizy komputerowej, przyjmując zaawansowane międzynarodowe zasady projektowania profili pieców – zwiększony stosunek poprawia naturalny współczynnik mocy i zwiększa sprawność elektryczną. Nad górną sekcją pieca zainstalowana jest zamknięta pokrywa do zbierania pyłu, która wychwytuje dymy i cząstki stałe powstające podczas topienia. VI. Grafitowy tygiel i kable chłodzone wodą Tygiel jest wykonany z grafitu, oferując dobrą zgodność chemiczną z topionym aluminium. Okres eksploatacji tygla wskazany w ofercie wynosi od 4 do 6 miesięcy, w zależności od warunków pracy, w tym metody ładowania, temperatury topnienia i praktyk usuwania żużla. Kable chłodzone wodą są wykonane z wielożyłowego drutu miedzianego beztlenowego TU1, osłoniętego w gumowej rurze ognioodpornej o wysokiej wytrzymałości, z złączami formowanymi na zimno zapewniającymi dobrą przewodność elektryczną i wytrzymałość na rozciąganie. Strona zasilania wymaga przepływu wody chłodzącej nie mniejszego niż 12 m³/h, podczas gdy strona korpusu pieca wymaga nie mniej niż 20 m³/h. Temperatura wody wylotowej po stronie zasilania nie powinna przekraczać 35°C, a po stronie korpusu pieca nie powinna przekraczać 45°C, przy ciśnieniu wody wlotowej utrzymywanym między 0,15 a 0,35 MPa. System chłodzenia wodnego jest wyposażony w zamkniętą wieżę chłodniczą, zbiorniki na wodę i szafę sterowniczą, tworząc niezależną pętlę chłodzenia cyrkulacyjnego. VII. Parametry wydajności procesu Moc znamionowa wynosi 0,8 tony, z maksymalną pojemnością 0,96 tony, a znamionowa temperatura poboru wynosi 780°C. Czas topienia wynosi około 60 minut na piec, z dopuszczalnym odchyleniem ±5%. Na tej podstawie cykl od zimnego ładowania do osiągnięcia temperatury poboru wynosi około 1 godziny, co odpowiada szybkości topienia około 0,8 tony na godzinę. Przy mocy znamionowej 500 kW, jednostkowe zużycie energii wynosi około 625 kWh na tonę aluminium, co mieści się w typowym zakresie wydajności dla średniej częstotliwości pieców indukcyjnych do topienia.

I. Szczegóły dotyczące projektu i specyfikacji wyposażenia Badanie przypadku dotyczy pieca stopowego aluminiowego z napędem elektrycznym przeznaczonego do rynku jemeńskiego, modelu WDL-GRQ-1500.Urządzenie jest przeznaczone do topienia metali innych niż żelaza i stopów o niskich punktach topnienia, z stopami aluminium jako typowym materiałem przetwórczym. Piec ma pojemność znamionową 1500 kg i wykorzystuje ogrzewanie elektryczne o oporności,wyposażone w hydrauliczny układ nachylania do rozładowywania stopionego aluminium. Układ elektryczny jest skonfigurowany do trójfazowego zasilania 380V/50Hz, z mocą sterowania 220V/50Hz, przy użyciu trójfazowego pięciodrukowego połączenia.Kupujący musi zapewnić stabilne źródło zasilania z wahaniem napięcia w zakresie ± 10% i wahaniem częstotliwości nieprzekraczającym ±3 Hz.Ten warunek zgodności z siecią wymaga weryfikacji w stosunku do lokalnej sytuacji w zakresie dostaw energii przemysłowej w Jemenie przed instalacją. II. Struktura pieca i konfiguracja ogniotrwała Obudowa pieca jest zbudowana z płyt stalowych i stali sekcjonalnej spawanej w strukturę cylindryczną, z ciągłymi spawaniami o pełnym przeniknięciu we wszystkich obszarach łączenia, aby zapewnić integralność powłoki.Okładka jest podzielona na dwie funkcjonalnie oddzielne strefy: ściana boczna i dno pieca. Obudowa ścian bocznych ma strukturę kompozytową: wewnętrzna warstwa składa się z modułów z włókien silikatowych aluminium jako izolacji,z warstwą roboczą wykonaną z superlżejszych ogniotrwałych cegieł o gęstości 00,6 g/cm3 Proszek vermikulity jest napełniany do złączy cegieł i podłoża w celu zmniejszenia przewodności cieplnej.są wbudowane w ścianę boczną i sterowane jako jedna strefa, co oznacza, że cała komora pieca wykorzystuje tylko jedną strefę regulacji temperatury, nadaje się do scenariuszy, w których nie jest wymagana jednolitość ekstremalnej temperatury, ale preferowana jest uproszczona kontrola. Podłoga pieca jest zbudowana z materiału, który może się uformować.monolityczna konstrukcja odlewana zapewnia dłuższą żywotność pod względem odporności na aluminium i wstrząsy cieplneW dolnej części ściany bocznej znajduje się otwór awaryjny, umożliwiający awaryjne opróżnianie w przypadku wycieku aluminium, służący jako zabezpieczenie dla pieców stopieniowych. III. Grafit grzejnik i system ogrzewania Grzejnik to grzejnik grafitowy marki Morgan, który cieszy się silnym uznaniem na rynku w sektorze topienia metali nieżelaznych.Żywotność tyglika wskazana w wniosku wynosi co najmniej 6 miesięcy, w zależności od rzeczywistych warunków pracy, w tym metody ładowania, zakresu utrzymania temperatury topnienia i częstotliwości usuwania odpadów. Podstawowym elementem systemu grzewczego jest drut odpornościowy OCr27A17MO2, stop grzewczy elektryczny z serii żelazo-chrom-aluminium o wysokiej rezystywności i dobrej odporności na utlenianie.W trybie sterowania pojedynczą strefą, nominalna moc grzewcza wynosi 200 kW, podłączona w konfiguracji gwiazdy z napięciem roboczym 380 V. Maksymalna temperatura pieca jest zaprojektowana na 850 °C,o temperaturze roboczej normalnej od 0 do 800°CCzas podgrzewania pustego pieca nie przekracza 3 godzin, co oznacza okres od temperatury otoczenia do górnej granicy temperatury roboczej. Stabilność temperatury jest określona w temperaturze ±3°C, osiągana przez system regulacji PID w standardowych warunkach pracy. IV. Konfiguracja układu sterowania elektrycznego Kabina sterująca wykorzystuje tirystory (SCR) jako podstawowe elementy sterujące, regulujące prąd wyjściowy poprzez regulację kąta przewodzenia.System wykorzystuje zaawansowany obwód sterowania uruchamianiem zmiany fazy dla ciągłej i płynnego regulacji mocy, zamiast zwykłej kontroli włączenia i wyłączenia. System regulacji temperatury wyposażony jest w dwie termopary: jedną do pomiaru temperatury atmosfery ogniska i drugą do pomiaru temperatury stopionego aluminium.Termokopla stosowana do pomiaru stopionego aluminium jest wyposażona w rurę ochronną z węglanu krzemowego w celu zapobiegania korozji chemicznej i fizycznej przez stopiony aluminiumSygnały z obu termoparów są przekazywane do dwóch kontrolerów temperatury pochodzenia tajwańskiego, z których jeden zapewnia funkcję regulacji PID. System sterowania zawiera wiele logik ochrony: gdy temperatura pieca przekracza ustaloną górną granicę lub występują anomalie prądu z powodu awarii,sterownik automatycznie zatrzymuje impulsową moc wyjściową i odcina zasilanieSystem zawiera również funkcję miękkiego startu z opóźnieniem startu około 0,5 sekundy,zaprojektowane w celu zmniejszenia wpływu prądu napędowego zarówno na sieć energetyczną, jak i elementy grzewcze podczas zimnego uruchamiania. Niżonapięciowe elementy elektryczne obejmują przełączniki, kontaktory i przekaźniki, pochodzące z CHINT lub Omron jako standardowe konfiguracje klasy przemysłowej. V. System hydraulicznego nachylenia Metodą wyładowania jest hydrauliczne nachylenie, w przeciwieństwie do stałego pieca z ręcznym odbijaniem.umożliwiające kontrolowane ilościowe wrzucanie stopionego aluminium z ustka piecaKonstrukcja ta jest odpowiednia dla scenariuszy, w których stopiony aluminium musi być bezpośrednio przenoszony do łodyg lub do otworów odlewowych,oferuje większą powtarzalność wyładowania i bezpieczeństwo pracy w porównaniu z ręcznym odbijaniem. System hydrauliczny składa się z jednostki napędowej hydraulicznej, cylindrów, grup zaworów sterujących i rur, które są połączone z układem sterującym elektrycznym.Kąt nachylenia i prędkość można ustawić za pośrednictwem panelu sterującego. VI. Podsumowanie parametrów wydajności procesu Pojemność znamionowa wynosi 1500 kilogramów,o szybkości topnienia około 450 do 500 kilogramów na godzinę, reprezentującą średnią szybkość wydobycia aluminium od naładowania na zimno do osiągnięcia temperatury roboczej i gotowości odlewuPrzy mocy ogrzewania 200 kW zużycie energii właściwej wynosi około 0,4 do 0,44 kWh na kilogram aluminium,w zakresie typowej wydajności pieców grzejnikowych podgrzewanych na opór.