Casestudie: Induktions-aluminiumsmelteproces

Objektiv

Til effektivt at smelte aluminiumsrester og dåser ved hjælp af induktionsopvarmningsteknologi, der opnår optimal energieffektivitet, samtidig med at smeltet aluminium af høj kvalitet opretholdes ved den nødvendige temperatur til støbeoperationer.

Udstyr

• Induktionsvarmegenerator: 160 kW kapacitet
• Digelkapacitet: 500 kg aluminium smelteovn
• Ovn type: Hydraulisk vippeinduktionsovn
• Kølesystem: Lukket kølekredsløb for vandtårnet
• Materialehåndtering: Løftekran (kapacitet på 2 ton)
• Sikkerhedsudstyr: Temperaturovervågningsudstyr, nødstopsystem, personlige værnemidler
• Filtreringssystem: Keramiske skumfiltre til rensning af smeltet aluminium
• Udstødningssystem: Stinkskab med filtrering
  

  

Kontrolsystem

Processen styres af et PLC (Programmable Logic Controller) system med:

• Allen-Bradley CompactLogix controller
• HMI touchscreen interface med grafisk repræsentation af procesparametre
• Realtidsovervågning af:
  • Indgangseffekt (kW)
  • Spolestrøm (A)
  • Frekvens (kHz)
  • Vandkølende temperatur (indløb/udløb)
  • Metaltemperatur via termoelement
• Datalogningsfunktioner til procesoptimering
• Alarmsystemer til unormale driftsforhold
• Flere driftstilstande (manuel, halvautomatisk, automatisk)
• Opbevaring af opskrifter til forskellige aluminiumslegeringstyper

Induktionsspole

• Design: Specialdesignet spiralformet spiral med flere drejninger
• Konstruktion: Vandkølet kobberrør (25 mm diameter)
• Drejninger: 12 omgange med optimeret afstand for ensartet opvarmning
• Isolering: Højtemperatur keramisk fiberisolering (vurderet til 1200°C)
• Spolebeskyttelse: Anti-stænk keramisk belægning
• Elektriske forbindelser: Forsølvede kobberskinne
• Kølesystem: Dedikeret vandkredsløb med flowmonitorer (minimum flowhastighed: 45 l/min)

Frekvens

• Driftsfrekvens: 8 kHz
• Udvalgt til optimal indtrængningsdybde i aluminium (ca. 3.5 mm)
• Frekvensstabilitet opretholdt inden for ±0.2 kHz under drift
• Automatisk frekvensjustering baseret på belastningsforhold

Materiale

• Digel: Højdensitets isostatisk presset grafitdigel
  • Vægtykkelse: 50 mm
  • Levetid: ca. 100 smeltecyklusser
  • Termisk ledningsevne: 120 W/(m·K)
• Opladningsmaterialer:
  • Aluminiumsekstruderingsskrot (70 %)
  • Brugte drikkevaredåser i aluminium (20 %)
  • Maskindrejning af aluminium (10 %)
  • Gennemsnitlig materialestørrelse: 50-200 mm

Temperatur

• Mål smeltetemperatur: 720°C (±10°C)
• Starttemperatur: 25°C (omgivelsestemperatur)
• Opvarmningshastighed: ca. 10°C/minut
• Temperaturverifikation: Nedsænket termoelement (K-type) med digital udlæsning
• Overophedning opretholdes i 20 minutter før hældning
• Maksimal temperaturgrænse: 760°C (for at forhindre overdreven oxidation)

Energiforbrug

• Gennemsnitligt energiforbrug: 378 kWh/ton
• Effektfaktor: 0.92 (med effektfaktorkorrektion)
• Specifik energinedbrydning:
  • Teoretisk energi krævet til aluminiumssmeltning: 320 kWh/ton
  • Varmetab: 58 kWh/ton
• Systemeffektivitet: 84.7 %

Proces

narrative

Aluminiumsmelteoperationen på XYZ Foundry demonstrerer effektiviteten af ​​induktionssmeltning til genbrug af aluminiumsrester og dåser. Processen begynder med omhyggelig sortering og klargøring af ladningsmaterialerne for at fjerne forurenende stoffer som maling, belægninger og fremmedmaterialer, der kan påvirke smeltekvaliteten.

Under en typisk smeltecyklus fyldes 500 kg ladningen i grafitdigelen, der er placeret i induktionsspolen. PLC-systemet starter en programmeret effektrampe-op-sekvens for at forhindre termisk stød til diglen. Efterhånden som strømmen øges, inducerer det elektromagnetiske felt hvirvelstrømme i aluminiumet, der genererer varme inde fra selve metallet.

Den indledende forvarmningsfase er kritisk for at fjerne fugt og flygtige stoffer. Når temperaturen nærmer sig 660°C (aluminiums smeltepunkt), begynder materialet at kollapse og danne en smeltet pool. Operatøren overvåger processen gennem HMI-grænsefladen og foretager justeringer efter behov baseret på realtidsdata.

Dataanalysen afslører især, at den mest energieffektive drift sker i hovedopvarmningsfasen, hvor strømudnyttelsen når maksimal effektivitet. Energiforbruget på 378 kWh/ton repræsenterer en forbedring på 15 % i forhold til anlæggets tidligere gasfyrede smelteovne.

Temperaturens ensartethed over smelten er fremragende på grund af den naturlige omrøringseffekt skabt af det elektromagnetiske felt. Dette eliminerer behovet for mekanisk omrøring og reducerer oxiddannelse. Det lukkede kølesystem opretholder optimale driftstemperaturer for induktionsspolen og de elektriske komponenter, og genvinder spildvarme til forvarmning af indkommende materialer.

Efter at have nået måltemperaturen på 720°C tilsættes flusmiddel for at lette fjernelsen af ​​ikke-metalliske indeslutninger. Nitrogengasrensning gennem en grafitlanse reducerer brintindholdet, hvilket minimerer potentiel porøsitet i de endelige støbegods. Før hældning udtages prøver for at verificere den kemiske sammensætning og foretage de nødvendige justeringer.

Den hydrauliske vippemekanisme giver mulighed for præcis hældekontrol, hvilket reducerer turbulens og oxiddannelse under støbeprocessen. Hele operationen er afsluttet inden for 100 minutter fra koldstart til færdig hældning, hvilket repræsenterer en betydelig tidsbesparelse sammenlignet med traditionelle metoder.

Resultater / Fordele

*Baseret på lokalt elproduktionsmix

Gennemførelsen af induktionssmeltesystem har leveret betydelige driftsmæssige, miljømæssige og økonomiske fordele. Den præcise temperaturstyring og reducerede smeltetid har bidraget til støbegods af højere kvalitet med færre fejl. Energieffektiviseringer har reduceret både driftsomkostninger og miljøbelastning. Derudover har de forbedrede arbejdsforhold og reducerede arbejdskraftkrav positivt påvirket arbejdsstyrkens tilfredshed og produktivitet.