Rast Studimi: Procesi i shkrirjes së aluminit me induksion

Objektiv

Për të shkrirë në mënyrë efikase mbetjet dhe kanaçet e aluminit duke përdorur teknologjia e ngrohjes së induksionit, duke arritur efikasitet optimal të energjisë duke ruajtur aluminin e shkrirë me cilësi të lartë në temperaturën e kërkuar për operacionet e derdhjes.

Pajisje

Gjenerator i ngrohjes me induksion: Kapaciteti 160 kW
Kapaciteti i Crucible: Furra e shkrirjes së aluminit 500 kg
Lloji i furrës: Furra hidraulike me induksion me pjerrësi
Sistemi i ftohjes: Qarku i ftohjes së kullës së mbyllur të ujit
Trajtimi i materialeve: Vinç i sipërm (kapaciteti 2 ton)
Pajisje sigurie: Pajisjet e monitorimit të temperaturës, sistemi i mbylljes emergjente, pajisjet mbrojtëse personale
Sistemi i filtrimit: Filtra shkumë qeramike për pastrimin e aluminit të shkrirë
Sistemi i shkarkimit: Aspirator për nxjerrjen e tymit me filtrim

Sistemi i Kontrollit

Procesi menaxhohet nga një sistem PLC (Programmable Logic Controller) që përmban:

Kontrollues Allen-Bradley CompactLogix
Ndërfaqja e ekranit me prekje HMI me paraqitje grafike të parametrave të procesit
Monitorimi në kohë reale i:
- Fuqia hyrëse (kW)
- Rryma e spirales (A)
- Frekuenca (kHz)
- Temperatura e ftohjes së ujit (hyrje/dalje)
- Temperatura e metalit nëpërmjet termoelementit
Aftësitë e regjistrimit të të dhënave për optimizimin e procesit
Sistemet e alarmit për kushte jonormale të funksionimit
Mënyra të shumta funksionimi (manuale, gjysmë automatike, automatike)
Magazinimi i recetave për lloje të ndryshme të aliazhit të aluminit

Spirale induksioni

Design: Spirale spirale me shumë kthesa e projektuar me porosi
ndërtimi: Tub bakri të ftohur me ujë (diametri 25 mm)
Kthehet: 12 rrotullime me hapësirë të optimizuar për ngrohje uniforme
Izolimi: Izolim me fibra qeramike me temperaturë të lartë (vlerësuar deri në 1200°C)
Mbrojtja e spirales: Veshje qeramike kundër spërkatjes
Lidhjet elektrike: Shufra autobusi prej bakri të veshur me argjend
Sistemi i ftohjes: Qarku i dedikuar i ujit me monitorë të rrjedhës (shkalla minimale e rrjedhës: 45 L/min)

frekuencë

Frekuenca e funksionimit: 8 kHz
Zgjedhur për thellësi optimale të depërtimit në alumin (afërsisht 3.5 mm)
Stabiliteti i frekuencës ruhet brenda ±0.2 kHz gjatë funksionimit
Rregullimi automatik i frekuencës bazuar në kushtet e ngarkesës

material

Crucible: Enë grafiti me densitet të lartë me presion isostatikisht
- Trashësia e murit: 50 mm
- Jeta e shërbimit: afërsisht 100 cikle shkrirjeje
- Përçueshmëria termike: 120 W/(m·K)
Materialet e ngarkimit:
- Skrapi i nxjerrjes së aluminit (70%)
- Kuti pijesh prej alumini të përdorura (20%)
- Turnesat e makinës së aluminit (10%)
- Madhësia mesatare e materialit: 50-200 mm

temperaturë

Temperatura e synuar e shkrirjes: 720°C (±10°C)
Temperatura fillestare e karikimit: 25°C (ambient)
Shkalla e ngrohjes: afërsisht 10°C/minutë
Verifikimi i temperaturës: Termoelement zhytës (tipi K) me lexim dixhital
Mbinxehja mbahet për 20 minuta para derdhjes
Kufiri maksimal i temperaturës: 760°C (për të parandaluar oksidimin e tepërt)

Konsumi energjisë

Konsumi mesatar i energjisë: 378 kWh/ton
Faktori i fuqisë: 0.92 (me korrigjim të faktorit të fuqisë)
Ndarja specifike e energjisë:
- Energjia teorike e nevojshme për shkrirjen e aluminit: 320 kWh/ton
- Humbjet e nxehtësisë: 58 kWh/ton
Efikasiteti i sistemit: 84.7%

Proces

Faza e procesit	Koha (min)	Fuqia hyrëse (kW)	Temperatura (° C)	Vëzhgimet
Ngarkesa fillestare	0	0	25	500 kg skrap alumini të ngarkuar
Nxehja paraprake	0-15	80	25-200	Rritja graduale e fuqisë për të hequr lagështinë
Faza e ngrohjes 1	15-35	140	200-550	Materiali fillon të shembet
Faza e ngrohjes 2	35-55	160	550-720	Ndodh shkrirja e plotë
Mbajtja e temperaturës	55-75	40	720	Ruajtja e temperaturës së synuar
Shtimi i fluksit	60	40	720	0.5% fluks i shtuar për të hequr papastërtitë
degassing	65	40	720	Pastrimi i gazit të azotit për 5 minuta
Marrja e mostrave dhe analiza	70	40	720	Verifikimi i përbërjes kimike
derdhje	75-85	0	720-700	Derdhja e kontrolluar në kallëpe
Pastrimi i furrës	85-100	0	-	Heqja e skorjes, inspektimi i kavanozit

tregim

Operacioni i shkrirjes së aluminit në XYZ Foundry demonstron efektivitetin e shkrirjes me induksion për riciklimin e mbetjeve dhe kanaçeve të aluminit. Procesi fillon me renditjen dhe përgatitjen e kujdesshme të materialeve të ngarkimit për të hequr ndotësit si bojërat, veshjet dhe materialet e huaja që mund të ndikojnë në cilësinë e shkrirjes.

Gjatë një cikli tipik shkrirjeje, ngarkesa prej 500 kg ngarkohet në kavanozin e grafitit të pozicionuar brenda spirales së induksionit. Sistemi PLC fillon një sekuencë të programuar të rritjes së fuqisë për të parandaluar goditjen termike në kavanoz. Ndërsa fuqia rritet, fusha elektromagnetike shkakton rryma vorbullash në alumin, duke gjeneruar nxehtësi nga brenda vetë metalit.

Faza fillestare e paranxehjes është kritike për heqjen e lagështirës dhe substancave të paqëndrueshme. Ndërsa temperatura i afrohet 660°C (pika e shkrirjes së aluminit), materiali fillon të shembet dhe të formojë një pellg të shkrirë. Operatori monitoron procesin përmes ndërfaqes HMI, duke bërë rregullime sipas nevojës bazuar në të dhënat në kohë reale.

Veçanërisht, analiza e të dhënave zbulon se funksionimi më efikas në energji ndodh gjatë fazës kryesore të ngrohjes, ku shfrytëzimi i energjisë arrin efikasitetin maksimal. Konsumi i energjisë prej 378 kWh/ton përfaqëson një përmirësim 15% krahasuar me furrat e mëparshme të shkrirjes me gaz të objektit.

Uniformiteti i temperaturës përgjatë shkrirjes është i shkëlqyeshëm për shkak të efektit nxitës natyror të krijuar nga fusha elektromagnetike. Kjo eliminon nevojën për trazim mekanik dhe redukton formimin e oksideve. Sistemi i ftohjes me qark të mbyllur ruan temperaturat optimale të funksionimit për spiralen e induksionit dhe komponentët elektrikë, duke rikuperuar nxehtësinë e mbetur për ngrohjen paraprake të materialeve hyrëse.

Pas arritjes së temperaturës së synuar prej 720°C, shtohet fluksi për të lehtësuar heqjen e përfshirjeve jometalike. Pastrimi i gazit të azotit përmes një shtese grafiti redukton përmbajtjen e hidrogjenit, duke minimizuar porozitetin e mundshëm në derdhjet përfundimtare. Para derdhjes, merren mostra për të verifikuar përbërjen kimike dhe për të bërë çdo rregullim të nevojshëm.

Mekanizmi hidraulik i animit lejon kontrollin e saktë të derdhjes, duke reduktuar turbulencën dhe formimin e oksideve gjatë procesit të derdhjes. I gjithë operacioni përfundon brenda 100 minutave nga fillimi i ftohtë deri në derdhjen e fundit, duke përfaqësuar një kursim të konsiderueshëm të kohës në krahasim me metodat tradicionale.

Rezultatet / Përfitimet

Parametër	Sistemi i mëparshëm me gaz	Sistemi i induksionit	përmirësim
Konsumi i energjisë (kWh/ton)	445	378	% Reduktim 15
Koha e shkrirjes (min/500 kg)	140	100	% Reduktim 29
Humbje metalike (%)	5.2	2.8	% Reduktim 46
Uniformiteti i temperaturës (±°C)	± 25	± 10	60% përmirësim
Emetimet e CO₂ (kg/ton Al)	142	64 *	% Reduktim 55
Orari i punës (orë/ton)	1.8	0.9	% Reduktim 50
Kostoja vjetore e mirëmbajtjes ($)	$32,500	$18,700	% Reduktim 42
Kapaciteti prodhues (ton/ditë)	4.2	6.0	Rritja 43%
Cilësia e produktit (shkalla e defektit %)	3.5	1.2	% Reduktim 66
Temperatura e vendit të punës (°C)	38	30	21% përmirësim

*Bazuar në përzierjen e prodhimit lokal të energjisë elektrike

Zbatimi i sistemi i shkrirjes me induksion ka sjellë përfitime të rëndësishme operacionale, mjedisore dhe ekonomike. Kontrolli i saktë i temperaturës dhe koha e reduktuar e shkrirjes kanë kontribuar në derdhjet me cilësi më të lartë me më pak defekte. Përmirësimet e efiçencës së energjisë kanë reduktuar si kostot operative ashtu edhe ndikimin mjedisor. Për më tepër, përmirësimi i kushteve të punës dhe kërkesave të reduktuara për punë kanë ndikuar pozitivisht në kënaqësinë dhe produktivitetin e fuqisë punëtore.