I. Projektübersicht und Ausrüstungsspezifikationen
Diese Fallstudie befasst sich mit einem Mittelfrequenz-Induktionsschmelzofen, Modell WDL-KGPS-800, mit einer Nennkapazität von 0,8 Tonnen und einer maximalen Kapazität von 0,96 Tonnen, der für Aluminiumschmelzanwendungen konzipiert ist. Die Ausrüstung verwendet Mittelfrequenz-Induktionsheizung und ist mit einem hydraulischen Kippsystem zur Entnahme von geschmolzenem Aluminium ausgestattet. Das elektrische System ist für eine dreiphasige Stromversorgung von 380 V/50 Hz ausgelegt, mit einem dreiphasigen Sechs-Puls-Gleichrichter und einem parallel geschalteten Wechselrichter.
Die technischen Kernmerkmale dieser Ausrüstung liegen in der Kombination des KGPS-Mittelfrequenz-Netzteilsystems und des Stahlmantel-Hydraulikkippofenkorpus, was eine Mittelskalen-Induktionsschmelzlösung darstellt, die für Gießereibetriebe geeignet ist.
II. KGPS-Mittelfrequenz-Netzteil-System
Das Netzteil-System verwendet das KGPS-Thyristor-basierte Mittelfrequenz-Netzteil, das sich durch über ein Jahrzehnt kontinuierlicher technologischer Entwicklung weiterentwickelt hat. Der Gleichrichterteil ist eine dreiphasige vollgesteuerte Brücke mit einer Mittelfrequenz-Ausgangsspannung von 1500 Volt, einer Nennleistung von 500 kW und einer Ausgangsfrequenz von 1000 Hz. Der Leistungsfaktor liegt über 0,9 und die Anlauf-Erfolgsquote beträgt 100 %, was bedeutet, dass die Mittelfrequenzschwingung bei jedem Anlaufversuch zuverlässig aufgebaut werden kann.
Die Steuerschaltung verwendet eine digitale Leiterplattenarchitektur der achten Generation mit Konstantleistungsregelung, Swept-Frequency-Null-Druck-Sanftanlauf und dualer Spannungs-Strom-Regelkreis-Rückkopplung. Das Schutzsystem umfasst Überstrom-, Überspannungs-, Unterstrom-, Unterspannungs-, Wasserverlust- und Phasenausfallbedingungen. Wenn ein Parameter den eingestellten Schwellenwert überschreitet, blockiert das System automatisch die Pulsabgabe und trennt die Hauptstromversorgung.
Der Netzteil-Schrank und der Kondensator-Schrank sind separat angeordnet. Der Kondensator-Schrank bietet eine Mittelfrequenz-Parallelkompensation, verbessert den Leistungsfaktor des Systems und reduziert die Verlustleistung der Blindleistung auf den Verteilungsleitungen. Die Kapazität der Kondensatorbank ist auf die Resonanzfrequenz der Induktionsspule abgestimmt, um den Betrieb nahe dem Resonanzpunkt unter Nennbedingungen für eine optimale Leistungseffizienz zu gewährleisten.
III. Induktionsspulen-Design und magnetische Jochabschirmung
Die Induktionsspule ist die Kernkomponente zur Energieumwandlung des Mittelfrequenzofens. Bei Stromzufuhr erzeugt die Spule ein starkes Wechselmagnetfeld, das Wirbelströme im Metallgut im Ofenherd induziert und Wärme erzeugt. Das Spulenmaterial ist T2-Kupfer mit einer Wandstärke von 5 mm, als Spiralrohr konstruiert. Das Spulendesign basiert auf der Finite-Elemente-Analyse des elektromagnetischen Feldes, wobei die Abweichung zwischen der tatsächlichen Betriebsleistung und der Auslegungsleistung innerhalb von 5 % gesteuert wird.
Die Spule verwendet eine fortschrittliche Wicklungsisolationsverarbeitung mit spezieller Klemmtechnologie zur Reduzierung axialer Vibrationen. Die Innenwand der Spule ist mit importierten hochtemperaturbeständigen Isoliermaterialien beschichtet, und ein Leckwarnsystem für den Ofenauskleidung ist installiert, um Risiken von geschmolzenem Aluminium zu erkennen. Eine feuerfeste Beschichtung von 10 bis 15 mm Dicke wird auf die Innenfläche der Spule aufgetragen, die zwei Funktionen erfüllt: Erleichterung des Ofenauskleidungsbaus und Verhinderung thermischer Verformungen der Auskleidung, die die Lebensdauer beeinträchtigen würden.
Die magnetischen Joche sind in Halbmondprofil-Konstruktion gefertigt, aus kaltgewalzten Siliziumstahlblechen laminiert und mit Edelstahl-Splinten verspannt. Die Kontaktfläche zwischen dem Joch und der Außenfläche der Spule ist gekrümmt und sorgt für eine Flächenkontakt statt Linienkontakt, was eine bessere Klemmwirkung und reduzierte magnetische Flussleckage erzielt. Die Siliziumstahlbleche sind mit speziellen Splinten anstelle von Durchgangsschrauben verstärkt, wodurch die effektive magnetische Fläche der Bleche maximiert und lokale Erwärmung reduziert wird. Die magnetischen Joche dienen zur Abschirmung von magnetischen Flussleckagen, zur Verhinderung der Erwärmung des Ofenkörpers, zur Unterstützung und Sicherung der Induktionsspule und zur Verbesserung der Gesamtsystemeffizienz.
IV. Hydraulisches Kippsystem
Das Kippen des Ofens wird durch ein hydraulisches System mit zwei Zylindern an beiden Seiten des Ofenkörpers zum Anheben angetrieben. Die Rückstellung des Ofens erfolgt durch Schwerkraft. Die Hydraulikstation ist mit Doppelmotoren und Doppelpumpen ausgestattet – eine im Betrieb und eine als Standby, mit automatischer Umschaltfunktion. Der Kraftstofftank ist vollständig geschlossen und verschweißt, mit Ausnahme von Seiten- und Rohrleitungsanschlüssen, um ein Austreten von Hydrauliköl zu verhindern.
Die hydraulische Kippkonsole verwendet eine manuelle Ventilbetätigung mit einem Kippwinkelbereich von 0 bis 95 Grad. Die Bedienung ist ruckfrei und ohne Kriechen, mit einstellbarer Geschwindigkeit und der Möglichkeit, in jeder Position zu halten. Dieses Design ist für Gießanwendungen geeignet, die eine präzise Steuerung des Gießvolumens von geschmolzenem Aluminium erfordern.
V. Ofenkörperstruktur
Die Ofenschale nimmt eine Stahlrahmenstruktur an, die aus einer festen Montagebasis und einem kippbaren Ofenkörper besteht, wobei die gesamte Rahmenkonfiguration die Steifigkeit gewährleistet. Das Verhältnis von Herd-Durchmesser zu Höhe wurde durch Computeranalyse optimiert, wobei fortschrittliche internationale Ofenprofil-Konstruktionsprinzipien angewendet werden – ein erhöhtes Verhältnis verbessert den natürlichen Leistungsfaktor und erhöht die elektrische Effizienz.
Eine geschlossene Staubabsaughaube ist über dem oberen Teil des Ofens installiert, um Dämpfe und Partikel aufzufangen, die während des Schmelzvorgangs entstehen.
VI. Graphittiegel und wassergekühlte Kabel
Der Tiegel ist aus Graphit gefertigt und bietet eine gute chemische Kompatibilität mit geschmolzenem Aluminium. Die im Angebot angegebene Lebensdauer des Tiegels beträgt 4 bis 6 Monate, abhängig von den Betriebsbedingungen, einschließlich der Beschickungsmethode, der Schmelztemperatur und der Schlackenentfernungspraktiken.
Die wassergekühlten Kabel bestehen aus TU1-mehrdrähtigem sauerstofffreiem Kupferdraht, ummantelt mit hochfestem, feuerbeständigem Gummischlauch, mit kaltgeformten Steckverbindern, die eine gute elektrische Leitfähigkeit und Zugfestigkeit aufweisen. Die Stromversorgungsseite erfordert eine Kühlwasserdurchflussrate von nicht weniger als 12 m³/h, während die Ofenkörperseite nicht weniger als 20 m³/h erfordert. Die Auslasstemperatur des Wassers auf der Stromversorgungsseite darf 35 °C nicht überschreiten, und auf der Ofenkörperseite nicht 45 °C, wobei der Einlasswasserdruck zwischen 0,15 und 0,35 MPa gehalten wird. Das Wasserkühlsystem ist mit einem geschlossenen Kühlturm, Wassertanks und einem Schaltschrank ausgestattet und bildet einen unabhängigen zirkulierenden Kühlkreislauf.
VII. Prozessleistungsparameter
Die Nennkapazität beträgt 0,8 Tonnen, mit einer maximalen Kapazität von 0,96 Tonnen, und einer Nenn-Abgabetemperatur von 780 °C. Die Schmelzzeit beträgt ungefähr 60 Minuten pro Ofen, mit einer zulässigen Abweichung von ±5 %. Basierend darauf beträgt der Zyklus von der Kaltbeschickung bis zum Erreichen der Abgabetemperatur etwa 1 Stunde, was einer Schmelzrate von etwa 0,8 Tonnen pro Stunde entspricht. Bei einer Nennleistung von 500 kW beträgt der spezifische Energieverbrauch etwa 625 kWh pro Tonne Aluminium, was im typischen Effizienzbereich von Mittelfrequenz-Induktionsschmelzöfen liegt.
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