Örnek Olay İncelemesi: İndüksiyonla Alüminyum Ergitme Süreci

Amaç

Alüminyum hurdaları ve teneke kutuları verimli bir şekilde eritmek için indüksiyon ısıtma teknolojisiDöküm işlemleri için gerekli sıcaklıkta yüksek kaliteli erimiş alüminyum muhafaza edilirken optimum enerji verimliliği elde edilir.

Ekipman

• İndüksiyonlu Isıtma Jeneratörü: 160 kW kapasite
• Pota Kapasitesi: 500 kg alüminyum ergitme fırını
• Fırın Tipi: Hidrolik devirme indüksiyon ocağı
• Soğutma Sistemi: Kapalı su kulesi soğutma devresi
• Malzeme Taşıma: Gezer vinç (2 ton kapasiteli)
• Güvenlik Ekipmanları: Sıcaklık izleme cihazları, acil kapatma sistemi, kişisel koruyucu ekipman
• Filtrasyon Sistemi: Erimiş alüminyum saflaştırması için seramik köpük filtreler
• Egzoz Sistemi: Filtrasyonlu duman emme davlumbazı
  

  

Kontrol Sistemi

Süreç, PLC (Programlanabilir Mantık Denetleyicisi) içeren bir sistem tarafından yönetilir:

• Allen-Bradley CompactLogix kontrolör
• Proses parametrelerinin grafiksel gösterimini içeren HMI dokunmatik ekran arayüzü
• Gerçek zamanlı izleme:
  • Güç girişi (kW)
  • Bobin akımı (A)
  • Frekans (kHz)
  • Su soğutma sıcaklığı (giriş/çıkış)
  • Termokupl aracılığıyla metal sıcaklığı
• Süreç optimizasyonu için veri kaydı özellikleri
• Anormal çalışma koşulları için alarm sistemleri
• Çoklu çalışma modları (manuel, yarı otomatik, otomatik)
• Farklı alüminyum alaşım türleri için reçete saklama

İndüksiyon Bobini

• Tasarım: Özel tasarım çok turlu sarmal bobin
• İnşaat: Su soğutmalı bakır boru (25 mm çap)
• Dönüşler: Eşit ısıtma için optimize edilmiş aralıklarla 12 tur
• Yalıtım: Yüksek sıcaklıkta seramik fiber yalıtım (1200°C'ye kadar)
• Bobin Koruması: Sıçrama önleyici seramik kaplama
• Elektrik Bağlantıları: Gümüş kaplamalı bakır baralar
• Soğutma Sistemi: Akış monitörlü özel su devresi (minimum akış hızı: 45 L/dak)

Frekans

• Çalışma frekansı: 8 kHz
• Alüminyumda optimum penetrasyon derinliği için seçilmiştir (yaklaşık 3,5 mm)
• Çalışma sırasında ±0,2 kHz içinde tutulan frekans kararlılığı
• Yük koşullarına göre otomatik frekans ayarı

Malzeme

• Crucible: Yüksek yoğunluklu izo-statik preslenmiş grafit pota
  • Duvar kalınlığı: 50 mm
  • Hizmet ömrü: yaklaşık 100 eritme döngüsü
  • Termal iletkenlik: 120 W/(m-K)
• Şarj Malzemeleri:
  • Alüminyum ekstrüzyon hurdası (70%)
  • Kullanılmış alüminyum içecek kutuları (20%)
  • Alüminyum makine tornaları (10%)
  • Ortalama malzeme boyutu: 50-200 mm

Sıcaklık

• Hedef erime sıcaklığı: 720°C (±10°C)
• İlk şarj sıcaklığı: 25°C (ortam)
• Isıtma hızı: yaklaşık 10°C/dakika
• Sıcaklık doğrulaması: Dijital okumalı daldırma termokupl (K-tipi)
• Dökmeden önce 20 dakika boyunca aşırı ısı korunur
• Maksimum sıcaklık limiti: 760°C (aşırı oksidasyonu önlemek için)

Enerji Tüketimi

• Ortalama enerji tüketimi: 378 kWh/ton
• Güç faktörü: 0,92 (güç faktörü düzeltmesi ile)
• Spesifik enerji dağılımı:
  • Alüminyum ergitme için gerekli teorik enerji: 320 kWh/ton
  • Isı kayıpları: 58 kWh/ton
• Sistem verimliliği: 84,7%

Süreç

Anlatı

XYZ Foundry'deki alüminyum ergitme işlemi, alüminyum hurda ve teneke kutuların geri dönüşümü için indüksiyon ergitmenin etkinliğini göstermektedir. Proses, eriyik kalitesini etkileyebilecek boya, kaplama ve yabancı maddeler gibi kirleticileri gidermek için şarj malzemelerinin dikkatli bir şekilde ayrılması ve hazırlanmasıyla başlar.

Tipik bir eritme döngüsü sırasında 500 kg'lık yük, indüksiyon bobini içine yerleştirilmiş grafit potaya yüklenir. PLC sistemi, potada termal şoku önlemek için programlanmış bir güç artırma dizisi başlatır. Güç arttıkça, elektromanyetik alan alüminyumda girdap akımları oluşturarak metalin kendi içinden ısı üretir.

İlk ön ısıtma aşaması, nem ve uçucu maddelerin giderilmesi için kritik öneme sahiptir. Sıcaklık 660°C'ye (alüminyumun erime noktası) yaklaştıkça malzeme çökmeye ve erimiş bir havuz oluşturmaya başlar. Operatör, HMI arayüzü aracılığıyla süreci izler ve gerçek zamanlı verilere dayanarak gerektiğinde ayarlamalar yapar.

Veri analizi, en enerji verimli çalışmanın, güç kullanımının maksimum verimliliğe ulaştığı ana ısıtma aşamasında gerçekleştiğini ortaya koymaktadır. 378 kWh/tonluk enerji tüketimi, tesisin önceki gaz yakıtlı ergitme fırınlarına kıyasla 15%'lik bir iyileşmeyi temsil ediyor.

Elektromanyetik alanın yarattığı doğal karıştırma etkisi sayesinde eriyik boyunca sıcaklık homojenliği mükemmeldir. Bu, mekanik karıştırma ihtiyacını ortadan kaldırır ve oksit oluşumunu azaltır. Kapalı devre soğutma sistemi, indüksiyon bobini ve elektrikli bileşenler için optimum çalışma sıcaklıklarını korur ve gelen malzemelerin ön ısıtması için atık ısıyı geri kazanır.

Hedef sıcaklık olan 720°C'ye ulaşıldıktan sonra, metalik olmayan kalıntıların giderilmesini kolaylaştırmak için flaks eklenir. Bir grafit mızrak aracılığıyla azot gazı tahliyesi, hidrojen içeriğini azaltarak nihai dökümlerdeki potansiyel gözenekliliği en aza indirir. Dökme işleminden önce, kimyasal bileşimi doğrulamak ve gerekli ayarlamaları yapmak için numuneler alınır.

Hidrolik devirme mekanizması hassas döküm kontrolü sağlayarak döküm işlemi sırasında türbülansı ve oksit oluşumunu azaltır. Tüm operasyon, soğuk başlangıçtan bitmiş döküme kadar 100 dakika içinde tamamlanır ve geleneksel yöntemlere kıyasla önemli bir zaman tasarrufu sağlar.

Sonuçlar/Faydalar

*Yerel elektrik üretim karışımına dayalı

Uygulanması indüksiyon eritme sistemi önemli operasyonel, çevresel ve ekonomik faydalar sağlamıştır. Hassas sıcaklık kontrolü ve azaltılmış eritme süresi, daha az kusurlu daha yüksek kaliteli dökümlere katkıda bulunmuştur. Enerji verimliliğindeki iyileştirmeler hem işletme maliyetlerini hem de çevresel etkileri azaltmıştır. Ayrıca, iyileştirilmiş çalışma koşulları ve azaltılmış işgücü gereksinimleri işgücü memnuniyetini ve üretkenliği olumlu yönde etkilemiştir.