I. Предыстория проекта и спецификации оборудования

Данное исследование случая включает в себя индукционную плавильную печь средней частоты, модель WDL-KGPS-1000, номинальной мощностью 1 тонна и максимальной мощностью 1,2 тонны, предназначенную для плавки алюминия. Оборудование использует индукционный нагрев средней частоты и оснащено гидравлической системой наклона для выгрузки расплавленного алюминия. Электрическая система настроена для трехфазного источника питания 380 В / 50 Гц, с трехфазным шестипульсовым выпрямителем и параллельно соединенным инвертором.

По сравнению с печью на 0,8 тонны в предыдущем исследовании случая, данное оборудование имеет корпус печи, рассчитанный на максимальную мощность 1,2 тонны, при этом номинальная мощность источника питания увеличена до 600 кВт при сохранении той же выходной частоты 1000 Гц. Такая конфигурация – с мощностью, незначительно превышающей номинальную потребность печи – обеспечивает запас для повышения скорости плавления.

II. Система питания средней частоты KGPS

Система питания использует тиристорный источник питания средней частоты KGPS номинальной мощностью 600 кВт, выходным напряжением средней частоты 1500 вольт и выходной частотой 1000 Гц. Коэффициент мощности превышает 0,9, а частота успешного запуска составляет 100%. Секция выпрямителя представляет собой трехфазный полностью управляемый мост, а схема управления использует архитектуру цифровой платы восьмого поколения.

Основные функции управления включают регулирование постоянной мощности, плавный пуск с нулевым давлением и сканированием частоты, а также обратную связь по напряжению и току с двумя замкнутыми контурами. Пуск с нулевым давлением и сканированием частоты означает, что система автоматически сканирует от высокой частоты вниз во время запуска, устанавливая колебания средней частоты при обнаружении резонансной точки нагрузки – подход, который позволяет избежать чувствительности к изменениям параметров нагрузки, присущей традиционным методам пуска с отдельным возбуждением.

Система защиты охватывает условия перегрузки по току, перенапряжения, недостаточной силы тока, пониженного напряжения, потери воды и потери фазы. Когда любой параметр защиты превышает установленный порог, система автоматически блокирует выход импульсов и отключает питание основной цепи. Шкаф питания отображает полные показания напряжения, тока и мощности, а также индикаторы состояния.

Шкаф конденсаторов обеспечивает параллельную компенсацию средней частоты, снижая потери реактивной мощности при передаче по линиям распределения и улучшая коэффициент мощности системы. Емкость конденсаторной батареи соответствует резонансной частоте индукционной катушки, обеспечивая работу вблизи резонансной точки при номинальных условиях.

III. Конструкция индукционной катушки и экранирование магнитным ярмом

Индукционная катушка является основным компонентом преобразования энергии, изготовленным из меди марки T2 с толщиной стенки 5 мм. При подаче питания катушка создает переменное магнитное поле частотой 1000 Гц, которое индуцирует вихревые токи в металлической загрузке в горне печи, генерируя тепло. Конструкция катушки основана на принципах электромагнитного поля и проверена с помощью специализированного программного обеспечения, при этом отклонение между фактической рабочей мощностью и расчетной мощностью контролируется в пределах 5%.

Изоляция между витками выполнена с использованием передовых изоляционных технологий, а специальная технология зажима снижает осевые вибрации катушки. Внутренняя стенка катушки покрыта импортными термостойкими изоляционными материалами, и установлена система сигнализации утечки футеровки печи – при просачивании расплавленного алюминия в слой катушки система сигнализации обнаруживает это на ранней стадии и подает сигнал, предотвращая инциденты прорыва печи.

На внутреннюю поверхность катушки нанесено огнеупорное покрытие толщиной от 10 до 15 мм. Это покрытие выполняет две функции: облегчает строительство футеровки печи и предотвращает термическую деформацию футеровки, которая может повлиять на срок службы.

Магнитные ярмо имеют полумесяцевый профиль, изготовлены из холоднокатаных листов кремниевой стали и стянуты шинами из нержавеющей стали. Контактная поверхность между ярмом и наружной поверхностью катушки изогнута, обеспечивая контакт по всей поверхности, а не по линии, что обеспечивает более высокую эффективность зажима и снижение утечки магнитного потока. Листы кремниевой стали армированы специальными шинами вместо сквозных болтов, что максимизирует эффективную магнитную площадь и снижает локальный нагрев. Магнитные ярмо одновременно экранируют утечку магнитного потока, предотвращают нагрев корпуса печи, а также поддерживают и закрепляют индукционную катушку.

IV. Гидравлическая система наклона

Наклон печи осуществляется гидравлической системой с двумя цилиндрами, расположенными по обеим сторонам корпуса печи для подъема, а возврат печи осуществляется за счет силы тяжести. Гидравлическая станция оснащена двумя двигателями и двумя насосами – один в работе, один в резерве, с возможностью автоматического переключения. Топливный бак полностью закрыт и сварен для предотвращения утечки гидравлического масла.

Диапазон угла наклона составляет от 0 до 95 градусов, с плавной работой без ударов и ползания, регулируемой скоростью и возможностью фиксации в любом положении. Операция наклона управляется вручную с помощью клапанов, что подходит для литейных процессов, требующих точного контроля объема разливаемого расплавленного алюминия.

V. Конструкция корпуса печи

Корпус печи выполнен по стальной каркасной конструкции, состоящей из стационарного основания и поворотного корпуса печи, при этом общая конфигурация каркаса обеспечивает жесткость. Соотношение диаметра к высоте горна было оптимизировано с помощью компьютерного анализа – увеличенное соотношение улучшает естественный коэффициент мощности и повышает электрическую эффективность.

Корпус печи рассчитан на футеровку вместимостью 3000 кг для плавки 1000 кг алюминия, что означает значительный запас объема горна относительно номинальной мощности, облегчая операции загрузки и снижая риск просыпания.

VI. Графитовый тигель и система водяного охлаждения

Тигель изготовлен из графита, с рекомендуемым сроком службы от 4 до 6 месяцев, в зависимости от условий эксплуатации, включая метод загрузки, диапазон поддержания температуры плавления и частоту удаления шлака.

Водяные кабели изготовлены из многожильного бескислородного медного провода марки TU1, в оболочке из высокопрочной огнестойкой резиновой трубки, с холодноформованными разъемами. Сторона источника питания требует расхода охлаждающей воды не менее 12 м³/ч, а сторона корпуса печи – не менее 22 м³/ч. Температура воды на выходе со стороны источника питания не должна превышать 35°C, а со стороны корпуса печи – 45°C, при этом давление воды на входе должно поддерживаться в пределах 0,15–0,35 МПа. Система водяного охлаждения оснащена закрытой градирней, резервуарами для воды и шкафом управления, образуя независимый циркуляционный контур охлаждения.