I. پیشینه پروژه و مشخصات تجهیزات

این مطالعه موردی شامل یک کوره ذوب آلومینیوم برقی مقاومتی با قابلیت کج شدن است که برای بازار یمن، مدل WDL-GRQ-1500، در نظر گرفته شده است. این تجهیز برای ذوب فلزات غیرآهنی و آلیاژهای با نقطه ذوب پایین، با آلیاژهای آلومینیوم به عنوان ماده پردازش معمول، طراحی شده است. کوره دارای ظرفیت نامی 1,500 کیلوگرم است و از گرمایش مقاومتی الکتریکی استفاده می‌کند و مجهز به سیستم کج‌کننده هیدرولیکی برای تخلیه آلومینیوم مذاب است.

سیستم الکتریکی برای منبع تغذیه سه فاز 380 ولت / 50 هرتز، با توان کنترل 220 ولت / 50 هرتز، با استفاده از اتصال سه فاز پنج سیم پیکربندی شده است. خریدار موظف است منبع تغذیه پایدار با نوسان ولتاژ در حد ±10% و نوسان فرکانس حداکثر ±3 هرتز را فراهم کند. این شرط سازگاری با شبکه نیازمند تأیید در برابر وضعیت منبع تغذیه صنعتی محلی در یمن قبل از نصب است.

II. ساختار کوره و پیکربندی نسوز

پوسته کوره از ورق‌های فولادی و فولاد مقطعی جوش داده شده به ساختار استوانه‌ای ساخته شده است، با جوش‌های پیوسته با نفوذ کامل در تمام نواحی اتصال برای اطمینان از یکپارچگی پوسته. آستر به دو ناحیه با عملکردهای متمایز تقسیم شده است: دیواره جانبی و کف کوره.

آستر دیواره جانبی از ساختار کامپوزیتی استفاده می‌کند: لایه داخلی شامل ماژول‌های الیاف سیلیکات آلومینیوم به عنوان عایق است، با لایه کاری ساخته شده از آجرهای نسوز فوق سبک با چگالی 0.6 گرم بر سانتی‌متر مکعب. پودر ورمیکولیت در درزهای آجر و پشتی برای کاهش هدایت حرارتی پر می‌شود. عناصر گرمایشی، ساخته شده از سیم آلیاژ مقاومتی بالا OCr27A17MO2، در دیواره جانبی تعبیه شده‌اند و به عنوان یک منطقه واحد کنترل می‌شوند - به این معنی که کل محفظه کوره فقط از یک منطقه کنترل دما استفاده می‌کند، که برای سناریوهایی که یکنواختی دمای شدید مورد نیاز نیست اما کنترل ساده ترجیح داده می‌شود، مناسب است.

کف کوره از مواد ریختنی یک‌بار مصرف ساخته شده است. در مقایسه با کف‌های آجری، ساختار ریختنی یکپارچه عمر مفید طولانی‌تری از نظر مقاومت در برابر نفوذ آلومینیوم و شوک حرارتی ارائه می‌دهد. یک سوراخ تخلیه اضطراری در پایین دیواره جانبی طراحی شده است تا در صورت نشت آلومینیوم، تخلیه اضطراری را امکان‌پذیر کند و به عنوان یک ویژگی افزونگی ایمنی برای کوره‌های ذوب عمل کند.

III. بوته گرافیت و سیستم گرمایش

بوته یک بوته گرافیت از برند مورگان است که در بخش ذوب فلزات غیرآهنی از شناخت قوی بازار برخوردار است. عمر مفید بوته ذکر شده در پیشنهاد 6 ماه یا بیشتر است، بسته به شرایط عملیاتی واقعی از جمله روش شارژ، محدوده نگهداری دمای ذوب و فرکانس حذف سرباره.

عنصر اصلی سیستم گرمایش سیم مقاومتی OCr27A17MO2 است، یک آلیاژ گرمایش الکتریکی سری آهن-کروم-آلومینیوم با مقاومت بالا و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون. تحت حالت کنترل تک منطقه‌ای، توان گرمایش نامی 200 کیلووات است، که به صورت ستاره با ولتاژ کاری 380 ولت متصل شده است. حداکثر دمای کوره 850 درجه سانتی‌گراد طراحی شده است، با محدوده دمای کاری عادی 0 تا 800 درجه سانتی‌گراد. زمان گرم شدن کوره خالی از 3 ساعت تجاوز نمی‌کند، که نشان‌دهنده پنجره زمانی از دمای محیط تا حد بالای دمای کاری است.

پایداری دما با ±3 درجه سانتی‌گراد مشخص شده است که توسط سیستم تنظیم PID تحت شرایط عملیاتی استاندارد حاصل می‌شود.

IV. پیکربندی سیستم کنترل الکتریکی

کابینه کنترل از تریستورها (SCR) به عنوان عناصر کنترل اصلی استفاده می‌کند و جریان خروجی را با تنظیم زاویه هدایت تنظیم می‌کند. این سیستم از یک مدار کنترل پیشرفته فاز شیفت برای تنظیم پیوسته و روان توان استفاده می‌کند، به جای کنترل ساده روشن/خاموش.

سیستم کنترل دما مجهز به دو ترموکوپل است: یکی برای اندازه‌گیری دمای اتمسفر کوره و دیگری برای اندازه‌گیری دمای آلومینیوم مذاب. ترموکوپل مورد استفاده برای اندازه‌گیری آلومینیوم مذاب مجهز به یک لوله محافظ کاربید سیلیکون برای جلوگیری از خوردگی شیمیایی و فرسایش فیزیکی توسط آلومینیوم مذاب است. سیگنال‌های هر دو ترموکوپل به دو کنترلر دما مبدأ تایوان تغذیه می‌شوند که یکی از آنها عملکرد تنظیم PID را ارائه می‌دهد.

سیستم کنترل شامل چندین منطق حفاظتی است: هنگامی که دمای کوره از حد بالای تنظیم شده فراتر رود یا ناهنجاری‌های جریان به دلیل خطا رخ دهد، کنترلر به طور خودکار خروجی پالس را متوقف کرده و منبع تغذیه را قطع می‌کند. این سیستم همچنین شامل یک تابع شروع نرم با تأخیر شروع تقریباً 0.5 ثانیه است که برای کاهش تأثیر جریان هجومی بر شبکه برق و عناصر گرمایشی در هنگام شروع سرد طراحی شده است.

اجزای الکتریکی ولتاژ پایین شامل قطع کننده‌های مدار هوا، کنتاکتورها و رله‌ها هستند که از CHINT یا Omron به عنوان پیکربندی‌های استاندارد صنعتی درجه‌بندی شده‌اند.

V. سیستم کج‌کننده هیدرولیکی

روش تخلیه کج‌کننده هیدرولیکی است، در مقابل کوره ثابت با ملاقه دستی. سیستم هیدرولیک بدنه کوره را برای کج شدن در اطراف محور چرخش خود به حرکت در می‌آورد و امکان ریختن کمی آلومینیوم مذاب را از دهانه کوره فراهم می‌کند. این طراحی برای سناریوهایی که آلومینیوم مذاب نیاز به انتقال مستقیم به ملاقه‌ها یا حفره‌های ریخته‌گری دارد، مناسب است و ایمنی عملیاتی و تکرارپذیری تخلیه بالاتری را نسبت به ملاقه دستی ارائه می‌دهد.

سیستم هیدرولیک شامل یک واحد قدرت هیدرولیک، سیلندرها، گروه‌های شیر کنترل و لوله‌کشی است که با سیستم کنترل الکتریکی در هم تنیده شده است. زاویه و سرعت کج شدن را می‌توان از طریق پنل کنترل تنظیم کرد.

VI. خلاصه پارامترهای عملکرد فرآیند

ظرفیت نامی 1,500 کیلوگرم است، با نرخ ذوب تقریباً 450 تا 500 کیلوگرم در ساعت - که نشان‌دهنده نرخ متوسط خروجی آلومینیوم از شارژ سرد تا رسیدن به دمای کاری و آمادگی ریخته‌گری است. با توان گرمایش 200 کیلووات، مصرف انرژی ویژه تقریباً 0.4 تا 0.44 کیلووات ساعت بر کیلوگرم آلومینیوم است که در محدوده بازده معمول کوره‌های بوته‌ای گرمایش مقاومتی قرار می‌گیرد.