I. Projectachtergrond en apparatuurspecificaties

Deze casestudy betreft een middelgrote inductiesmeltoven, model WDL-KGPS-500, met een nominale capaciteit van 0,5 ton en een maximale capaciteit van 0,6 ton, ontworpen voor het smelten van aluminium. De apparatuur maakt gebruik van middelgrote inductieverwarming en is uitgerust met een hydraulisch kantelsysteem voor het afvoeren van gesmolten aluminium.

Het meest opvallende kenmerk van deze apparatuur is het roostercompatibiliteitsschema: de voedingszijde wordt gevoed op 440V/3P/60Hz, terwijl de ingangsspanning van de middelgrote voeding is gespecificeerd op 380V. Dit betekent dat de apparatuur bedoeld is voor 60Hz netregio's (zoals Zuid-Korea, delen van Centraal- en Zuid-Amerika en het Midden-Oosten), waarvoor een transformator of spanningsaanpassingseenheid nodig is, zowel binnen als buiten de voedingskast, om de 440V netspanning naar 380V te transformeren voordat de middelgrote voeding wordt gevoed. Deze dubbele aanpassing van zowel spanning als frequentie is een parameter die vooraf moet worden bevestigd tijdens de elektrische ontwerpfase voor exportprojecten.

II. KGPS Middelfrequente Voedingssysteem

Het voedingssysteem maakt gebruik van de KGPS thyristor-gebaseerde middelgrote voeding, met een nominaal vermogen van 400 kW, een middelgrote uitgangsspanning van 2400 volt en een uitgangsfrequentie van 1000 Hz. De arbeidsfactor is groter dan 0,9 en de opstartsuccesratio is 100%. Het gelijkrichtergedeelte is een driefasige volbestuurde brug met een driefasige zes-puls gelijkrichterstructuur en een parallel geschakelde omvormer.

Het regelcircuit maakt gebruik van een achtste generatie digitale printplaatarchitectuur, met aanpassingsvermogen voor een breed frequentiebereik, constante vermogensregeling, veegfrequentie nul-druk zachte start en dubbele gesloten lus spannings-stroomterugkoppeling. De veegfrequentie nul-druk opstart betekent dat het systeem tijdens het opstarten automatisch frequenties scant en middelgrote oscillatie tot stand brengt zodra het resonantiepunt van de belasting is gevonden – waardoor de gevoeligheid voor variaties in belastingparameters, inherent aan aparte excitatie opstartmethoden, wordt vermeden.

Het beveiligingssysteem omvat overstroom, overspanning, onderstroom, onderspanning, waterverlies en faseverlies. Wanneer een beveiligingsparameter de ingestelde drempel overschrijdt, blokkeert het systeem automatisch de pulsoutput en verbreekt het de hoofdcircuitvoeding. Het paneel van de voedingskast bevat volledige spannings-, stroom- en vermogensaflezingen, samen met indicatoren voor de bedrijfsstatus.

De condensatorkast zorgt voor middelgrote parallelle compensatie, waardoor reactieve vermogensverliezen op de distributielijnen worden verminderd. De capaciteit van de condensatorbank is afgestemd op de resonantiefrequentie van de inductiespoel, waardoor een werking nabij het resonantiepunt onder nominale omstandigheden wordt gewaarborgd.

III. Ontwerp van de Inductiespoel en Afscherming van de Magnetische Jukken

De inductiespoel is het kerncomponent voor energieomzetting, vervaardigd uit T2/TU1 koper met een wanddikte van 4 mm. Wanneer bekrachtigd, genereert de spoel een wisselend magnetisch veld van 1000 Hz dat wervelstromen induceert in de metaalvulling in de ovenhaard, waardoor warmte wordt gegenereerd. Het spoelontwerp is gebaseerd op principes van elektromagnetische velden en geverifieerd door middel van speciale computersoftware, waarbij de afwijking tussen het werkelijke bedrijfsvermogen en het ontwerpp vermogen binnen 5% wordt gehouden.

De isolatie tussen de windingen wordt verwerkt met behulp van geavanceerde isolatietechnieken, met speciale klemmingstechnologie die axiale trillingen van de spoel vermindert. De binnenwand van de spoel is bespoten met geïmporteerde hittebestendige isolatiematerialen, en er is een lekdetectiesysteem voor de ovenbekleding geïnstalleerd – wanneer gesmolten aluminium in de spoellaag sijpelt, detecteert het systeem dit vroegtijdig en geeft het de toestand aan, waardoor ovenuitbraken worden voorkomen. Een vuurvaste coating van 10 tot 15 mm dikte wordt aangebracht op het binnenoppervlak van de spoel, zowel om de constructie van de ovenbekleding te vergemakkelijken als om thermische vervorming van de bekleding te voorkomen.

De magnetische jukken hebben een halvemaanvormige constructie, gelamineerd uit koudgewalste siliciumstaalplaten en geklemd met roestvrijstalen splints. Het contactoppervlak tussen de juk en het buitenoppervlak van de spoel is gebogen, wat zorgt voor vlakcontact in plaats van lijncontact, waardoor een betere klemefficiëntie en verminderde magnetische fluxlekkage wordt bereikt. De siliciumstaalplaten worden versterkt met speciale splints in plaats van doorlopende bouten, waardoor het effectieve magnetische oppervlak wordt gemaximaliseerd en lokale verwarming wordt verminderd. De magnetische jukken schermen tegelijkertijd magnetische fluxlekkage af, voorkomen verwarming van het ovenlichaam en ondersteunen en beveiligen de inductiespoel.

IV. Hydraulisch Kantelsysteem

Het kantelen van de oven wordt aangedreven door een hydraulisch systeem met twee cilinders aan beide zijden van het ovenlichaam voor het heffen, waarbij het terugkeren van de oven door zwaartekracht gebeurt. Het hydraulische station is uitgerust met dubbele motoren en dubbele pompen – één in bedrijf en één in stand-by, met automatische schakelmogelijkheid. De brandstoftank is volledig gesloten en gelast om lekkage van hydraulische olie te voorkomen.

Het kantelhoekbereik is 0 tot 95 graden, met soepele werking zonder schokken of kruipen, instelbare snelheid en de mogelijkheid om in elke positie te stoppen. De kantelbediening wordt geregeld via handmatige kleppen, geschikt voor gietprocessen die nauwkeurige controle van het gietvolume van gesmolten aluminium vereisen.

V. Kroesvorm en Vorming van de Bekleding

Een configuratiedetail van deze apparatuur is dat het een kroesvorm levert in plaats van een afgewerkte grafietkroes. De kroesvorm is gemaakt van 3 mm ijzerplaat en wordt gebruikt om de vorm en volumepositie van de vuurvaste bekleding tijdens de vorming te regelen. De gebruiker moet het bekledingsmateriaal en de ram-/sintermethode selecteren op basis van het specifieke metaal dat wordt gesmolten en het gietproces – een verschil op het niveau van de gebruikersbediening in vergelijking met oplossingen die direct afgewerkte grafietkroezen leveren. De positioneringsfunctie van de kroesvorm zorgt voor dimensionale consistentie van de bekledingsholte, waardoor de koppelingsafstand tussen de ovenhaard en de inductiespoel stabiel binnen het ontwerpbereik blijft.

VI. Waterkoelsysteem en Koelleidingen

De watergekoelde kabels zijn vervaardigd uit TU1 meerstrengs zuurstofvrij koperdraad, omhuld met hoogwaardige brandwerende rubberen slangen, met koudgevormde connectoren die contactweerstand en treksterkte garanderen. De voedingszijde vereist een koelwaterdebiet van niet minder dan 8 m³/u, terwijl de ovenlichaamzijde niet minder dan 12 m³/u vereist. De uitlaattemperatuur van het water aan de voedingszijde mag niet hoger zijn dan 35°C, en aan de ovenlichaamzijde niet hoger dan 45°C, met een inlaatwaterdruk tussen 0,15 en 0,35 MPa.

Het waterkoelsysteem maakt gebruik van een volledig gesloten circulair koelmethode met zacht water als circulatiemedium. Het belangrijkste voordeel van zacht watercirculatie ligt in het vermijden van oververhitting van de voeding, thyristors, condensatoren, IGBT-modules en inductiespoel veroorzaakt door kalkafzetting; bovendien bevat zacht water geen ionische geleidende componenten, dus koelcomponenten worden niet beschadigd door elektrolyse. Het systeem vereist geen waterbassin of koeltoren, neemt minimale vloerruimte in beslag en heeft een laag verbruik aan aanvullend water.

Het koelsysteem bestaat uit drie delen: hoofdmachine, watertank en regelkast. De hoofdmachine omvat de behuizing, koperen koeler, uitlaatsysteem, sproeisysteem, waterafscheider, verzamelring en sproeipomp. De watertank omvat de hoofdpomp (één in bedrijf, één stand-by), roestvrijstalen watertank, elektrische kast, temperatuurregelsysteem en drukregelsysteem. De regelkast maakt bediening van het waterkoelsysteem op afstand mogelijk, toont de watertemperatuur en maakt instelling van vertraagde werking na werktijd mogelijk.