Технические преимущества тигельных печей OTTO JUNKER

 Andrejewski Jorg (OTTO JUNKER, Германия)

ПЕРЕДОВЫЕ СВОЙСТВА ДЛЯ КАЧЕСТВА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Данные свойства установки являются отобранными наиболее яркими участками изображения чертежа. Они демонстрируют наивысшие стандарты технологии OTTO JUNKER с тем, чтобы обеспечить оптимальное качество продукции и эффективное производство, ведущие к выдающейся общей производительности труда и экономике.

Самая продвинутая технология печи

• Прочная сварная стальная конструкция корпуса печи в сочетании с разнообразными характеристиками по снижению шума ведет к низкому уровню излучения шума и долгому технологическому сроку службы печи.

• Проект печи основывается на самых последних результатах исследований вследствие сотрудничества OTTO JUNKER со знаменитым Аахен Техническим Университетом плюс собственный опыт OTTO JUNKER в литейном производстве.

Высоко эффективная катушка печи

• Специальный среднечастотный медный профиль катушки печи служит для высокой электрической отдачи, тогда как отдельные охладительные секции обеспечивают оптимальную холодопроизводительность и защиту от местного перегрева катушки.

Безопасность и защита окружающей среды

• Вся система печи изготовлена согласно высоким стандартам по защите окружающей среды, избегая использования опасных материалов, таких, как PCB и асбест, а также включает оборудование, обеспечивающее безопасность работ, высоких стандартов.

OCP - Оптическая система защиты катушки. OCP является системой контроля и измерения температуры, применяющей оптические волоконные датчики последнего поколения. Благодаря их измерительным характеристикам данные датчики сами применяются особенно хорошо к беспрепятственному контролю тигля в индукционных плавильных печах. Таким образом, OCP является уникальной системой контроля тигля, делающей возможным в любое время с первого раза определять поле температур в индукционной печи, независимо от типа и конструкции огнеупора.

Визуализация системы контроля тигля

Преимущества системы OCP

• Полная защита от
  - Рабочих аварий из-за повреждения катушки.
  - Телесных повреждений и поломок оборудования из-за прорыва расплавленного металла.

• Регистрация и визуализация температурной кривой за весь срок службы тигля
  - Указания хода событий и тенденций износа огнеупора или проникновения металла.
  - Возможность принять меры в нужное время для продления срока службы огнеупорного материала.

• Непосредственное измерение температуры, не через сопротивление
  - Полностью действует для многих разновидностей огнеупорных материалов и сразу же после смены футеровки.

• Оптический метод измерения, не электрический
  - Исключает ошибочные сигналы или даже повреждение сенсорной сетки магнитным полем индукционной печи.

Великолепное управление процессом плавки

Параллельная преобразовательная система

• Превосходная работа системы параллельного преобразователя перед концепцией серий обеспечивает более надежное производство благодаря меньшему времени простоя на ремонт и обслуживание.

Цифровое управление преобразователя

• Система цифрового управления обеспечивает более точную и надежную регулировку технического обеспечения печи и предоставляет передовое обслуживание посредством функции дистанционной диагностики.

Лёгкая эксплуатация

• Автоматические процедуры операций по Плавке, Хранению, Холодному пуску, Спеканию.

• Подробный компьютерный контроль и диагностика функционирования, обслуживания и сервиса.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Среднечастотная индукционная тигельная печь

• Индукционная водоохлаждаемая катушка с отклоняющими магнитными системами монтируются в опрокидывающемся корпусе печи, сделанном из прочной сварной стальной конструкции, главным образом спроектированной для обеспечения наивысшей стойкости к воздействию для суровой литейной окружающей среды. Этот опрокидываемый корпус окружен изоляционным корпусом, с большими служебными окнами, который может быть легко убран для обслуживания.

• Магнитное поле, индуцируемое в тигле среднечастотным током катушки, управляется отклоняющимися магнитными системами, изготовленными из специального листового металла преобразователя. Это защищает структуру печи от рассеянного вихревого тока и, таким образом, от перегрева.

• На дне тигля установлена специальная контактная система антенного типа. Она соединяет жидкий металл с защитным заземлением и, таким образом, защищает рабочий персонал от поражения электрическим током. Кроме того, она служит для контроля за футеровкой тигля и для запуска выключения печи, а также подает аварийный сигнал неисправности, ес-ли жидкий металл проникает в катушку.

• Платформа печи с каплевидными пластинами вокруг верхней части печи покрывает шахту печи.

• Водоохлаждаемые, высоко гибкие силовые кабели обеспечивают электрическую индукционную энергию от стеллажа для конденсатора через соединители на задней стенке шахты печи и оттуда к разъемам индукционной катушки на боковой поверхности корпуса печи.

• В целях безопасности все индикаторы температуры и расхода установлены вне шахты печи. Таким образом, обслуживающий персонал никогда не подвергается напрямую воздействию печи.

Защита и изоляция индукционной катушки

Индукционная катушка сделана из специального среднечастотного медного профиля с высокой электропроводимостью для наибольшего электрического КПД. Для каждого применения выбирается оптимальный профиль относительно формы и толщины стенок. Сечения дважды свариваются со вставочными втулками, обеспечивая бестурбулентный поток и высокую пропускную способность хладагента через индукционную катушку.

Для облегчения испарения влаги футеровки снаружи смоляного покрытия имеются специальные щели для испарения. Благодаря этой специальной технологии изоляции, индукционная катушка обеспечит великолепную работу и долгий срок службы.

Гидравлическая система

Гидравлическая установка включает в себя гидравлический бак с насосом высокого давления, приводом от двигателя и соответствующими комплектами клапанов.

Опрокидывание печи запускается через пропорциональный клапан при управлении джойстиком на панели управле-ния. Как только печь опрокинулась, джойстик отпускается, печь останавливается в опрокинутом положении. Гидравлический мотор работает только во время движения опрокидывания.

Печь опрокидывается двумя гидроцилиндрами с поршнями с твердым хромовым покрытием для долгого срока службы. Каждый цилиндр имеет самозакрывающийся предохранительный клапан с возможностью быстрого закрытия. Это оберегает печь от обратного падения в случае повреждения гидравлической трубы или шланга.

В случае общего отключения электричества, используется аварийное оборудование опрокидывания, которое включает в себя турбонасос, работающий на сжатом газу и встроенный в ту же установку.

Система защиты шахты

Защита шахты представляет собой защитное устройство, которое защищает людей на платформе печи от случай-ных спотыканий в открытую шахту печи во время опрокидывания печи, а также от предметов, падающих в шахту и потенциально повреждающих оборудование.

Данная установка включает в себя три боковые стальные стенки, окрашенные в яркий предупредительный цвет. Она автоматически поднимается из платформы печи и следует за движение опрокидывания печи.

Система взвешивания

Система взвешивания высокой точности включает в себя четыре датчика нагрузки, расположенных под корпусом печи.

Блок управления обеспечивает функцию гудронирования с тем, чтобы для каждой загрузки система взвешивания могла быть установлена на ""0"".

Датчики нагрузки защищены от повреждения посредством механической защиты от перегрузки и стальным корпусом со всех сторон.

Устройство корректировки угла опрокидывания гарантирует высокую точность системы взвешивания, даже во время опрокидывания. Это обеспечивает преимущество, которое заключается в том, что оператор может контролировать точное количество заливки жидкого металла во время процедуры разливки.

Выведение данных на экран и оценка, выполненные процессоре плавки ""JOKS"".

Система охлаждения и аварийное охлаждение

Компоненты катушки печи и преобразователя охлаждаются водой. Вся система охлаждения состоит из двух отдельных охлаждающих контуров для конвертера и для печей, включая переключатели температуры для контроля за температурой охлаждающей воды на контур, а также водомер и индикатор температуры в общем обратном проводе воды.

Охладительный контур конвертера использует воду низкой электропроводимости. Во время функционирования качество воды постоянно контролируется устройством измерения электропроводимости. Для охлаждения индукционной катушки печи используется только чистая вода. Подробные характеристики воды будут предоставляться с документацией.

Контур охлаждения печи оборудован комплектом двух насосов, которые в случае поломки одного насоса переключаются автоматически. Сигнал указывает сломанный насос для немедленной проверки и ремонта.

Автоматическая система аварийной подачи воды, которая соединена с городской подачей воды через электромагнитный клапан, гарантирует постоянную подачу воды к индукционной катушке, если насосы сломаны. Электромагнитный клапан открывается в случае отключения электричества вспомогательного контура для системы водяного охлаждения, или если падает давление в водном контуре печи.

Сигналы датчиков оцениваются в ПК и выводятся на экран при помощи системы JOKS. Если температура охлаждения превышает допустимый диапазон, система управления выключает печь и издает аварийный сигнал.

Возможные варианты для систем охлаждения следующие:

• Охладитель вода/вода.

• Охладитель вода/вода, включая открытую испарительную градирню.

• Закрытая испарительная система охлаждения.

• Закрытый охладитель воздух/вода без гликоля (OTTO JUNKER DRAIN TYPE /тип дренажа/).

Преимущества воздухоохладителя OTTO JUNKER DRAIN TYPE:

• Не требуется теплоизоляционного вещества (гликоль).

• Если используется аварийная вода, в канализацию не сливается гликоль.

• Низкие эксплуатационные расходы, потому что вторичный водный охладитель заполняется нормальной водой.

• Вторичный охладитель легок в обслуживании, потому что нет необходимости проверять содержание гликоля.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧАСТИ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Трансформатор

Для подгонки напряжения питающей сети к требуемому рабочему напряжению преобразователя частоты, необхо-дим специальный трансформатор для питания выпрямителей. Это трансформатор спроектирован для установки в помещении и охлаждения конвекцией маслом.

Масляный трансформатор снабжен следующим защитным оборудованием:

• Реле газоопределителя: Данное устройство имеет пороговое переключение для сигнала тревоги и выключает установку путем открывания размыкателя.

• Контроль температуры масла: Температура масла контролируется посредством датчика температуры для сигнала тревоги и выключает установку путем открывания размыкателя.

Охлаждающее масло из трансформатора может охлаждаться охладителем вода/вода, так как нет необходимости в специальной системе вентиляции воздуха.

Принцип управления

Управление всей установкой печи включает в себя три независимые субсистемы, которые полностью специализи-рованны. Таким образом, обеспечивая оптимальный и самый надежный контроль для всех производственных ситуаций:

• ПК Siemens S7 для базового контроля установки печи, как например запуск клапанов, выключатели, защитные блокировки и т.д.

• Цифровое управление преобразователем, предназначенная система компьютера для контроля преобразователя служит для оптимального контроля силового преобразователя средней частоты.

• ""JOKS"", Система Управления Печи Junker является компьютерной системой, которая обеспечивает контроль за процессом и визуальное наблюдение для оператора.

Все три субсистемы связаны друг с другом с тем, чтобы гарантировать самую надежную и безопасную работу.

Технология плавки ""JOKS""

Система JOKS обеспечивает управление процессом и визуальное наблюдение всей установки печи, включая информацию о состоянии и аварийной сигнализации.

Система состоит из прочного промышленного ПК с большим и цветным тонкопленочным монитором.

Система визуального наблюдения снабжает различными щитами для всевозможных ситуаций, как, например, соответствующий экран, система охлаждения, электросистема, системные параметры.

Все данные, относящиеся к процессу, выводятся на монитор в одном основном экране в виде графических знаков и дополнительно в числовых с тем, чтобы обеспечить легкое и быстрое чтение данных и избежать неправильного прочтения.

Параллельный силовой преобразователь средней частоты.

Преобразователь спроектирован как 6 , 12 или 24 -импульсная схема, первое выпрямляющее 3-фазное переменное напряжение, идущее из трансформатора и затем преобразующееся в переменное напряжение требуемой частоты посредством инвертера. Система преобразователя в основном включает в себя:

• Линейно соединенный полностью управляемый выпрямитель.

• Связывающая цепь постоянного тока со сглаживающим реактором.

• Инвертор с естественной коммутацией.

• Цифровая система управления преобразователя.

Преобразователь использует тиристоры большой мощности с водным охлаждением в модульной конструкции для выпрямителя и инвертора. Сложная цифровая система управления (см. ниже), ведущая к более надежной работе.

Конструкция выпрямителя обеспечивает индивидуальный контроль каждого тиристора. Возможна энергетическая обратная связь в сети электроснабжения при полном контроле за аварийном останове, что ведет к низкому току в системе преобразователя.

Промежуточный контур состоит из прочных реакторов сглаживания с водным охлаждением с тем, чтобы снизить частоты гармоники, порожденные в выпрямителе. Кроме того, они служат для ограничения тока в случае короткого замыкания.

Инверторы преобразуют применяемое напряжение постоянного тока в однофазное напряжение переменного тока средней частоты, подаваемое в параллельный колебательный контур, который образован индукционной катушкой тигельной печи и компенсационными конденсаторами.

Параллельный колебательный контур ведет к низкому инвертирующему току, следовательно, к длительному сроку службы тиристоров и высокой эффективности, благодаря низким электропотерям. Таким образом, это ведет к более надежной работе всей установки печи в производстве и меньшему времени простоя и более низким затратам на ремонт.

Цифровой блок управления

Цифровая система управления преобразователя ЦП служит для управления и контроля полупроводников высокой мощности преобразователя. Полностью цифровое управление контролирует мостовые выпрямители и два независимых инвертора для операции двойного плавления.

Цифровая система использует разные типы схемных плат, собранных на прочном 19""-стеллаже с двумя независимыми магистралями, обеспечивающих модульную и отказоустойчивую систему.

Платы ввод/вывод подсоединены к внешнему импульсному усилителю, расположенному близко около тиристоров с тем, чтобы минимизировать сопротивление и индуктивность в цепи стробирования для более быстрого и безопасного управления тиристором.

Программное обеспечение системы предоставляет рабочую поверхность для обслуживания и устранения неисправностей.

Конденсаторы

Конденсаторы в сочетании с катушкой печи, соединенные параллельно, обеспечивают цепь нагрузки для преобразователя. Конденсаторная батарея и катушка печи спроектированы для требуемой частоты настройки.

Конденсаторы охлаждаются водой, некоторые конденсаторы соединены вместе, чтобы образовывать охладительный контур. Давление конденсаторов контролируется датчиком. Все конденсаторы сделаны OTTO JUNKER.

РАБОТА УСТАНОВКИ ПЕЧИ

Режимы работы

С тем, чтобы справиться с разнообразием требований по эксплуатации бессердечниковой печи средней частоты, обеспечение сделано для следующих пяти разных режимов работы, поскольку каждая печь может независимо работать в каждом из режимов:

• Плавка.

• Выдержка.

• Перегрев.

• Спекание.

• Холодный пуск.

Плавка

Печи могут включаться и выключаться при помощи двух функциональных клавиш на панели оператора или двух кнопок на пульте управления оператора. Мощность регулируется на пульте управления оператора. Дисплей на пульте управления оператора показывает текущие значения всех параметров процесса. В сочетании с системой взвешивания система управления автоматически применяет требуемую энергию для доведения металла на первом этапе до промежуточной тем-пературы, приблизительно 100°C, ниже окончательной температуры. После подтверждения измерения температуры для получения окончательной температуры применяется соответствующая энергия. Затем система автоматически включает режим выдержки.

Выдержка

В данном режиме работы расплавленный металл в печи может удерживаться при желаемой температуре. При регулярных промежутках времени печь снабжается предварительно установленной удерживаемой энергией. Используемая энергия регулируется при помощи потенциометра пульта управления оператора. Не требуется специальных установок потенциометра, пока установленная мощность равна или больше, чем мощность выдержки. Потребление заданной мощности выдержки может быть измерено. Эта заданная величина применяется автоматически, каждый раз выбирается режим ""Выдержка"".

Перегрев

В данном режиме работы температура расплавленного металла в печи может быть увеличена заранее установленным диапазоном. Требуемая электроэнергия вводится оператором, и система автоматически использует требуемую энергию. Заданная мощность вводится на пульте управления оператора.

Спекание

Предварительные установки программы спекания должны делаться только один раз, полагая, что каждая новая футеровка будет выполняться при тех же условиях, напр., используя тот же футеровочный материал. Программа спекания вводится оператором. До десяти интервалов прибл. макс. 120 мин. могут быть предварительно выбраны, каждый с разными периодами вкл. и выкл. В данном режиме мощность печи не зависит от установок потенциометра. Заданная мощность вво-дится на потенциометре, установленном в шкафу преобразователя.

Холодный пуск

Данный режим используется для теплового режима установки после долгого простоя, напр. на выходные, и служит для возобновления нормальной работы, как можно быстрее, не ожидая нагрева печи в рабочее время. В данном режиме вторичный водный охладитель (контур печи) и печи запускаются автоматически (прерыватель главной цепи и переключатель разъединителя должны быть закрыты). Заданная мощность вводится на потенциометре, установленном на панели преобра-зователя. Установка времени вкл., времени выкл. и кВт.ч должны вводиться оператором. Система выключается автоматически при двух условиях: либо если пришло предварительно установленное время выкл., либо использована предварительно установленная энергия. После этой процедуры можно начать нормальную производственную работу. Это также служит для продления срока службы футеровки печи, снижения времени простоя для повторной футеровки.

Выводы и перспективы

Когда бы ни потребовались высокие мощности расплава и гибкость в отношении качества легирования и эксплуатации индукционных печей, Otto Junker предлагает наиболее подходящие технические концепции. Данный подход широко используется на литейных предприятиях, производящих отливки из чугуна, меди и алюминиевого сплава.

Стремительное развитие в области силовой электроники, так, например, тиристорные частотные преобразователи, транзисторные преобразователи частоты и т.д., в значительной мере повлияли на успех индукционной печи. Такие факторы как возможность распределения мощности индукционной печи, низкое удельное потребление электроэнергии, регулирование частоты индуктора, значительно повышают качество и эффективность процесса плавки. Последняя техническая альтернати-ва позволяет эффективно регулировать параметры потока ванны, а, следовательно, и рассматривает индукционную печь, как лучший инструмент для металлургических процессов.

Сведения об авторе:

• J"org Andrejewski - вице-директор по продажам OTTO JUNKER, т.: + 49 (0) 2473 601-208 ф.: + 49 (0) 2473 601-618 E-mail: anj@otto-junker.de.

По всем интересующим вопросам обращайтесь в представительство компании OTTO JUNKER в Украине - ООО ""УКРЛИТМАШ"".

Опубликовано: ИТБ ""Литьё Украины"", №4 (80) 2007 г.

"