I. Contesto del Progetto e Specifiche dell'Attrezzatura

Questo studio di caso riguarda un forno fusorio a induzione a media frequenza, modello WDL-KGPS-1000, con una capacità nominale di 1 tonnellata e una capacità massima di 1,2 tonnellate, progettato per applicazioni di fusione dell'alluminio. L'attrezzatura impiega il riscaldamento a induzione a media frequenza ed è dotata di un sistema di inclinazione idraulico per lo scarico dell'alluminio fuso. Il sistema elettrico è configurato per un'alimentazione trifase da 380V/50Hz, con un raddrizzatore trifase a sei impulsi e un inverter collegato in parallelo.

Rispetto al forno da 0,8 tonnellate del caso precedente, questa attrezzatura presenta un corpo forno progettato per una capacità massima di 1,2 tonnellate, con la potenza nominale dell'alimentatore aumentata a 600 kW mantenendo la stessa frequenza di uscita di 1000 Hz. Questa configurazione – con una potenza che supera leggermente la domanda nominale del forno – fornisce un margine per tassi di fusione migliorati.

II. Sistema di Alimentazione a Media Frequenza KGPS

Il sistema di alimentazione adotta l'alimentatore a media frequenza a tiristori KGPS, con una potenza nominale di 600 kW, una tensione di uscita a media frequenza di 1500 volt e una frequenza di uscita di 1000 Hz. Il fattore di potenza supera 0,9 e il tasso di successo all'avvio è del 100%. La sezione raddrizzatore è un ponte trifase completamente controllato, con il circuito di controllo che impiega un'architettura di scheda digitale di ottava generazione.

Le funzioni di controllo principali includono il controllo a potenza costante, l'avvio dolce a frequenza variabile a pressione zero e il feedback a doppio anello chiuso di tensione-corrente. L'avvio a frequenza variabile a pressione zero significa che il sistema esegue una scansione automatica dall'alta frequenza verso il basso durante l'avvio, stabilendo l'oscillazione a media frequenza una volta trovati i punti di risonanza del carico – un approccio che evita la sensibilità alle variazioni dei parametri di carico intrinseche ai tradizionali metodi di avvio a eccitazione separata.

Il sistema di protezione comprende condizioni di sovracorrente, sovratensione, sottocorrente, sottotensione, perdita d'acqua e perdita di fase. Quando un parametro di protezione supera la soglia impostata, il sistema blocca automaticamente l'uscita degli impulsi e disconnette l'alimentazione del circuito principale. L'armadio dell'alimentatore include letture complete di tensione, corrente e potenza insieme a indicatori di stato.

L'armadio dei condensatori fornisce la compensazione parallela a media frequenza, riducendo le perdite di trasmissione di potenza reattiva sulle linee di distribuzione e migliorando il fattore di potenza del sistema. La capacità del banco di condensatori è adattata alla frequenza di risonanza della bobina di induzione, garantendo un funzionamento vicino al punto di risonanza in condizioni nominali.

III. Progettazione della Bobina di Induzione e Schermatura del Giogo Magnetico

La bobina di induzione è il componente principale di conversione dell'energia, costruita in rame T2 con uno spessore di parete di 5 mm. Quando alimentata, la bobina genera un campo magnetico alternato a 1000 Hz che induce correnti parassite nella carica metallica all'interno del crogiolo del forno, generando calore. La progettazione della bobina si basa sui principi del campo elettromagnetico ed è verificata tramite software dedicati, con la deviazione tra potenza operativa effettiva e potenza di progetto controllata entro il 5%.

L'isolamento tra le spire è realizzato utilizzando tecniche di isolamento avanzate, con tecnologia di bloccaggio dedicata che riduce le vibrazioni assiali della bobina. La parete interna della bobina è spruzzata con materiali isolanti importati resistenti alle alte temperature, ed è installato un sistema di allarme di perdita del rivestimento del forno – quando l'alluminio fuso penetra nello strato della bobina, il sistema di allarme lo rileva precocemente e segnala la condizione, prevenendo incidenti di sfondamento del forno.

Uno strato refrattario di 10-15 mm di spessore viene applicato sulla superficie interna della bobina. Questo rivestimento serve a due scopi: facilitare la costruzione del rivestimento del forno e prevenire la deformazione termica del rivestimento che influirebbe sulla durata di servizio.

I gioghi magnetici sono di costruzione a profilo a falce, laminati da lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo e bloccati con fascette in acciaio inossidabile. La superficie di contatto tra il giogo e la superficie esterna della bobina è curva, fornendo un contatto superficiale anziché un contatto lineare, ottenendo una migliore efficienza di bloccaggio e una ridotta dispersione di flusso magnetico. Le lamiere di acciaio al silicio sono rinforzate con fascette dedicate anziché bulloni passanti, massimizzando l'area magnetica effettiva e riducendo il riscaldamento localizzato. I gioghi magnetici schermano contemporaneamente la dispersione del flusso magnetico, prevengono il riscaldamento del corpo del forno e supportano e fissano la bobina di induzione.

IV. Sistema di Inclinazione Idraulico

L'inclinazione del forno è azionata da un sistema idraulico con due cilindri disposti su entrambi i lati del corpo del forno per il sollevamento, con il ritorno del forno effettuato per gravità. La stazione idraulica è dotata di doppi motori e doppie pompe – una in servizio e una in standby, con capacità di commutazione automatica. Il serbatoio del carburante è completamente chiuso e saldato per prevenire perdite di olio idraulico.

L'intervallo dell'angolo di inclinazione è da 0 a 95 gradi, con funzionamento regolare senza urti o scivolamenti, velocità regolabile e capacità di mantenimento in qualsiasi posizione. L'operazione di inclinazione è controllata tramite valvole manuali, adatta per processi di colata che richiedono un controllo preciso del volume di versamento dell'alluminio fuso.

V. Struttura del Corpo del Forno

Il guscio del forno adotta una struttura a telaio in acciaio, comprendente una base di montaggio fissa e un corpo forno inclinabile, con la configurazione generale del telaio che garantisce rigidità. Il rapporto diametro/altezza del crogiolo è stato ottimizzato tramite analisi computerizzata – un rapporto aumentato migliora il fattore di potenza naturale e aumenta l'efficienza elettrica.

Il corpo del forno è progettato con una capacità di rivestimento di 3000 kg per la fusione di 1000 kg di alluminio, il che significa che il volume del crogiolo ha un margine significativo rispetto alla capacità nominale, facilitando le operazioni di caricamento e riducendo il rischio di fuoriuscite.

VI. Crogiolo in Grafite e Sistema di Raffreddamento ad Acqua

Il crogiolo è di costruzione in grafite, con una vita utile raccomandata di 4-6 mesi, a seconda delle condizioni operative, inclusi il metodo di caricamento, l'intervallo di mantenimento della temperatura di fusione e la frequenza di rimozione delle scorie.

I cavi raffreddati ad acqua sono costruiti con filo di rame privo di ossigeno a più fili TU1, rivestiti con tubo di gomma ignifugo ad alta resistenza, con connettori formati a freddo. Il lato dell'alimentatore richiede una portata d'acqua di raffreddamento non inferiore a 12 m³/h, mentre il lato del corpo del forno richiede non meno di 22 m³/h. La temperatura dell'acqua in uscita dal lato dell'alimentatore non deve superare i 35°C, e dal lato del corpo del forno non deve superare i 45°C, con la pressione dell'acqua in ingresso mantenuta tra 0,15 e 0,35 MPa. Il sistema di raffreddamento ad acqua è dotato di una torre di raffreddamento chiusa, serbatoi d'acqua e un armadio di controllo, formando un circuito di raffreddamento a circolazione indipendente.