Tungku Peleburan Induksi: Bagaimana Desain Frekuensi Menengah Menangani Pemanasan 0,5 hingga 30 Ton
Peleburan induksi adalah cara terbersih dan tercepat untuk melebur logam dalam jumlah kecil hingga menengah. Tidak ada elektroda, tidak ada produk pembakaran, dan tidak ada penumpukan karbon. Energi langsung masuk ke logam melalui induksi elektromagnetik. Untuk pengecoran yang memproduksi 1000 hingga 30000 ton coran per tahun, tungku induksi frekuensi menengah adalah pilihan utama. Teknologinya sudah matang, peralatannya andal, dan prosesnya sudah dipahami dengan baik.
Cara Kerja Peleburan Induksi
Tungku induksi memiliki kumparan tembaga yang mengelilingi wadah berlapis bahan tahan api. Arus AC pada frekuensi 150 Hz hingga 10 kHz (frekuensi menengah) mengalir melalui kumparan dan menciptakan medan magnet bolak-balik yang kuat di dalam wadah. Medan magnet tersebut menginduksi arus eddy pada muatan logam, dan arus eddy tersebut memanaskan logam melalui pemanasan Joule.
Efek kulit memusatkan arus eddy di permukaan logam. Pada frekuensi 1000 Hz, kedalaman kulit dalam baja cair sekitar 25 mm, yang berarti panas dihasilkan di bagian luar bak setebal 25 mm. Bak kemudian menghantarkan panas ke dalam melalui konduksi termal normal. Efek pengadukan medan magnet mengedarkan bak dan mempercepat pemerataan suhu.
Untuk tungku yang lebih besar (di atas 5 ton), pengadukan alami tidak cukup untuk menjaga suhu cairan tetap seragam. Kumparan pengaduk bawah atau tombak pengaduk gas ditambahkan untuk meningkatkan homogenitas cairan. Gradien suhu antara bagian atas dan bawah cairan 10 ton dapat mencapai 30 hingga 50 derajat Celcius tanpa pengadukan, dan 5 hingga 10 derajat Celcius dengan pengadukan.
Pemilihan Frekuensi
Frekuensi disesuaikan dengan ukuran tungku. Tungku yang lebih kecil beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi (1 hingga 10 kHz untuk tungku 0,5 hingga 2 ton), dan tungku yang lebih besar beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah (150 hingga 500 Hz untuk tungku 5 hingga 30 ton). Frekuensi yang lebih rendah untuk tungku yang lebih besar memberikan kedalaman penetrasi yang lebih dalam dan pemanasan yang lebih seragam, tetapi membutuhkan kapasitor yang lebih besar dan kompensasi daya reaktif yang lebih besar.
Tungku peleburan induksi MONTE INTELLIGENCE dirancang dengan inverter IGBT solid-state pada frekuensi 1 hingga 4 kHz untuk tungku kecil dan inverter thyristor pada frekuensi 150 hingga 500 Hz untuk tungku besar. Rentang daya adalah 250 kW hingga 12 MW, sesuai dengan ukuran tungku dari 0,5 ton hingga 30 ton.
Desain Krusibel dan Bahan Tahan Api
Krusibel adalah bagian yang aus pada tungku induksi. Konstruksi standarnya berupa lapisan refraktori magnesia atau alumina-magnesia yang dipadatkan, dengan masa pakai 300 hingga 1000 kali peleburan tergantung pada logam yang dilebur dan praktik pengoperasiannya.
Untuk besi dan baja, bahan tahan api standar adalah 85 hingga 92 persen MgO dengan pengikat spinel. Lapisan tersebut dipadatkan di tempatnya selama pemasangan, dikeringkan dengan pemanas listrik, dan disinter pada beberapa pemanasan pertama. Lapisan yang telah disinter tersebut mengembangkan permukaan kerja yang seperti kaca yang melindungi bahan tahan api utama dari penetrasi logam.
Untuk logam non-ferrous (tembaga, aluminium, kuningan), bahan tahan api standar berbasis alumina. Masa pakai lapisan ini biasanya lebih lama daripada besi dan baja, dengan 1000 hingga 3000 kali pemanasan untuk tembaga dan 500 hingga 1500 kali pemanasan untuk aluminium.
Kegagalan wadah peleburan merupakan masalah operasional utama. Wadah peleburan yang aus selama proses pemanasan memungkinkan logam cair bersentuhan dengan kumparan tembaga, dengan akibat yang sangat buruk. Perlindungan standar adalah sistem deteksi gangguan arus tanah yang memantau jalur arus antara logam cair dan kumparan. Gangguan akan memutus aliran listrik dalam hitungan milidetik, tetapi kerusakan pada kumparan dan struktur di sekitarnya sangat parah.
Praktik Operasional
Pengoperasian tungku induksi adalah sebuah keahlian. Operator yang paling berpengalaman mengetahui suara-suara tungku: dengungan stabil dari muatan yang baik, suara berderak keras dari bongkahan yang menyumbat, dan erangan dalam dari muatan basah. Mereka terus-menerus memantau faktor daya, arus saluran, dan suhu air pendingin, dan mereka dapat mendiagnosis masalah yang sedang berkembang sebelum indikator menunjukkannya.
Urutan pengoperasian standar adalah: pengisian muatan (dingin atau dipanaskan terlebih dahulu), daya dinyalakan pada 50 hingga 70 persen dari daya nominal, daya ditingkatkan secara bertahap hingga mencapai daya penuh saat cairan besi cair terbentuk, dipertahankan pada daya penuh untuk mencapai suhu target, dan kemudian dikeluarkan. Untuk pemanasan besi cair sebanyak 5 ton, muatan dingin meleleh dalam 60 hingga 75 menit dengan daya masukan 3,5 MW, dan suhu akhir tercapai dalam 80 hingga 95 menit. Konsumsi daya adalah 550 hingga 600 kWh per ton besi cair.
Pengoperasian pengisian panas (menggunakan logam cair dari peleburan sebelumnya atau dari tungku kupola) memangkas waktu peleburan menjadi 30 hingga 45 menit dan konsumsi daya menjadi 350 hingga 450 kWh per ton. Banyak pengecoran menggunakan pengaturan dupleks dengan tungku induksi tanpa inti untuk peleburan dan tungku saluran untuk penahanan dan pemanasan berlebih. Pengaturan dupleks meningkatkan efisiensi energi dan fleksibilitas produksi.
Ukuran dan Kapasitas Tungku
MONTE INTELLIGENCE memasok tungku peleburan induksi dengan kapasitas 0,5 hingga 30 ton, dengan daya mulai dari 250 kW hingga 12 MW. Ukuran yang paling umum adalah:
0,5 hingga 1 ton, 250 hingga 500 kW: pengecoran kecil, perhiasan, paduan khusus
1 hingga 3 ton, 500 kW hingga 1,5 MW: pengecoran barang, pengecoran besi.
3 hingga 5 ton, 1,5 hingga 3 MW: pabrik pengecoran besi dan baja berproduksi tinggi
5 hingga 10 ton, 3 hingga 6 MW: pengecoran besar, produksi besi cor ulet
10 hingga 20 ton, 6 hingga 10 MW: pabrik pengecoran baja, pabrik pengecoran besi besar
20 hingga 30 ton, 10 hingga 12 MW: pengganti tungku busur listrik pabrik baja
Sistem kontrol menggunakan PLC dengan antarmuka layar sentuh HMI. Sistem ini memantau semua parameter listrik, suhu air pendingin, status refraktori, dan urutan pengoperasian. Sistem ini juga menyimpan resep proses untuk berbagai paduan.
Teknologi Catu Daya
Catu daya adalah bagian termahal dari tungku peleburan induksi. Desain modern menggunakan inverter IGBT atau thyristor solid-state untuk mengubah daya listrik 50/60 Hz menjadi output frekuensi menengah. Efisiensi inverter adalah 95 hingga 97 persen, dan efisiensi listrik keseluruhan dari input listrik hingga panas pada logam adalah 75 hingga 85 persen. Inverter IGBT merupakan standar untuk tungku berukuran kecil hingga menengah (hingga 5 ton, 3 MW), dan inverter thyristor digunakan untuk tungku yang lebih besar di mana peringkat arus IGBT terbatas.
Sistem Air Pendingin
Kumparan tembaga dan elektronik inverter didinginkan dengan air. Air pendingin menghilangkan 15 hingga 25 persen daya masukan, dan sistem pendingin sangat penting untuk pengoperasian tungku. Konfigurasi standar adalah menara pendingin loop tertutup dengan penukar panas ke air proses. Suhu air pendingin dikontrol pada 30 hingga 40 derajat Celcius di saluran masuk ke kumparan.
Kualitas air pendingin sangat penting. Air sadah menyebabkan penumpukan kerak di koil, yang mengurangi perpindahan panas dan akhirnya menyumbat saluran pendingin. Perawatan air standar adalah pelembut air ditambah inhibitor kimia. Air pendingin diperiksa setiap bulan untuk mengetahui tingkat kesadahan, pH, dan konduktivitasnya.
Kriteria Seleksi untuk Pembeli
Bagi pembeli yang menentukan tungku peleburan induksi, pertanyaan kuncinya adalah: logam apa yang akan dilebur, berapa laju produksinya, bahan baku apa yang digunakan (dingin atau panas), dan infrastruktur listrik apa yang tersedia. Ukuran tungku dan daya yang dibutuhkan kemudian disesuaikan dengan parameter-parameter tersebut.
Rekayasa MONTE INTELLIGENCE dapat memodelkan waktu peleburan, konsumsi daya, dan biaya operasional untuk profil produksi tertentu. Hasilnya adalah spesifikasi tungku dengan jaminan kinerja.
Bicaralah dengan MONTE INTELLIGENCE tentang Peleburan Induksi.
Bagi pembeli yang mempertimbangkan tungku peleburan induksi baru atau penggantian unit yang sudah ada, tim teknik MONTE INTELLIGENCE dapat merekomendasikan konfigurasi tungku yang sesuai dengan jenis logam, tingkat produksi, dan pasokan daya yang tersedia. Kunjungiwww.cnlymonte.com/products-medium-frequency-furnace.html Untuk spesifikasi produk. Untuk diskusi proyek, kirim email ke helenxu@cnlymonte.com dengan subjek "Permintaan Peleburan Induksi" dan detail tentang logam Anda, target produksi, dan bahan muatan.
