유도 용해로: 중주파 설계로 0.5~30톤의 열처리 가능
유도 용해는 소량에서 중간 규모의 금속을 용해하는 가장 깨끗하고 빠른 방법입니다. 전극이 필요 없고, 연소 생성물도 없으며, 탄소 흡착도 없습니다. 에너지가 전자기 유도를 통해 금속에 직접 전달됩니다. 연간 1,000톤에서 30,000톤의 주물을 생산하는 주조 공장에서는 중주파 유도 용해로가 기본적으로 선택됩니다. 이 기술은 성숙 단계에 있으며, 장비는 신뢰할 수 있고, 공정은 잘 이해되고 있습니다.
유도 용해의 작동 원리
유도로는 내화재로 안감 처리된 도가니를 구리 코일이 둘러싸고 있는 구조입니다. 150Hz에서 10kHz 사이의 교류 전류(중주파수)가 코일을 통해 흐르면서 도가니 내부에 강한 교류 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 금속 장입물에 와전류를 유도하고, 이 와전류는 줄 발열을 통해 금속을 가열합니다.
표피 효과는 금속 표면에 와전류를 집중시킵니다. 1000Hz에서 용강의 표피 깊이는 약 25mm이며, 이는 열이 용강 표면의 바깥쪽 25mm에서 발생한다는 것을 의미합니다. 용강은 일반적인 열전도를 통해 열을 안쪽으로 전달합니다. 자기장의 교반 효과는 용강을 순환시켜 온도 균일화를 가속화합니다.
대형 용광로(5톤 이상)의 경우, 자연 교반만으로는 용탕 온도를 균일하게 유지하기에 충분하지 않습니다. 용탕의 균질성을 향상시키기 위해 바닥 교반 코일이나 가스 교반 장치를 추가합니다. 10톤 용탕의 경우, 교반을 하지 않으면 상하 온도차가 30~50℃에 달할 수 있지만, 교반을 하면 5~10℃로 줄어듭니다.
주파수 선택
주파수는 용광로 크기에 맞춰 조정됩니다. 소형 용광로는 고주파수(0.5~2톤 용광로의 경우 1~10kHz)에서 작동하고, 대형 용광로는 저주파수(5~30톤 용광로의 경우 150~500Hz)에서 작동합니다. 대형 용광로에서 저주파수를 사용하면 표피층이 깊어지고 가열이 더욱 균일해지지만, 더 큰 용량의 콘덴서와 더 많은 무효 전력 보상이 필요합니다.
몬테 인텔리전스(MONTE INTELLIGENCE) 유도 용해로는 소형 용해로에는 1~4kHz 주파수의 솔리드 스테이트 IGBT 인버터를, 대형 용해로에는 150~500Hz 주파수의 사이리스터 인버터를 사용하여 설계되었습니다. 출력 범위는 250kW에서 12MW까지이며, 0.5톤에서 30톤에 이르는 용해로 크기에 맞춰 사용할 수 있습니다.
도가니 설계 및 내화물
도가니는 유도 용광로에서 가장 마모가 심한 부품입니다. 표준 구조는 마그네시아 또는 알루미나-마그네시아 내화재를 다져서 만든 라이닝으로 구성되며, 용융되는 금속의 종류와 작동 방식에 따라 300회에서 1000회까지 사용할 수 있습니다.
철강 생산에 사용되는 표준 내화물은 스피넬 결합제를 사용한 85~92%의 산화마그네슘(MgO)으로 구성됩니다. 내화물은 설치 시 다져서 고정하고, 전기 히터로 건조시킨 후, 처음 몇 번의 소성 과정에서 소결됩니다. 소결된 내화물 표면은 유리질의 작업면을 형성하여 내화물 본체가 금속에 침투하는 것을 방지합니다.
비철금속(구리, 알루미늄, 황동)의 경우 표준 내화물은 알루미나계입니다. 알루미나 내화물의 수명은 일반적으로 철 및 강철보다 길며, 구리의 경우 1000~3000회, 알루미늄의 경우 500~1500회 용융 공정에 걸쳐 사용할 수 있습니다.
도가니 파손은 주요 운영 문제 중 하나입니다. 가열 과정에서 도가니가 마모되면 용융 금속이 구리 코일에 닿아 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 표준 보호 장치는 용융 금속과 코일 사이의 전류 경로를 감시하는 누전 감지 시스템입니다. 누전이 발생하면 수 밀리초 내에 전원이 차단되지만, 코일과 주변 구조물에 심각한 손상을 입힙니다.
운영 관행
유도 용광로 조작은 하나의 기술입니다. 가장 숙련된 조작자는 용광로의 소리를 꿰뚫어 봅니다. 좋은 재료가 들어갈 때 나는 규칙적인 윙윙거리는 소리, 덩어리가 브리징될 때 나는 거친 탁탁거리는 소리, 젖은 재료가 들어갈 때 나는 깊은 신음 소리까지 말입니다. 그들은 역률, 선로 전류, 냉각수 온도를 끊임없이 관찰하며, 계기판에 문제가 표시되기 전에 미리 문제를 진단할 수 있습니다.
표준 작동 순서는 다음과 같습니다. 원료 투입(냉간 또는 예열), 정격 출력의 50~70%로 가동, 용탕 형성과 함께 최대 출력으로 점진적으로 증가, 목표 온도 도달까지 최대 출력 유지, 출탕. 5톤의 철을 가열할 경우, 3.5MW 입력에서 냉간 투입은 60~75분 내에 용융되고, 출탕 온도는 80~95분 내에 도달합니다. 전력 소비량은 용탕 1톤당 550~600kWh입니다.
열탕 주입 방식(이전 가열 공정이나 큐폴라에서 남은 액체 금속을 사용하는 방식)은 용융 시간을 30~45분으로 단축하고 전력 소비량을 톤당 350~450kWh로 줄입니다. 많은 주조 공장에서는 용융을 위한 코어리스 유도 용광로와 유지 및 과열을 위한 채널 용광로를 결합한 복층 구조를 사용합니다. 이러한 복층 구조는 에너지 효율과 생산 유연성을 향상시킵니다.
용광로 크기 및 용량
몬테 인텔리전스는 0.5톤에서 30톤까지의 용량과 250kW에서 12MW까지의 출력 범위를 갖춘 유도 용해로를 공급합니다. 가장 일반적인 크기는 다음과 같습니다.
0.5~1톤, 250~500kW: 소규모 주조 공장, 보석류, 특수 합금 제조
1~3톤, 500kW~1.5MW: 소규모 주조 공장, 철 주물
3~5톤, 1.5~3MW: 고생산성 철강 주조 공장
5~10톤, 3~6MW: 대형 주조 공장, 연성 주철 생산
10~20톤, 6~10MW: 제철소, 대형 철 주조 공장
20~30톤, 10~12MW: 제철소 전기로 대체용
제어 시스템은 HMI 터치스크린 인터페이스를 갖춘 PLC를 사용합니다. 이 시스템은 모든 전기적 매개변수, 냉각수 온도, 내화물 상태 및 작동 순서를 모니터링합니다. 또한 다양한 합금에 대한 공정 레시피를 저장합니다.
전원 공급 기술
유도 용해로에서 가장 비싼 부품은 전원 공급 장치입니다. 최신 설계에서는 50/60Hz의 전력을 중주파 출력으로 변환하기 위해 고체 IGBT 또는 사이리스터 인버터를 사용합니다. 인버터 효율은 95~97%이며, 전력 입력에서 금속 가열에 이르는 전체 전기 효율은 75~85%입니다. IGBT 인버터는 소형에서 중형 용해로(최대 5톤, 3MW)에 표준으로 사용되며, IGBT의 정격 전류가 제한적인 대형 용해로에는 사이리스터 인버터가 사용됩니다.
냉각수 시스템
구리 코일과 인버터 전자 장치는 수냉식입니다. 냉각수는 입력 전력의 15~25%를 제거하며, 이 냉각 시스템은 용광로 작동에 매우 중요합니다. 표준 구성은 공정수와 열교환기가 연결된 폐쇄형 냉각탑입니다. 냉각수 온도는 코일 입구에서 30~40도C로 제어됩니다.
냉각수 수질은 매우 중요합니다. 경수는 냉각 코일에 스케일이 쌓이게 하여 열 전달 효율을 떨어뜨리고 결국 냉각 통로를 막히게 합니다. 일반적인 수처리 방법은 연수기와 화학적 억제제를 사용하는 것입니다. 냉각수는 매달 경도, pH, 전도도를 검사합니다.
구매자 선정 기준
유도 용해로를 구매하려는 고객은 다음과 같은 핵심 질문을 고려해야 합니다. 용해할 금속의 종류는 무엇인지, 생산 속도는 얼마인지, 투입 재료는 냉간 또는 열간인지, 그리고 사용 가능한 전기 설비는 어떤지 등을 파악해야 합니다. 이러한 매개변수를 바탕으로 용해로의 크기와 정격 용량을 결정해야 합니다.
몬테 인텔리전스 엔지니어링은 특정 생산 프로파일에 대한 용융 시간, 전력 소비량 및 운영 비용을 모델링할 수 있습니다. 출력물은 성능 보증이 포함된 용광로 사양입니다.
몬테 인텔리전스에 문의하여 유도 용해에 대해 알아보세요.
새로운 유도 용해로 구매 또는 기존 장비 교체를 고려 중인 구매자를 위해 MONTE INTELLIGENCE 엔지니어링팀은 금속 종류, 생산 속도 및 사용 가능한 전력 공급에 맞는 용해로 구성을 추천해 드립니다. 자세한 내용은 웹사이트를 방문하십시오.www.cnlymonte.com/products-medium-frequency-furnace.html 제품 사양은 이메일로 문의해 주십시오. 프로젝트 관련 문의는 helenxu@cnlymonte.com으로 이메일을 보내주시고, 제목에 "유도 용해 문의"라고 기재하신 후, 사용하려는 금속, 생산 목표, 투입 재료에 대한 자세한 정보를 제공해 주시기 바랍니다.
