TLL Media | Инженеринг ревю | IndustryInfoBG | South-East European INDUSTRIAL Market | Български Технически Каталог | Енерджи Инфо БГ | ТД ИНСТАЛАЦИИ | Екология & Инфраструктура
 
 
 
TLL Media Българското специализирано техническо списание за енергетика
НАЧАЛО     ENGLISH
Търси
TLL Media
TLL Media
ИздателствотоЗа изданиетоАрхивАбонамент РекламаКонтактиПредстоящо
TLL Media
 

ЕНЕРГИЙНА ЕФЕКТИВНОСТ

Енерджи ревю » Сп. Енерджи ревю - брой 4, 2017, юли
Повишаване на енергийната ефективност в металолеенето

Леенето е един от най-старите и най-широко разпространените процеси за формоване на метал, включващ изливането на стопен метал в желаната форма и изчакване на втвърдяването му. Често се използва за производството на сложни детайли, чието изработване би било прекалено скъпо при прилагане на други методи.

Металолеенето обаче е и един от най-предизвикателните производствени процеси. Той е силно високотехнологичен процес, изискващ задълбочени научни познания. Модерната технология на металолеене включва шест различни етапа – топене, сплавяне, формоване, отливане, втвърдяване и финишна обработка.

На всеки етап са необходими високи нива на точност и процесно управление. Също така металолеенето е и един от най-енергийно интензивните индустриални процеси, като топенето на метала отговаря за голяма част от консумираната енергия. Поради това и покачващите се цени на електроенергията, секторът полага значителни усилия в посока повишаване на енергийната ефективност.

Потенциал за енергийни спестявания
Пестенето на енергия може да бъде постигнато чрез няколко техники и методи. Първата стъпка за идентифициране на мерки за редуциране консумацията на енергия е провеждането на енергиен одит.

По този начин обаче се определят единствено теоретични стойности за енергийните спестявания и е възможно да се изведат заключения само за необходимост от подмяна на някои от основните съоръжения. Този тип управление на енергийната ефективност в повечето случаи изисква значителни капиталови инвестиции в ново оборудване.

Има няколко бариери, възпрепятстващи постигането на висока енергийна ефективност в една компания. Основните от тях са технически рискове, свързани с прекъсването на производствения процес, прилагането на неподходяща технология, липса на време и достъп до капитал. При малките и средни по големина леярни от най-съществено значение са липсата на време, квалифициран за целта персонал и недостатъчни ресурси.

Чрез прилагане на подходи като остойностяване на материалните потоци може да бъде проучен целият процес на металолеене. Енергийни спестявания могат да бъдат реализирани по два начина – директни спестявания чрез по-ниска консумация на гориво и индиректни – чрез по-малко потребление на материални ресурси.

Следователно в леярните трябва да се постигне производство на определено количество качествена продукция с по-малко гориво и по-малко суровини. За да се осъществи това, трябва добре да бъдат разбрани енергийните и материалните потоци в процеса на металолеене.

Директни спестявания на енергия
Първият етап от процеса на топене е предварителното подгряване на метала, което има няколко предимства – отстраняване на влагата и органични замърсявания, което намалява риска от експлозия в пещта; повишаване на топилния капацитет на пещта; редуциране на необходимата за топенето енергия. Особено при алуминиевите сплави предварителното подгряване може да забави формирането на шлака при контакт на горещия метал с влага.

Днес, леярните често използват горещите отпадъчни газове от топилната пещ за подгряване на метала. При зареждането и трансфера на предварително загретия метал обаче може да се стигне до загуба на големи количества топлина чрез конвекция и излъчване. Следователно, за да се редуцират ефективно тези загуби, процесите на предварително подгряване и топене трябва да се извършват в близост един до друг.

За фазата на топене на метала се изразходват 30% от общото количество енергия за процеса на металолеене. Това прави оптимизирането на ефективността на този етап основен приоритет. В случая най-важна е ефективността на използваната пещ. В алуминиевата индустрия например за най-ефективни са смятани индукционните топилни пещи. Факт е обаче, че 60% от енергията за топене в съвременните леярни се осигурява от природен газ, а само 27% – от електричество.

Това поражда друга дилема – между пестенето на енергия и на финансови средства. Използването на газова пещ е по-евтино, но качеството на топене е лошо, а това оказва влияние на следващите етапи от процеса. Съдържанието на водород в този вид пещи обикновено е по-високо заради влажните димни газове. Отстраняването му е от ключово значение, тъй като в противен случай може да нанесе сериозни вреди върху продукцията. Тоест, въпреки че газовите пещи изискват по-малко разходи при топене, допълнителни средства са необходими за обезгазяване.

Независимо от целта на редуцирането на разходите и пестенето на енергия, за повишаване на енергийната ефективност могат да се приложат няколко подхода:
• подобряване на въздушния компресор, който се използва за пещта на гориво. Богатата на кислород среда обуславя по-високи скорости на топлопренос и по този начин намалява необходимото време за топене, което пък, от своя страна, редуцира консумацията на гориво;
• намаляване честотата на зареждане на метала, което ще доведе до понижаване на загубата на метал и топлинна енергия;
• при оптимизиране на производството се препоръчва да се използват висококачествени суровини. Това ще увеличи първоначалните разходи, но и ще ограничи общата загуба на метал поради окисление и образуване на шлака;
• осигуряване на обучение за операторите на пещта – вече е доказано, че работата на оператора може да повлияе на енергопотреблението в размер на 10%.

След топене металът обикновено съдържа примеси като оксиди, шлака и нежелани газове, например водород. Това налага прилагането на обезгазяване и флотация. В днешни дни технологията за обезгазяване включва пропускане на инертен газ чрез бързо въртяща се дюза. Методът се основава на равновесната зависимост между водорода във формовъчната смес и водорода в атмосферата.

Чрез инжектирането на инертния газ стопеният метал се поставя в инертна атмосфера. За да се запази балансът, водородът трябва да премине в мехурчетата инертен газ и да дифундира на повърхността на стопилката. По този начин съдържанието на водород постепенно намалява с времето до желаното ниво.

Според проучвания загубата на метал при процесите на обработка и рафиниране може да възлезе на 5 масови процента. Допускайки, че за 1 тон алуминий са необходими 2,2 GJ енергия, загубата от 5% изисква допълнителни 0,11 GJ енергия за топене. Енергия се изразходва и от обезгазяващата инсталация – от въртящата се дюза, получаването на инертен газ и изпомпването му.

Следователно, за да се реализират енергийни спестявания при рафиниране и обработка, е необходимо подобряване качеството на суровината. По този начин ще се редуцират не само загубите на метал, но и честотата на рафиниране. В допълнение, ще има и съответни спестявания от инертен газ и електроенергия.

Поддържането на запас е друг съществен консуматор на енергия в металолеенето, който изразходва 30% от енергията на производството. Целта на този процес е да се осигури непрекъсната наличност от формовъчна смес с постоянен състав и качество. В повечето леярни за цветни метали за това се изисква повече енергия, отколкото за топенето. Най-ефективна мярка за повишаване на енергийната ефективност в този етап е редуцирането на времето на задържане в пещите резервоари.

Индиректни спестявания на енергия
Материалната експлоатационна ефективност е съотношението между качествено отлетите детайли, доставени на клиентите, и общото количество стопен метал. Подобряването на действителния добив е може би най-простият начин леярните да спестят енергия. Методът се фокусира предимно върху самия процес и търсенето на възможности за пестене на материал, а не е свързан в такава степен с работните характеристики на производственото оборудване. За да се определи действителният добив от процеса на металолеене, трябва да се анализират всички негови етапи.

Започвайки с етапа на топене, загубата на алуминий например се дължи на окислението му на повърхността на стопилката. Това означава, че ограничаването на контакта между формовъчната смес и въздуха ще намали степента на окисление. Обикновено това се постига с поддържане вратата на пещта затворена и редуциране на времето за зареждането й.

При пещите резервоари загубата на метал може да се понижи чрез намаляване времето на задържане. Загубите по време рафиниране са главно поради окисление и отстраняването на водорода и примесите, т. е. зависят от чистотата на суровината.
Загуби има и при процеса на машинна обработка за получаването на крайната форма на детайла. Тази процедура включва шлифоване, пробиване, полиране и др.

Загубата на метал в този етап е под формата на фин скрап. Необходимостта от машинна обработка може да бъде намалена, ако детайлът бъде произведен с по-голяма точност с желаната форма. Последният вид загуба се дължи на отлети детайли, които не преминават успешно качествения контрол.

Дефекти като малък толеранс, некачествена повърхностна обработка, включения и порьозност са причина за бракуването на продукция. За да се намали бракът, е важно да се оптимизират процесите на топене, сплавяне и рафиниране, както и дизайна на леяковата система.

Започвайки от дизайна на продукта, с помощта на симулационен софтуер може да бъдат предсказани поведението на стопения метал в леяковата система и параметрите на захранване по време на втвърдяване. Това ще позволи на инженерите в леярната да разработят качествени продукти, без да правят физически експерименти тип “проба-грешка”. Това може да помогне както при началния етап на производство, така и при дълги цикли, когато се търси вариант за енергийни спестявания.

Типичната леярна изразходва 14% от енергията за сгъстяване на въздух, което генерира повече разходи дори от топенето или поддържането на наличност. Сгъстеният въздух намира много приложения в леярските предприятия, като най-важно е използването му за горене. Ефективното изгаряне на горивата осигурява по-висока температура на пламъка, което повишава скоростта на топлопренос и намалява времето, необходимо за топене.

В допълнение се редуцират не само топлинните загуби при горене, но и въздействието върху околната среда. Със сгъстения въздух се намалява потреблението на гориво, но, от друга страна, за получаването му се изразходват значителни количества електроенергия. Следователно гарантирането, че към горелките не се подава излишно количество сгъстен въздух ще допринесе в голяма степен за оптимизиране на потреблението му.

Използването на подходящо оразмерен компресор и редовната техническа поддръжка също могат да спомогнат за пестене на енергия. С внедряването на индукционна пещ пък необходимостта от сгъстен въздух ще се елиминира изцяло.



Етикети:   металолеене   енергийна ефективност   енергийни спестявания   пещи   леярни  

« Назад
IFP
BPVA
Екология и Инфраструктура
 
TLL Media
WebDesignBG            © 2017 TLL Media        Начало   |   Права за ползване   |   XML    
TLL Media
TLL Media