본 사례 연구는 알루미늄 용해용으로 설계된 정격 용량 0.5톤, 최대 용량 0.6톤의 중주파 유도 용해로, 모델 WDL-KGPS-500에 관한 것입니다. 이 장비는 중주파 유도 가열 방식을 채택하고 있으며, 용해된 알루미늄 배출을 위한 유압식 기울임 장치가 장착되어 있습니다.
이 장비의 가장 주목할 만한 구성 특징은 그리드 호환 방식입니다. 전원 공급 측은 440V/3상/60Hz로 공급되며, 중주파 전원 공급 장치의 입력 전압은 380V로 지정되어 있습니다. 이는 이 장비가 60Hz 그리드 지역(대한민국, 중앙 및 남미 일부, 중동 등)을 대상으로 하며, 중주파 전원 공급 장치에 공급하기 전에 440V 그리드 전압을 380V로 낮추기 위해 전원 공급 장치 캐비닛 내부 또는 외부에 변압기 또는 전압 조정 장치가 필요함을 의미합니다. 전압과 주파수 모두에 대한 이중 조정은 수출 프로젝트의 전기 설계 단계에서 사전에 확인해야 하는 매개변수입니다.
전원 공급 시스템은 KGPS 사이리스터 기반 중주파 전원 공급 장치를 채택했으며, 정격 전력 400kW, 중주파 출력 전압 2400V, 출력 주파수 1000Hz입니다. 역률은 0.9 이상이며, 시동 성공률은 100%입니다. 정류기 섹션은 병렬 연결된 인버터와 함께 3상 전 제어 브리지와 3상 6펄스 정류기 구조를 갖추고 있습니다.
제어 회로는 8세대 디지털 회로 기판 아키텍처를 채택하여 넓은 주파수 범위 적응성, 정전력 제어, 스윕 주파수 무압 소프트 스타트, 이중 폐쇄 루프 전압-전류 피드백 기능을 제공합니다. 스윕 주파수 무압 시동은 시스템이 시동 중에 자동으로 주파수를 스캔하여 부하 공진점을 찾으면 중주파 진동을 설정한다는 것을 의미하며, 별도 여자 시동 방식의 부하 매개변수 변화에 대한 민감성을 피합니다.
보호 시스템은 과전류, 과전압, 저전류, 저전압, 수손, 위상 손실 조건을 포함합니다. 어떤 보호 매개변수라도 설정 임계값을 초과하면 시스템은 자동으로 펄스 출력을 차단하고 주 회로 전원을 분리합니다. 전원 공급 장치 캐비닛 패널에는 전체 전압, 전류, 전력 판독값과 작동 상태 표시기가 포함되어 있습니다.
커패시터 캐비닛은 중주파 병렬 보상을 제공하여 배전선의 무효 전력 전송 손실을 줄입니다. 커패시터 뱅크 용량은 유도 코일의 공진 주파수에 맞춰져 정격 조건에서 공진점 근처에서 작동하도록 보장합니다.
유도 코일은 핵심 에너지 변환 부품으로, 두께 4mm의 T2/TU1 구리로 제작됩니다. 전원이 공급되면 코일은 1000Hz의 교류 자기장을 생성하여 용해로 내부의 금속 충전에 와전류를 유도하여 열을 발생시킵니다. 코일 설계는 전자기장 원리를 기반으로 하며 전용 컴퓨터 소프트웨어를 통해 검증되며, 실제 작동 전력과 설계 전력 간의 편차는 5% 이내로 제어됩니다.
턴간 절연은 고급 절연 기술을 사용하여 처리되며, 전용 클램핑 기술은 코일의 축 방향 진동을 줄입니다. 코일 내부 벽에는 수입 고온 내성 절연 재료가 스프레이되어 있으며, 용해로 라이닝 누설 경보 시스템이 설치되어 있습니다. 용해된 알루미늄이 코일 층으로 스며들면 시스템이 조기에 감지하여 상태를 신호로 보내 용해로 파손 사고를 방지합니다. 코일 내부 표면에는 10~15mm 두께의 내화 코팅이 적용되어 용해로 라이닝 시공을 용이하게 하고 라이닝의 열 변형을 방지하는 역할을 합니다.
자기 요크는 초승달 모양으로, 냉간 압연 규소강 시트로 적층되고 스테인리스 스틸 스플린트로 고정됩니다. 요크와 코일 외부 표면 사이의 접촉면은 곡선으로 되어 있어 선 접촉이 아닌 면 접촉을 제공하여 더 나은 고정 효율과 자기 누설 감소를 달성합니다. 규소강 시트는 관통 볼트 대신 전용 스플린트로 보강되어 유효 자기 면적을 최대화하고 국부적인 가열을 줄입니다. 자기 요크는 동시에 자기 누설을 차폐하고, 용해로 본체 가열을 방지하며, 유도 코일을 지지하고 고정합니다.
용해로 기울임은 리프팅을 위해 용해로 본체 양쪽에 배치된 두 개의 실린더로 구동되는 유압 시스템에 의해 이루어지며, 용해로 복귀는 중력에 의해 이루어집니다. 유압 스테이션은 듀얼 모터와 듀얼 펌프를 갖추고 있으며, 하나는 사용 중이고 하나는 대기 중이며 자동 전환 기능이 있습니다. 연료 탱크는 유압유 누출을 방지하기 위해 완전히 밀폐되고 용접됩니다.
기울임 각도 범위는 0~95도이며, 충격이나 처짐 없이 부드러운 작동, 조절 가능한 속도, 어떤 위치에서도 고정할 수 있는 기능을 제공합니다. 기울임 작동은 수동 밸브를 통해 제어되며, 용해된 알루미늄 주입량을 정밀하게 제어해야 하는 주조 공정에 적합합니다.
이 장비의 구성 특징 중 하나는 완성된 흑연 도가니 대신 도가니 몰드를 공급한다는 것입니다. 도가니 몰드는 두께 3mm의 철판으로 형성되며, 형성 중 내화 라이닝의 모양과 부피 위치를 제어하는 데 사용됩니다. 사용자는 용해되는 특정 금속과 주조 공정에 따라 라이닝 재료와 램밍/소결 방법을 선택해야 합니다. 이는 완성된 흑연 도가니를 직접 공급하는 솔루션과 사용자 작동 수준에서 차이가 있습니다. 도가니 몰드의 위치 지정 기능은 라이닝 캐비티의 치수 일관성을 보장하여 용해로 내부와 유도 코일 사이의 결합 거리를 설계 범위 내에서 안정적으로 유지합니다.
수냉 케이블은 TU1 다중 스트랜드 무산소 구리선으로 제작되며, 고강도 난연 고무 튜브로 피복되고, 냉간 성형 커넥터는 접촉 저항과 인장 강도를 보장합니다. 전원 공급 장치 측은 8m³/h 이상의 냉각수 유량이 필요하며, 용해로 본체 측은 12m³/h 이상의 유량이 필요합니다. 전원 공급 장치 측의 배출수 온도는 35°C를 초과해서는 안 되며, 용해로 본체 측은 45°C를 초과해서는 안 됩니다. 입수 압력은 0.15~0.35MPa로 유지되어야 합니다.
수냉 시스템은 연수를 순환 매체로 사용하는 완전 밀폐형 순환 냉각 방식을 채택합니다. 연수 순환의 핵심 장점은 스케일 침착으로 인한 전원 공급 장치, 사이리스터, 커패시터, IGBT 모듈 및 유도 코일의 과열 손상을 방지한다는 것입니다. 또한 연수에는 이온 전도성 성분이 포함되어 있지 않으므로 냉각 부품이 전기 분해로 손상되지 않습니다. 이 시스템은 물 탱크나 냉각탑이 필요 없으며, 바닥 공간을 최소한으로 차지하고 보충수 소비량이 적습니다.
냉각 시스템은 메인 머신, 물 탱크, 제어 상자의 세 부분으로 구성됩니다. 메인 머신에는 하우징, 구리 냉각기, 배기 시스템, 스프레이 시스템, 물 분리기, 수집 환형, 스프레이 펌프가 포함됩니다. 물 탱크에는 메인 펌프(하나 사용, 하나 대기), 스테인리스 스틸 물 탱크, 전기 캐비닛, 온도 제어 시스템, 압력 제어 시스템이 포함됩니다. 제어 상자는 수냉 시스템의 원격 작동을 가능하게 하고, 수온을 표시하며, 근무 시간 외 지연 작동 설정을 허용합니다.
본 사례 연구는 알루미늄 용해용으로 설계된 정격 용량 0.5톤, 최대 용량 0.6톤의 중주파 유도 용해로, 모델 WDL-KGPS-500에 관한 것입니다. 이 장비는 중주파 유도 가열 방식을 채택하고 있으며, 용해된 알루미늄 배출을 위한 유압식 기울임 장치가 장착되어 있습니다.
이 장비의 가장 주목할 만한 구성 특징은 그리드 호환 방식입니다. 전원 공급 측은 440V/3상/60Hz로 공급되며, 중주파 전원 공급 장치의 입력 전압은 380V로 지정되어 있습니다. 이는 이 장비가 60Hz 그리드 지역(대한민국, 중앙 및 남미 일부, 중동 등)을 대상으로 하며, 중주파 전원 공급 장치에 공급하기 전에 440V 그리드 전압을 380V로 낮추기 위해 전원 공급 장치 캐비닛 내부 또는 외부에 변압기 또는 전압 조정 장치가 필요함을 의미합니다. 전압과 주파수 모두에 대한 이중 조정은 수출 프로젝트의 전기 설계 단계에서 사전에 확인해야 하는 매개변수입니다.
전원 공급 시스템은 KGPS 사이리스터 기반 중주파 전원 공급 장치를 채택했으며, 정격 전력 400kW, 중주파 출력 전압 2400V, 출력 주파수 1000Hz입니다. 역률은 0.9 이상이며, 시동 성공률은 100%입니다. 정류기 섹션은 병렬 연결된 인버터와 함께 3상 전 제어 브리지와 3상 6펄스 정류기 구조를 갖추고 있습니다.
제어 회로는 8세대 디지털 회로 기판 아키텍처를 채택하여 넓은 주파수 범위 적응성, 정전력 제어, 스윕 주파수 무압 소프트 스타트, 이중 폐쇄 루프 전압-전류 피드백 기능을 제공합니다. 스윕 주파수 무압 시동은 시스템이 시동 중에 자동으로 주파수를 스캔하여 부하 공진점을 찾으면 중주파 진동을 설정한다는 것을 의미하며, 별도 여자 시동 방식의 부하 매개변수 변화에 대한 민감성을 피합니다.
보호 시스템은 과전류, 과전압, 저전류, 저전압, 수손, 위상 손실 조건을 포함합니다. 어떤 보호 매개변수라도 설정 임계값을 초과하면 시스템은 자동으로 펄스 출력을 차단하고 주 회로 전원을 분리합니다. 전원 공급 장치 캐비닛 패널에는 전체 전압, 전류, 전력 판독값과 작동 상태 표시기가 포함되어 있습니다.
커패시터 캐비닛은 중주파 병렬 보상을 제공하여 배전선의 무효 전력 전송 손실을 줄입니다. 커패시터 뱅크 용량은 유도 코일의 공진 주파수에 맞춰져 정격 조건에서 공진점 근처에서 작동하도록 보장합니다.
유도 코일은 핵심 에너지 변환 부품으로, 두께 4mm의 T2/TU1 구리로 제작됩니다. 전원이 공급되면 코일은 1000Hz의 교류 자기장을 생성하여 용해로 내부의 금속 충전에 와전류를 유도하여 열을 발생시킵니다. 코일 설계는 전자기장 원리를 기반으로 하며 전용 컴퓨터 소프트웨어를 통해 검증되며, 실제 작동 전력과 설계 전력 간의 편차는 5% 이내로 제어됩니다.
턴간 절연은 고급 절연 기술을 사용하여 처리되며, 전용 클램핑 기술은 코일의 축 방향 진동을 줄입니다. 코일 내부 벽에는 수입 고온 내성 절연 재료가 스프레이되어 있으며, 용해로 라이닝 누설 경보 시스템이 설치되어 있습니다. 용해된 알루미늄이 코일 층으로 스며들면 시스템이 조기에 감지하여 상태를 신호로 보내 용해로 파손 사고를 방지합니다. 코일 내부 표면에는 10~15mm 두께의 내화 코팅이 적용되어 용해로 라이닝 시공을 용이하게 하고 라이닝의 열 변형을 방지하는 역할을 합니다.
자기 요크는 초승달 모양으로, 냉간 압연 규소강 시트로 적층되고 스테인리스 스틸 스플린트로 고정됩니다. 요크와 코일 외부 표면 사이의 접촉면은 곡선으로 되어 있어 선 접촉이 아닌 면 접촉을 제공하여 더 나은 고정 효율과 자기 누설 감소를 달성합니다. 규소강 시트는 관통 볼트 대신 전용 스플린트로 보강되어 유효 자기 면적을 최대화하고 국부적인 가열을 줄입니다. 자기 요크는 동시에 자기 누설을 차폐하고, 용해로 본체 가열을 방지하며, 유도 코일을 지지하고 고정합니다.
용해로 기울임은 리프팅을 위해 용해로 본체 양쪽에 배치된 두 개의 실린더로 구동되는 유압 시스템에 의해 이루어지며, 용해로 복귀는 중력에 의해 이루어집니다. 유압 스테이션은 듀얼 모터와 듀얼 펌프를 갖추고 있으며, 하나는 사용 중이고 하나는 대기 중이며 자동 전환 기능이 있습니다. 연료 탱크는 유압유 누출을 방지하기 위해 완전히 밀폐되고 용접됩니다.
기울임 각도 범위는 0~95도이며, 충격이나 처짐 없이 부드러운 작동, 조절 가능한 속도, 어떤 위치에서도 고정할 수 있는 기능을 제공합니다. 기울임 작동은 수동 밸브를 통해 제어되며, 용해된 알루미늄 주입량을 정밀하게 제어해야 하는 주조 공정에 적합합니다.
이 장비의 구성 특징 중 하나는 완성된 흑연 도가니 대신 도가니 몰드를 공급한다는 것입니다. 도가니 몰드는 두께 3mm의 철판으로 형성되며, 형성 중 내화 라이닝의 모양과 부피 위치를 제어하는 데 사용됩니다. 사용자는 용해되는 특정 금속과 주조 공정에 따라 라이닝 재료와 램밍/소결 방법을 선택해야 합니다. 이는 완성된 흑연 도가니를 직접 공급하는 솔루션과 사용자 작동 수준에서 차이가 있습니다. 도가니 몰드의 위치 지정 기능은 라이닝 캐비티의 치수 일관성을 보장하여 용해로 내부와 유도 코일 사이의 결합 거리를 설계 범위 내에서 안정적으로 유지합니다.
수냉 케이블은 TU1 다중 스트랜드 무산소 구리선으로 제작되며, 고강도 난연 고무 튜브로 피복되고, 냉간 성형 커넥터는 접촉 저항과 인장 강도를 보장합니다. 전원 공급 장치 측은 8m³/h 이상의 냉각수 유량이 필요하며, 용해로 본체 측은 12m³/h 이상의 유량이 필요합니다. 전원 공급 장치 측의 배출수 온도는 35°C를 초과해서는 안 되며, 용해로 본체 측은 45°C를 초과해서는 안 됩니다. 입수 압력은 0.15~0.35MPa로 유지되어야 합니다.
수냉 시스템은 연수를 순환 매체로 사용하는 완전 밀폐형 순환 냉각 방식을 채택합니다. 연수 순환의 핵심 장점은 스케일 침착으로 인한 전원 공급 장치, 사이리스터, 커패시터, IGBT 모듈 및 유도 코일의 과열 손상을 방지한다는 것입니다. 또한 연수에는 이온 전도성 성분이 포함되어 있지 않으므로 냉각 부품이 전기 분해로 손상되지 않습니다. 이 시스템은 물 탱크나 냉각탑이 필요 없으며, 바닥 공간을 최소한으로 차지하고 보충수 소비량이 적습니다.
냉각 시스템은 메인 머신, 물 탱크, 제어 상자의 세 부분으로 구성됩니다. 메인 머신에는 하우징, 구리 냉각기, 배기 시스템, 스프레이 시스템, 물 분리기, 수집 환형, 스프레이 펌프가 포함됩니다. 물 탱크에는 메인 펌프(하나 사용, 하나 대기), 스테인리스 스틸 물 탱크, 전기 캐비닛, 온도 제어 시스템, 압력 제어 시스템이 포함됩니다. 제어 상자는 수냉 시스템의 원격 작동을 가능하게 하고, 수온을 표시하며, 근무 시간 외 지연 작동 설정을 허용합니다.
