Az utóbbi két évtizedben, főleg a fémipar területén, a hagyományos tüzelőanyaggal működő kemencéket felváltották a villamos kemencék.
Az ilyen rendszerek általában tisztábbak, könnyebben szabályozhatók, könnyebben karbantarthatók és számos alkalmazás esetében hatékonyabbak, mint a másfajta kemencék.
Sok esetben nem használják megfelelően a villamos kemencéket, amelyek pedig az energiamegtakarítás lehetőségét rejtik magukban. Ez a fejezet bemutatja azokat a főbb megtakarítási lépéseket, amelyeket ezeknél a rendszereknél alkalmazni lehet.
Ellenállásfűtésű kemencék
Hasonló elven működnek, mint a háztartási tűzhelyek sütői. A kemencében termelt hő a Joule-törvényre épül: a kamrát elektromos ellenállások fűtik.
Az ellenállásfűtésű kemencéket leginkább színesfém (ón, cink vagy ólom) öntödékben használják. A polimerekkel, textillel és fával foglalkozó üzemek legtöbbször hőkezelésre használják ezeket a kemencéket. Az élelmiszeriparban 1500°C-on, illetve kisebb méretű felhasználás esetén, alacsonyabb hőmérsékleten (100-300°C) működnek a kemencék.
Indukciós kemencék
Az elektromágneses indukció hatására elektromotoros erő indukálódik. Az indukált áram egy indukciós tekercsen halad át, amely a Joule-hőjével felmelegíti az anyagot. A kemencék kisfrekvenciás (50 és 60 Hz) és nagyfrekvenciás (500Hz felett) csoportba oszthatók.
Az indukciós kemencéket az energia összpontosításuk miatt nagyhőmérsékletű olvasztáshoz használják, de hőntartásra, túlhevítésre, vulkanizálásra, szárításra, kemény- és lágyforrasztásra is lehet használni őket.
A többi kemencéhez képest az indukciós kemencék esetében általában:
nagyobb a hőhatásfok, mivel a töltetet az elektromágneses indukció közvetlenül melegíti
kisebb kibocsátás per tonna olvasztott anyag
az oxidáció miatt kicsi anyagveszteség
egyszerű hőmérsékletszabályozás
kis helyigény.
Emiatt az indukciós kazánok sok öntödében felváltották a hagyományos kupolókemencéket.
Ívkisüléses kemencék
Az ívkisüléses kemencék nagy, hegesztett hengeres edények, amelyek teteje levehető, hogy a szénelektródákat be lehessen helyezni. Az elektródákat háromfázisú váltakozó áram gerjeszti, ami miatt a töltetfémet megolvasztó ívek keletkeznek. További hő fejlődik, mivel a fém elektromos ellenállása megnő az ívpályák közötti árammal szemben.
Az ívkisüléses kemencéket a fémiparban leggyakrabban olvasztásra használják.
Más olvasztókemencékhez képest a kemence olvasztási hőhatásfoka az általános hőmérsékletektől az olvadási hőmérsékletekig nagy. Az olvadás utáni túlhevítési hőhatásfok alacsonyabb, mint a legtöbb kisfrekvenciás indukciós kemencék hatásfoka.
Mennyibe kerül?
Az energiamegtakarítás mértéke nagymértékben függ a megtenni kívánt lépésektől:
A költségeket pénz befektetése nélkül is csökkenteni lehet a kemence ajtajának zárásával, az üresjárati idők csökkentésével, a névleges teljesítménynek megfelelő üzemeltetéssel, a rakodási idő csökkentésével stb.
Más megoldások kisebb kezdeti beruházást igényelnek, hiszen olyan anyagokat kell beszerezni, mint például a szigetelő, ipari automatika, előfűtő, transzformátor, nagy ellenállású elektróda, tartós ellenállás stb. A megtérülési idő általában a legtöbb alkalmazásnál igen rövid.
Miért érdemes alkalmazni?
Az alábbi megoldások alkalmazásával a következő eredményeket lehet elérni:
a hőveszteségek csökkentésével a villamosenergia-felhasználás csökkentése,
a működési és karbantartási költségek csökkentése,
a működési idők csökkentése és ezáltal a termelési hozam növelése.
Általános megtakarítási lehetőségek
Használjon szigetelőanyagokat a veszteségek csökkentésére.
Használjon ipari automatikát a kemence felhasználásának, a töltési idők és a többlet levegő szabályozásához. A kézzel szabályozott kemencék 25%-kal több energiát fogyasztanak, mint az automatikával rendelkezők. Továbbá az ellenállás élettartama kétszer hosszabb is lehet.
A kemence vázának tömörnek és szigeteltnek kell lennie, hogy a sugárzási veszteség minél kisebb legyen. A kemencéknél a veszteségek 80%-át az ajtó nyitása okozza.
A veszteségeket csökkenteni lehet állítható betáplálási nyílással, amelynél csak annyi hely van, hogy az anyagot be lehessen tölteni.
Ha lehetséges, mindig teljes terheléssel működjön a kemence. Egy bizonyos pontig az energia-felhasználás mértéke csökken a kemence kapacitásának növekedésével. Ezután a felhasználás mértéke változatlan marad.
A nyersanyagot gyorsan kell betölteni, hogy a kemence sugárázási hőcseréje kicsi maradjon.
Próbálja az üzemidőt maximálisan kihasználni, hogy elkerülhető legyen a kemence előfűtése minden alkalommal mielőtt újra használná azt.
Amennyire lehet, csökkentse az üzemszünet idejét. Ossza be az időt célravezetően, hogy ezáltal csökkentse a kiértékelés és kemence javítási idejének hosszát.
Mielőtt betöltené az anyagot, távolítsa el róla a homokot, a rozsdát és a többi szennyeződést, hogy ne képződhessen salakanyag.
Az égéstermék érezhető hőjével vagy más tüzelőanyagok segítségével melegítse elő a betölteni kívánt anyagot.
Használja fel a melléktermékeket (indukciós kemencék hűtővize, vízgőz stb.). A más folyamatokból származó hőt használja fel a kemence előfűtésére, a termék szárítására stb.
További megtakarítási lehetőségek ellenállásfűtésű kemencék esetében
Ha változó körülmények között üzemeltetik a kamrát, sok hő veszik el annak fűtésével. Kerámiaüveg használatával a kemence előfűtése csak huszadannyi energiát igényel, mint a kisebb hőtehetetlenségű beton használatával.
Alkalmazzon hosszú élettartamú ellenállásokat, mint a vanádium vagy a molibdén.
Nagy hőmérsékletek esetén alkalmazzon kerámiaszálas ellenállásokat.
Ahhoz, hogy az ellenállásfűtésű kemence igényeinek megfelelő hő mennyiségét szabályozni tudja, használjon tirisztorokat a szilárdtest védőrelék helyett.
További megtakarítási lehetőségek indukciós kemencék esetében
A kemence kapacitásának teljes kihasználása és az energiafelhasználás csökkentése akkor lehetséges, ha a kemence névleges teljesítményen üzemel.
Az olvasztani kívánt anyag átmérője vagy vastagsága növelhető, ha a kemence üzemi frekvenciája is megnő.
Alacsony frekvenciájú kemencék esetében a maradék fémek olvasztásához elkerülhetetlen a teljesítménytényező növelése.
Amikor az első töltet olvadni kezd, érdemes a kemencébe további hideg nyersanyagot adagolni.
A kemence hőálló anyagainak vastagságát tartsa állandó értéken. Amikor a kemence belső átmérője a kemence falának eróziója vagy a falra tapadt salakanyag miatt megváltozik, érdemes a kemence teljesítményét csökkenteni.
A hőveszteség elkerüléséhez a csapolási hőmérséklet legyen a lehető legalacsonyabb.
Az indukciós kemencék teljesítményének javításához figyelembe kell venni az ajánlott töltet-magasságot.
Az induktor megfelelő hűtése megnöveli a bevonat élettartamát.
További megtakarítási lehetőségek ívkisüléses kemencék esetében
Az olvadási idő csökkentéséhez, a termelékenység és az energia-felhasználás mértékének javításához az olvasztás során oxigént lehet a kemencébe fújni. A tüzelőanyagok, mint a tüzelőolaj vagy a kerozin, közvetlenül a kemencében égethetők.
Próbálja a lehető legkisebbre csökkenteni a csapolási hőmérsékletet.
Az automata elektródszabályozók minimálisra csökkentik az íváram ingadozását, ezért a teljesítmény állandó értéken tartható.
Sokszor a kemencefal magas hőmérsékletű pontjaiban vízzel hűtött dobozokat helyeznek el, amelyekkel csökkenthető a szervizelési idő és a teljesítményfelvétel mértéke.
A gyors olvasztáshoz használjon ultra nagy teljesítményű üzemmódot. A kis feszültség és nagy áram gyors olvadást okoz a hőálló anyagok minimális eróziója mellett. A hatásfok a normál üzemmódhoz képest akár kétszer akkora is lehet.
A transzformátor teljesítményének növelése egy új egység segítségével, vagy a transzformátor szekunder feszültségének megváltoztatása a kemence teljesítménytényezőjének növekedéséhez vezet, aminek révén nő a kemence teljesítménye. Így csökkenthető a csapolási idő és az elektródfogyasztás.
Az öntőkanalak olvasztó ívkisüléses kemencében való előmelegítése meghosszabbítja a hőálló anyag élettartamát, mivel így elkerülhető a hirtelen páratartalom- és hőmérsékletváltozás. Továbbá a túlhevítési hőmérséklet csökkentésével csökken a villamosenergia-felhasználás is. Végül, a töltési idők rövidítésével a termelési hányad is növelhető.