Wuxi Wondery Industry Equipment Co., Ltd

I. プロジェクトの背景と装置仕様 このケーススタディは、垂直単一ベルジャー単一ステーション構造を採用した全自動インテリジェントイオン窒化炉、モデルWDL-IV-75Aに関するものです。この装置は、合金鋼、金型鋼、ステンレス鋼のイオン窒化およびソフトイオン窒化が可能です。 炉本体の有効作業ゾーンは直径600mm、高さ800mmで、最大積載量は400kgです。一般的な運転温度範囲は500～600℃で、最高運転温度は650℃を超えません。到達真空度は6.7Pa以下、圧力上昇率は5Pa/h以下、大気圧から到達真空までの排気時間は30分以内です。炉殻表面温度の上昇は55℃を超えません。 モデル表記において、IVは第4世代デジタル制御システム、75はパルス電源の最大平均電流が75アンペアであることを、Aは全自動インテリジェントタイプを表します。 II. 大容量チャンバーと電源容量のマッチング関係 30Aモデルから75Aモデルにかけて、パルス電源の最大平均電流は1.5倍になりますが、有効チャンバー容積は約28リットルから約226リットルへと約8倍に拡大します。この非比例的な変化は、イオン窒化装置の設計原理を示しています。チャンバー容積の拡大は、電源電流を容積に比例して増加させる必要はありません。なぜなら、イオン窒化の加熱電力は、チャンバーの空間容積ではなく、主にワークピースの表面積と必要な電流密度に依存するからです。 提案書に記載されている異常グロー放電電流密度範囲は0.1～5mA/cm²です。この範囲に基づき、積載量400kgで比較的大きな表面積を持つワークピースの組み合わせの場合、最大平均電流75Aは、支持可能なワークピース表面積の上限に対して明確な設計マージンを提供します。一方、パルス電源の出力電圧は0～800Vの間で連続的に調整可能で、200Vを超える急激なジャンプはなく、デューティサイクルは10%～85%の範囲で連続的に調整可能です。 III. パルス電源のデューティサイクル調整ロジック ガス放電は、電源として負性抵抗特性を持つ負荷を示します。カソードとして機能するワークピースは、その表面形状と積層方法の両方が表面電流密度に影響を与えます。イオン窒化には最小閾値条件があります。均一なグローカバレッジに必要な電流密度を満たすためには、加熱電力がワークピース温度を維持するために必要な電力を超える場合があります。この矛盾は、薄肉軽量ワークピースで特に顕著です。 パルス電源が調整可能なデューティサイクルを導入した後、平均加熱電力はピーク電圧に電流を掛け、それにデューティサイクルを掛けたものに等しくなります。デューティサイクルを低減することにより、グローカバレッジを維持するのに十分なピーク電圧を維持しながら、平均加熱電力を低減することができ、前述の矛盾を解消します。このメカニズムは、このシリーズの装置が重いワークピースと薄くて軽いワークピースを同時に処理できる主な理由です。 高速アーク消弧の実装パスは次のとおりです。放電回路における電磁誘導の原理を利用してアーク信号を迅速に検出し、その後、高速デジタルロジックデバイスを介して主電流回路の高速電子スイッチを制御し、2μs以内にアークを消弧します。 IV. 大容量炉本体の断熱および温度均一性設計 ベルシリンダーは、炉温の均一性を確保するために、水冷二重壁構造と多チャンネル水冷システムを採用しています。シリンダーの内側断熱ライナーはステンレス鋼製で、内外のシリンダー壁は高品質炭素鋼板製です。 炉本体には、厚さ2mmの304ステンレス鋼製熱シールドが2層装備されており、炉底板の上部にも同様に2層の304ステンレス鋼製熱シールドが取り付けられています。前回のケースの6層熱シールド構成と比較して、このモデルは熱シールド層が少なくなっています。この違いは、チャンバー容積と表面積の比率の変化に起因します。大容量チャンバーは比較的熱放散面積が小さく、熱損失の割合がそれに伴って減少するため、長時間の高温運転を確保しながら断熱層の数を適切に減らすことができます。 カソードプレートは、3組の高品質鋳造マイカによって炉台に支持されており、高さ調整可能です。カソードプレートは厚さ30mm以上の炭素鋼板製です。ワークピースと接触する材料トレイ治具フレームも高品質炭素鋼製です。カソード接続装置は、緩いクイックコネクタによる過熱問題を回避するために、リジッド接続として設計されています。カソード構造には、カソードPTFE絶縁、カソード絶縁マイカ、カソード導体接続ソケット、カソード接続継手、およびM10スタッドボルト固定接続ケーブルラグが含まれます。 2本の熱電対が炉底板から導入され、カソードプレートの中央に配置され、温度測定ヘッドをシミュレートします。1つはイオン加熱パルス電源による温度制御に使用され、もう1つは多方向温度監視用の警報計器に接続されます。炉殻の外周には3つの観察窓が配置され、炉内状況を多方向から観察できます。 V. 真空システムと圧力クローズドループ制御 真空システムは、炉本体の予備真空引き、および窒化プロセス中の雰囲気置換と排ガス排出に使用されます。ポンプセットは、1台の2X-15ロータリーバキュームポンプ、インフレーションバルブ付きの電磁真空ポンプ1台、およびハイバキュームバタフライバルブ1台で構成されます。ロータリーバキュームポンプは、広東迅達2Xシリーズのユニットで、プロセスガス腐食に耐性があり、周波数コンバーターで制御され、GI-50ハイバキュームバタフライバルブをメイン制御バルブとして装備しています。 圧力クローズドループ制御の原理は次のとおりです。圧力トランスミッターが炉圧を測定し、デジタルコントローラーに標準電流信号を出力します。コントローラーは、設定圧力値とリアルタイムサンプリング値に基づいてPID計算を実行し、周波数コンバーターに標準電流信号を出力します。真空ポンプモーターの速度を調整することにより、吸引速度が調整され、炉圧がプロセス設定値で一定に保たれます。この制御方法により、±1Paの圧力制御精度が達成されます。真空ポンプと周波数コンバーターの組み合わせ使用は、起動時のポンプ本体の機械的摩耗を大幅に低減し、長時間の低速運転は耐用年数を大幅に延長できます。 真空測定には、ZJ-1C型静電容量ダイヤフラム絶対圧トランスミッターを使用します。範囲は0～1000Pa、出力は4～20mA、電源は15～30VDCです。この真空計は、測定媒体の種類や組成の影響を受けず、測定値はデジタル表示計器によって表示され、炉圧制御に参加します。 VI. ガス分配および冷却水システム ガス分配システムは、プロセスガスを炉内に導入するのを制御するために使用されます。ガス源は、ユーザーによって提供される窒素、水素、その他のプロセスガスです。ガスはマスフローメーターを通過し、プロセスレシピに従って専用の混合タンクを通して炉本体に導入されます。このモデルには、窒素と水素の流量を個別に制御する2つの専用マスフローメーターが装備されています。これは、30Aモデルの単一フローメーター構成との主な違いであり、大容量チャンバーにおける雰囲気組成調整精度の高い要求に対応しています。 マスフローメーターは日本のHORIBA S500シリーズユニットで、応答時間は、完全に閉じた状態から制御開始時および制御中の設定点変更時に設定点に到達するまで0.3±2%秒未満です。制御範囲はフルスケールの1～100%をカバーし、単一のユニバーサルDC24V電源から動作し、内部電源回路は入出力回路から絶縁されています。 冷却水要件：給水温度31℃以下、給水圧力0.15～0.25MPa、総流量20m³/h。各冷却水分岐には、個別の給排水バルブが装備されています。装置に取り付けられたすべての冷却水配管、バルブ、および継手はステンレス鋼製です。主給水管には電気接点圧力計が取り付けられており、給水圧異常時の警報に使用されます。主給水管にはバックアップ給水バルブが取り付けられており、ユーザーの水道管に接続されているため、予期せぬ停電や断水が発生した場合でも、水道水で炉本体を冷却できます。 VII. 制御システムの3パラメータクローズドループアーキテクチャ 制御システムは、FX3Gシリーズプログラマブルロジックコントローラーと昆侖通泰TPC1231Niタッチスクリーンをメインコントロールセンターとして使用します。PLCは、プログラムメモリ容量32Kステップ、基本命令処理速度0.21μs、2つの高速通信インターフェース（RS422およびUSB）を備えています。タッチスクリーンは12インチTFT LCDで、解像度は1920×1080、4線抵抗膜タッチ、メイン周波数1GHz、McgsPro設定ソフトウェアがプリインストールされています。 システムは、マルチタスク集中管理および分散制御の完全デジタルアーキテクチャを採用しており、イオン窒化の3つの主要パラメータのクローズドループ制御を同時に実現できます。温度制御精度±1℃、圧力制御精度±1Pa、流量制御精度±0.5%です。 温度制御は、日本の島田理化SRS13シリーズデジタルコントローラーとPID調整を採用し、温度制御回路および熱電対と組み合わせて温度クローズドループ制御システムを形成します。圧力制御も島田理化SRS13デジタルコントローラーを採用し、周波数コンバーターおよび圧力センサーと組み合わせて圧力クローズドループ制御システムを形成します。 自動運転モードでは、システムは維持ポンプと予備排気ポンプを自動的に起動し、バッフルバルブとソレノイドバルブを開いて真空を抽出します。真空がグロー放電活性化の作業圧力に達すると、グロー放電電圧と抵抗補助加熱が自動的に起動され、初期ワークピースのアークおよびクリーニングプロセスが実行されます。アーク終了後、システムは自動的に加熱ステージに入り、プロセスカーブ設計ステップに従って流量、圧力、電圧、デューティサイクル、電流を自動調整します。温度がプロセス温度に達すると、システムは温度維持ステージに入り、設定されたプロセス保持時間に従って維持します。保持期間後、システムは真空ポンプと抽出配管のすべてのバルブをシャットダウンします。炉温度が設定温度まで低下すると、すべてのスイッチが自動的にオフになり、システムは停止状態に入ります。

I. プロジェクトの背景と機器の応用ポジショニング このケーススタディは、カートタイプの脱脂・炭化炉、モデルRT3-360-5、サイクル運転炉で、チャンバーの作業寸法は長さ6,000 mm、幅2,000 mm、高さ2,000 mmです。この装置は2つの目的を果たします。第一に、異なる直径の金属シリンダーとパイプの脱脂。第二に、炭化プロセスにおける様々な直径のシリンダーとパイプ内部のゴム絶縁材とライニングの燃焼除去。 これらの2つのプロセスの共通点は、ワークピースが内部に除去する必要のある有機物またはポリマー材料を含んでおり、燃焼生成物を速やかに排出する必要があることです。ワークピース自体は細長い円筒構造であり、炉の温度均一性に対して比較的高い要求が課せられます。装置の定格温度は500℃で、運転温度は調整可能です。 II. 主な技術パラメータと電力構成 装置の定格電力は500 kWで、パーセンテージ範囲内で調整可能。定格電圧380V、三相50Hz。全負荷加熱速度は1時間あたり20～80℃で調整可能で、空炉加熱時間は90分を超えません。保持段階での炉温度均一性は±5℃を超えません。温度制御器は日本の島田製作所SRS13Aで、精度は±1℃以下です。温度制御方法は、タッチスクリーンヒューマンマシンインターフェースと島田製作所のインテリジェント機器、およびPID電圧調整制御用の電力調整器を組み合わせています。 加熱要素は、首鋼集団製の0Cr25Al5高抵抗合金抵抗帯で、特殊金型を使用して波形構造に加工され、炉の両側、炉扉、後壁、炉底の5つの面に配置されています。温度制御ゾーンの数は4に設定されており、各ゾーンには電流計、電圧計、オン/オフインジケーターが独立して装備されており、障害の局所化を容易にします。 炉本体の断熱材は、厚さ240 mmの標準アルミナ silicate耐火繊維綿です。炉の空気案内機構の材質は、厚さ2 mmの304ステンレス鋼です。炉底板の材質は、厚さ30 mmのCrMnN鋳鋼で、帯状です。 III. ライニング構造と省エネロジック ライニングは、標準的なアルミナ silicate耐火繊維ブランケットを使用し、密度230 kg/m³の大きなプレート構造に特別に加工され、最終的に厚さ240 mmのライニングに組み立てられます。繊維綿モジュールは、SUS304ステンレス鋼丸棒アンカーを使用して炉本体の鋼構造に固定されています。 全繊維ライニングの重量は、耐火レンガ炉本体の約30分の1です。この重量差の直接的な結果は、鋼構造の負荷の大幅な削減です。提案書で示されている比較基準は、同じ仕様の下で、全繊維構造はレンガベースの抵抗炉よりも約30%多くのエネルギーを節約するというものです。この数値は工学的な経験値であり、実際の省エネ効果は、炉の密閉状態、加熱曲線、負荷率などの運転条件によって異なります。 全繊維耐火構造は、良好な熱衝撃抵抗を持ち、急速な加熱と冷却に耐えることができ、レンガ構造よりも長寿命です。 IV. 加熱装置とサスペンション構造 加熱要素は、高い放射効率を持つ先進的なサスペンション構造を採用しており、炉内の熱交換を強化し、炉の熱効率を向上させ、加熱要素の寿命を延ばします。抵抗帯は0Cr25Al5から波形構造に加工されており、設置とメンテナンスが容易です。 V. 炉扉構造とシーリング機構 炉扉は、耐火繊維を断熱材として使用した鋼製フレーム構造を採用しており、炉本体と同様の方法で設置されています。炉扉には2トンの電動リフティング機構が装備されており、電動ホイストは炉扉ガントリーフレームの上に設置されています。扉のリフティング速度は8 m/minです。 炉扉のシーリングは、カム機構による自動クランプとソフトエッジシーリングデバイスを組み合わせており、扉が炉本体に自動的にシールされることを保証します。このシーリング機構の機能は、生産中に炉のシールを保証し、高温炉ガスの漏れを防ぎ、作業環境を改善し、炉の温度均一性を確保し、エネルギー効率を高めることです。このシーリングデバイスは構造がシンプルで、安全で信頼性が高く、メンテナンスが容易であり、全繊維綿カートタイプ炉の生産で長年検証されています。 安全保護に関しては、炉扉の上部と下部の移動には二重の安全リミット機構が装備されており、炉車とのインターロック装置も備えています。炉扉が開くとすぐに加熱電力が自動的に遮断されます。リミットスイッチはオムロン製です。 VI. 台車と牽引機構 台車は、フレーム、台車炉ライニング、炉底板、台車牽引機構で構成されています。フレームはチャンネル鋼から溶接されており、側板は10 mm、底板は5 mm（Q235）で、堅牢で信頼性の高い構造で、変形や歪みが容易ではありません。 台車炉台の底部の断熱層は、珪藻土レンガと軽量直レンガを交互に重ねた2層で構成されており、耐火層は重レンガを使用して構築されています。台車の周囲には、炉ガスが台車の側板に直接接触するのを防ぐために、不規則な形状のレンガが使用されています。台車の耐火層は、加熱要素を配置するための溝状に構築されており、これは炉底板の支持としても機能します。 炉底板はCrMnN鋳鋼製で、総厚さは30 mmで、加熱要素が配置されている溝の上に置かれ、ワークピースが加熱された後に酸化物が加熱要素に落下するのを防ぎます。炉底板には、移動を防ぐためのスナップフィット設計が施されています。 台車の後部には、電力接続用のRT0移動および固定接点が装備されており、台車の加熱要素への電力供給を完了します。この接触方法は、接触面積が大きく十分で、接触が良好で、長期間使用しても電気火花や過熱が発生しません。 牽引装置は、負荷支持と移動のためにフレーム構造を使用しています。フレームは主に16チャンネル鋼と鋼板から溶接されています。車輪は45#鋼から鍛造されており、耐摩耗性に優れています。駆動はモーターと減速機で、入出速度は6～8 m/minで、1つのモーターで駆動されます。 炉の出入り口には二重の安全リミット機構とインターロック機構が装備されています。台車が正しい位置に到達しない場合、炉扉を開閉できず、炉本体全体に電力を供給できません。同期ギアモーターにより、台車の出入りは柔軟で安定しており、正確に位置決めされます。 VII. 熱風循環システム 炉の温度均一性を実現するために、炉の上部に沿って4基の遠心循環ファンが設置されており、各定格出力は7.5 kW、4段モーターです。ファンブレードとシャフトは304ステンレス鋼製です。ファンは一体設計で、モーターローターとファンシャフトが一体となっており、安定した速度、低騒音、強力な気流を提供します。 炉の空気案内機構は耐熱SUS304鋼板製で、両側に対流壁があります。ワークピースが板状または円筒状であることを考慮して、熱風循環方向は水平に設計されています。空気は対流壁の一方から他方へ水平に流れ、つまり、空気が各層のワークピースの中間を通過します。この気流経路は、ワークピースの均一な加熱と温度均一性を保証し、製品性能をさらに向上させます。

I. プロジェクトの背景と能力のマッチングの論理 このケース・スタディは,アルミ合金インダクションヒート製造ラインを対象とし,A6061と5083-H111の直径Ø245mm,長さ500mmのアルミ合金棒を加工し,それぞれ68kgの重さです.406kg. 容量設計の推移経路は次のとおりです. 部品1台あたり246秒のサイクル時間で,3600秒を246秒で割ると,1時間あたり14.634個が得られます. 14を掛けます.634個/単品重さ68個.406 kg は,1時間あたり約 1,000 kg の出力容量 を 与え ます.この 計算 チェーン は,サイクル 時間 が 生産 ライン 全体 の 電力 構成 の ベース ライン パラメータ で ある こと を 示し て い ます.,輸送機の速度と分類論理は 任意に調整できる指標ではありません. 温度要求は480~495°Cで,許容される偏差は±15°C. 設備提案の動作温度範囲は460~480°Cである.購入者のプロセス要求範囲からわずかな偏差を示しているこの差異は,通常,実際の鍛造プロセスに基づいて,稼働段階中に校正の確認を必要とする. II.電源システムの構成 暖房電源は,完全にデジタルなIGBT電源,モデルIGBT300/0を使用する.15定位電力は300kWで,定番周波数は0.15kHz,すなわち150Hzです. システム電力の因子は0を超えています.9. インバーターは高速タイリスターとIGBTモジュールを組み合わせ,入力電圧は380V,出力電圧は1000Vである.制御プログラムは自動電圧調節機能を有する.防護装置は過電源をカバーする超電圧,接地,高速ファイューズ,周波数異常,冷却水の異常状態 インダクションコイルは,銅管から作られ,純度が99.9%未満で,壁厚さは2.0mm未満で,ロヤンコパーT2無酸素冷引銅管を使用します.巻き上げ後,コイルは酸洗浄を受けます高温隔熱漆浸透,耐久炉焼き,良好な隔熱を確保するために,少なくとも5000Vの電圧 (地面への) に耐える.コイル設計寿命は8未満ではないオーブンの内面には スタッドレスタイヤのチューブが使われています 周波数選択と負荷特性 この装置の名次周波数は 150 Hz で,中周波感熱範囲内です.並列共鳴負荷では,インダクタンス L と補償コンデンサータの値が決定されると,負荷 (誘導体) のインペデンスが変化するにつれて,自然周波数も漂流します.暖炉が冷たい材料で満たされたとき. この負荷特性は起動段階に要求を課します.起動頻度が実際の負荷頻度に近いほど,起動成功率は高くなります.提案で採用された周波数スイープ起動方法は,機器を起動するために負荷周波数変動範囲をカバーする周波数セットを送信します.この装置は,動作中に自動周波数追跡制御を使用し,手動調整は必要ありません.異なる周波数帯で使用する場合適したインペデンス値に調整します. IV.冷却水システムのパラメータ 冷却水の入口温度は5°C~35°C,出口温度は55°C未満,作業圧は0.2~0.3MPaである.電源セクションの冷却水の流量度は7である.5m3/hこの冷却方法では,閉回路冷却塔を使用します. 電源キャビネットの内部水回路の配置論理は別々の説明に値します.すべてのホースは炭素のないゴムでできています.部品間の水路の長さは少なくとも1で保たれる..5〜2メートル,水路を通る部品間の交差汚染による設備の不安定性を避けるため.返水水 (熱水) に 赤のパイプ,入水水 (冷水) に 青のパイプ を 用いる内部金属水タンクでは,水源を集中的に供給するために304ステンレス鋼を使用しています.温度センサーはすべての支管に設置され,番号付けされています.水温が異常である場合, 制御システムはアラームを鳴らしてタッチスクリーンに欠陥の水路番号を表示します. V.機械式輸送・分類装置 棒は手作業で保管台に整然と配置され,回転メカニズムは,熱付けリズムに従って棒を食用槽に回します.給餌メカニズムは,リズムに従って均等な速度で給餌するシリンダー給餌システムです. 放出端には,水冷蔵された六角軸のローラーと輸送チェーンからなる急速放出装置が装備され,材料が転倒するのを防ぐのに十分な力があります.このプロジェクトにおける様々な材料仕様のニーズを満たす構造強度と高温耐性. 選別メカニズムは 3 部構成の設計で,低温と高温の材料を迅速,正確,迅速に分離し,パラシュートを介してそれぞれの容器に運びます.鋳造品の初期鍛造温度は480~495°Cで制御しなければならない (設定は顧客のプロセスに応じて調整できる)この温度範囲内での鍛造は次の加工段階に進みます.鍛造温度以下または上での鍛造は,100%の分類率で異なる容器に分類されます. VI.温度測定と温度制御 インダクターの炉口に専用のアルミ合金温度計を設置し,出口から一定の距離で炉側に穴を開ける.異なる作業条件の温度測定ニーズを満たすために,専用のアルミ合金温度測定器が設置されています.計測器の温度差が大きすぎたり,温度が異常なとき,音声と視覚的なアラームが起動します. 初期鍛造温度は,リアルタイムで人間機械インターフェイスと大きな画面で表示できます.温度測定は赤外線温度計を使用します.温度表示と貯蔵機能を備えた (180日間の貯蔵期間)温度測定装置は,表面の酸化物,塵,煙,水蒸気によって影響を受けません.温度計の正確性と耐久性は12ヶ月保証されます. 電気制御と人間機械インターフェース 制御キャビネットは,酸化を防ぐために粉末コーティング付き高強度ボードで作られた電機工学統合制御箱を採用しています.外部制御キャビネットは,保護レベルがIP54未満でないように製造されている.キャビネットの主要な低電圧電気部品はシュナイダー・エレクトリックブランド,断路器はチント,ケーブルは高品質の銅コアケーブル,信号線はシールドケーブルです. PLCは,Siemens S7シリーズユニットで,Profinet通信インターフェイスモジュールがあり,プログラムの設計には故障情報フィードバックと自己診断システムが含まれています. 人機インターフェースは,北京昆隆トンタイの15インチカラータッチスクリーン (TPC1571) を採用. プログラム関連設定はタッチキーボードで入力できます.確認されたおよび保存された製品パラメータ (50種類以上のプロセスパラメータを読み込み読み取ることができる) はいつでも検索して印刷できますこのスクリーンでサイクル時間 (直接入力時間) と材料長を設定することができ,スクリーンは自動的に低温材料,合格材料の量を記録することができます.高温材料. 操作は2つのモードに分かれます.自動と手動で,2つの位置選択スイッチで切り替えます.自動モードでは,装置全体が起動し,停止するボタンを使用するだけで停止することができます手動モードでは,各機能はボタンを用いて個別に起動でき,すべての操作はタッチスクリーンで実行されます. 知的故障識別機能は故障内容を表示し,故障または特殊な作業状態のアラームが発生した場合に対応するソリューションを提供します.操作者が 90%以上の一般的な故障を迅速に処理できるようにする中周波電源キャビネットは,故障診断パネルを装備しています. システムが過電圧,過電流,停水,ファイズ障害などの故障を経験すると,機械を即座に停止し,主電源スイッチを自動的に切断します. VIII. 鍛造企業における特別作業方式 初期作業モード:各シフトが開始されたとき,インダクション加熱システムはちょうど起動し,インダクターオーブンの内部温度は初期温度です.低温材料の生成を減らすためにこのモードでは,加熱された材料がリズムまたは速度で供給されたとき,このペースまたは速度に応じて電力を増加または維持し,各棒が鍛造温度に達することを保証します. メニューモード: ユーザがビレットを再熱したとき,メニューに注文番号を入力するだけです.インダクション加熱システムは,手動調整なしでメニューの加熱データに従って自動的に動作します.製品の加熱品質の一貫性を確保する. オーブンの清掃モード: オーブンの清掃が1日間の作業後に必要である場合単に炉の清掃モードを起動すると,供給メカニズムが設定されたリズムに従って炉室に空っぽの偽材料を押し込むオーブンの清掃過程で最大限のエネルギー節約を可能にします.