Wiele dzisiejszych odlewni aluminium dąży do zwiększenia wielkości produkcji, spełnienia bardziej rygorystycznych norm jakości oraz wdrożenia bardziej zrównoważonych praktyk. Często poszczególne etapy obsługi stopionego metalu są realizowane oddzielnie, co może zwiększać ilość odpadów, ryzyko związane z bezpieczeństwem oraz opóźnienia w reagowaniu. Dzięki połączeniu czujników poziomu, siłowników sterujących przepływem i wspólnego systemu sterowania w jedną konfigurację opartą na danych, odlewnie mogą poprawić ogólną spójność procesów, zapewnić bezpieczeństwo pracowników oraz usprawnić przepływ materiału od pieca do formy. Firma Gränges w Finspång w Szwecji stanowi przykład tego, jak te pomysły mogą przynieść znaczące i pozytywne rezultaty.

Ujednolicenie procesu odlewania prądu stałego

W typowym procesie odlewania z bezpośrednim chłodzeniem, stosowanym w przypadku kęsów do wytłaczania lub płyt walcowanych, stopione aluminium przepływa z pieca przez rynny, zanim trafi do form. Gdy poszczególne etapy nie są ze sobą skoordynowane, nawet niewielkie odchylenia w poziomie metalu mogą spowodować przepełnienie lub niedopełnienie rynny, co prowadzi do wad powierzchniowych i przestojów w produkcji. Dzięki połączeniu urządzeń w jednym zintegrowanym środowisku za pomocą czujników poziomu i siłowników przepływu odlewnie mogą natychmiast rozwiązać większość problemów. Jeśli czujnik wykryje gwałtowny wzrost poziomu w rynnie lub formie, siłownik reguluje przepływ, zanim dojdzie do rozlania. Zabezpieczenia przed przepełnieniem działają jako ostateczny środek bezpieczeństwa w przypadku wystąpienia nieoczekiwanych zdarzeń, zapewniając operatorom bezpieczeństwo i płynny przebieg produkcji.

Czujniki laserowe i indukcyjne zapewniające niezawodne pomiary

Precyzyjne monitorowanie poziomu stopionego metalu ma kluczowe znaczenie. Czujniki laserowe wykorzystujące triangulację radzą sobie z wysoką temperaturą i powierzchniami odbijającymi światło w strefach otwartych lub półotwartych, zapewniając ciągłe pomiary bez fizycznego kontaktu. Czujniki indukcyjne sprawdzają się doskonale w piecach zamkniętych lub ciśnieniowych, gdzie czujniki laserowe mogą mieć trudności. Oba typy czujników przekazują dane do systemu sterującego, który ostrzega operatorów tylko wtedy, gdy odczyty przekroczą ustalone progi. Dane w czasie rzeczywistym pozwalają utrzymać stały poziom napełnienia, ograniczając utlenianie i ryzyko pęknięć w zestalonym produkcie.

Zautomatyzowana regulacja przepływu za pomocą siłowników

Same czujniki nie są w stanie zapewnić stabilnego procesu odlewania, jeśli nie ma możliwości szybkiej regulacji przepływu stopionego metalu. Funkcję tę pełnią siłowniki napędzane silnikiem, które otwierają lub zamykają wylewki, pręty zatrzymujące lub zasuwy w odpowiedzi na sygnał z czujnika. Jeśli poziom w formie wzrasta zbyt szybko, siłownik spowalnia dopływ. Jeśli poziom spada, ponownie otwiera się na tyle, aby ustabilizować proces. Ta natychmiastowa reakcja zwalnia operatorów z konieczności stania w pobliżu gorącego metalu. Podczas wielu godzin odlewania bardziej zrównoważone napełnianie zmniejsza liczbę wad, takich jak porowatość lub niepełne wypełnienie, które w przeciwnym razie prowadziłyby do ponownego przetopienia lub złomowania.

Zabezpieczenia przed przepełnieniem zapobiegają rozlaniu

Nawet dobrze wyregulowane linie produkcyjne mogą doświadczyć nagłego wzrostu ciśnienia w przypadku awarii czujnika lub wystąpienia rzadkiej sytuacji. Zabezpieczenia przed przepełnieniem stanowią ostatnią linię obrony, wykrywając gwałtowny wzrost poziomu stopionego metalu i wydając polecenie zatrzymania, zanim dojdzie do znacznego przelania. Takie wypadki powodują uszkodzenia sprzętu i stanowią zagrożenie dla pracowników. Dzięki połączeniu zabezpieczeń przed przepełnieniem z innymi urządzeniami system reaguje jako całość, chroniąc przebieg procesu.

Wszystkie dane w jednym miejscu

Bez wspólnego interfejsu każda stacja mogłaby rejestrować dane osobno, co zmusiłoby operatorów do porównywania wielu odczytów. Zintegrowany system gromadzi sygnały z czujników, elementów wykonawczych i zabezpieczeń przed przepełnieniem w jednym miejscu. Personel może monitorować różne obszary z poziomu jednej konsoli. Jeśli zapisy wskazują na częste skoki wartości w określonym odcinku odlewu lub spadki przepływu w piecu, inżynierowie mogą zidentyfikować przyczynę i ją usunąć. To oparte na danych podejście sprzyja ciągłemu doskonaleniu, umożliwiając zakładowi zmianę szybkości napełniania lub dostosowanie warunków pracy pieca w razie potrzeby.

Gränges: praktyczny przykład

Firma Gränges, mająca siedzibę w Szwecji oraz zakłady w Tennessee, Arizonie i Karolinie Północnej, a także w Szwecji, Polsce i Chinach, pokazuje, jak zintegrowane odlewanie prądem stałym może zrewolucjonizować produkcję. Wykorzystuje ona czujniki laserowe do monitorowania poziomu stopionego metalu oraz siłowniki do automatycznego sterowania przepływem. W Finspång firma odnotowała mniej cykli uruchamiania i zatrzymywania, co ogranicza problemy związane z przepełnieniem lub niedopełnieniem. Ta zmiana pozwoliła również zmniejszyć ilość odpadów, ograniczyć zgadywanie i zwiększyć wydajność poprzez skrócenie cykli ponownego topienia.

„Kwestia zrównoważonego rozwoju przeszła od bycia stosunkowo pomijaną do uzyskania statusu priorytetu. Świadomość tego zagadnienia rośnie lawinowo, a jednocześnie – podobnie jak my uważamy, że niezbędne jest prowadzenie produkcji w sposób bardziej zrównoważony – tak samo uważają nasi klienci. Obecnie wymagają oni od nas zmniejszenia śladu węglowego oraz zapewnienia, by nasze materiały spełniały określone standardy” – mówi Elin Lindfors, kierownik ds. technologii produkcji w hucie firmy Gränges Finspång.

„Nieustannie oceniamy nasze działania pod kątem zrównoważonego rozwoju, biorąc pod uwagę kilka parametrów: dobre samopoczucie i bezpieczeństwo naszych pracowników w miejscu pracy, wpływ na środowisko – mierzony śladem węglowym i zużyciem energii – oraz wydajność – mierzoną mocą i tempem produkcji. Wielu naszych pracowników jest z nami od zawsze, ale mamy też wielu nowych pracowników. Dokładamy wszelkich starań, aby zaangażować cały personel w działania na rzecz zrównoważonego rozwoju, utrzymać więzi ze społecznością lokalną i budować silne zespoły”.

Firma Gränges postrzega tę automatyzację jako fundament codziennej działalności. „Automatyczne odlewanie stanowi istotny element naszych działań na rzecz bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju. Zaczęliśmy korzystać z systemu Precimeter w tym zakresie około 2006–2007 roku. Dla nas uruchomienie automatycznego procesu odlewania to zwykła codzienna czynność. Nasza konfiguracja pozwala nam uniknąć obecności pracowników w newralgicznych miejscach w newralgicznych momentach. Zwiększamy również wydajność produkcji. Ponadto nigdy nie było problemem przeszkolenie nowych pracowników w zakresie naszych systemów z wykorzystaniem Precimeter. Jest to bardzo proste”.

Wyniki te potwierdzają korzyści płynące z dokładniejszego pomiaru przepływu i sterowania w czasie rzeczywistym.
„Odkąd zaczęliśmy używać laserów Precimeter do pomiaru poziomu oraz siłowników do regulacji przepływu, nasza wydajność znacznie wzrosła. Mamy mniej awarii i odrzutów, ponieważ możemy wielokrotnie powtarzać odlewy. Ponadto każdy odlew rozpoczyna się w bardziej stabilny sposób”.

Firma Gränges również docenia tę ścisłą współpracę. „Współpraca z Precimeter jest wyłącznie pozytywna! To wspaniale mieć dostawcę w pobliżu, który jest otwarty na tak ścisłą współpracę, jaką prowadzimy. Możemy liczyć na serwis na miejscu; czas reakcji jest krótki, a wsparcie doskonałe, ale co najważniejsze – prowadzimy dialog w celu opracowania rozwiązań, które nam odpowiadają. Precimeter doskonale wie, czego oczekujemy, i rozumie ryzyko, na jakie możemy być narażeni, co daje nam pewność, że proponowane rozwiązania są dostosowane do naszych potrzeb” – podsumowuje Elin.

Korzyści w czterech kluczowych obszarach

Zintegrowana linia produkcyjna może zapewnić dodatkowe korzyści na każdym etapie procesu odlewania. Dzięki połączeniu czujników, siłowników i zabezpieczeń przed przepełnieniem w jeden zintegrowany system odlewnie mogą podnieść standardy bezpieczeństwa, ograniczyć wpływ na środowisko, zwiększyć zyski i poprawić wydajność. Ta synergia w całym procesie odlewania przekłada się na bardziej niezawodną pracę, która spełnia współczesne wymagania.

• Bezpieczeństwo
  Operatorzy nie muszą stać blisko stopionego metalu, a osłony zabezpieczające przed przepełnieniem ograniczają ryzyko rozlania dużych ilości metalu. Zmniejsza to zagrożenie dla personelu i pozwala uniknąć przestojów.
• Zrównoważony rozwój
  Stała kontrola pomaga uniknąć powstawania odpadów i skraca cykle ponownego topienia, zmniejszając zużycie energii i emisje. Wspiera to działania mające na celu zmniejszenie wpływu odlewnictwa na środowisko.
• Rentowność
  Mniejsza liczba wadliwych płyt lub kęsów oznacza mniej przerw w produkcji. Przewidywalne harmonogramy odlewania pozwalają kierownictwu realizować zamówienia zgodnie z planem i zadowolić klientów.
• Wydajność
  Zautomatyzowane systemy natychmiast korygują niewielkie odchylenia, dzięki czemu pracownicy mogą skupić się na wprowadzaniu ulepszeń lub analizie danych zamiast wykonywać zadania ręczne. Zgromadzone dane mogą z czasem pomóc w opracowaniu lepszych metod odlewania.

Droga do Przemysłu 4.0

Chociaż kluczowe znaczenie mają solidniejsze czujniki, siłowniki i zabezpieczenia przed przepełnieniem, to jednocześnie torują one drogę do szerszych możliwości w ramach Przemysłu 4.0. Gdy komponenty zaczynają wymieniać dane, możliwe staje się stosowanie zaawansowanej analityki i częściowej automatyzacji. Zakłady mogą analizować zapisy, aby usprawnić uruchamianie odlewów lub precyzyjnie dostosować natężenie przepływu dla różnych stopów bez konieczności stosowania tradycyjnej metody prób i błędów. Stały przepływ danych pozwala im również opracowywać algorytmy mające na celu minimalizację ilości odpadów, zmniejszenie zużycia energii oraz zapewnienie przewidywalnej jakości.

Lepsza przyszłość dla odlewów aluminiowych

Dzięki połączeniu czujników, siłowników, zabezpieczeń przed przepełnieniem oraz scentralizowanego monitoringu odlewanie DC staje się bezpieczniejsze, bardziej ekologiczne i rentowniejsze. Doświadczenia firmy Gränges pokazują, że rozwiązania te można wdrożyć w wielu zakładach, z których każdy charakteryzuje się inną wydajnością i innymi wymaganiami dotyczącymi produktów. W pełni zautomatyzowany i zintegrowany proces odlewania przebiega płynniej, chroni pracowników przed zagrożeniami i konsekwentnie dostarcza kęsy lub płyty spełniające wysokie standardy. Dzięki ciągłym ulepszeniom opartym na danych huty aluminium mogą prosperować na rynku, który ceni odpowiedzialność za środowisko i doskonałość operacyjną.