I. Proje Arka Planı ve Üretim Hattı Temel Özellikleri

Bu vaka çalışması, Güney Amerika pazarına yönelik, çelik yapı parçalarını ana işleme hedefi olarak belirleyen, doğal gazla çalışan, doğrudan ısıtmalı, çevre dostu sıcak daldırma galvanizleme üretim hattını kapsamaktadır. Çinko potasının iç boyutları 4,7 metre uzunluk, 1,0 metre genişlik ve 1,8 metre derinliktedir. Bu boyutlar, 50 tonluk nominal çinko kapasitesini doğrudan belirler ve saatlik maksimum çıktıyı yaklaşık 2 tona sınırlar. Tüm üretim hattı, deniz taşımacılığı ihracat standartlarını karşılayacak şekilde modüler olarak tasarlanmıştır ve toplam ağırlığı yaklaşık 159,7 ton olup, altı adet 40 fit yüksek küp konteyner ve bir adet 20 fit genel amaçlı konteynerlik bir sevkiyat düzenlemesine karşılık gelir.

Elektrik sistemi, yerel Güney Amerika şebeke koşullarına uyum sağlamalıdır – 220V/60Hz üç fazlı güç. Bu frekans, yerel 380V/50Hz standardından farklıdır ve tüm motorların, değişken frekanslı sürücülerin ve PLC kontrol ünitelerinin 60Hz'e yeniden kalibre edilmesini gerektirir, böylece zamanlama, dönüş hızı ve iletişim protokollerinin yerel güç kaynağı özellikleriyle eşleşmesi sağlanır.

II. Isıtma Sistemi ve Gaz Besleme Parametreleri

Isıtma enerji kaynağı boru hattı ile sağlanan doğal gazdır. Teknik şartname, gaz kalitesi üzerinde net sınırlar belirler: ısıl değer 8.400 ila 8.600 x 4,18 kJ/m³ aralığında olmalı, giriş basıncı 100 ila 200 kPa arasında korunmalı ve gaz düğüm noktası basıncı 90 ila 80 kPa arasında kontrol edilmelidir. Bu sınır koşulları, brülör seçimini doğrudan etkiler.

Yanma bölümü, dört adet yüksek hızlı darbe brülörü, TJ100 modeli ile donatılmıştır. Her brülörün anlık gaz tüketimi yaklaşık 28 m³/saat olup, toplam anlık gaz tüketimi 112 m³/saat'e ulaşmaktadır. Gaz besleme dalgalanmalarından kaynaklanan kesintiler olmadan sürekli üretimi sağlamak için, gaz boru hattı, biri hizmette ve biri yedekte olmak üzere çift ana giriş konfigürasyonunu benimser ve çevrimiçi anahtarlamaya izin verir. Ateşleme sistemi, hem otomatik hem de manuel yüksek-düşük çift modu destekler – devreye alma sırasında manuel ince ayar mevconken, normal üretim sırasında otomatik izleme devreye girer. Fırın, soğuk hava geri akışını önlemek ve fırın içindeki termal kararlılığı korumak için tasarlanmış mikro-pozitif basınçlı yanma modunda çalışır.

III. Proses Tankı Malzemeleri ve Tam Hat Yerleşimi

Tüm ön işlem ve son işlem tankları, çinko potası boyutlarıyla tutarlı olarak 4,7 metre uzunluk, 1,0 metre genişlik ve 1,8 metre derinlikte birleşik dış boyutlara sahiptir. Bu tasarım kararı, vinç yolu planlamasını basitleştirir ve tek bir koordinat çerçevesi içinde vinç seyahat ve konumlandırma noktalarının yeniden kullanılmasını sağlar. Tanklar, çelik yapısal çerçeveler ve 5 mm çelik levhalar temel malzeme olarak kullanılarak inşa edilmiş olup, asitlere, alkalilere ve akı tuzlarına karşı kimyasal saldırıya direnmek için cam elyaf takviyeli plastik (FRP) korozyon önleyici katmanlarla kaplanmıştır.

Asitle temizleme bölümü, dört adet kapalı asitle temizleme tankından oluşmaktadır. Tank başına daldırma süresi, iş parçalarının yüzey oksidasyon durumuna bağlı olarak 6 ila 30 dakika arasında ayarlanabilir. Asitle temizleme odası negatif basınç altında çalışır ve malzeme yükleme ve boşaltma için zemin raylı arabalar kullanılır, bu da asit sisinin çalışma sırasında atölyeye yayılmamasını sağlar. Asitle temizlemeden sonra, iş parçaları sırasıyla iki durulama tankına girer, ardından akı tankına girer. Bir adet akı tankı bulunmaktadır, çalışma sıcaklığı 50 ila 70°C arasında korunur ve pH yaklaşık 5 olarak kontrol edilir. Otomatik bir demir giderme cihazı, akı banyosu aktivitesini sağlamak için demir iyonu konsantrasyonunu 1 mg/L içinde sınırlar. Soğutma bölümü, sirkülasyonlu su soğutması için bir cam elyaf takviyeli plastik soğutma kulesi ile eşleştirilmiş bir soğutma tankı içerir. Soğutma sırasında salınan ısı, asit ön ısıtma sistemine yönlendirilir ve tamamlayıcı termal entegrasyon sağlanır. Pasivasyon bölümü de bir tanktan oluşur ve ihracat çevresel gereksinimlerini karşılamak için kromsuz bir pasivasyon süreci kullanır.

IV. Asit Sisi ve Çinko Dumanı Arıtma Sistemi Konfigürasyonu

Negatif basınçlı emiş ile birleştirilmiş kapalı asitle temizleme odası, asit sisini arıtma sistemine yönlendirir. Asit sisi önce bir seyreltme aşamasından geçer – seyreltme suyu, taze asit hazırlamak için de kullanılır, bu tasarım alkali tüketimini azaltır – ve ardından asit sisi emme nötralizasyon kulesine girer. Nötralizasyon kulesi, otomatik bir dozaj cihazı ile donatılmıştır ve 22 kW'lık değişken frekanslı bir çekiş fanı tarafından çalıştırılır. Nötralizasyondan önce ve sonra pH değişikliklerini gerçek zamanlı olarak izlemek için hem giriş hem de çıkışta pH algılama probları kurulmuştur, bu da dozaj ayarlamaları için bir temel sağlar.

Çinko dumanı arıtması, çinko potasının üzerinde başlar ve pota genişliğinin her iki yanını kapsayan çift taraflı emiş yakalama davlumbazı kullanır. Yakalanan çinko dumanları sırasıyla bir torba filtrede partikül giderme ve ardından su perdesi kokusuzlaştırma aşamasından geçerek kokulu bileşenleri giderir ve son olarak 37 kW'lık değişken frekanslı bir çekiş fanı tarafından boşaltılır. Fan, iş parçaları potaya indirilmeden 2 ila 3 dakika önce çalıştırılır, böylece yoğun çinko dumanı oluşumunun başlangıç aşamasında yeterli emiş negatif basıncı oluşturulur.

V. Kademeli Atık Isı Kullanım Sistemi (Çekirdek Teknoloji Modülü)

Bu üretim hattının en önemli mühendislik özelliği, çinko potası yanma baca gazından beş aşamalı kademeli atık ısı geri kazanımıdır, sıcaklıklar fırın çıkışında yaklaşık 500°C'den ortam koşullarına yakın seviyelere kadar giderek azalır. Aşağıdaki bölümler, her bir kullanım seviyesini azalan sıcaklık sırasına göre açıklamaktadır.

Aşama 1: Akı sıvısı ısıtma. Baca gazı yaklaşık 500°C'de fırından çıkar ve önce paslanmaz çelik bir ısı değiştiriciye girer, burada sirkülasyonlu suyu yaklaşık 90°C'ye kadar ısıtır. Bu sıcak su daha sonra akı tankının içindeki titanyum alaşımlı bir ısı değiştirici bobine gönderilir ve akı sıvısını ortam sıcaklığından proses ayar noktası olan 50 ila 70°C'ye yükseltir. Akı çözeltisi çinko klorür ve amonyum klorür içerdiğinden ve sıradan paslanmaz çeliği aşındırdığından, titanyum alaşımı burada zorunlu bir malzeme seçimidir.

Aşama 2: İş parçası kurutma. Birinci aşama ısı değişiminden sonra, baca gazı sıcaklığı yaklaşık 300°C'ye düşer ve ardından kurutma tankı bölümüne girer. Burada kullanılan ısı değiştirici borusu, 630 mm dış çap ve 8 mm et kalınlığına sahip spiral bir borudur. Daha büyük yüzey alanı, atık ısı salınımını kolaylaştırır. Bir fan, boru yüzeyine yakın sıcak havayı iş parçalarına aynı anda üfler, böylece onları çinko potasına girmeden önce ön ısıtır ve böylece çinko banyosundan kaynaklanan termal kayıpları azaltır.

Aşama 3: Yanma havası ön ısıtma (patentli). Baca gazı yaklaşık 200°C'ye kadar soğumaya devam ettikçe, yanma havası ön ısıtıcısına girer – bu cihaz için bir patent alınmıştır. Baca gazı, brülörler için gerekli olan yanma havasını ortam sıcaklığından 50 ila 150°C'ye kadar ısıtır. Bu ön ısıtılmış yanma havası fırına verildiğinde, teorik yanma sıcaklığını artırır. Tasarım, galvanizli parçaların tonu başına 2 ila 3 m³ gaz tasarrufu öngörmektedir – gerçek tasarruflar saha özel işletme koşullarına bağlıdır. Ancak, ön ısıtılmış hava sıcaklığındaki her 100°C'lik artışın alev yayılma hızı üzerindeki nitel etkisi, yanma biliminde termal verimliliğe olumlu katkıda bulunduğu iyi bilinmektedir.

Aşama 4: Çamur kurutma (patentli). Yanma havası ısı değiştiricisinin baca gazı kanalının üzerinde, 6.000 mm uzunluk, 750 mm genişlik ve 375 mm yükseklik ölçülerinde 316L paslanmaz çelik bir çamur kurutma tankı bulunmaktadır ve yaklaşık 150 ila 200°C'deki baca gazı atık ısısını kullanır. Bu cihaz da patentli bir teknolojidir. Yaklaşık %80 başlangıç nem içeriğine sahip filtre pres çamurunu, yaklaşık %10 nem içeriğine kadar kurutarak, saha dışı bertaraf ağırlığını önemli ölçüde azaltır.

Aşama 5: Pot kenarı atık ısı geri kazanımı ve atölye ısıtması. Yaklaşık 200°C'ye ulaşan çinko potası kenarlarındaki yüzey termal radyasyonu, paslanmaz çelik çift katmanlı bir bobin ile geri kazanılır. Geri kazanılan ısı, banyo, asit ön ısıtma veya atölye alanı ısıtması gibi amaçlar için sirkülasyonlu suyu ısıtmak için kullanılır. Bacaya son deşarjdan önceki kalan düşük dereceli atık ısı, çelik borular aracılığıyla doğrudan atölyeye verilebilir, ancak yanma koruma önlemleri uygulanmalıdır.

VI. Kaldırma, Lojistik ve Otomasyon Kontrolü

İş parçası kaldırma, 3 ton artı 3 ton çift vinç konfigürasyonu kullanır. Bu spesifikasyonda dört adet vinç seti, asitle temizleme odasının dış cephesine monte edilmiş olup, kablosuz uzaktan kumanda ile çalışmak üzere odaya uzanan kancalara sahiptir. İş parçaları önce bir kaldırma çerçevesi kullanılarak büyük raflara elle takılır, sabit bir yüksekliğe kaldırılır, ardından zemin raylı arabası ile asitle temizleme odasına taşınır. Odanın içindeki üst vinçler, büyük rafları asit tanklarına kaldırır ve her tank istasyonundan sırayla işlem görür.

Lojistik çözümü, alıcıya iki otomasyon seçeneği sunar: biri uzaktan kumandalı bir portal elektrikli vinçtir; diğeri ise RGV arabaları ile bir halka raylı elektrikli vinçtir, bu da PLC programları aracılığıyla daldırma süresini ve galvanizleme sıcaklığını kontrol edebilir. Programlanmış kontrol yaklaşımı, operatörlerin bireysel deneyime dayalı daldırma süresini uzatmasını önler, böylece malzeme israf eden ve maliyetleri artıran aşırı kalın çinko kaplamaları önler.

VII. Elektrik Yük Dağılımı ve Kontrol Mantığı

Tüm üretim hattının toplam kurulu elektrik kapasitesi yaklaşık 205 kW'dır. Asit sisi çekiş fanı 22 kW, çinko dumanı çekiş fanı ise 37 kW olarak derecelendirilmiştir – her ikisi de farklı çalışma koşullarında değişen emiş taleplerini karşılamak için değişken frekanslı sürücülerle donatılmıştır. Üst vinç motoru 15 kW, demir giderme ekipmanı 15 kW, hava kompresörü 7,5 kW, üç sprey pompası her biri 5,5 kW ve vinç motorları toplam 30 kW olarak derecelendirilmiştir. Gelecekteki genişleme veya geçici yükler için 20 kW'lık bir yedek ayrılmıştır.

Çinko banyosu sıcaklık kontrolü, termokupllar aracılığıyla elde edilen ve büyük bir ekranda görüntülenen 3 aşamalı bir PID düzenleme döngüsü kullanır. Hedef kontrol aralığı 438 ila 450°C'dir. Sistem, ölçülen sıcaklık ve ayar noktası arasındaki sapmaya göre brülör çıkışını otomatik olarak ayarlar, bu da sık manuel müdahale ihtiyacını ortadan kaldırır.