ANALISI NUMERICA DEL FUNZIONAMENTODI UN FORNO DI ZINCATURA A CALDO:OSSERVAZIONI DAL PROGETTO ATLAS.

MARIO UBIALI, ZINCO SERVICE SRLMASSIMO BANI, NORD ZINC SPA

PERCHE’…..

• GRANDE MOLE DI DATI ECASI DI CORROSIONE DASPIEGARE.

• NECESSITA’ DICOMPRENDERE IMECCANISMI PERCONTROLLARLI.

• COMPRENDERE LEINTERRELAZIONINASCOSTE.

….. E COME

• RACCOGLIERE DATI DA UN IMPIANTOOPERATIVO.

• CARATTERIZZARE I FORNI A FIAMMAPIATTA.

• COMBINARE I DATI DEL FORNO CONQUELLI SULLA CORROSIONE.

• UTILIZZARE UNO STRUMENTOSIMULATIVO AVANZATO E AFFIDABILE.

IL PROGETTOATLAS

• INIZIATO NEL GENNAIO2011.

• ESEGUITO IN UNO DEICENTRI SIMULATIVIMIGLIORI AL MONDO.

• BASATO SU UN MODELLOELABORATO IN 20 ANNI DILAVORO IN ZINCATURA.

• OGGI ARRIVATO ALCOMPIMENTO DELLA FASE 1.

IL PARTNER INDUSTRIALE

• FORNO GIMECO CONBRUCIATORI A FIAMMA PIATTA.

• VASCA: 13,4 x 2,2 x 3,4 mt.• 8 BRUCIATORI PER LATO, AD

ALTEZZE VARIABILI.• VASCA IN USO DAL 2005 AL 2011.• PRODUZIONE MEDIA ANNUALE:

21.000 TONNELLATE.

OSSERVAZIONE N.1 : IL BAGNO DIZINCATURA E’ UN SISTEMA MOLTO

COMPLESSO.

t = 1hour 24 min

Hot

Hot

t = 1hour

Cold

Hot

Nota dello zincatore: in letteratura esistono da sempre informazionirelative al tema delle matte flottanti. Ma il fenomeno sarà sempre cosìregolare o sarà legato alle dinamiche termiche di ciascuna vasca?

X<0, depth 1m,3in or 6in from the wall

X<0, depth 3m,3in or 6in from the wall

X>0, depth 1m,3in or 6in from the wall

X>0, depth 3m,3in or 6in from the wall

Corner 1

Corner 2

Nota dello zincatore:

La scelta e il posizionamento della/etermocoppia/e che governano il fornoha un forte impatto sul controllo deibruciatori:

- prontezza della risposta

- distribuzione del calore (corrosionedella vasca)

- consumi (efficienza energetica)

OSSERVAZIONE N.2 : ILTRASFERIMENTO TERMICO E’ PIU’

COMPLICATO DI QUEL CHESEMBRA.

TEMPERATURA VASCA TEMPERATURA ZINCO VELOCITA’ ZINCO

CON COPERCHIO SENZA COPERCHIO

DISTRIBUZIONE DELLA TEMPERATURA SULLA PARETE INTERNADELLA VASCA.

NOTA: SCALE DIVERSE!

Nota dello zincatore:

La distribuzione del calore trova riscontro nellemappe di corrosione disponibili?

Posso utilizzare il simulatore per valutare a prioril’effetto di alcune modifiche su controllo econduzione del forno senza rischiare bruttesorprese soprattutto sulla corrosione della vasca?

OSSERVAZIONE N.3 : ILGRADIENTE DI TEMPERATURA

NELLA PARETE NON E’ COSTANTE.

Nota dello zincatore:Nelle condizioni di bagno a 450°C:

-Con Tgas 580°C abbiamo una temperatura paretedi 462,5°C: ne risulta una differenza gas/parete di117°C.

-Con Tgas 480°C abbiamo una temperatura parete452°C con una differenza gas/parete di 27,5°C.

Che fine fa il calore relativo ai 90°C di delta T tra unacondizione di lavoro e l’altra?

E’ possibile ottimizzare queste situazioni?

OSSERVAZIONE N.4 : I FLUSSI DIZINCO NELLA VASCA HANNO

UN’IMPORTANZA ENORME.

Con coperchio Senza coperchio

Distribuzione delle velocità nella vasca.

NOTA: La scala è diversa!

Nota dello zincatore:Considerando la sola vasca a riposo, con e senza coperchio, si nota un raddoppio delle velocità deiflussi. Immaginiamo quanto può essere complesso il fenomeno in una vasca durante la produzione. Aquesto punto sorge spontanea la domanda: qual è la condizione più critica per la vasca? Periodi diriposo o di lavoro? Il carico produttivo influisce veramente tanto come spesso si crede?

OSSERVAZIONE N.5 : c’e’ inballo molto di piu’ della sola

corrosione di vasca...

IRRAGGIAMENTO\CONVEZIONENota dello zincatore:Come e quanto influisce la stratificazione del calore sui diagrammi di fase delle leghe di Zinco (Ni,Bi, Sn, Al, etc.)?

DISTRIBUZIONE SPAZIALE DELFLUSSO TERMICO

Nota dello zincatore:Al flusso termico sono legate le principali dinamiche di corrosione della vasca:

-Vi siete mai chiesti se il consumo che rilevate sulla vostra vasca possa essere definito “normale” onasconda delle anomalie?

- Una differenza di temperatura di 2-3°C (apparentemente irrilevante) tra una zona e l’altra puòsignificare un aumento della corrosione del 140% (andamento parabolico).

- E’ possibile che si crei un “imprinting” corrosivo in fase di avviamento\fusione di ogni vasca che poi sitrascina nel tempo?

GESTIONE DELLE VELOCITA’ DIFLUSSO DELLO ZINCO

Nota dello zincatore:

Le mie termocoppie sono collocate correttamente?

Rappresentano mediamente le dinamiche del mio bagno?

(ALCUNE) CONCLUSIONI• IL MODELLO E’ PIENAMENTE

VALIDATO.• IL MODELLO CONSENTE DI

CALCOLARE I FLUSSI TERMICILOCALI, QUINDI LAPROGRESSIONE CORROSIVA.

• IL MODELLO HACONFERMATO MOLTENOZIONI FRAMMENTARIE.

(ALCUNI) SPUNTI• LA CAPACITA’ SIMULATIVA

CONSENTE ENORMI PROGRESSINELL’OTTIMIZZAZIONE DELFORNO.

• SI PUO’ FARE UN BUON LAVOROSOLO SE I DATI E LA LORORACCOLTA SONOESTREMAMENTE AFFIDABILI.

• IL CIRCOLO VIRTUOSO E’ MOLTOAMPIO: ENERGIA, QUALITA’,DURATA DELLA VASCA.

Un risultato nuovo ha valore, se ne ha,nel caso in cui stabilendo un legame

tra elementi noti da tempo, ma fino adallora sparsi e in apparenza estranei

gli uni agli altri, mette ordine,immediatamente, là dove sembrava

regnare il disordine.

[Henri Poincarè]