205 TON/GÜN KAPASİTELİ BİR CAM EŞYASI FIRINI Selahattin ÇINAR Paşabahçe Eskişehir Cam Sanayii ve Ticaret A.Ş. Hüseyin UZUN -Zeynep ELTUTAR - Lale ÖNSEL TŞCFAŞ, Araştırma ve Mühendislik Müdürlüğü (Gizliliği nedeni ile özet olarak verilmiştir) Cam Ev Eşyası Grubu, giderek büyüyen pazar gereksinimlerini karşılamak amacı ile Eskişehir fabrikasında 205 t/g kapasiteli bir cam ev eşyası fırını kurma kararı almıştır. Bu kapasitedeki bir fırının işletme zorluklan yaşamaması, kampanya ömrünü sorunsuz tamamlaması ve yüksek kalitede cam elde edilmesi hedeflenerek Teknik Grup ile Paşabahçe Eskişehir Cam Sanayii ve Ticaret A.Ş ve Paşabahçe Cam Sanayii ve Ticaret A.Ş. Mersin fabrikasındaki ilgili birimlerin katılımı ile PE B fırını yeni yatırımı ve PM B fırını soğuk tamiri için kapsamlı bir çalışma yapılmıştır. Fırın tasarım kriterlerinin belirlenmesi amacı ile yapılan matematiksel model çalışmalarında, fırın atmosferinin eni, boyu, üst yapı yüksekliği, bek sayısı, port eni, port yüksekliği, portlar arası ve port yan duvarı ile üst yapı arası mesafeler, cam banyosu eni, boyu, cam derinliği, throat ve riser boyutları incelenerek, bu değişikliklerin cam kalitesi, fırın koşulları ve throat cam sıcaklığı üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Tam kapasitede throattan çalışma havuzuna geçen cam sıcaklığının 1390 C nin altında kalması hedeflenerek, fırının eni genişletilmiş, boyu uzatılmış ve üç bekten dört beke geçilmiştir. Alevin fırın eninde kapladığı alan, 4 beke geçilmesi ile artmakta, eritme bölgesinde harmana daha iyi enerji transfer olabilmektedir. Böylece erime daha çabuk tamamlanmakta, afinasyona daha fazla yer kalmaktadır. Ayrıca alev boyunun kısalması ve fırın eninin genişlemesi sonucunda sıcak noktanın gerilemesi ile afinasyon bölgesi sıcaklıklarında düşme görülmektedir. Bek sayısının artmasına paralel olarak port eni de arttırılmıştır. i 18. CAM PROBLEMLERİ SEMPOZYUMU - 17
Port yan duvarı ile üst yapı arasındaki mesafe alev şekli ve üst yapı aşınması dikkate alınarak belirlenmiştir. Üst yapı yüksekliğinin artması ile, kemerin altındaki üst döngünün kuvvetlendiği, porttan giren havayı ve alevi bastırdığı ve alevin yukarı kalkmasını geciktirdiği belirlenmiştir. Böylece alevin cama daha yakın ve paralel gitmesi İle cama olan ısı transferi daha etkin hale gelmektedir. Cam derinliği ile ilgili incelemeler sonucunda cam derinliğinin arttırılmasının, afinasyon bölgesindeki ortalama cam sıcaklığında artış ve konveksiyon döngülerindeki gelişme ile cam kalitesinde bir avantaj sağlayacağı görülmüştür. Throat ve riser uzunluklarının arttırılması, hem soğutma imkanlarını arttırmış, hem de bu bölgeyi daha rahat müdahale edilebilir hale getirmiştir. Yapılan bu gelişmelerle, cam kalitesinde artış ve enerji tüketiminde azalma sağlanmaktadır. Ayrıca, throat çıkışındaki cam sıcaklığı da istenilen seviyeye düşürülmüş olmaktadır. Çalışma sonucunda elde edilen tasarımda cam banyosu ve fırın atmosferindeki sıcaklık ve akım dağılımları aşağıdaki şekilde görülmektedir. <J1 ^ ^ > N ^ ^ ^ A, \ \ h ^ \o, V \ tıı «mj.m JT».* pt.,-r- ^ ^ ^ 4 4\ t* Tfir" >» * "1 - ti ıtti 25 1225 1325 1425 1525 1625 1725 1825 1925 2025 2825 C 1000 1180 1230 1280 1330 1380 1430 1480 1530 1580 1630 C Şekil 1. Belirlenen fırın boyutlarında cam banyosu ve fırın atmosferindeki sıcaklık ile akım dağılımları Fırın ömrü ve işletmesi açısından kritik olan doghouse tasarımı geliştirilmiştir. Ayrıca fırın tabanında bir kat izolasyon çıkartılmış, yerine izolasyon etkisi olmayan, cam korozyonuna dayanıklı bir tabaka uygulanmıştır. Çalışma havuzu tasarımı ve refrakter yapısı, korozyonun ve cam sızmalarının engellenmesi amacı ile iyileştirilmiştir. Teknik Grup, Paşabahçe Eskişehir Cam Sanayii ve Ticaret A.Ş. ve Paşabahçe Cam Sanayii ve Ticaret A.Ş. Mersin fabrikalarının işbirliği ile yürütülen çalışma 18. CAM PROBLEMLERİ SEMPOZYUMU - 18 -
sonucunda, 205 ton/gün çekişli bir cam ev eşyası fırını geliştirilmiştir. PE B fırını Şubat 2003'de üretime başlamış, fırın için öngörülen birim yakıt tüketimi ile hedeflenen throat cam sıcaklıklarına ulaşılmış ve üründeki habbe O seviyesinde gerçekleşerek, hedeflenenin üstünde bir kalite sağlanmıştır. PM B fırını ise mevcut çalışma havuzu aynı tutularak, yeni tasarımla yapılmıştır. Ağustos 2003'de devreye alınan fırın da benzer performans ve koşullarda çalışmaktadır. Üretime başladıktan kısa bir süre sonra yüksek verime ulaşan PE B fırınının ilk altı aylık dönemine ait işletme bilgileri incelenerek, hedeflenen şartlarla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Grafiklerde kullanılan sıcaklık değerlerinin ölçüldüğü noktalar aşağıdaki şekilde verilmektedir. KEMER CAM YÜZEYİ l i \ RISEROPTlK SOĞUTMA SIKIŞI Ç/H SOĞUTMA GİRİŞİ / ÇALİŞMA HAVUZU ERİTME HAVUZU TABAN T/C 2,5 cm refr^er içinde Şekil 2. Sıcaklık ölçüm noktalan Tasarım sırasında, throatu geçerek çalışma havuzuna çıkan camın riser üzerinden ölçülen sıcaklığının fırın tam kapasite ile çalıştığında 1390 C'yi geçmemesi hedef alınmıştır. Belirtilen ölçüm noktalarında, farklı çekişlerde alınan değerlere bakıldığında (Tablo 1) çalışma havuzu refrakterleri açısından önemli olan bu sıcaklığın 200 t/g çekişte 1375-1380 C arasında kaldığı görülmektedir. 18. CAM PROBLEMLERİ SEMPOZYUMU - 19 -
Tablo 1. Farklı çekişlerde alınan fırın sıcaklık değerleri FIRIN ÇEKİŞİ BİRİM ÇEKİŞ KEMER CAM YÜZEY RİSER c/h TABAN TON/GÜN TON/M'GÜN T/c 150 1,39 1520 1490 1354 1280 1314 160 1,48 1524 1492 1362 1290 1315 170 1,57 1534 1496 1368 1300 1328 180 1,67 1537 1498 1369 1302 1329 185 1,71 1543,1501 1371 1305 1329 190 1,76 1550 1503 1374 1307 1330 195 1,81 1552 1506 1375 1313 1330 200 1,85 1557 1507 1377 1318 1331 PE B fırını Şubat - Temmuz 2003 dönemine ait işletme değerleri aşağıdaki şekilde verilmiştir. 1600 1550 1500 ü 1450 S 1400 jç f 1350 n ^ 1300 1250 1200 1^ 300 280 p 26(1 u 240 01 220 0 200 o> 180 16ü 140 o 1150 04,02 16,02 28,02 12,03 24,03 05,04 17,04 29,04 11,05 23,05 04,06 16.06 28,06 10,07 22,07 03.08 15,08.2003,2003,2003,2003,2003 2003,2003,2003 2003 2003,2003,2003,2003,2003,2003,2003.2003 120 KEMER THROATH SOL RISER EŞDEĞER FUEL OİL gr/kgcam CAM ÇEKİŞ, TON/GÜN Şekil 3. PE B fırını Şubat -Temmuz 2003 dönemi işletme değerleri Fırında kemerden alınan optik sıcaklık değeri 1550 C, Ihroat tarafı alın duvarından bir metre önce afinasyon bölgesi cam yüzeyinden ölçülen optik sıcaklık değeri 1500-1510 C civarındadır. Cam kalitesi, ürün alımına başlandığından itibaren, hem habbe hem renk açısından çok iyi seviyelerdedir. Tasarım ve işletme ile hedeflenen kalite artışının ve rahat fırın şartlarının sağlandığı, üründeki habbe sayısının O olması (Şekil 4) ve cam sıcaklığının düşük tutulabilmesi ile kendini göstermektedir. O olan habbe seviyesini kalite limitlerinin içinde kalacak şekilde biraz arttırmak, bu şekilde enerji tüketiminde tasarruf yapmak amacı ile sıcaklıklar düşürülmüştür. 18. CAM PROBLEMLERİ SEMPOZYUMU - 20 -
180 5. 30 160 ^ 140 o hanh\ I 04.02. 16.02. 26.02. 12.03. 24,03, 05.04, 17.04. 29.04. 11.05. 23.05, 04.06. 16.06 28,06. 10.07. 22.07. 03.00. 15.08.' 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 2003 HABBESAYISl -«-EŞDEĞER FUELOİL gr/kgcam -^r-çekiş. TON/GÜN İM X Şekil 4. PE B fırını Şubat - Temmuz 2003 dönemi habbe seviyesi Yine incelenen aynı döneme ait çekiş ve birim yakıt tüketimi ile birlikte bakıldığında habbe seviyesinin O ile 5 adet/30 gr cam değeri arasında seyrettiği görülmektedir. Birim yakıt tüketimi 200 ton/gün çekişte fuel oil eşdeğeri cinsinden, 134 gr/kg cam olmuştur. Şubat ayında devreye alınan PE B fırınının altı aylık üretim dönemi incelendiğinde, geliştirilen 205 ton/gün çekişil cam ev eşyası fırın tasarımı ile, hedeflenen cam kalitesi, enerji tüketimi ve çalışma havuzuna giren cam sıcaklığının sağlandığı ve fırın performansının kararlı olarak sürdürülebildiği görülmektedir. Anahtar Sözcükler: Cam, fırın, tasarım, matematiksel model, cam ev eşyası 18. CAM PROBLEMLERİ SEMPOZYUMU - 21 -