このケーススタディは、亜鉛めっき生産ラインに関するもので、大型鋼構造部品を対象としています。亜鉛槽の内部寸法は長さ13メートル、幅1.8メートル、深さ3.5メートルです。これらの寸法は、定格亜鉛容量420トン、最大時間生産量約18トンに相当し、ヘビーデューティー連続稼働生産ラインに分類されます。ラインは直接天然ガス燃焼用に設計されており、380V/50Hzの三相電源用に構成されています。これは、前回のケースで南米向けに計画された60Hzプロジェクトとは異なる基準となります。
タンクシステムは、コンクリート基材にガラス繊維強化プラスチック（FRP）の防食ライニングを採用しています。主要なプロセスタンク（酸洗、すすぎ、フラックス処理、冷却、不動態化）は、長さ13メートル、幅1.8メートル、深さ3メートルの統一された外部寸法を持ち、亜鉛槽よりも0.5メートルの深さ差が生じます。これは、ホイストの移動経路計画で考慮する必要があります。
加熱エネルギー源はパイプライン供給の天然ガスであり、必要とされる発熱量は8,400～8,600 × 4.18 kJ/m³の範囲内、入口圧力は100～200 kPa、ガスノード圧力は90～80 kPaに制御されます。燃焼部には、高速度パルスバーナー「TJ300」が6基装備されており、各バーナーの瞬間ガス消費量は約70 m³/hで、合計瞬間消費量は420 m³/hとなります。ガス供給配管は、デュアルメインインレット構成を採用しており、1系統が稼働し、もう1系統が待機状態となるため、連続生産中の供給中断を保証します。
炉はマイクロ正圧燃焼モードで運転されます。満負荷生産時、設計ガス消費量は加工物1トンあたり約12.5立方メートルと推定されます。温度制御は3段PID制御ループを採用しており、亜鉛浴温度は熱電対で取得され、大型スクリーンに表示されます。目標制御範囲は438～450℃で、システムは設定値からの偏差に基づいてバーナー出力を自動調整します。炎の検出には紫外線センサーを使用し、点火システムは自動および手動のハイローデュアルモードをサポートします。
前回のケースで使用された鋼構造・鋼板構造とは異なり、この生産ラインでは、前処理および後処理セクションにコンクリートタンクとFRP防食ライニングを使用します。酸洗、すすぎ、フラックス処理、冷却、不動態化の合計6基のタンクは、長さ13メートル、幅1.8メートル、深さ3メートルの統一された外部寸法を共有しています。コンクリートタンクの建設は購入者の責任であり、販売者はFRPライニングの設置のみを提供します。この作業分担は、購入者が既存のタンクピットを持っている場合や、ヘビーデューティー固定タンク構成を好む場合に適しています。
酸洗セクションは、3基の密閉型酸洗タンクで構成されています。通常の錆び状態での各タンクの浸漬時間は約6分ですが、重度の錆びがある加工物については、表面状態に応じて30分まで延長できます。酸洗室は負圧で運転され、負圧設定値は5～10 Paです。晴天時は5 Pa、雨天時は大気圧変動を補償するために10 Paに調整されます。可変周波数ファンは、設定圧力に達すると周波数を自動的に低下させます。酸ミストが作業場に拡散しないように、材料の積み下ろしには地上レールカートを使用します。
フラックス処理タンクは1基で、運転温度は50～70℃に維持され、pHは約5に制御されます。自動鉄分除去装置は、鉄イオン濃度を1 mg/L以内に制限し、ろ過されたスラッジはスラッジ乾燥炉に送られます。冷却セクションと不動態化セクションはそれぞれ1基のタンクで構成されており、不動態化プロセスはクロムフリーです。
密閉型酸洗室の寸法は、長さ17,150 mm、幅15,000 mm、高さ6,350 mmです。外部鋼構造の寸法は、長さ17,150 mm、幅15,600 mm、高さ8,450 mmです。酸ミストはまず希釈段階を通過します（希釈水は新しい酸の準備にも使用され、アルカリ消費量を削減します）。その後、酸ミスト吸収中和塔に入ります。塔は45 kWの可変周波数誘引通風機によって駆動され、pH検出プローブが入口と出口の両方に設置され、中和効率をリアルタイムで監視します。
亜鉛ヒューム処理は、2つの独立した収集ロジックを採用しています。1つは亜鉛槽の上に設置された移動式カバーフードで、煙の自然な上昇傾向を利用して捕集します。もう1つは、槽の両側にある両面吸引捕集システムです。両方の方式で可変周波数制御を使用します。加工物が槽に沈められる前の2～3分間は50 Hzで開始し、めっきが行われていない期間は電力消費を最小限に抑えるために10 Hzに低下させます。
捕集された亜鉛ヒュームは、バッグフィルターで粒子を除去し、その後ウォーターカーテン脱臭段階を通過し、最終的に160 kWの可変周波数誘引通風機によって排出されます。集塵機は、高速ブロー中に停止し、低速で運転するように設計されており、フィルターバッグが効果的に清掃されることを保証します。
この生産ラインの廃熱利用スキームは、前回のケースよりも包括的で、6段階に及びます。排ガス温度は、炉出口の約500℃から、ほぼ周囲温度まで段階的に低下します。
第1段階：フラックス液加熱。排ガスは炉から約500℃で排出され、ステンレス鋼熱交換器を通過して循環水を約90℃に加熱します。この温水は、フラックス槽内のチタン合金熱交換コイルに送られ、フラックス液をプロセス設定値の50～70℃まで上昇させます。チタン合金は、フラックス溶液中の塩化亜鉛と塩化アンモニウムの腐食性のため、必須の材料選択です。
第2段階：加工物乾燥。第1段階の熱交換後、排ガスは乾燥ピットに入ります。乾燥ピットの寸法は、長さ14メートル、幅5メートル、深さ3メートルです。排ガスは熱交換器を通過し、高温ブロワーが高温空気を加工物表面に供給して、迅速かつ均一な乾燥を行います。乾燥効果は、ピット構造自体の放射熱と、対流式熱風の流れを組み合わせています。
第3段階：燃焼空気予熱（特許取得済）。排ガスが約200℃まで冷却を続けると、燃焼空気熱交換器に入り、バーナーに必要な燃焼空気を周囲温度から50～150℃に予熱します。この予熱された燃焼空気が炉に供給されると、理論燃焼温度が上昇します。設計では、めっき加工物1トンあたり約2～3 m³のガス節約が見込まれます。実際の節約量は、現場固有の運転条件によって異なります。
第4段階：スラッジ乾燥（特許取得済）。長さ6,000 mm、幅750 mm、高さ375 mmの316Lステンレス鋼製スラッジ乾燥タンクが、燃焼空気熱交換器の排ガスダクトの上に設置されています。約150～200℃の排ガスを利用して、含水率約80%のフィルタープレススラッジを約10%まで乾燥させ、オフサイトでの廃棄重量を大幅に削減します。
第5段階：槽縁廃熱回収（特許取得済）。亜鉛槽の縁温度は約200℃に達します。槽の縁に沿って配置されたステンレス鋼製の二重層コイルが、浴用、酸予熱、または作業場暖房用の循環水を加熱します。
第6段階：排ガスによる作業場暖房。最終排出前の低品位廃熱は、鋼管を通して直接作業場に放出され、火傷防止対策が実施されます。
さらに、冷却セクションからの温水は、酸洗タンク内の冷酸と熱交換パイプを通して循環され、冷却水温度の低下と酸液の予熱を同時に達成します。これは二重目的設計であり、冷却塔の投資要件を削減します。
加工物のリフティングには、5トン＋5トンのデュアルホイスト構成が採用されています。この仕様のホイストが4セット、酸洗エリアに設置されており、密閉室の屋根の外側に設置され、フックが室内に入り込み、無線リモートコントロールで操作されます。加工物は、リフティングフレームを使用して手動で大型ラックに取り付けられ、固定高さまで持ち上げられ、その後地上レールカートで酸洗室に運ばれ、オーバーヘッドクレーンによって各タンクステーションに順次処理されます。
この生産ラインにはオンライン計量システムが装備されており、酸洗前の生加工物の重量と、めっき後の完成重量の両方を読み取ります。差を計算することにより、酸洗中の鉄損失と亜鉛コーティング重量の増加を監視し、リアルタイムの亜鉛消費量の追跡とプロセス調整を可能にします。これは前回のケースにはない機能です。
ロジスティクスソリューションは、購入者に2つの自動化オプションを提供します。リモートコントロール付きのガントリー電動ホイスト、またはPLCプログラム制御用のRGVカート付きリングレール電動ホイストです。プログラム制御アプローチは、浸漬時間を正確に制御し、オペレーターが個人の経験に基づいて浸漬時間を延長することを防ぎ、過度に厚い亜鉛コーティングを回避します。
生産ライン全体の総設置電気容量は約530 kWです。主要な負荷は次のように配分されています。亜鉛ヒューム誘引通風機160 kW、酸ミスト誘引通風機45 kW、廃酸処理システム80 kW、オーバーヘッドクレーンモーター15 kW、鉄分除去装置15 kW、エアコンプレッサー7.5 kW、スプレーポンプ合計26 kW（7.5 kWユニット2基と11 kWユニット1基を含む）、ホイストモーター合計40 kW、冷却塔4 kW、照明20 kW、リフトステーション22.5 kW。将来の拡張のために30 kWの予備が割り当てられています。
この提案には、オプションモジュールが含まれています。硫酸置換法を採用した廃酸処理ラインで、設計処理能力は1日あたり5～10トンです。廃酸は、鉄イオン濃度が120 g/L以上、第二鉄イオン濃度が5 g/L未満、遊離酸濃度が5%以上である必要があります。このプロセスでは、凍結結晶化により塩化第二鉄を析出させ、その後濃硫酸と反応させて硫酸第二鉄と塩化水素ガスを生成します。塩化水素ガスは再生塩酸として回収され、酸洗セクションに戻されます。一方、硫酸第二鉄は一水和物硫酸第二鉄の形で副産物として販売されます。
装置の総定格電力は約200 kWで、電力消費量は処理される廃酸1トンあたり約40 kWhです。システムは、約150平方メートルの面積を占め、装置の高さは7メートル、設置および運転クリアランスは9メートル必要です。プロセス仕様では、再生酸の鉄残渣含有量が4%未満であり、再生酸濃度が15%～22%であることが要求されます。副産物である硫酸第二鉄は、純度が90%以上である必要があり、不純物制限は、チタン0.75%未満、ヒ素0.0002%未満、鉛0.0001%未満、カドミウム0.0001%未満、水銀0.00002%未満、クロム0.001%未満、遊離酸1%未満、不溶物0.5%未満です。
このケーススタディは、亜鉛めっき生産ラインに関するもので、大型鋼構造部品を対象としています。亜鉛槽の内部寸法は長さ13メートル、幅1.8メートル、深さ3.5メートルです。これらの寸法は、定格亜鉛容量420トン、最大時間生産量約18トンに相当し、ヘビーデューティー連続稼働生産ラインに分類されます。ラインは直接天然ガス燃焼用に設計されており、380V/50Hzの三相電源用に構成されています。これは、前回のケースで南米向けに計画された60Hzプロジェクトとは異なる基準となります。
タンクシステムは、コンクリート基材にガラス繊維強化プラスチック（FRP）の防食ライニングを採用しています。主要なプロセスタンク（酸洗、すすぎ、フラックス処理、冷却、不動態化）は、長さ13メートル、幅1.8メートル、深さ3メートルの統一された外部寸法を持ち、亜鉛槽よりも0.5メートルの深さ差が生じます。これは、ホイストの移動経路計画で考慮する必要があります。
加熱エネルギー源はパイプライン供給の天然ガスであり、必要とされる発熱量は8,400～8,600 × 4.18 kJ/m³の範囲内、入口圧力は100～200 kPa、ガスノード圧力は90～80 kPaに制御されます。燃焼部には、高速度パルスバーナー「TJ300」が6基装備されており、各バーナーの瞬間ガス消費量は約70 m³/hで、合計瞬間消費量は420 m³/hとなります。ガス供給配管は、デュアルメインインレット構成を採用しており、1系統が稼働し、もう1系統が待機状態となるため、連続生産中の供給中断を保証します。
炉はマイクロ正圧燃焼モードで運転されます。満負荷生産時、設計ガス消費量は加工物1トンあたり約12.5立方メートルと推定されます。温度制御は3段PID制御ループを採用しており、亜鉛浴温度は熱電対で取得され、大型スクリーンに表示されます。目標制御範囲は438～450℃で、システムは設定値からの偏差に基づいてバーナー出力を自動調整します。炎の検出には紫外線センサーを使用し、点火システムは自動および手動のハイローデュアルモードをサポートします。
前回のケースで使用された鋼構造・鋼板構造とは異なり、この生産ラインでは、前処理および後処理セクションにコンクリートタンクとFRP防食ライニングを使用します。酸洗、すすぎ、フラックス処理、冷却、不動態化の合計6基のタンクは、長さ13メートル、幅1.8メートル、深さ3メートルの統一された外部寸法を共有しています。コンクリートタンクの建設は購入者の責任であり、販売者はFRPライニングの設置のみを提供します。この作業分担は、購入者が既存のタンクピットを持っている場合や、ヘビーデューティー固定タンク構成を好む場合に適しています。
酸洗セクションは、3基の密閉型酸洗タンクで構成されています。通常の錆び状態での各タンクの浸漬時間は約6分ですが、重度の錆びがある加工物については、表面状態に応じて30分まで延長できます。酸洗室は負圧で運転され、負圧設定値は5～10 Paです。晴天時は5 Pa、雨天時は大気圧変動を補償するために10 Paに調整されます。可変周波数ファンは、設定圧力に達すると周波数を自動的に低下させます。酸ミストが作業場に拡散しないように、材料の積み下ろしには地上レールカートを使用します。
フラックス処理タンクは1基で、運転温度は50～70℃に維持され、pHは約5に制御されます。自動鉄分除去装置は、鉄イオン濃度を1 mg/L以内に制限し、ろ過されたスラッジはスラッジ乾燥炉に送られます。冷却セクションと不動態化セクションはそれぞれ1基のタンクで構成されており、不動態化プロセスはクロムフリーです。
密閉型酸洗室の寸法は、長さ17,150 mm、幅15,000 mm、高さ6,350 mmです。外部鋼構造の寸法は、長さ17,150 mm、幅15,600 mm、高さ8,450 mmです。酸ミストはまず希釈段階を通過します（希釈水は新しい酸の準備にも使用され、アルカリ消費量を削減します）。その後、酸ミスト吸収中和塔に入ります。塔は45 kWの可変周波数誘引通風機によって駆動され、pH検出プローブが入口と出口の両方に設置され、中和効率をリアルタイムで監視します。
亜鉛ヒューム処理は、2つの独立した収集ロジックを採用しています。1つは亜鉛槽の上に設置された移動式カバーフードで、煙の自然な上昇傾向を利用して捕集します。もう1つは、槽の両側にある両面吸引捕集システムです。両方の方式で可変周波数制御を使用します。加工物が槽に沈められる前の2～3分間は50 Hzで開始し、めっきが行われていない期間は電力消費を最小限に抑えるために10 Hzに低下させます。
捕集された亜鉛ヒュームは、バッグフィルターで粒子を除去し、その後ウォーターカーテン脱臭段階を通過し、最終的に160 kWの可変周波数誘引通風機によって排出されます。集塵機は、高速ブロー中に停止し、低速で運転するように設計されており、フィルターバッグが効果的に清掃されることを保証します。
この生産ラインの廃熱利用スキームは、前回のケースよりも包括的で、6段階に及びます。排ガス温度は、炉出口の約500℃から、ほぼ周囲温度まで段階的に低下します。
第1段階：フラックス液加熱。排ガスは炉から約500℃で排出され、ステンレス鋼熱交換器を通過して循環水を約90℃に加熱します。この温水は、フラックス槽内のチタン合金熱交換コイルに送られ、フラックス液をプロセス設定値の50～70℃まで上昇させます。チタン合金は、フラックス溶液中の塩化亜鉛と塩化アンモニウムの腐食性のため、必須の材料選択です。
第2段階：加工物乾燥。第1段階の熱交換後、排ガスは乾燥ピットに入ります。乾燥ピットの寸法は、長さ14メートル、幅5メートル、深さ3メートルです。排ガスは熱交換器を通過し、高温ブロワーが高温空気を加工物表面に供給して、迅速かつ均一な乾燥を行います。乾燥効果は、ピット構造自体の放射熱と、対流式熱風の流れを組み合わせています。
第3段階：燃焼空気予熱（特許取得済）。排ガスが約200℃まで冷却を続けると、燃焼空気熱交換器に入り、バーナーに必要な燃焼空気を周囲温度から50～150℃に予熱します。この予熱された燃焼空気が炉に供給されると、理論燃焼温度が上昇します。設計では、めっき加工物1トンあたり約2～3 m³のガス節約が見込まれます。実際の節約量は、現場固有の運転条件によって異なります。
第4段階：スラッジ乾燥（特許取得済）。長さ6,000 mm、幅750 mm、高さ375 mmの316Lステンレス鋼製スラッジ乾燥タンクが、燃焼空気熱交換器の排ガスダクトの上に設置されています。約150～200℃の排ガスを利用して、含水率約80%のフィルタープレススラッジを約10%まで乾燥させ、オフサイトでの廃棄重量を大幅に削減します。
第5段階：槽縁廃熱回収（特許取得済）。亜鉛槽の縁温度は約200℃に達します。槽の縁に沿って配置されたステンレス鋼製の二重層コイルが、浴用、酸予熱、または作業場暖房用の循環水を加熱します。
第6段階：排ガスによる作業場暖房。最終排出前の低品位廃熱は、鋼管を通して直接作業場に放出され、火傷防止対策が実施されます。
さらに、冷却セクションからの温水は、酸洗タンク内の冷酸と熱交換パイプを通して循環され、冷却水温度の低下と酸液の予熱を同時に達成します。これは二重目的設計であり、冷却塔の投資要件を削減します。
加工物のリフティングには、5トン＋5トンのデュアルホイスト構成が採用されています。この仕様のホイストが4セット、酸洗エリアに設置されており、密閉室の屋根の外側に設置され、フックが室内に入り込み、無線リモートコントロールで操作されます。加工物は、リフティングフレームを使用して手動で大型ラックに取り付けられ、固定高さまで持ち上げられ、その後地上レールカートで酸洗室に運ばれ、オーバーヘッドクレーンによって各タンクステーションに順次処理されます。
この生産ラインにはオンライン計量システムが装備されており、酸洗前の生加工物の重量と、めっき後の完成重量の両方を読み取ります。差を計算することにより、酸洗中の鉄損失と亜鉛コーティング重量の増加を監視し、リアルタイムの亜鉛消費量の追跡とプロセス調整を可能にします。これは前回のケースにはない機能です。
ロジスティクスソリューションは、購入者に2つの自動化オプションを提供します。リモートコントロール付きのガントリー電動ホイスト、またはPLCプログラム制御用のRGVカート付きリングレール電動ホイストです。プログラム制御アプローチは、浸漬時間を正確に制御し、オペレーターが個人の経験に基づいて浸漬時間を延長することを防ぎ、過度に厚い亜鉛コーティングを回避します。
生産ライン全体の総設置電気容量は約530 kWです。主要な負荷は次のように配分されています。亜鉛ヒューム誘引通風機160 kW、酸ミスト誘引通風機45 kW、廃酸処理システム80 kW、オーバーヘッドクレーンモーター15 kW、鉄分除去装置15 kW、エアコンプレッサー7.5 kW、スプレーポンプ合計26 kW（7.5 kWユニット2基と11 kWユニット1基を含む）、ホイストモーター合計40 kW、冷却塔4 kW、照明20 kW、リフトステーション22.5 kW。将来の拡張のために30 kWの予備が割り当てられています。
この提案には、オプションモジュールが含まれています。硫酸置換法を採用した廃酸処理ラインで、設計処理能力は1日あたり5～10トンです。廃酸は、鉄イオン濃度が120 g/L以上、第二鉄イオン濃度が5 g/L未満、遊離酸濃度が5%以上である必要があります。このプロセスでは、凍結結晶化により塩化第二鉄を析出させ、その後濃硫酸と反応させて硫酸第二鉄と塩化水素ガスを生成します。塩化水素ガスは再生塩酸として回収され、酸洗セクションに戻されます。一方、硫酸第二鉄は一水和物硫酸第二鉄の形で副産物として販売されます。
装置の総定格電力は約200 kWで、電力消費量は処理される廃酸1トンあたり約40 kWhです。システムは、約150平方メートルの面積を占め、装置の高さは7メートル、設置および運転クリアランスは9メートル必要です。プロセス仕様では、再生酸の鉄残渣含有量が4%未満であり、再生酸濃度が15%～22%であることが要求されます。副産物である硫酸第二鉄は、純度が90%以上である必要があり、不純物制限は、チタン0.75%未満、ヒ素0.0002%未満、鉛0.0001%未満、カドミウム0.0001%未満、水銀0.00002%未満、クロム0.001%未満、遊離酸1%未満、不溶物0.5%未満です。
