Tyhjöjuotosprosessin tehostuskartoitus
Ketolainen, Jani-Pekka (2024)
Diplomityö
2024
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024040815258
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024040815258
Tiivistelmä
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa Loviisassa toimivan Loval Oy:n tyhjöjuotosprosessin tehostamismahdollisuuksia. Tehostuspotentiaalikartoitus toteutettiin kirjallisuustutkimuksen sekä asiakasyrityksen juotosprosessin lähtöselvityksen pohjalta.
Tyhjöjuotettavien lopputuotteiden rakennekomponenttien muokkauksella voidaan vaikuttaa juotosprosessin energiantarpeeseen ja näitä tehostustoimenpiteitä on mahdollista toteuttaa, tietyissä rajoissa, ilman tuoteriskiä. Rakennekomponenttien muokkaus vaatii kuitenkin aina tuotteiden uudelleen verifioinnin, joka on mittava prosessi.
Konvektiivisen lämmönsiirron mahdollistavien lisälaitteiden hankinta tyhjöuuneihin on varteen otettava prosessintehostuskeino, mutta kustannustehokkaasti toteutettavissa ainoastaan uusien uuni-investointien yhteydessä. Prosessilaitteiden investointipäätökset edellyttävät vahvoja perusteita sekä aikaa toteutuakseen.
Juotettavien uunikuormien rakenteen muokkauksella voidaan vaikuttaa juotosprosessin tehokkuuteen. Nykyaikaiset runkorakennemateriaalit mahdollistavat suuremmat kuormakokoonpanot sekä tehokkaamman hyötykuorman sijoittelun. Tämä nostaa juotosprosessin tuotanto- sekä energiatehokkuutta. Kuormarakenteen muokkausta on mahdollista toteuttaa ilman tuote- tai prosessilaitemuutoksia, jolloin vältetään lopputuotteiden uudelleen hyväksyntäprosessit sekä kalliit ja aikaa vievät laiteinvestoinnit. Tutkimuksen yhteydessä suoritetiin koeajo, jossa vertailtiin kuormarakenteen vaikutusta juotosprosessin lämmitysvaiheen tehokkuuteen. Koeajo osoittaa, että siirryttäessä perinteisestä teräsrunkoisesta uunikuormarakenteesta grafiitti- ja hiilikuiturunkoiseen rakenteeseen tyhjöjuotoksen lämmitysvaiheen tuotantoteho kasvaa yli 60 % ja energiatehokkuus yli 40 %. Tämä edellä esitetty tehokkuushyöty on kuitenkin hyötykuormakohtainen. The aim of this study was to explore opportunities to improve the efficiency of the vacuum brazing process of Loviisa-based Loval Oy. The efficiency potential study was carried out based on literature research and the initial study of the customer company's brazing process.
The modification of the structural components of vacuum brazed end products can affect the energy requirements of the brazing process and these efficiency measures can be implemented, within certain limits, without product risk. However, modifying structural components always requires re-verification of end products, which is an extensive process.
The purchase of additional equipment enabling convective heat transfer to vacuum furnaces is a viable method of increasing process efficiency but can only be implemented cost-effectively in connection with new furnace investments. Investment decisions for process equipment require strong grounds and time to be realized.
By modifying the structure of the brazing furnace loads, the efficiency of the brazing process can be affected. Modern frame construction materials enable larger load sizes and more efficient payload placement. This increases the production and energy efficiency of the brazing process. It is possible to modify the load structure without product or process equipment changes, which avoids end-product reapproval processes and expensive and time-consuming equipment investments. In connection with the study, a test run was carried out to compare the effect of the load structure on the efficiency of the heating phase of the brazing process. A test run shows that when switching from a traditional steel-framed furnace load to the graphite and carbon fiber frame structure, the production capacity of the heating phase increased by more than 60 % and energy efficiency by more than 40 %. However, this efficiency improvement described above is payload specific.
Tyhjöjuotettavien lopputuotteiden rakennekomponenttien muokkauksella voidaan vaikuttaa juotosprosessin energiantarpeeseen ja näitä tehostustoimenpiteitä on mahdollista toteuttaa, tietyissä rajoissa, ilman tuoteriskiä. Rakennekomponenttien muokkaus vaatii kuitenkin aina tuotteiden uudelleen verifioinnin, joka on mittava prosessi.
Konvektiivisen lämmönsiirron mahdollistavien lisälaitteiden hankinta tyhjöuuneihin on varteen otettava prosessintehostuskeino, mutta kustannustehokkaasti toteutettavissa ainoastaan uusien uuni-investointien yhteydessä. Prosessilaitteiden investointipäätökset edellyttävät vahvoja perusteita sekä aikaa toteutuakseen.
Juotettavien uunikuormien rakenteen muokkauksella voidaan vaikuttaa juotosprosessin tehokkuuteen. Nykyaikaiset runkorakennemateriaalit mahdollistavat suuremmat kuormakokoonpanot sekä tehokkaamman hyötykuorman sijoittelun. Tämä nostaa juotosprosessin tuotanto- sekä energiatehokkuutta. Kuormarakenteen muokkausta on mahdollista toteuttaa ilman tuote- tai prosessilaitemuutoksia, jolloin vältetään lopputuotteiden uudelleen hyväksyntäprosessit sekä kalliit ja aikaa vievät laiteinvestoinnit. Tutkimuksen yhteydessä suoritetiin koeajo, jossa vertailtiin kuormarakenteen vaikutusta juotosprosessin lämmitysvaiheen tehokkuuteen. Koeajo osoittaa, että siirryttäessä perinteisestä teräsrunkoisesta uunikuormarakenteesta grafiitti- ja hiilikuiturunkoiseen rakenteeseen tyhjöjuotoksen lämmitysvaiheen tuotantoteho kasvaa yli 60 % ja energiatehokkuus yli 40 %. Tämä edellä esitetty tehokkuushyöty on kuitenkin hyötykuormakohtainen.
The modification of the structural components of vacuum brazed end products can affect the energy requirements of the brazing process and these efficiency measures can be implemented, within certain limits, without product risk. However, modifying structural components always requires re-verification of end products, which is an extensive process.
The purchase of additional equipment enabling convective heat transfer to vacuum furnaces is a viable method of increasing process efficiency but can only be implemented cost-effectively in connection with new furnace investments. Investment decisions for process equipment require strong grounds and time to be realized.
By modifying the structure of the brazing furnace loads, the efficiency of the brazing process can be affected. Modern frame construction materials enable larger load sizes and more efficient payload placement. This increases the production and energy efficiency of the brazing process. It is possible to modify the load structure without product or process equipment changes, which avoids end-product reapproval processes and expensive and time-consuming equipment investments. In connection with the study, a test run was carried out to compare the effect of the load structure on the efficiency of the heating phase of the brazing process. A test run shows that when switching from a traditional steel-framed furnace load to the graphite and carbon fiber frame structure, the production capacity of the heating phase increased by more than 60 % and energy efficiency by more than 40 %. However, this efficiency improvement described above is payload specific.