Sürekli sıcak daldırmalı galvanizleme hattında kaplama kalınlığı için matematiksel model geliştirilmesi

Galvaniz kaplı çelikler; yüksek korozyon direnci, dayanım ve uzun servis ömrü sağlamaları nedeniyle otomotiv, beyaz eşya ve yapı endüstrileri başta olmak üzere geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu malzemenin dünya genelinde kişi başına düşen tüketim miktarının oldukça yüksek olması, kaplama kalınlığının doğru ve kontrollü biçimde ayarlanmasının hem maliyet hem de performans açısından ne kadar kritik olduğunu göstermektedir. Üretim hatlarında hedeflenen kaplama ağırlığına ulaşmak, gereksiz çinko tüketimini önlemek ve ürünün kullanım koşullarına uygun performans sergilemesini sağlamak için kaplama kalınlığının güvenilir bir yöntemle tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu gereksinim, galvaniz hatlarında sıklıkla kullanılan hava jeti destekli sıyırma mekanizmasının fiziksel olarak doğru ve geniş aralıklarda uygulanabilir bir modelle temsil edilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tezde, hava jeti ile sıyırma prensibine dayalı sürekli sıcak daldırma galvanizleme prosesinde kaplama kalınlığının güvenilir biçimde tahmin edilebilmesi amacıyla tamamen boyutsuz ve nozul geometrisinden bağımsız özgün bir matematiksel model geliştirilmiştir. Literatürde yaygın olarak kullanılan nozul giriş basıncı veya z/d oranına dayalı ifadelerin, farklı nozul tasarımlarında değişen çıkış jet hızları nedeniyle genelleştirilebilirliği sınırladığından, bu çalışmada fiziksel sürecin tamamını temsil edebilecek boyutsuz değişkenler tanımlanmış ve Buckingham Pi Teoremi ile kapsamlı bir boyut analizi gerçekleştirilmiştir. Fiziksel modeli oluşturmak için öncelikle gaz–jet etkileşimi analitik olarak incelenmiş ve kaplama kalınlığını kayma gerilmesi ile basınç gradyanına dayalı olarak hesaplayan analitik bir model oluşturulmuştur. Bu parametrelerin hesaplanabilmesi amacıyla yalnızca havanın modellendiği iki boyutlu, tek fazlı ve RANS tabanlı bir HAD modeli geliştirilmiş; model üzerinde gerçekleştirilen mesh bağımsızlık analizi ile çözüm hassasiyeti doğrulanmıştır. Tezin amacına uygun olarak nozul geometrisinden bağımsız bir yaklaşım elde edebilmek için, HAD analizlerinde nozul giriş basıncı (𝑃 𝑗𝑒𝑡 ) jet çıkış hızıyla (𝑉 𝑗𝑒𝑡 ) ilişkilendirilerek sınır koşulu olarak tanımlanmıştır. Endüstriyel çalışma koşulları dikkate alınarak 990 farklı durum için HAD analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar boyut analizi kapsamında boyutsuz hâle getirilmiştir. Borçelik'in CGL-3 hattından toplanan kaplama kalınlığı ölçümleri ile elde edilen verilerin güvenilirliği istatistiksel yöntemlerle doğrulanmış ve fiziksel modelin gerçek üretim koşullarını temsil etme kapasitesi test edilmiştir. Deneysel verilerin dar bir aralıkta yoğunlaşması nedeniyle, modelin genelleme kabiliyetini artırmak adına geniş parametre uzayını kapsayan HAD çıktıları ile makine öğrenmesi yöntemleri bir araya getirilmiştir. Ön modeldeki sapmalar, artık değer temelli bir düzeltme yaklaşımıyla giderilmiş; beş farklı algoritma karşılaştırılarak en yüksek başarıyı gösteren XGBoost algoritması tercih edilmiştir. Nihai hibrit model, eğitim sürecinde R²=0,99 ve %2,35 göreceli hata; daha önce görülmeyen koşullardaki endüstriyel doğrulamalarda ise %4,91 hata ile xvii yüksek doğruluk göstermiştir. Ayrıca gerçekleştirilen belirsizlik analizi, toplam belirsizlik üzerinde deneysel parametrelerin belirgin şekilde baskın olduğunu; sayısal bileşenlerin ise mesh bağımsızlığı sayesinde oldukça düşük katkı sağladığını göstermiştir. Sonuç olarak, geliştirilen boyutsuz ve hibrit model; nozul geometrisinden bağımsız yapısı, fiziksel süreçlerle tutarlı formülasyonu ve geniş aralıkta geçerlilik sağlayan veri temelli yapısıyla, sıcak daldırma galvaniz hatlarında kaplama kalınlığı kontrolü için güvenilir, ölçeklenebilir ve endüstriyel uygulamalara doğrudan entegre edilebilir bir mühendislik aracı sunmaktadır.