DD160563A1 - Verfahren zum betrieb eines zinkverdampfers und verdampfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zinkverdampfers und den zugehoerigen Verdampfer. Das Ziel ist die Verlaengerung der Einsatzdauer des Verdampfers. Die Aufgabe besteht darin, die Bildung von Zinkoxid weitestgehend zu verhindern. Erfindungsgemaess wird in einem Verdampfer mit Vorschmelzgefaess, der unter erhoehtem Innendruck steht, die Energie zum Vorschmelzen des Verdampfungsgutes ueber die Trennwand als Kondensationswaerme des Zinkdampfes zugefuehrt und in Abstaenden des Verdampfungsgefaess regeneriert. Dazu wird die Dampfaustrittsoeffnung geschlossen und bei unterbrochener Verdampfungsgutzufuhr weiterhin Energie zugefuehrt. Dadurch wird das Verdampfungsgut durch den Dampfdruck in das Vorschmelzgefaess gedrueckt und laeuft aus diesem ueber einen Ueberlauf ab. Das verbleibende Zinkoxid und Verdampfungsgut verdampft bei geoeffneter Dampfaustrittsoeffnung. Danach beginnt erneut die Beschickung und Verdampfung.

Description

231736 8

Yerfanren zum Betrieb eines Zinkverdampfers und Verdampfer Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft-ein Verfahren zum Betreiben eines Zinkverdampfers und den zugehörigen Verdampfer. Das Verfahren.findet hauptsächlich Anwendung beim Beschichten von Bandstahl mit Zink für den Karosseriebau.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Verdampfung von Zink erfordert durch die - starke Oxidbildung besondere Maßnahmen zur Unterdrückung und Beseitigung der.ZnC^ Schicht, die sich auf dem Verdampfungsgut bildet. Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, geschlossene Verdampfer, d· h* solche, die unter Innendruck stehen, zu verwenden·

Die bisher bekannten technischen Lösungen der Hachfütterung von festem Verdampfungsgut in offene Verdampfertiegel können nicht ohne weiteres auf Verdampfersysteme mit geschlossenem, unter Innendruck stehendem Verdampfergefäß übertragen werden· Bei der direkten Nachfütterung geschlossener, unter Innendruck stehender Verdampfergefäße sinkt die Bedampfungsrate infolge der . zwangsläufig vorhandenen Leekstelle am Ort der Zuführung des Verdampfungsgutes und der sich bildenden und anwachsenden ZnO^- Schicht auf der Badoberfläche der Schmelze im Tiegel infolge der mit dem zugeführten Verdampfungsgut zwangsläufig mit eingeschleppten Verunreinigungen und Gase.

ο /. « Π ¹X

2317 3 6 8

Bei allen bisher bekannten-Lösungen zur Uachfütterung mit festem Verdampfungsgut ist ein Regulieren der Heizleistung erforderlich, wenn die Verdampfungsrate und damit die Menge des nachgefütterten Verdampfungsgutes verändert wird·

Alle bisher bekannten geschlossenen Verdampfersysteme ermöglichen kein Regenerieren, d. h. kein Entfernen der ZnOp-Schicht von der Badoberfläche· Die Nutzbarkeit solcher Verdampfersysteme ist aus diesem Grund nur auf wenige Einsätze begrenzt«

Zn als Verdampfungsgut wird, wegen der hohen Affinität zum Sauerstoff, selbst in einem geschlossenen Verdampfer von einer ZnOg-Haut bedeckt. Infolge der notwendigen Belüftung der Vakuumbeschichtungsanlage nimmt, die Dicke dieser ZnOo-Schicht zu, womit die spezifische Bedampfungsrate so weit sinkt, daß die zur Verdampfung erforderlichen Drücke im Verdampfergefäß nicht mehr erreicht werden. Zur Aufrechterhaltung.der gewünschten Verdampfungsrate muß das 'Verdampfungsgut von der ZnOp-Schicht befreit werden. Das mechanische Entfernen dieser ZnOg-Schicht ist bei einem geschlossenen Verdampfer nur mit erheblichem Aufwand möglich.

Ziel der Erfindung

Es ist zu erreichen, daß die Einsatzdauer der Zinkverdampfer verlängert wird und die aufgedampften Schichten durch die Oxidbildung nicht negativ beeinflußt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verdampfung von Zink zu schaffen, bei welchem das Verdampfungsgut in fester oder auch flüssiger Form zugeführt wird und die Bildung von ZnOp weitestgehend reduziert wird. Es soll die Temperatur des schmelzflüssigen Verdampfungsgutes im Verdampfer nicht beeinflußt werden und keine zusätzliche Heizung zum Ab-

231736 8

schmelzen und Aufwärmen des nachgefütterten Verdampfungsgutes erforderlich sein. Die Zuführung der Schmelzwärme soll sich bei unterschiedlichen Verdampfungsraten und Mengen des Verdampfungsgutes selbst regeln. Der eigentliche Verdampfer soll unter Innendruck stehen und zur Regenerierung gut geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels eines Verdampferge-' fäßes und einem augehörigen Vorschmelzgefäß, welches mit ihm am Boden über einen funnel verbunden ist,.durch Beschickung mit festem oder flüssigem Verdampfungsgut und Heizung, vorzugsweise Strahlungsheizung im Verdampfer, und Regenerieren des Verdampfers nach einer bestimmten Verdampfungszeit, dadurch gelöst, daß der wesentlichste Teil der zum Vorschmelzen des Verdampfungsgutes erforderlichen Energie von der Kondensationswärme des Zinkdampfes im Verdampfergefäß geliefert wird, wobei die frei werdende Wärme durch die Trennwand zwischen dem Verdampfer und dem Vorschmelzgefäß transportiert wird· Der Tunnel in dieser Trennwand stellt die gewünschte hydrostatische Verbindung zwischen dem Verdampfergefäß und dem Vorschmelzgefäß her. Infolge des sich bildenden hohen Druckes im Verdampfergefäß hebt sich der Badspiegel der Schmelze im Vorschmelzgefäß über den im Verdampfergefäß. Verdampfergefäß, Tunnel und Vorschmelzgefäß bilden somit eine Flüssigkeitsstufe· Die Schmelze im Vorschmelzgefäß hat eine relativ niedrige Temperatur gegenüber der im Verdampfergefäß und entzieht der Trennwand Wärme. An dieser relativ kühlen Trennwand kondensiert auf der Seite des Verdampfergefäßes Verdampfungsgut und gibt dabei seine Kondensationsenthalpie an diese Wand ab. Von dieser so aufgeheizten Wand wird erneut Wärme an die Schmelze im Vorschmelzgefäß abgegeben, die seinerseits Wärme an das nachgefütterte feste Verdampfungsgut zum Abschmelzen und Aufwärmen abgibt.

Diese selbstregelnde Charakteristik bewirkt, daß bei kleinen Verdampfungsraten entsprechend weniger Verdampfungsgut nachgefüttert wird, und im Vorschmelzgefäß wird entsprechend weniger Energie benötigt. Ein unverändertes Energieangebot aus dem

231736 8

Verdampfergefäß über die Trennwand an die Schmelze im Yorschmelzgefäß würde dort zu einem Überhitzen und zu hohen Verdampfungsverlusten außerhalb der Verdampfungszone führen. Da aber in diesem Pail der Dampfdruck im Verdampfergefäß entsprechend geringer ist, verringert sich auch die Badspiegeldifferenz zwischen Vorschmelzgefäß und Verdampfergefäß. Polglich verringert sich auch die wirksame Pläche der Trennwand als Wärmeaustauschwand und damit die Energieübertragung,, womit ein überhitzen verhindert wird.

Da das Zink wegen der hohen Affinität zum Sauerstoff, selbst in einem geschlossenen Verdampfer, eine Zinkoxidhaut bildet, wird erfindungsgemaß.in bestimmten Abständen bei geschlossener Dampfaustrittsöffnung des Verdampfergefäßes und unterbrochener Ifachfütterung dem Verdampfungsgut weitere Wärmeenergie zugeführt. Dadurch steigt der Druck im Verdampfergefäß über die Werte, die während des Bedampfungsprozesses auftreten, und das Zink wird über den Tunnel in das Vorschmelzgefäß gedruckt. So erhöht sich die Badspiegeldifferenz zwischen Verdampfertiegel und Vorschmelzgefäß, bis das flüssige Zink im Vorschmelzgefäß so weit angestiegen ist, daß es aus einem dort angebrachten überlauf in einen Auffangbehälter fließt. So verbleibt letztlich fast nur noch das Zinkoxid auf dem Boden des Verdampfers. Bei weiterer Temperaturerhöhung im Verdampfergefäß und nun geöffneter Dampfaustrittsöffnung verdampft dieses Zinkoxid, das teilweise auch thermisch dissoziiert ist.

Die für die Regenerierung des Verdampfers erforderliche Zeit hängt von mehreren Parametern ab: Von der Schichtdicke des Zinkoxids, der Temperatur im Verdampferinnenraum, aber auch vom Tiegelmaterial*

Der Verdampfer zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Verdampfergefäß, welches über einen Tunnel am Boden mit einem Vorschmelzgefäß verbunden und mit einem Deckel hermetisch verschlossen ist und im Deckel eine Dampfaustrittsoffnung, die

231736 8

mit einem Ventil verschlossen ist, "besitzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß: das Vorschmelzgefäß gegenüber dem Verdampfergefäß sehr klein ist und einen. Überlauf besitzt, der in seiner Höhe mit der Badspiegelhöhe im' Vorschmelzgefäß übereinstimmt, die sich bei dem maximal möglichen Dampfdruck im Verdampfergefäß während des BedampfungsProzesses einstellt· Die mehrschichtige Wärmeisolierung des gesamten Verdampfersystems-, die die Leistungsverluste gering halten soll, ist an der !Trennwand zwischen dem Verdampfergefäß und dem. Vorschmelzgefäß unterbrochen, so daß der angestrebte Wärmetransport über eine verbleibende Graphit- oder letallwand erfolgen kann·

Bs ist vorteilhaft, im Verdampfergefäß: und im Vorschmelzgefäß einen Schwimmer anzuordnen, der über ein mechanisches System einen Meßwandler betätigt, um die Füllstände zu erfassen und den Druck im Verdampfergefäß zu messen*

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung ist ein Verdampfer im Schnitt dargestellt, .

Der Verdampfer besteht aus einem Verdampfergefäß 1 und aus einem wesentlich kleineren Vorschmelzgefäß: 2. Das Verdampfergefäß 1 ist über einen Tunnel 3 mit dem Vorschmelzgefäß 2 verbunden· Beide Gefäße bestehen aus Graphitplatten 4, die nach außen mit einer Wärmeisolation 5 aus Feuerfestbeton umgeben sind. Der gesamte Verdampfer ist von einem Stahlmantel 6 umgeben· Im Deckel 7 des Verdampfergefäßes 1, der ebenso aufgebaut ist, ist die Dampfaustrittsöffnung 8 angebracht, die mit einem Ventil verschließbar ist «Die Wärmeisolation 5 ist im Bereich der Trennwand 9 zwischen beiden Gefäßen z. T. unterbrochen· Das Vorschmelzgefäß 2 besitzt einen überlauf 10 in einer Höhe, die dem Maximum des Badspiegels entspricht, der sich im Verdampfergefäß 1 einstellen kann. Die Beschickung des Vorschmelzgefäßes 2 erfolgt über die Öffnung 11 mit festem Zn. Zur Ermittlung der Höhe der Badspiegel und der Drücke sind in dem Verdampfergefäß 1 und dem

231736 8

Vorschmelzgefäß 2 Schwimmer 12 angeordnet, die in geeigneter Weise die Meßwerte nach außen übertragen«

Das Verfahren zum Betrieb des Zinkverdampfers wird nun wie folgt ausgeübt.

Das Zn wird in fester Porm in das Vorschmelzgefäß 2 eingebracht und aufgeschmolzen· Durch die Strahlungsheizung (nicht gezeichnet) wird das Verdampfergefäß 1 aufgeheizt, und das erschmolzene Zn gelangt durch den Tunnel 3 in das Verdampfergefaß 1· Der wesentlichste Teil der zum Vorschmelzen des Zn erforderlichen Energie wird von der Kondensationswärme des Zn-Dampfes im Verdampfergefäß 1 geliefert, wobei die frei werdende Wärme durch die Trennwand 9 zwischen Verdampfergefäß 1 und Vorschmelzgefäß 2. transportiert wird, d· h· im Bereich der ausgesparten Wärmeisolation 5· Durch den sich über dem erschmolzenen Zn ausbildenden Druck (bis 7 · 1Cr Pa) steigt im Vorschmelzgefäß 2 der Badspiegel· Da die Schmelze im Vorschmelzgefäß 2. gegenüber der im Verdampfergefäß 1 eine relativ niedrige Temperatur besitzt, entzieht diese der Trennwand 9 die Wärme· Dagegen kondensiert auf der anderen Seite Zn und gibt dabei seine Kondenaationsenthalpie an die Trennwand 9 ab· Von der so aufgeheizten Trennwand 9 wird erneut Wärme an die Schmelze im Vorschmelzgefäß 2 abgegeben, die das zugeführte Zn zum Schmelzen bringt». Diese selbstregelnde Charakteristik ergibt sich durch entsprechende Dimensionierung der Trennwand 9 bezüglich Größe, "Fläche, Dicke und Wärmeleitvermögen·. Hat sich nach einer gewissen Zeit auf dem erschmolzenen Zn im Verdampfergefäß 1 eine dickere ZnCu-Schicht gebildet, wird der Verdampfungsprozeß unterbrochen, und der Verdampfer regeneriert· Die Temperatur im Verdampfergefäß 1 wird weiter erhöht, der Druck steigt und drückt das flüssige Zn in das Vorschmelzgefäß 2, wo es über den Überlauf 10 abfließt. Der im Verdampfergefäß 1 verbleibende Rest Verdampfungsgut, der zum größten Teil aus ZnGp besteht, verdampft nun bei steigender Temperatur und geöffnetem Ventil, wobei der Rest aus dem Vorschmelzgefäß 2 nachfließt und ebenfalls restlos verdampft· Damit ist die Regenerierung abgeschlossen, und der Verdampfungsprozeß beginnt von neuem·

Claims (3)

231736 8 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zum Betrieb eines Zinkverdampfers, der über ein Vorschmelzgefäß mit vorzugsweise festem Verdampfungsgut beschickt wird, der durch Strahlungsheizung beheizt wird und unter erhöhtem Innendruck arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zum Vorschmelzen des Verdampfungsgutes in Form von Kondensationswärme des Zinkdampfes im Verdampfer-. gefäß als frei werdende Wärme durch die Trennwand zwischen Verdampfergefaß und Vorschmelzgefäß auf das Verdampfungsgut übertragen wird, und daß nach einer bestimmten Verdampfungszeit das Verdampfergefäß regeneriert wird, indem die Dampf- austrittsöffnung des Verdampfergefäßes bei Unterbrechen der Verdampfungsgutzufuhr geschlossen wird und dabei weitere Wärmeenergie so lange zugeführt wird, bis der sich erhöhende Dampfdruck das flüssige Zink in das Vorschmelzgefäß und zum Teil über einen Überlauf aus diesem herausgedrückt hat, und danach die Temperatur so weit erhöht wird, bis das restliche Zink und Zinkoxid bei geöffneter Dampfaustrittsöffnung unter Nachlauf en aus dem Vorschmelzgefäß aus dem Verdampfergefäß vollständig verdampft ist, und daß danach erneut Verdampfungsgut dem Vorschmelzgefäß zugeführt wird·

2» Verdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bestehend aus einem mit einem Deckel hermetisch verschlossenen Verdampfergefäß, welches über einen am Boden befindlichen Tunnel mit einem Vorschmelzgefäß verbunden ist, wobei im Deckel eine verschließbare Dampfaustrittsöffnung angebracht ist, und das Verdampfergefäß und Vorschmelzgefäß mehrschichtig wärmeisoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Vorschmelzgefäßes (2) gegenüber dem des Verdampfergefäßea (1) sehr klein ist, daß das Vorschmelzgefäß (2) einen Überlauf (10) besitzt, der in seiner Höhe mit der Badspiegelhöhe im Vorschmelzgefäß (2), die sich bei dem maximal möglichen Dampfdruck im Verdampfergefäß (1) einstellt, übereinstimmt, und daß die mehrschichtige Wärmeisolation in einem

231736 8

Bereich an der Trennwand (9) zwischen dem Verdampfergefäß (1) und dem Vorschmelzgefäß (2) unterbrochen ist und nur noch eine Graphit- oder Metallwand "beide Gefäße trennt.

3· Verdampfer nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfergefäß (1) und Vorschmelzgefäß (2) je ein Schwimmer (12) angeordnet ist, der über mechanische Elemente mit Meßgeräten verbunden ist*

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen