DD160563A1 - METHOD FOR OPERATING A ZINC EVAPORATOR AND EVAPORATOR - Google Patents
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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.The invention relates to a method for operating a zinc evaporator and the associated evaporator. The goal is to extend the service life of the evaporator. The task is to prevent the formation of zinc oxide as much as possible. According to the invention, in an evaporator with Vorschmelzgefaess, which is under increased internal pressure, the energy for pre-melting of the vaporized material over the partition as Kondensationswaerme the zinc vapor fed and regenerated at intervals of the evaporation vessel. For this purpose, the Dampfaustrittsoeffnung is closed and continues to be supplied with interrupted Verdampfungsgutzufuhr energy. As a result, the vaporous material is pressed by the vapor pressure in the Vorschmelzgefaess and runs from this over an overflow. The remaining zinc oxide and vaporized material evaporates when the steam outlet opening is open. Thereafter, the feed and evaporation begins again.
Description
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Yerfanren zum Betrieb eines Zinkverdampfers und Verdampfer Anwendungsgebiet der Erfindung; Yerfanren for the operation of a zinc evaporator and evaporator Field of the invention;
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.The invention relates to a method for operating a zinc evaporator and the associated evaporator. The process is mainly used in coating steel strip with zinc for bodywork.
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·The evaporation of zinc requires special measures for the suppression and elimination of the .ZnC ^ layer, which forms on the vaporization due to - strong oxide formation. For this reason, it has already been proposed to use closed evaporators, ie those which are under internal pressure.
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.The hitherto known technical solutions of the Hachfütterung of solid evaporating material in open vaporizer crucible can not be readily transferred to evaporator systems with closed, standing under internal pressure evaporator vessel · In the direct replenishment of closed, standing under internal pressure evaporator vessels the evaporation rate decreases due to. inevitably existing Leekstelle at the place of supply of the evaporation material and the forming and growing ZnO ^ - layer on the bath surface of the melt in the crucible as a result of entrained with the supplied evaporate with impurities and gases.
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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·In all hitherto known solutions for Uachfütterung with solid evaporating a regulation of the heating power is required when the evaporation rate and thus the amount of post-fed evaporating material is changed ·
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«All previously known closed evaporator systems do not allow regeneration, d. H. no removal of the ZnOp layer from the bath surface. The usability of such evaporator systems is therefore limited to only a few applications «
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.Zn as vaporization material is, because of the high affinity for oxygen, even in a closed evaporator covered by a ZnOg skin. As a result of the necessary ventilation of the vacuum coating system, the thickness of this ZnOo layer increases, as a result of which the specific steaming rate drops so low that the pressures required for evaporation in the evaporator vessel are no longer reached. In order to maintain the desired evaporation rate, the vaporization product must be freed from the ZnOp layer. The mechanical removal of this ZnOg layer is possible with a closed evaporator only with considerable effort.
Es ist zu erreichen, daß die Einsatzdauer der Zinkverdampfer verlängert wird und die aufgedampften Schichten durch die Oxidbildung nicht negativ beeinflußt werden.It can be achieved that the duration of use of the zinc evaporator is prolonged and the vapor-deposited layers are not adversely affected by the oxide formation.
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-The invention has for its object to provide a method for the evaporation of zinc, in which the evaporating material is supplied in solid or liquid form and the formation of ZnOp is largely reduced. It should not affect the temperature of the molten vaporization in the evaporator and no additional heating for Ab-
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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.Melting and reheating of the post-fed evaporating material may be required. The supply of heat of fusion should regulate itself at different rates of evaporation and amounts of the vaporization. The actual evaporator should be under internal pressure and be well suited for regeneration.
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.According to the invention the object is connected by means of a Verdampferge- 'vessel and an associated Vorschmelzgefäß, which is connected to it on the ground via a funnel, by loading with solid or liquid evaporate and heating, preferably radiant heating in the evaporator, and regenerating the evaporator after a certain evaporation time , in that the essential part of the energy required for premelting the vaporization product is supplied by the condensation heat of the zinc vapor in the vaporizer vessel, wherein the released heat is transported through the partition wall between the vaporizer and the pre-melt vessel hydrostatic connection between the evaporator vessel and the Vorschmelzgefäß ago. As a result of the forming high pressure in the evaporator vessel, the bath level of the melt rises in Vorschmelzgefäß on the in the evaporator vessel. Evaporator vessel, tunnel and Vorschmelzgefäß thus form a liquid level · The melt in Vorschmelzgefäß has a relatively low temperature compared to that in the evaporator vessel and extracts the partition heat. At this relatively cool partition evaporates condensate on the side of the evaporator vessel and thereby gives its condensation enthalpy to this wall. From this wall thus heated, heat is again released to the melt in the pre-melt vessel, which in turn gives off heat to the re-fed solid evaporating material for melting and warming up.
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 demThis self-regulating characteristic causes correspondingly less evaporating material to be re-fed at low evaporation rates, and correspondingly less energy is required in the pre-melting vessel. An unchanged energy supply from the
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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.Evaporator vessel via the partition wall to the melt in Yor melt vessel would lead to overheating and high evaporation losses outside the evaporation zone. However, since the vapor pressure in the evaporator vessel is correspondingly lower in this pail, the bath level difference between the premix vessel and the evaporator vessel is also reduced. At the same time, the effective area of the partition wall as a heat exchange wall and thus the energy transfer, which prevents overheating, also decreases.
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.Since the zinc forms a zinc oxide skin due to the high affinity for oxygen, even in a closed evaporator, according to the invention, further heat energy is supplied to the evaporating material at certain intervals with the steam outlet opening of the evaporator vessel closed and interrupted Ifachfütterung. As a result, the pressure in the vaporizer vessel rises above the values that occur during the sputtering process, and the zinc is printed through the tunnel into the pre-melt vessel. Thus, the difference in the bath level between the evaporator crucible and the pre-melt vessel increases until the liquid zinc in the pre-melt vessel has risen so high that it flows from an overflow disposed there into a collecting container. Ultimately, only the zinc oxide remains on the bottom of the evaporator. Upon further increase in temperature in the evaporator vessel and now open steam outlet this zinc oxide evaporates, which is partially dissociated thermally.
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*The time required for the regeneration of the evaporator depends on several parameters: the layer thickness of the zinc oxide, the temperature in the evaporator interior, but also the crucible material *
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, dieThe evaporator for carrying out the method, consisting of an evaporator vessel, which is connected via a tunnel at the bottom with a Vorschmelzgefäß and hermetically sealed with a lid and in the lid a Dampfaustrittsoffnung, the
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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·with a valve, "is characterized in that: the Vorschmelzgefäß compared to the evaporator vessel is very small and has an overflow, which coincides in height with the Badspiegelhöhe in 'Vorschmelzgefäß, which is at the maximum possible vapor pressure in the evaporator vessel during the steaming process The multilayer heat insulation of the entire evaporator system, which is intended to minimize the power losses, is interrupted at the dividing wall between the evaporator vessel and the premelt vessel, so that the desired heat transfer can take place via a remaining graphite or letall wall.
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*Bs is advantageous in the evaporator vessel: and to arrange in the Vorschmelzgefäß a float, which operates via a mechanical system, a transducer to detect the levels and to measure the pressure in the evaporator vessel *
In der zugehörigen Zeichnung ist ein Verdampfer im Schnitt dargestellt, .In the accompanying drawing, an evaporator is shown in section,.
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 demThe evaporator consists of an evaporator vessel 1 and a much smaller Vorschmelzgefäß: 2. The evaporator vessel 1 is connected via a tunnel 3 with the Vorschmelzgefäß 2 · Both vessels consist of graphite plates 4, which are surrounded to the outside with a heat insulation 5 made of refractory concrete. The entire evaporator is surrounded by a steel jacket 6 in the lid 7 of the evaporator vessel 1, which is also constructed, the steam outlet opening 8 is attached, which can be closed with a valve. T. interrupted · The Vorschmelzgefäß 2 has an overflow 10 at a height corresponding to the maximum of the bath level, which can be set in the evaporator vessel 1. The feeding of the Vorschmelzgefäßes 2 via the opening 11 with solid Zn. To determine the height of the bath level and the pressures are in the evaporator vessel 1 and the
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Vorschmelzgefäß 2 Schwimmer 12 angeordnet, die in geeigneter Weise die Meßwerte nach außen übertragen«Vorschmelzgefäß 2 float 12 is arranged, which transmit the measured values in a suitable manner to the outside «
Das Verfahren zum Betrieb des Zinkverdampfers wird nun wie folgt ausgeübt.The method of operating the zinc evaporator is now practiced as follows.
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·The Zn is introduced into the Vorschmelzgefäß 2 in solid Porm and melted by the radiant heater (not shown), the evaporator vessel 1 is heated, and the molten Zn passes through the tunnel 3 in the evaporator vessel 1 · The most essential part of the pre-melting of Zn required Energy is supplied by the condensation heat of the Zn vapor in the evaporator vessel 1, wherein the heat released is transported through the partition wall 9 between the evaporator vessel 1 and Vorschmelzgefäß 2. , in the region of the recessed heat insulation 5 · Through which molten over the Zn forming pressure (up to 7 · 1Cr Pa) increases in Vorschmelzgefäß 2 of the bath level · Since the melt in Vorschmelzgefäß 2. compared to that in the evaporator vessel 1 has a relatively low temperature, this removes the partition 9, the heat · In contrast, condensed on the other side Zn and thereby releases its enthalpy of condensation to the dividing wall 9 the thus heated partition 9 is again discharged heat to the melt in Vorschmelzgefäß 2, which brings the supplied Zn to melt ». This self-regulating characteristic results from corresponding dimensioning of the dividing wall 9 with respect to size, area, thickness and thermal conductivity. If, after a certain time, a thicker ZnCu layer has formed on the molten Zn in the evaporator vessel 1, the evaporation process is interrupted and the evaporator regenerated · The temperature in the evaporator vessel 1 is further increased, the pressure rises and presses the liquid Zn into the Vorschmelzgefäß 2, where it flows off via the overflow 10. The remaining in the evaporator vessel 1 evaporation material, which consists largely of ZnGp, now evaporates with increasing temperature and opened valve, the remainder flows from the Vorschmelzgefäß 2 and also completely evaporated · Thus, the regeneration is complete, and the evaporation process begins again ·
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1982
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