DE102005008939A1

DE102005008939A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reiningen eines Metallbandes

Info

Publication number: DE102005008939A1
Application number: DE102005008939A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Kretschmer; Hans Georg Dr. Hartung
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2005-02-26
Filing date: 2005-02-26
Publication date: 2006-09-21
Also published as: RU2007114273A; RS20070087A; TW200633796A; KR20070083504A; MY143007A; US20080210256A1; JP2008511754A; CA2594137A1; EG24690A; AU2006218060B2; JP5001152B2; UA82631C2; CN101522323A; BRPI0606174A2; RS51421B; AU2006218060A1; KR100953138B1; AR052922A1; EP1768794A1; WO2006089730A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Metallbandes (1). Um die Reinigung des Bandes zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Metallband (1) zunächst in einem ersten Bereich (2) einer Reinigungsvorrichtung (3) einer ersten Hochdruckreinigung (4) mit mindestens einem Flüssigkeitsstrahl unterzogen wird und dass das Metallband (1) im Anschluss daran in einem zweiten Bereich (5) der Reinigungsvorrichtung (3) einer Ultraschallreinigung (6) unterzogen wird, bei der das Metallband (1) durch einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter geführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Reinigen eines Metallbandes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Metallbandes. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Reinigen eines Metallbandes.
Wesentliche Anforderungen an ein veredeltes Feinblechprodukt sind die gute Bearbeitbarkeit in den nachfolgenden Fertigungsprozessen und die langfristige Konservierung des Endprodukts. Diese Eigenschaften werden grundlegend durch die auf die Oberfläche des Metallbandes aufgebrachten Funktionsschichten bestimmt. Der Verbund zwischen der Funktionsschicht, beispielsweise einer Zinkauflage, und der Stahlbandoberfläche beruht in erster Linie auf den Haftkräften in der Grenzfläche. Verunreinigungen auf der Oberfläche, wie beispielsweise Metallabrieb und Öl- oder Emulsionsrückstände, setzen die Haftung herab. Die Funktionsschicht kann dann ihre Aufgabe nicht erfüllen. Sie wird nur ungleichmäßig aufgetragen beziehungsweise sie löst sich wieder unter mechanischer Belastung leicht ab.
Um insbesondere die störenden Anhaftungen von der Oberfläche eines zu veredelnden Metallbandes vor dem Eintritt in den Veredlungsprozess abzulösen, wird das Band üblicherweise in einer Bandreinigungsanlage intensiv mit alkalischen Reinigungsmitteln in Kontakt gebracht. Die Bandreinigung in einer Feuerverzinkungslinie setzt sich dabei zumeist aus einer Kombination verschiedener alkalischer Reinigungsprozesse und der abschließenden wässrigen Spülung zusammen.
Bei der Herstellung eines verzinkten Metallbandes in einer Feuerverzinkungsanlage oder in einer Glühlinie kommt häufig ein kaltgewalztes Metallband zum Einsatz, das vor der Veredlung sorgfältig gereinigt werden muss. Kaltgewalzte Bänder sind aus dem Walzprozess mit Walzemulsionen und mit Walzrückständen belastet. Verunreinigungen von ca. 500 mg/m² pro Seite des Bandes bestehend aus Walzemulsionen, Eisenabrieb und sonstigem Schmutz sind typisch. Das auf diese Weise belastete Metallband muss vor der weiteren Oberflächenveredelung von diesen Rückständen aus dem Kaltwalzprozess befreit werden.
Im Stand der Technik sind diverse Möglichkeiten bekannt, um dies zu bewerkstelligen. Zumeist wird eine mehrstufige Bandreinigung durchgeführt. Dabei ist eine Kombination aus einer alkalischen Spritzreinigung mit Bürstenunterstützung zur Beseitigung der Oberflächenverschmutzung, einer elektrolytischen Reinigung zur porentiefen Reinigung und einer abschließenden, mehrstufigen Spülung mit Bürstenunterstützung mittels Wasser bekannt. Als Reinigungsmittel werden wässrige Lösungen auf der Basis von Alkalien, Tensiden und Phosphaten verwendet.
Im ersten Teil einer solchen Bandreinigungssektion wird das Band auf die erforderliche Prozesstemperatur gebracht und durch eine heiße, alkalische Reinigungslösung von Oberflächenverunreinigungen befreit. In der Spritzentfettungssektion wird das Band intensiv mit dem heißen Reinigungsmedium bespritzt, um es auf das gewünschte Temperaturniveau aufzuheizen und um grobe, anhaftende Verunreinigungen zu lösen. Bei der Spritzentfettung kann das Metallband dabei horizontal oder vertikal geführt werden.
In der Bürstentfettung werden die Verschmutzungen auf der Bandoberfläche durch mehrere rotierende Bürsten entfernt. Die Bürstvorrichtung ist dabei typischerweise mit zwei oder vier Bürstrolleneinheiten ausgestattet. Die Bürsten werden hintereinander versetzt mit Gegenrollen oder direkt übereinander zur Reinigung der Bandunter- und Oberseite angeordnet. Durch den mechanischen Kontakt der Borsten mit der Oberfläche des Metallbandes kommt es zu einem nicht unerheblichen Verschleiß der Bürsten. Je nach Betriebsart und geforderter Qualität müssen die Bürstrollen meist etwa alle drei Monate ausgetauscht werden, was nicht unerhebliche Kosten verursacht.
Die elektrolytische Entfettung löst durch die direkte Blasenbildung auf der Oberfläche des Metallbandes Verunreinigungen, die tiefer in der Topographie sitzen. Dies kann bei vertikaler oder horizontaler Bandführung erfolgen. Die Blasenbildung wird durch das Anlegen einer äußeren Spannung an Elektrodenpaare oberhalb und unterhalb des Metallbandes hervorgerufen. Zur elektrischen Isolierung des Behälters, in dem die Entfettung durchgeführt wird, wird dieser als gummierter Stahlbehälter ausgeführt. Im Mittelleiterverfahren kommt es zwischen der Bandoberfläche und den umgebenden Elektroden zu einer elektrolytischen Reaktion, die zur Bildung von Sauerstoff- und Wasserstoffblasen führt. Die Bildung von Wasserstoffgas erfordert eine aufwändige Sicherheitstechnik, um die Gefahr von Knallgasexplosionen zu vermeiden. Daher muss dem Prozessbehälter ständig eine hohe Luftmenge zur Zwangsbelüftung zugeführt werden. Das elektrolytische Entfetten ist daher mit verschiedenen Nachteilen behaftet.
Anschließend, d. h. nach der elektrolytischen Behandlung, wird die Metallbandoberfläche in einem Spülvorgang mit einer Bürste bearbeitet, so dass sich die verbleibenden Oberflächenbeläge lösen. Auch diese Bürstvorrichtung ist meist mit zwei oder vier Bürstrolleneinheiten ausgestattet, wobei die Bürsten hintereinander versetzt mit Gegenrollen oder direkt übereinander angeordnet sind. Auch hier ist als Nachteil der mechanische Verschleiß festzustellen, so dass die Bürsten etwa alle drei Monate ausgetauscht werden müssen.
Abschließend wird die Oberfläche des Metallbandes in einer Mehrfach-Kaskadenspüle mit heißem, demineralisiertem Wasser gespült, um die Reinigungslösung vollständig abzuwaschen. Hier können zwei bis vier durch Abquetschrolleneinheiten getrennte Spritzspüleinheiten hintereinander eingesetzt werden. Die kaskadenförmige Führung der Spülflüssigkeit minimiert den Wasserverbrauch. Die Kombination aus Bandkantenabblasung und Bandtrockner nach dem Abschluss der Bandreinigung garantieren eine vollständige und über die gesamte Bandbreite homogene Trocknung der Bandoberfläche, um die Verschleppung von Flüssigkeiten zu unterbinden.
Unter günstigen Bedingungen werden mit der genannten Vorgehensweise in der Bandreinigungsanlage Reinigungsgrade von ca. 90 % erreicht, d. h. die Eingangsverschmutzung des Metallbandes wird auf ca. 10 % reduziert.
Für die Reinigung eines Metallbandes sind im Stand der Technik weitere Lösungen bekannt, wobei zumeist isoliert auf Teilaspekte der Reinigung eingegangen wird.

In der EP 0 235 595 A2 wird eine Bandreinigungsanlage beschrieben, bei der statt üblicher Bürsten im Anschluss an die Elektrolyse eine Hochdruck-Reinigung vorgesehen ist. Vorgesehen ist dabei eine elektrolytische Vorentfettung, eine mechanische Reinigung mittels rotierender Bürsten oder eine Hochdruck-Reinigung, eine weitere elektrolytische Entfettung, eine weitere mechanische Reinigung mittels rotierender Bürsten oder eine Hochdruckreinigung und eine abschließende Spülung. Das beschriebene Vorgehen benötigt aufgrund der Elektrolyse umfangreiche Sicherheitsvorrichtungen zur Vermeidung von Knallgasexplosionen.

Aus der EP 0 601 991 B1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Metallbändern bekannt, die ausschließlich mittels Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen bei einem Druck bis maximal 60 bar erfolgt. Der hiermit erzielbare Reinigungsgrad ist nicht immer ausreichend.

In der RU 2 191 641 C1 ist eine Reinigungsvorrichtung offenbart, bei der das zu reinigende Band in einen Behälter geführt wird, in dem Ultraschallschwinger in der Nähe der Oberfläche des Metallbandes angeordnet sind. Die durch die Ultraschallwellen induzierte Kavitation sprengt Verunreinigungen von der Bandoberfläche ab. Insgesamt ist der mit der beschriebenen Reinigungsvorrichtung erzielbare Reinigungsgrad nicht unter allen Umständen ausreichend.

Ultraschall wird auch bei der Lösung gemäß der US 47 88 992 eingesetzt, um das Metallband zu reinigen. Das Band wird hier horizontal zwischen zwei als Platten ausgebildeten Ultraschallschwingern hindurchgeführt, die mit unterschiedlichen Frequenzen schwingen. Die Anordnung erzeugt ein Ultraschall-Nahfeld um das zu reinigende Band, so dass Verschmutzung gelöst wird.

Die JP 09171986 A offenbart eine Spritzdüse, mit der eine Ultraschall-Reinigungsflüssigkeit auf das zu reinigende Band ausgespritzt wird. Unmittelbar vor und hinter der Düse sind – als Einheit mit der Spritzdüse für die Ultraschall-Reinigungsflüssigkeit – Hochdruckreinigungsdüsen positioniert, um den Reinigungseffekt zu verbessern.

Die EP 0 578 824 B1 führt das zu reinigende Band aus einem mit Reinigungsflüssigkeit gefüllten Flüssigkeitsbehälter heraus, um es in einer separaten Kammer einer Ultraschallreinigung zu unterziehen.

Die Lösung nach der US 59 75 098 sieht ebenfalls eine Ultraschall-Reinigung des Bandes vor, wobei hier jedoch die Auftreffstelle des Ultraschalls direkt mit Reinigungsmittel aus einer Hochdruck-Reinigungsdüse beaufschlagt wird.

Auch gemäß der WO 02/18065 A2 wird auf den Einsatz von Ultraschall-Reinigung abgestellt, während die US 64 88 993 eine Lösung zeigt, bei der die Reinigungsvorrichtung für das Band nicht näher spezifiziert ist.

Alle vorbekannten Lösungen beziehen sich mehr oder weniger auf Teilaspekte des Reinigungsverfahrens bzw. der Reinigungsvorrichtung. Die Anforderungen an Hochleistungsbandreinigungsanlagen hinsichtlich Kosteneffizienz und Reinigungsqualität stellen insgesamt höhere Anforderungen, als mit den bestehenden Verfahren und Vorrichtungen befriedigt werden können. Weiterhin ist ein häufig nicht hinreichend beachtetes Kriterium auch die Ökologie, da der Einsatz der chemischen Reinigungsmittel umweltbelastend und in der Erfüllung entsprechender gesetzlicher Auflagen auch kostenintensiv ist.

Die vorbekannten Reinigungsverfahren haben also in nach nachteiliger Weise Defizite in Bezug auf die Investitions-, Energie- und Betriebsmittelkosten sowie hinsichtlich der Effizienz des Reinigungsvorgangs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art so fortzubilden, dass die bestehenden Nachteile vermieden werden. Es soll also ein insgesamt vorteilhafteres Bandreinigungsverfahren und die zugehörige Vorrichtung geschaffen werden, mit dem bzw. mit der eine wirtschaftlichere, effizientere und auch ökologischere Reinigung eines Metallbandes vor dessen Veredelung möglich wird.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass das Metallband zunächst in einem ersten Bereich einer Reinigungsvorrichtung einer ersten Hochdruckreinigung mit mindestens einem Flüssigkeitsstrahl unterzogen wird und dass das Metallband im Anschluss daran in einem zweiten Bereich der Reinigungsvorrichtung einer Ultraschallreinigung unterzogen wird, bei der das Metallband durch einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter geführt wird.

Die Erfindung kombiniert also die Hochdruckreinigung des Bandes und die sich anschließende Ultraschallreinigung. Es hat sich dabei herausgestellt, dass die Abfolge dieser beiden Verfahrensschritte ein verbessertes Reinigungsergebnis bringt. Der erste Bereich ist dabei vorzugsweise vom zweiten Bereich räumlich beabstandet.

Das Metallband kann im Anschluss an den Ultraschallreinigungsprozess in einem dritten Bereich der Reinigungsvorrichtung einer zweiten Hochdruckreinigung mit mindestens einem Flüssigkeitsstrahl unterzogen werden. Der zweite Bereich ist dabei gleichermaßen vom dritten Bereich räumlich beabstandet.

Optimale Ergebnisse lassen sich dadurch erreichen, dass der erste und gegebenenfalls der zweite Hochdruckreinigungsprozess durch Aufgabe mindestens eines die Breite des zu reinigenden Metallbandes abdeckenden Flüssigkeitsstrahls erfolgt, der mit einem Druck zwischen 50 bar und 200 bar, vorzugsweise zwischen 100 bar und 120 bar, auf die Oberfläche des Metallbandes aufgebracht wird.

Das Metallband kann bei mindestens einer der Hochdruckreinigungen und/oder bei der Ultraschallreinigung vertikal geführt werden.

Mit Vorteil ist die bei der ersten Hochdruckreinigung und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung eingesetzte Flüssigkeit auf eine Temperatur von mindestens 60 °C erwärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur von mehr als 80 °C.

Um vom Band abgelöste Schmutzpartikel zu binden und dadurch zu verhindern, dass sie – bei Umwälzung des Reinigungsmittels – wieder an die Bandoberfläche gelangen, sieht eine Weiterbildung vor, dass die bei der ersten Hochdruckreinigung, bei der Ultraschallreinigung und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung zum Einsatz kommende Flüssigkeit Tenside bzw. reinigungsaktive Substanzen zum Binden abgetragener Verunreinigungen enthält.

Ferner kann die bei der ersten Hochdruckreinigung, bei der Ultraschallreinigung und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung zum Einsatz kommende Flüssigkeit Tenside und/oder Phosphate enthalten. Weiterhin kann die zum Einsatz kommende Flüssigkeit alkalisch sein.

Wie als solches im Stand der Technik bekannt, kann vor der ersten Hochdruckreinigung eine Spritzentfettung des Metallbandes, insbesondere in einem Tauch- oder Spritzbehälter, durchgeführt werden. Dabei kann die Spritzentfettung des Metallbandes mit einem Medium, insbesondere mit einem Reinigungsmedium, erfolgen, das eine Temperatur von mindestens 60 °C, vorzugsweise von über 80 °C aufweist. Nach der zweiten Hochdruckreinigung kann abschließend eine Spülung des Bandes, insbesondere eine Kaskadenspülung mit Wasser, durchgeführt werden.

Die Vorrichtung zum Reinigen eines Metallbandes ist gekennzeichnet durch einen ersten Bereich, in der eine Hochdruckreinigungsvorrichtung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in Förderrichtung des Metallbandes nachgeordnet ist und in dem eine Ultraschallreinigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Ultraschallreinigungsvorrichtung einen Behälter aufweist, der mit Flüssigkeit füllbar ist und in dem Ultraschall-Emissionsmittel angeordnet sind.

Die Ultraschall-Emissionsmittel können in je einem Gehäuse, insbesondere in einem Edelstahlgehäuse, im Inneren des Behälters, in dem die Ultraschallreinigung erfolgt, beiderseits des Metallbandes angeordnet sein. Die Hochdruckreinigungsvorrichtung und die Ultraschallreinigungsvorrichtung haben bevorzugt separate Behälter, durch die das Metallband geführt wird. In einem dritten, der Ultraschallreinigungsvorrichtung in Förderrichtung des Metallbandes nachgeordneten Bereich kann eine zweite Hochdruckreinigungsvorrichtung angeordnet sein. Die Hochdruckreinigungsvorrichtungen können mindestens einen sich über die gesamte Breite des Bandes erstreckenden Hochdruckdüsenbalken aufweisen. Auch die Hochdruckreinigungsvorrichtung im dritten Bereich kann einen separaten Behälter aufweisen, durch den das Metallband geführt wird.

In Förderrichtung des Metallbandes vor der ersten Hochdruckreinigungsvorrichtung sind bevorzugt Mittel zur Spritzentfettung des Metallbandes angeordnet. Weiterhin sind bevorzugt in Förderrichtung hinter der zweiten Hochdruckreinigungsvorrichtung Mittel zum Spülen des Metallbandes angeordnet.

Da bei der Hochdruckreinigung Schaumbildung nicht vermieden werden kann, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Hochdruckreinigungsvorrichtungen zur Erzeugung des benötigten Hochdrucks der Flüssigkeit eine Pitot-Rohrpumpe aufweisen.

Eine solche Pumpe besteht aus zwei Hauptbestandteilen, nämlich einem rotierenden Pumpengehäuse und einem inneren stationär angeordneten Pitot-Rohr (Pitot-Staurohr-Druckprinzip). Die zu fördernde Flüssigkeit tritt durch eine sich in der Zulaufseite befindliche Gleitringdichtung über Rotorkanäle in das rotierende Rotor-Gehäuse ein und wird auf eine erhöhte Geschwindigkeit gebracht. Die Zentrifugalkraft drängt die Flüssigkeit an die Rotor-Peripherie, wodurch eine Ansaugwirkung am Einlass und ein beschleunigter Flüssigkeitsring im Rotor entsteht. Beim Eintritt der Flüssigkeit in das stationäre Pitot-Rohr wird die kinetische Energie in potentielle umgewandelt, d. h. es kommt zu einer Druckerhöhung. Auf diese Weise können Drücke von bis zu 200 bar bei einer Rotordrehzahl von ca. 8.000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden. Die im Pitot-Rohr unter konstantem Druck stehende Flüssigkeit fließt dann zum Auslass, d. h. zur Hochdruckseite der Pumpe.

Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale wird ein Reinigungsverfahren und eine Reinigungsvorrichtung geschaffen, die eine hohe Reinigungseffizienz aufweist und dennoch eine kostengünstige Betriebsweise erlaubt. Namentlich werden keine Bürstensysteme mit mechanischem Kontakt zum zu reinigenden Band eingesetzt, so dass der Verschleiß der Anlage minimal ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Metallbandes vor dessen Feuerverzinkung.

Die Figur zeigt eine Reinigungsvorrichtung 3 zur Reinigung eines Metallbands 1, das in Förderrichtung F (von links) der Vorrichtung 3 zugeführt wird und diese (nach rechts) wieder verlässt. Das Band 1 läuft dabei kontinuierlich mit einer vorgegebenen Fördergeschwindigkeit durch die Reinigungsvorrichtung 3. Vorgesehen ist die Reinigungsvorrichtung 3 im Ausführungsbeispiel für eine Hochleistungsfeuerverzinkungs- oder Glühlinie für kaltgewalzte Bänder 1.
Die Reinigungsvorrichtung 3 weist im Wesentlichen drei in Förderrichtung F aufeinander folgende Bereiche auf, nämlich einen ersten Bereich 2, einen zweiten Bereich 5 und einen dritten Bereich 7. Im ersten Bereich 2 ist eine erste Hochdruckreinigungsvorrichtung 4 angeordnet, im zweiten Bereich 5 eine Ultraschallreinigungsvorrichtung 6 und im dritten Bereich 7 eine zweite Hochdruckreinigungsvorrichtung 8.
Vor dem ersten Bereich 2 befinden sich Mittel 16 zur Spritzentfettung, wie sie im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind. Im Anschluss an den dritten Bereich 7 sind Mittel 17 zum Spülen vorgesehen, wie sie ebenfalls vorbekannt sind.
In den Mitteln 16 zur Spritzentfettung wird das Band 1 durch Eintauchen in heißes Reinigungsmedium (im Falle eines Tauchtanks) oder durch Abspritzen mit heißem Reinigungsmedium (im Falle eines Spritztanks) erwärmt und von leicht anhaftenden Oberflächenverschmutzungen befreit.
Das Metallband 1 wird mittels zweier S-Rollengänge 18 und 19 unter Spannung gehalten.
Wesentlich ist, dass die gesamte Reinigungsvorrichtung 3 bürstenlos ist, d. h. es kommen nicht – wie im Stand der Technik bekannt und üblich – Rotations-Reinigungsbürsten zum Einsatz. Die komplette Reinigung des Bandes 1 erfolgt alleine durch die in der Figur dargestellten Mittel. Der mechanische Kontakt zwischen den Borsten der Bürsten und dem Band 1 führt zu einem entsprechend hohen Verschleiß, was wiederum zu hohen Betriebskosten führt. Dies wird erfindungsgemäß vermieden.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass gleichermaßen auf elektrolytische Entfettungsmittel verzichtet wird, wie sie im Stand der Technik weit verbreitet sind. Der elektrolytische Entfettungsprozess erfordert eine aufwändige Konstruktion der Prozessbehälter. Zusätzlich birgt die Entstehung von Sauerstoff- und Wasserstoffgas im Prozess ein Sicherheitsrisiko. Durch den Wegfall der elektro-chemischen Reaktion gemäß der Erfindung vereinfacht sich die Gestaltung der Vorrichtung wesentlich. Der gasentstehungsfreie Prozess gemäß der Erfindung unterliegt keinen besonderen Auflagen für die Behälterabsaugung und ist sicherungstechnisch unkritisch.
Die erste Hochdruckreinigungsvorrichtung 4 weist einen separaten Behälter 13 auf, in dem Hochdruckdüsenbalken 14 beiderseits des Bandes 1 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind dies insgesamt vier Balken 14 für den vertikal nach unten und den vertikal nach oben steigenden Ast des Bandes 1.
Die Hochdruckreinigung verbindet die Reinigung von Oberflächen durch oberflächenaktive Prozesse (Tenside im Reinigungsmedium) mit dem mechanischen Abtrag durch kinetische Energie des Flüssigkeitsstrahls. Die heiße Reinigungsflüssigkeit prallt mit hoher Geschwindigkeit auf die Bandoberfläche. Lockere Oberflächenbeläge werden weggespült. Stabilere Schichten werden durch die kinetische Energie der aufprallenden Flüssigkeit gelockert und ebenfalls weggespült. Die Lipidanteile im zugesetzten Bandreiniger unterstützen den Reinigungsprozess teilweise. Die wesentliche Funktion der Tenside ist das Binden der abgetragenen Verunreinigungen in der Flüssigkeit. Der abgetragene Belag wird innerhalb der flüssigen Phase gebunden und kommt nicht noch einmal in Kontakt mit der Bandoberfläche. Auf diese Weise wird eine Rückbefettung bzw. eine Rückbeschmutzung vermieden. Ohne die Tensidanteile würden die öligen Anteile der abgetragenen Verunreinigungen aufgrund ihrer geringeren Dichte und unpolaren Struktur auf der Flüssigkeit aufschwimmen und evtl. bei einem erneuten Kontakt mit der Bandoberfläche dort wieder abgeschieden.
Der für die Hochdruckreinigung benötigte Druck der zum Einsatz kommenden Flüssigkeit wird über die Pitot-Rohrpumpe 20 erzeugt. Das Reinigungsmedium tritt über einen Saugstutzen in den Pumpenraum ein. Im Gegensatz zu üblichen Kreiselpumpen ist der Pumpenraum bei dieser Pumpe der Rotor. Das Reinigungsmedium wird in dem rotierenden Pumpenraum auf eine sehr hohe Rotationsgeschwindigkeit gebracht. In dem rotierenden Flüssigkeitskörper steht das ortsfeste Pitotrohr. In diesem Rohr wird die kinetische Rotationsenergie des Mediums in potentielle Druckenergie umgewandelt. Durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit des Mediums wird ein Flüssigkeitsdruck an einem Druckstutzen aufgebaut, der problemlos 100 bar erreichen und überschreiten kann. Der kosteneffiziente Einsatz der Hochdruckreinigung erfordert die Kreislaufführung des Reinigungsmediums und damit den mehrmaligen Durchlauf der mehrphasigen Flüssigkeit (bestehend aus der flüssigen Phase des Reinigers und eingeschlossenen Gas- oder Schaumblasen) durch die Pumpe 20. Die Schaumbildung im Medium kann beim Einsatz eines alkalischen, tensidhaltigen Reinigers nicht vollständig vermieden werden. In Kreisel- oder Kolbenpumpen führen bereits geringe Gasanteile im Medium zu Kavitationsschäden im Pumpenraum und damit zum Ausfall der Pumpe bereits nach kurzer Zeit. Die vorgeschlagene Pitot-Rohrpumpe zeichnet sich durch eine relativ große Unempfindlichkeit gegen Luft bzw. Schaum (Gasanteil kleiner als 10 Volumenprozent) im Fördermedium aus. Die Gasanteile sammeln sich infolge der Druckverteilung zentrisch im Inneren des Flüssigkeitskörpers, wo sie nicht mit den geänderten Druckverhältnissen im außen ortsfest stehenden Pitotrohr in Kontakt kommen können. Im Pumpenraum bildet sich ein schnell rotierender Flüssigkeitsring mit einer Gasblase in seinem Rotationszentrum. Die zusätzlich Fremdspülung einer Gleitringdichtung verringert den Verschleiß durch Partikel im Medium.
Im zweiten Bereich 5 ist die Ultraschallreinigungsvorrichtung 6 angeordnet, und zwar in einem separaten Behälter 9. Auch hier wird das Band 1 in einem ersten Ast vertikal nach unten und in einem zweiten Ast vertikal nach oben geführt. Beiderseits des Bandes 1 – und zwar in beiden Ästen – sind eine Anzahl Ultraschall-Emissionsmittel 10 bzw. 11 angeordnet, wobei diese in einem Edelstahlgehäuse 12 untergebracht sind, die mit den Wänden des Behälters 9 verbunden sind.
Die Ultraschallreinigung verbindet die Reinigung von Oberflächen durch oberflächenaktive Prozesse (Tenside im Bandreinigungsmedium) mit dem mechanischen Abtrag durch kinetische Energie von implodierenden Gasbläschen.
Die Ultraschallschwingungen führen zu lokalen Druckschwankungen im Medienraum. In Bereich, in denen der Druck unter den Gasdruck der gelösten Gase bzw. den Dampfdruck der Flüssigkeit absinkt, bilden sich winzige Kavitationsbläschen. Da die künstlichen Bedingungen, die zur Bildung der Bläschen geführt haben, nur kurzzeitig existieren, implodieren die Bläschen wieder sehr schnell. Die dadurch hervorgerufenen Druckwellen, die durch die Implosion der Gasbläschen besonders auf der Bandoberfläche in die Flüssigkeit induziert werden, führen zum Absprengen von Verschmutzungen auf der Bandoberfläche. Lockere Oberflächenbeläge werden abgetragen. Stabilere Schichten werden durch die Druckwellen aufgelockert und ebenfalls weggespült. Die Tensidanteile im zugesetzten Bandreiniger unterstützen den Reinigungsprozess wie bei der oben beschriebenen Hochdruckreinigung.
Der große Vorteil der Reinigung mit Ultraschall ist neben der hohen Qualität und der Reproduzierbarkeit die zugleich mechanische und dennoch berührungslose Reinigung von Materialien. Je nach Reinigungsanforderungen kann somit auf aggressive Chemikalien und hohe Temperaturen verzichtet werden. Die bei der wässrigen Ultraschall-Reinigung unterstützenden chemischen Zusätze (Reinigungsmittel) werden prozentual in weitaus geringerem Maße zugefügt und sind in der Auswahl gegenüber der vorliegenden Verschmutzung ähnlich bedeutsam, wie die Auslegung der benötigten Ultraschall-Leistung und der Arbeitsfrequenz. Je nach Einsatz- und Anwendungsgebiet bietet die Ultraschallreinigung somit ein hochwertiges und homogenes Reinigungsergebnis, wie es durch kein anderes Reinigungsverfahren erzielt werden kann.
Die eingesetzte Ultraschallschwingertechnologie erfordert keine besondere Badpflege. Die Ultraschall-Emissionsmittel 10, 11 sind, wie erläutert, durch das Edelstahlgehäuse 12 gekapselt. Der Gehäusewerkstoff kann dem Badmedium angepasst werden. Der Behälter 9 ist als Tauchtank ausgeführt, um ausreichend Medium für die Übertragung der Schallwellen auf die Bandoberfläche zur Verfügung zu haben. Im Tauchtank ist nur eine mäßige Strömungsgeschwindigkeit einzustellen, um die gebildeten Bläschen nicht sofort von der Bandoberfläche wegzuspülen bzw. die Ausbreitung der Schallwellen zu behindern.
In dem dritten Bereich 7 ist die zweite Hochdruckreinigungsvorrichtung 8 angeordnet, die ebenfalls einen separaten Behälter 15 aufweist. In diesem sind – entsprechend der ersten Hochdruckreinigungsvorrichtung 4 – Hochdruckdüsenbalken 14 beiderseits des Bandes 1 angeordnet.
In verschiedenen Praxisversuchen wurde die Effizienz der kombinierten Hochdruck- und Ultraschalltechnologie untersucht. Anhand der durchgeführten Untersuchungen lässt sich feststellen, dass technisch verschmutzte Stahlbänder durch die Hochdruck- und Ultraschallreinigung mit gutem Ergebnis gereinigt werden können. Die Hochdruckreinigung sorgt für eine gute Grobreinigung. Die kinetische Energie der Hochdruck-Wasserstrahlen wirkt auf die Oberflächenbeläge. Deckschichten werden entfernt. Verunreinigungen, die tiefer in der Topographie der Oberfläche des Bandes 1 liegen, werden durch die Ultraschallreinigung gelöst und abgetragen. Die durch Ultraschallschwingungen angeregte Bildung und Implosion von winzigen Gasbläschen auf der Bandoberfläche sprengt anhaftende Restbeläge ab.
Vorteilhaft ist es auch, dass bestehende Anlage gegebenenfalls zu der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 3 umgerüstet werden können. Die Bürstentfettung und die Bürstspüle werden durch jeweils ein Hochdruckdüsenbalkenpaar substituiert. Die elektrolytische Entfettungssektion wird durch Austausch der Elektrodensysteme gegen entsprechende Ultraschallsysteme zu einer Ultraschallreinigungssektion.
Die Bürstentfettung wird durch ein Hochdruckdüsenpaar ersetzt. Das Hochdruckdüsenpaar befindet sich dabei am Ende oder unmittelbar hinter der Spritzentfettung. An diesem Punkt hat sich das Stahlband bereits auf die erforderliche Temperatur erwärmt, um die optimale Wirkung des eingesetzten Reinigungsmediums zu unterstützen und die Schaumbildung zu minimieren. Die Hochdruckwasserstrahlen können im Zusammenwirken mit den reinigungsaktiven Substanzen im Medium auf der Bandoberfläche liegende Verunreinigungen abtragen. Der Abtrag erfolgt berührungsfrei infolge der hohen kinetischen Energie der Wasserstrahlen und ist damit über einen sehr langen Zeitraum praktisch verschleißfrei.
Die Substitution der elektrolytischen Reinigung gegen die Ultraschallreinigung vereinfacht die Ausführung der Bandreinigungsvorrichtung deutlich. Die Konstruktion des Behälters für die Ultraschallreinigung wird als reiner Stahlbehälter ohne isolierende Gummierung (wie bei der Elektrolyse nötig) ausgeführt. Elektrodensysteme mit externer Spannungsversorgung sind nicht erforderlich. Die Ultraschallreinigung setzt im Gegensatz zur elektrolytischen Reinigung keine Elektrolysegase frei. Es sind daher keine aufwändigen Sicherheitseinrichtungen erforderlich. Der Prozessbehälter wird vielmehr an eine einfache Absauganlage angeschlossen.
Die Bürstspüle wird durch die zweite Hochdruckdüsenpaar (Hochdruckdüsenbalken 14) im dritten Bereich 7 ersetzt. Das Hochdruckdüsenpaar befindet sich am Anfang oder unmittelbar vor der ersten Stufe der anschließenden Kaskadenspüle 17. An diesem Punkt befindet sich auf der Oberfläche des Stahlbandes 1 ein Film aus den in der Ultraschallreinigung angelösten Verunreinigungen, die von der Hochdruckreinigung im dritten Bereich 7 im Zusammenwirken mit den reinigungsaktiven Substanzen im Medium abgetragen werden können. Der Abtrag erfolgt berührungsfrei infolge der hohen kinetischen Energie der Wasserstrahlen und ist somit weitgehend verschleißfrei.
Durch den Einsatz der Hochdruckreinigungstechnologie als Ersatz für die mechanische Bürstreinigung entfallen die Kosten für die Ersatzbürsten, die als Verschließteil in bekannten Reinigungsvorrichtungen regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Die Ultraschallreinigung als Substitution der elektrolytischen Reinigung verbraucht weniger Energie zur Erzielung des gewünschten Reinigungsergebnisses. Die kompakte Bauweise der Prozesstechnologien eröffnet neue Chancen zur Konstruktion und zum Bau platzsparender Hochleistungsreinigungen in Bandbehandlungslinien.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass aufgrund des erhöhten Wirkungsgrades der Bandreinigung mit den vorgeschlagenen Reinigungsverfahren eine deutliche Einsparung an Reinigungschemikalien erreicht werden kann. Die umweltbelastenden Bestandteile (Tenside, Phosphate, etc.) in dem Reinigungsmittel können reduziert werden. Die Reinigung der Abwässer kann mit geringerem Kosten- und Energieaufwand durchgeführt werden.
Die Bandführung kann in den einzelnen Bereichen der Reinigungsvorrichtung 3 wahlweise horizontal oder vertikal erfolgen.
Grundsätzlich ist es möglich, zusätzlich zu den vorgeschlagenen Vorrichtungselementen, die an und für sich substituiert werden können, solche vorzusehen, die im Stand der Technik bekannt sind, also z. B. Spritzreinigungsmittel, Bürstreinigungsmittel und elektrolytische Reinigungsmittel.

1: Metallband
2: erster Bereich
3: Reinigungsvorrichtung
4: erste Hochdruckreinigungsvorrichtung
5: zweiter Bereich
6: Ultraschallreinigungsvorrichtung
7: dritter Bereich
8: zweite Hochdruckreinigungsvorrichtung
9: Behälter
10: Ultraschall-Emissionsmittel
11: Ultraschall-Emissionsmittel
12: Gehäuse
13: Behälter
14: Hochdruckdüsenbalken
15: Behälter
16: Mittel zur Spritzentfettung
17: Mittel zum Spülen
18: S-Rollengang
19: S-Rollengang
20: Pitot-Rohrpumpe
F: Förderrichtung

Claims

Verfahren zum Reinigen eines Metallbandes (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) zunächst in einem ersten Bereich (2) einer Reinigungsvorrichtung (3) einer ersten Hochdruckreinigung (4) mit mindestens einem Flüssigkeitsstrahl unterzogen wird und dass das Metallband (1) im Anschluss daran in einem zweiten Bereich (5) der Reinigungsvorrichtung (3) einer Ultraschallreinigung (6) unterzogen wird, bei der das Metallband (1) durch einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (2) vom zweiten Bereich (5) räumlich beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) im Anschluss an den Ultraschallreinigungsprozess (6) in einem dritten Bereich (7) der Reinigungsvorrichtung (3) einer zweiten Hochdruckreinigung (8) mit mindestens einem Flüssigkeitsstrahl unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (5) vom dritten Bereich (7) räumlich beabstandet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und gegebenenfalls der zweite Hochdruckreinigungsprozess (4, 8) durch Aufgabe mindestens eines die Breite des zu reinigenden Metallbandes (1) abdeckenden Flüssigkeitsstrahls erfolgt, der mit einem Druck zwischen 50 bar und 200 bar, vorzugsweise zwischen 100 bar und 120 bar, auf die Oberfläche des Metallbandes (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) bei mindestens einer der Hochdruckreinigungen (4, 8) und/oder bei der Ultraschallreinigung (6) vertikal geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der ersten Hochdruckreinigung (4) und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung (8) eingesetzte Flüssigkeit auf eine Temperatur von mindestens 60 °C erwärmt ist, vorzugsweise auf eine Temperatur von mehr als 80 °C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der ersten Hochdruckreinigung (4), bei der Ultraschallreinigung (6) und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung (8) zum Einsatz kommende Flüssigkeit Tenside zum Binden abgetragener Verunreinigungen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der ersten Hochdruckreinigung (4), bei der Ultraschallreinigung (6) und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung (8) zum Einsatz kommende Flüssigkeit Tenside und/oder Phosphate enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der ersten Hochdruckreinigung (4), bei der Ultraschallreinigung (6) und gegebenenfalls bei der zweiten Hochdruckreinigung (8) zum Einsatz kommende Flüssigkeit alkalisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Hochdruckreinigung (4) eine Spritzentfettung des Metallbandes (1), insbesondere in einem Tauch- oder Spritzbehälter, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzentfettung des Metallbandes (1) mit einem Medium, insbesondere mit einem Reinigungsmedium, erfolgt, das eine Temperatur von mindestens 60 °C, vorzugsweise von über 80 °C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Hochdruckreinigung (4) eine Spülung, insbesondere eine Kaskadenspülung mit Wasser, des Metallbandes (1) durchgeführt wird.
Vorrichtung (3) zum Reinigen eines Metallbandes (1), gekennzeichnet durch, einen ersten Bereich (2), in der eine Hochdruckreinigungsvorrichtung (4) angeordnet ist, und einen zweiten Bereich (5), der in Förderrichtung (F) des Metallbandes (1) nachgeordnet ist und in dem eine Ultraschallreinigungsvorrichtung (6) angeordnet ist, wobei die Ultraschallreinigungsvorrichtung (6) einen Behälter (9) aufweist, der mit Flüssigkeit füllbar ist und in dem Ultraschall-Emissionsmittel (10, 11) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Emissionsmittel (10, 11) in je einem Gehäuse (12), insbesondere in einem Edelstahlgehäuse, im Inneren des Behälters (9) beiderseits des Metallbandes (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckreinigungsvorrichtung (4) und die Ultraschallreinigungsvorrichtung (6) separate Behälter (13, 9) aufweisen, durch die das Metallband (1) geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten, der Ultraschallreinigungsvorrichtung (6) in Förderrichtung (F) des Metallbandes (1) nachgeordneten Bereich (7) eine zweite Hochdruckreinigungsvorrichtung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckreinigungsvorrichtungen (4, 8) mindestens einen sich über die gesamte Breite des Bandes (1) erstreckenden Hochdruckdüsenbalken (14) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckreinigungsvorrichtung (8) im dritten Bereich (7) einen separaten Behälter (15) aufweist, durch den das Metallband (1) geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (F) des Metallbandes (1) vor der ersten Hochdruckreinigungsvorrichtung (4) Mittel (16) zur Spritzentfettung des Metallbandes (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (F) hinter der zweiten Hochdruckreinigungsvorrichtung (8) Mittel (17) zum Spülen des Metallbandes (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckreinigungsvorrichtungen (4, 8) zur Erzeugung des Hochdrucks der Flüssigkeit eine Pitot-Rohrpumpe (20) aufweisen.