DE102018211197A1

DE102018211197A1 - Automatische Zyklonentleerung

Info

Publication number: DE102018211197A1
Application number: DE102018211197.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Peters; Frank Spelleken; Florian Spelz
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-01-09
Also published as: WO2020007579A1; EP3817836A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entleerungseinheit für isolierte Partikel, insbesondere mittels eines Hydrozyklons isoliert, aus einem Fluid, insbesondere einer Schmelze, umfassend mindestens einen Kugelhahn, mit in einer Kammer gelagerten drehbaren Kugel, wobei die Kugel mindestens ein Sackloch aufweist und mindestens ein Detektor eines Partikelzählerss zur Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sackloch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entleerungseinheit für isolierte Partikel, insbesondere mittels eines Hydrozyklons isoliert, aus einem Fluid, insbesondere einer Schmelze, umfassend mindestens einen Kugelhahn, mit in einer Kammer gelagerten drehbaren Kugel, wobei die Kugel mindestens ein Sackloch aufweist und mindestens einen Detektor eines Partikelzählers zur Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sackloch. Die Erfindung betrifft ferner eine Reinigungseinheit für heterogene Gemische basierend auf mindestens einem Hydrozyklon, einer Vorrichtung zur Reinigung eines heterogenen Gemisches, insbesondere einer Schmelze, umfassend die oben genannten Komponenten sowie ein Verfahren zum Entleeren des Zulaufs der Entleerungseinheit und ein Verfahren zum Reinigen eines flüssigen Beschichtungsmaterials einer Tauchbeschichtungsanlage.
Stand der Technik
Die Verwendung von Kugelhähnen als Absperrelement von Flüssigkeiten in Leitungen ist allgemein weit verbreitet. Die eingesetzten Kugelhähne weisen eine Kugel mit durchgehender Bohrung auf. Je nach Stellung dieser Bohrung in Bezug zu der Leitung ist der Durchfluss von Flüssigkeiten oder deren Absperrung möglich. Solche Kugelhähne sind beispielsweise aus der DE 19 639 282 A1 oder DE 10 243 499 A1 bekannt. In Letzterer wird ein Kugelhahn erwähnt, mit einer Kugel, die lediglich eine Sacklochbohrung zur Entnahme von Mediumproben aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind auch Tauchbeschichtungsanlagen, insbesondere Schmelztauchbeschichtungsanlagen zur Tauchbeschichtung, insbesondere von Metallband hinlänglich bekannt. Bei solchen Schmelztauchbeschichtungsanlagen wird ein Träger oder Substrat, insbesondere ein Metallband in ein Tauchbad aus einem niedriger schmelzenden flüssigen Beschichtungsmittel, insbesondere Metall oder Legierung eingetaucht. Nach dem Durchlaufen des Tauchbades bleibt das flüssige Beschichtungsmittel an der Oberfläche des Metallbandes haften und bildet bei der Abkühlung einen festen, insbesondere metallischen Überzug auf dem Substrat.
Beim Betrieb solcher Schmelztauchbeschichtungsanlagen bildet sich mit der Zeit eine Ablagerung von Partikeln, insbesondere Schlacke innerhalb des Tauchbades, welche sich insbesondere im Bodenbereich des Tauchbades anlagert. Ferner treten in einem Tauchbad auch Schwebe- und Oberschlacken auf.
Durch das Eintauchen und Herausheben des Substrats in das Tauchbad werden die Partikel aufgewirbelt, so dass diese sich auf der Oberfläche des Substrats ablagern können und die Qualität der Beschichtung erheblich beeinträchtigt wird. Insbesondere bei Schmelzen mit hoher Temperatur der Schmelze und des damit verbundenen teils aggressiven Verhaltens ist die Handhabung schwierig. So ist die Reinigung eines Tauchbades zum Beispiel aus der DE 102 34 010 B4 oder DE 10 2014 104 509 A1 bekannt.
Verbesserungen, insbesondere betreffend einen kontinuierlichen Betrieb von Tauchbeschichtungsanlagen und damit verbunden auch eine kontinuierlichen Entleerung von Aufreinigungseinheiten, sind jedoch weiterhin wünschenswert.
Aufgabe der Erfindung
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, wodurch in einfacher, kostengünstiger und effizienter Weise eine kontinuierliche Reinigung eines Tauchbades ermöglicht wird. Dies soll insbesondere durch Vorrichtungen erreicht werden, in denen die Verwendung von beispielsweise Standardantrieben möglich ist und die aufgrund ihrer Flexibilität einen schnellen Aufbau unter Verwendung bereits vorhandener Rahmenkonstruktionen ermöglichen. Sowohl die Vorrichtung als auch das Verfahren soll auch für Tauchbäder mit höherer Temperatur, bevorzugt Schmelzen und insbesondere Metallschmelzen einsetzbar sein. Durch die Aufreinigung soll einerseits der laufende Betrieb nicht beeinträchtigt werden, andererseits soll permanent ein Tauchbad mit keiner oder nur geringer Verschmutzung zur Verfügung gestellt werden, um Beschichtungen mit hoher Qualität zu gewährleisten.
Mithin war es eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entleerungseinrichtung, als Teil einer Vorrichtung zur Reinigung eines Tauchbades, für die aus dem Tauchbad isolierten Partikel zur Verfügung zu stellen, die ebenfalls den kontinuierlichen Betrieb gewährleistet. Insbesondere sollen damit Schwebeschlacke und Bodenschlacke entfernt werden.
Auch die Entleerungseinrichtung sollte eine kostengünstige und einfache Handhabung ermöglichen, insbesondere für Tauchbäder hoher Temperatur, und zum Beispiel für Metallschmelzen einsetzbar sein. Hier muss die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen nicht nur im Tauchschmelzbad, sondern auch in der Reinigungseinheit und der Entleerungseinrichtung gewährleistet sein.
Ferner soll ein automatischer Betrieb möglich sein.
Offenbarung der Erfindung
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Entleerungseinheit umfassend

• mindestens eine Zuleitung,
• mindestens einen Ausgang,
• einen Kugelhahn angeordnet zwischen Zuleitung und Ausgang, mit in einer Kammer gelagerten drehbaren Kugel, wobei die Kugel mindestens ein Sackloch aufweist und
• mindestens ein Detektor eines Partikelzählers zur Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sackloch.

Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei einem Sackloch um eine Aushöhlung bzw. einen Hohlraum mit lediglich einer Öffnung. Der Hohlraum kann jede beliebige Form aufweisen. In einer Ausführung handelt es sich bei dem Sackloch um eine Sacklochbohrung mit einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung um eine Längsachse, die der Bohrachse entspricht. In einer Alternative kann das Sackloch auch als Langloch oder in anderer Form ausgestaltet sein. Jeder Hohlraum ist erfindungsgemäß durch eine Längsachse definiert, die bevorzugt durch den Kugelmittelpunkt geht.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführung werden im Folgenden die Begriffe Sackloch, Sackbohrung und Sacklochbohrung als äquivalente Begriffe verwendet, auch wenn der Hohlraum nicht auf einer Bohrung basiert.
Bevorzugt handelt es sich um eine Entleerungseinheit zum Entleeren der aus einer Schmelze, insbesondere Metallschmelze separierten Partikel. Als Schmelze wird die flüssige Phase eines Stoffes oder eines Stoffgemisches bezeichnet.
Die Kugel ist in einem Gehäuse gelagert. Das Gehäuse weist eine Kammer, bevorzugt eine kugelförmige Aushöhlung auf, in welcher sich die Kugel befindet. Die kugelförmige Aushöhlung bildet jedoch nicht eine vollständige Kugel aus, sondern ist im unteren Bereich offen. Durch diese Öffnung ist das Sackloch entleerbar. In einer Ausführung ist die Kugel des Kugelhahns zentrisch drehbar. In einer Alternative ist die Kugel zur Drehung mit mindestens einer Spindel oder Welle zur Drehung mit dem Gehäuse verbunden. In einer weiteren Alternative oder zusätzlich ist die Kugel durch mindestens ein Lager und/oder mindestens einen Sitzring gestützt. Die Kugel ist mithin einseitig oder doppelseitig gelagert.
In einer Alternative ist die Kugel äquatorial am Gehäuse befestigt.
Zur Lagerung und störungsfreien Drehung der Kugel im Gehäuse bzw. in der Kammer, also der kugelförmigen Aushöhlung werden in einer Ausführung gegebenenfalls mindestens ein weiterer Halterring, mindestens ein Druckring sowie mindestens eine Druckfeder und/oder mindestens ein Graphitring eingesetzt.
Das Gehäuse kann als einteilige Einheit ausgebildet sein oder aus 2 Halbschalen oder mehreren Teilen.
Der Detektor des Partikelzählers enthält oder besteht aus mindestens einem Sensor.
In einer Ausführung erfolgt die Bestimmung der Partikelkonzentration in der Sacklochbohrung über induktive oder magnetische Feldmessung oder über Bestimmung der Leitfähigkeit der Schmelze. Hierzu ist die Sacklochbohrung selbst, die Kugel oder das Gehäuse mit mindestens einem oder mehreren Sensoren und/oder Detektoren versehen.
Auf Basis der Messwerte des Partikelzählers bzw. des Detektors erfolgt die Steuerung der Entleerung. Für die Entleerung wird die Kugel des Kugelhahns über die Drehachse so gedreht, dass die isolierten Partikel in den Ausgang der Entleerungseinheit gelangen.
Für die Drehung der Kugel wird ein Motor eingesetzt, bevorzugt ein Elektro- oder Pneumatikmotor, der in Abhängigkeit vom Partikelzähler angesteuert wird, bevorzugt automatisch angesteuert wird.
Der Begriff „Entleerungseinheit“ impliziert bzw. offenbart inhärent ein Volumen der mindestens einen Sacklochbohrung in Abhängigkeit von dem durch die Zuleitung zugeführten Stoffvolumen, also dem Zulauf.
Für einen kontinuierlichen Betrieb entspricht der Zulauf im Wesentlichen oder ist gleich dem Austrag. In einer Alternative ist die Zuleitung als Zwischenlager, sozusagen als Puffer ausgelegt, um bis zur Verfügungstellung einer leeren Sacklochbohrung den Zulauf aufzufangen, zwischen zu lagern bzw. zu speichern. Am oberen Ende der Zuleitung ist mithin ein kontinuierlicher Abfluss des Zulaufs sichergestellt.
Im Sinne der Erfindung bedeutet der Begriff „im Wesentlichen entsprechend“ bzw. „im Wesentlichen gleich“, eine Abweichung bzw. einen Unterschied zwischen 2 Werten von maximal 50 %, 45%, 40 %, bevorzugt 30%, 25%, besonders bevorzugt 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, insbesondere 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% oder 0,5%, 0,1%.
In einer Ausführung ist der Kugelhahn fluiddicht oder nahezu fluiddicht. In einer Alternative ist die gesamte Entleerungseinheit fluiddicht oder nahezu fluiddicht. Zur Definition des Begriffs „nahezu“ siehe unten.
In einer weiteren Ausführung weist die Kugel eine Drehachse auf, deren Lage zwischen 0° und 45° von der Horizontalen abweicht. Bevorzugt ist die Drehachse parallel zur Horizontalen.
Die Drehung der Kugel kann über eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung der Kugel zu einer drehbar gelagerten Welle erfolgen. Die Welle kann motorisch, hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben und/oder gedreht werden.
Eine Ausführung betrifft eine Kugel mit mindestens einem Sackloch, das in Füllstellung in einem Winkel von 45° bis 90° zur Drehachse angeordnet ist.
Das bedeutet, dass mindestens eine gerade Wand, sofern vorhanden, des Sacklochs oder die Längsachse des Sacklochs - die bevorzugt senkrecht durch die Fläche der Öffnung des Sacklochs geht - einen Winkel von 45° bis 90° zur Drehachse aufweist.
In einer Ausführung ist die Entleerungseinheit temperaturstabil. Das bedeutet, dass die Einheit bei Temperaturen von -180°C bis 2000 °C, bevorzugt zwischen -20°C und 1500 °C, besonders bevorzugt 200°C bis 1000°C, insbesondere 400°C bis 700°C stabil ist, d. h. keine Schädigungen oder strukturellen Änderungen durch das Fluid aufweist.
In der bevorzugten Ausführung ist die Entleerungseinheit temperaturstabil und weist während des Betriebs im Wesentlichen die Temperatur einer Metallschmelze auf.
In einer weiteren Ausführung besteht die Kugel aus Keramik oder ist damit beschichtet.
Ebenso ist die Aushöhlung, in welcher die Kugel im Gehäuse gelagert ist oder das gesamte Gehäuse ebenfalls aus Keramik oder ist damit beschichtet.
In einer Alternative ist die Kugel und oder das Gehäuse aus Edelstahl, Keramik-Metall-Verbund, Keramik-Faser-Verbund, Verbund aus unterschiedlichen Keramikwerkstoffen oder Keramik-Compound.
In einer weiteren Alternative werden diese Materialien als Beschichtung von Kugel und oder Gehäuse eingesetzt.
Sowohl Kugel als auch Gehäuse bzw. zumindest die Aushöhlung, in welcher die Kugel gelagert ist, sind in einer Alternative aus einem Material mit einer Schmelztemperatur, die oberhalb der Temperatur der Tauchbadschmelze liegt. Eingesetzt werden in dieser Alternative Stahl, Edelstahl und/oder Stahllegierungen sowie mineralische Stoffe oder Verbundstoffe der zuvor genannten Stoffe.
In einer bevorzugten Ausführung wird als Keramik Zirkonoxid (ZrO2), Siliziumnitrid (Si3N4), C - Wolframkarbid, Schwefelsiliziumcarbide (SSiC), Aluminiumoxid (AI203) und oder Kombinationen davon eingesetzt, besonders bevorzugt Zirkonoxid als Material für die Kugel; besonders bevorzugt Aluminiumoxid als Material für Gehäuse oder Beschichtung des Gehäuses und/oder Sitzring. In einer Alternative werden diese Stoffe zur Beschichtung eingesetzt.
Eine Ausführung ist mithin auf eine Kugel, Gehäuse und/oder Sitzring aus beschichtetem Material gerichtet.
Dadurch sind Kugel und Kammer nicht nur temperaturstabil sondern auch ätzstabil, insbesondere säuren - und/oder laugenstabil. Insbesondere Zink oder Aluminium enthaltende Schmelzbäder sind sehr aggressiv, so dass eine Abdichtung oft schwierig ist. Die erfindungsgemäße Einheit überwindet diesen Nachteil durch die oben beschriebene Kugel und Gehäuse des Kugelhahns.
Eine Ausführung betrifft eine Entleerungseinheit mit einem beheizbaren Hohlraum, beziehungsweise Kammer, in welchem sich die Kugel des Kugelhahns befindet, oder ein komplett beheizbares Gehäuse.
In einer weiteren Ausführung weist die Entleerungseinheit an mindestens einem Ausgang eine Auffangeinheit auf. In dieser Auffangeinheit werden die isolierten Partikel letztendlich entleert. Neben den isolierten Partikeln kann in dem Sackloch auch noch Fluid vorhanden sein.
Eine Ausführung betrifft die Entleerungseinheit die mindestens eine Zuleitung, also eine fluiddichte Verbindung, zu dem Unterlauf eines Hydrozyklons aufweist. Auch diese Zuleitung ist bevorzugt temperaturstabil und/oder ätzstabil.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Hydrozyklon ein Partikelabscheider, in dem Partikel aus einem heterogenen Gemisch abgetrennt werden. In einem heterogenen Gemisch befinden sich die Partikel in einem Fluid. Ein Fluid ist erfindungsgemäß in einer Alternative eine Flüssigkeit. In einer weiteren Alternative ist das Fluid ein Gas. Mithin werden in einer Alternative durch den Hydrozyklon Partikel aus einer Suspension abgetrennt, d. h. Partikel werden aus einer Flüssigkeit abgetrennt bzw. abgeschieden. Die Partikel sind Feststoffpartikel oder Tröpfchen, bevorzugt Feststoffpartikel suspendiert in einer Flüssigkeit. In einer weiteren Alternative werden Partikel aus einem Aerosol abgetrennt bzw. abgeschieden. Auch in dieser Alternative können die Partikel Feststoffpartikel oder Tröpfchen sein, sodass es sich um Rauch oder Nebel handelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Hydrozyklon einen zylindrischen oberen Bereich, in welchen die Zuführleitung tangential mündet, und einen unterhalb des oberen Bereichs angeordneten konischen unteren Bereich, welcher in eine Unterlauföffnung mündet, aufweist, wobei ein mit einer Rückführleitung verbundenes Tauchrohr von oben senkrecht in das Innere des oberen Bereichs ragt. Durch die tangentiale Einleitung des heterogenen Gemisches, insbesondere der Schmelze in den zylindrischen oberen Bereich wird das Fluid zu der abwärtsgerichteten Wirbelströmung gezwungen, welche sich aufgrund des konischen unteren Bereichs nach unten zunehmend verjüngt. Durch die Verjüngung kommt es zu einer Verdrängung von Volumen nach innen und zu einem Aufstau im unteren Bereich, was zur Bildung eines inneren, aufwärtsgerichteten Wirbels führt, der durch das Tauchrohr in die Rückführleitung entweicht. Hierdurch werden spezifisch schwerere Partikel an der Wand des Zyklons abgeschieden und somit durch die Unterlauföffnung ausgetragen, während die spezifisch leichtere Fraktion, hier das gereinigte Fluid, insbesondere gereinigte Schmelze, durch das Tauchrohr entweicht. Es wird somit ein von schwereren Feststoffpartikeln gereinigtes Fluid in das Tauchbad zurückgeführt. Die Verwendung des Hydrozyklons hat den Vorteil, dass eine vergleichsweise lange Standzeit erzielt wird, da die abgeschiedenen Rückstände durch die Unterlauföffnung aus dem Hydrozyklon ausgetragen werden. Vorzugsweise wird durch die Verwendung einer elektromagnetischen Pumpe die laminare Bewegung des flüssigen Fluids in den Hydrozyklon ermöglicht, wodurch sich dann die benötigte Wirbelströmung ausbildet.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage umfassend eine mit einer Reinigungseinheit verbundene Entleerungseinheit wie oben beschrieben.
Die Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage umfasst eine Reinigungseinheit zum Abtrennen von Feststoffpartikeln aus einem heterogenen Gemisch, bevorzugt einer Schmelze, eine zur Reinigungseinheit führende Zuführleitung, die mit einem Tauchbad der Schmelztauchbeschichtungsanlage in Wirkverbindung bringbar ist, und eine von der Reinigungseinheit zum Tauchbad führende Rückführleitung für das mittels der Reinigungseinheit gereinigte Fluid, bevorzugt Schmelze. Die Reinigungseinheit ist außerdem mit der Entleerungseinheit über die Zuleitung zur Entleerungseinheit verbunden.
In einer Ausführung weist die Reinigungseinheit einen Hydrozyklon auf oder ist ein Hydrozyklon.
Die Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze wie oben beschrieben ist mithin eine Reinigungsvorrichtung die nicht identisch mit der Reinigungseinheit ist, sondern zusätzlich zu der mindestens einen Reinigungseinheit und der mindestens einen Entleerungseinheit wie oben beschrieben noch weitere Komponenten wie beispielsweise Zuführleitungen (auch Zuleitung genannt) und gegebenenfalls mindestens eine Auffangeinheit aufweist.
Ein weiterer Bestandteil der Reinigungsvorrichtung ist eine Pumpeneinheit zum Fördern der Schmelze durch die Zuführleitung zur Reinigungseinheit. Die Pumpeinheit dient dazu, das zu reinigende heterogene Gemisch in kontinuierlicher Weise tangential in den Hydrozyklon zu fördern, wodurch im Hydrozyklon eine Abtrennung der Feststoffpartikel aus dem Fluid erzielt wird.
In vorteilhafter Weise gelangen hierbei keine bewegten Teile der Pumpe in unmittelbaren Kontakt mit der Schmelze, so dass einerseits die Abdichtung der Pumpe vereinfacht wird und andererseits die Standzeit der Pumpe erhöht wird.
Die Pumpeinheit ist insbesondere in die Zuführleitung integriert. Bevorzugt umfasst die Pumpeinheit eine elektromagnetische Pumpe und insbesondere eine elektromagnetische Rundpumpe.
Die Pumpe enthält mindestens 3 Spule oder Vielfache davon, bevorzugt 12-18 Spulen, besonders bevorzugt 18 Spulen, maximal 36 Spulen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmelze mittels einer elektromagnetischen Rundpumpe von dem Tauchbad durch die Zuführleitung zur Reinigungseinheit gepumpt wird, wobei die Schmelze tangential in das Innere des Hydrozyklon eingeleitet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein der Reinigungseinheit abgewandtes Ende der Zuführleitung in einem unteren Bereich des Tauchbades angeordnet ist, so dass das Gemisch vom unteren Bereich des Tauchbades, in welchem sich die Schlacke typischerweise ablagert, in Richtung der Reinigungseinheit angesogen wird. Als unteren Bereich des Tauchbades wird die untere Hälfte, bevorzugt das untere Drittel, besonders bevorzugt das untere Viertel des Gefäßes des Tauchbades definiert.
In einer Ausführung ist der gesamte Hydrozyklon und gegebenenfalls auch die entsprechenden Zuleitungen und Ableitungen (wegführende Leitungen), mithin alle Materialien die mit dem Fluid, insbesondere der Schmelze, in Kontakt kommen können, aus demselben Material wie die Kugel bzw. aus einem wie oben beschriebenen, für die Kugel einsetzbarem Material oder damit beschichtet.
Durch die keramische Oberfläche wird einerseits der Verschleiß minimiert und andererseits, aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit nahezu die gesamte eingebrachte Wärmeenergie erhalten. Ferner ermöglicht die keramische Oberfläche ein störungsfreies Fließen des Fluid, gegebenenfalls einschließlich der Partikel in den jeweiligen Komponenten.
Erfindungsgemäß bedeutet der Begriff „nahezu“ keine oder lediglich eine geringe Abweichung von einem vorgegebenen Wert oder einem Idealwert, bevorzugt eine Abweichung von maximal 50 %, 40 % oder 30 %, besonders bevorzugt eine Abweichung von lediglich 25 %, 20 %, 15 % oder 10 %, insbesondere 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 5 %, 2 %, 1% Prozent, 0,5 %, oder weniger.
In einer Ausführung ist der Hydrozyklon zum Beispiel als Stahl, als Dreh- oder 3D-Druckteil, Tiefzieh- oder Schweißteil gefertigt mit einer Wandstärke von 2-10 mm, bevorzugt 3-5 mm, insbesondere 3,5-4,5 mm oder 4 mm. Im Inneren ist zusätzlich eine Keramikschicht aus einem wie oben beschriebenen Stoff aufgebracht. Analog dazu sind die Leitungen ausgestaltet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Entleerungseinheit zum Abtransportieren der von der Reinigungseinheit abgetrennten Feststoffpartikel aufweist, wobei bevorzugt die Entleerungseinheit eine unterhalb der Unterlauföffnung die oben beschriebene Kugel mit Sackloch aufweist. Dabei ist das Sackloch unterhalb der Unterlauföffnung zur störungsfreien Aufnahme der isolierten Partikel angeordnet.
In einer Ausführung ist die Unterlauföffnung nicht zentral oberhalb des Sacklochs angeordnet, mithin bilden die Längsachse des Sacklochs und jene der Unterlauföffnung keine gemeinsame Gerade. In einer Alternative sind die beiden Längsachsen parallel. In einer weiteren, bevorzugten Alternative ist die Längsachse des Sacklochs, insbesondere während der Befüllung nicht senkrecht zur Horizontalen, sondern ist zur Längsachse der Unterlauföffnung hin geneigt. Dadurch wird eine störungsfreie Befüllung des Sacklochs gewährleistet. Des Weiteren ist dadurch ein überschneidungsfreies Umschalten bei der Drehung der Kugel zum Entleeren des Sacklochs möglich.
Die abgetrennten Partikel fließen mithin von der Unterlauföffnung in eine temperaturbeständige Form, das Sackloch, in der sie in einer Alternative zu Restschmelze erstarren. In einer weiteren Alternative bleibt die Restschmelze flüssig durch Beheizung der Kugel bzw. des Gehäuses. Der Inhalt des Sacklochs wird nach Drehung der Kugeln in der Auffangeinheit gesammelt und anschließend entsorgt oder recycelt. In vorteilhafter Weise wird somit ein (quasi-) kontinuierlicher Abtransport der abgetrennten Feststoffpartikel in einer vergleichsweise einfach zu handhabender Weise erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest teilweise eine Wärmeisolierung und/oder Wärmevorrichtung aufweist, wobei bevorzugt die Reinigungseinheit und/oder die Pumpeinheit eine Wärmeisolierung aufweisen, sowie gegebenenfalls die Zuleitungen und Ableitungen und gegebenenfalls die Entleerungseinheit.
Die Wärmevorrichtung umfasst in einer Alternative Widerstandsdrähte, die um die jeweilige Komponenten gewickelt sind. In einer weiteren, bevorzugten Alternative werden Heizmanschetten eingesetzt. Die Heizmanschetten umschließen bevorzugt alle Komponenten, sodass die Wärmeenergie gezielt auf die Komponenten geleitet werden kann. Vorteilhaft weisen die Heizmanschetten ein eingearbeitetes Gewebe auf, wodurch die Heizverluste minimiert werden. In einer Alternative sind einzelne Manschetten über eigene Heizkreise über eine Elektronik separat ansteuerbar. In vorteilhafter Weise wird mittels der Wärmeisolierung eine übermäßige Temperaturänderung des Fluids, bevorzugt der Schmelze während der Reinigung verhindert, so dass die Viskosität des Fluids, bevorzugt der Schmelze nicht zu stark ansteigt bzw. die Schmelze nicht erstarrt.
Vorteilhaft wird durch die Wärmeisolierung und gegebenenfalls Temperier - Komponenten die Temperatur in der gesamten Vorrichtung und auch Tauchbad konstant gehalten.
Die gesamte Reinigungsvorrichtung, wie oben beschrieben, ist mindestens komponentenweise beheizbar und/oder wärmeisoliert. In einer bevorzugten Ausführung, bei Einsatz der Entleerungseinrichtung bzw. der Vorrichtung zum Reinigen eines Gemisches, bevorzugt einer Metallschmelze müssen alle Komponenten die unmittelbar mit dem Fluid und/oder Gemisch, bevorzugt der Schmelze in Kontakt treten auf eine Temperatur von mindestens -180°C-2000 °C, bevorzugt zwischen -20°C-1500 °C , besonders bevorzugt 200°C bis 1000°C, insbesondere 400°C bis 700°C aufweisen.
In dieser bevorzugten Ausführung enthält oder besteht die Schmelze im Wesentlichen aus Zink, Aluminium, Silizium und/oder Magnesium, bevorzugt Zink sowie darauf basierende oder diese Stoffe enthaltende Legierungen.
Gemäß einer Alternative der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Temperierungseinheit zum Heizen und/oder Kühlen aufweist.
Obwohl mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich ein geringer Anteil des heterogenen Gemisches, bevorzugt der Schmelze, von Partikeln, bevorzugt von Schlacke befreit wird, werden alle Voraussetzungen für eine optimale Beschichtung im Tauchbad erfüllt. Durch das erfindungsgemäße, kontinuierliche Verfahren werden genügend Partikel entfernt, es wird ein Abscheidegrad von mindestens 10%, 20 %, bevorzugt 50 %, besonders bevorzugt 40 % und insbesondere 50 % bis maximal 60 %, bevorzugt 70 %, besonders bevorzugt 80 %, insbesondere 99 % oder mehr erreicht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schmelztauchbeschichtungsanlage zum Beschichten von Metallband aufweisend ein mit Schmelze befüllbares Tauchbad und eine Transportvorrichtung zum Transport des Metallbands durch das Tauchbad, wobei die Schmelztauchbeschichtungsanlage die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung der Schmelze aufweist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Entleeren eines Zulaufs mit einer Entleerungseinheit wie oben beschrieben, umfassend die folgenden Schritte:

a) Anordnung mindestens eines Sacklochs in fluidscher Verbindung mit der Zuleitung,
b) Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sacklochs,
c) bei Erreichen eines vorher bestimmten Wertes der Partikelkonzentration erfolgt Drehung der Kugel um die Drehachse,
d) Entleerung der Masse aus dem Sackloch in die Auffangeinheit,
e) Drehung der Kugel bis zur Anordnung eines leeren Sacklochs in fluidscher Verbindung der Zuleitung,

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage, wobei die Schmelze aus einem Tauchbad der Schmelztauchbeschichtungsanlage durch eine Zuführleitung einer Reinigungseinheit zugeführt wird, wobei innerhalb der Reinigungseinheit Feststoffpartikel von der Schmelze abgetrennt werden und wobei die mittels der Reinigungseinheit gereinigte Schmelze durch eine Rückführleitung zurück in das Tauchbad geführt wird, wobei die Schmelze innerhalb der als Hydrozyklon ausgebildeten Reinigungseinheit in einer sich verjüngenden, schraubenförmigen Wirbelströmung geführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die aus der Schmelze durch die Wirbelströmung abgetrennten Feststoffpartikel durch eine Unterlauföffnung des Hydrozyklons abgeführt werden und die gereinigte Schmelze durch ein der Unterlauföffnung gegenüberliegendes vertikales Tauchrohr der Rückführleitung zugeführt wird.
Die Entleerung kann in Abhängigkeit der Konzentrationsmessung erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Reinigungseinheit und/oder die elektromagnetische Rundpumpe mittels einer Temperierungseinheit geheizt oder gekühlt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine kontinuierliche Reinigung des Gemisches, bevorzugt der Schmelze vorgesehen ist, wodurch sich einerseits die Standzeit der Schmelztauchbeschichtungsanlage verlängert und andererseits die Sauberkeit der Schmelze in erheblicher Weise steigern lässt. Gleichzeitig kann der Ausschuss der Schmelze verringert werden, da durch die Verwendung des Hydrozyklons nur die Feststoffpartikel bzw. Schlacke von der Schmelze getrennt werden, während die gereinigte Schmelze dem Tauchbad zurückgeführt wird. Insbesondere werden Feststoffpartikel, wie Schlacke, Oxidhäutchen und dergleichen aus der Schmelze ausgefiltert, so dass sich diese Feststoffpartikel nicht mehr in der Beschichtung des zu beschichtenden Metallbandes niederschlagen können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der laufende Betrieb der Schmelztauchbeschichtungsanlagen durch die Reinigung der Schmelze nicht beeinträchtigt wird. Ferner können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher Weise auch bereits bestehende Schmelztauchbeschichtungsanlagen nachgerüstet werden. Die Schmelze umfasst vorzugsweise eine Metallschmelze in Form von geschmolzenem Beschichtungsmaterial aus schmelzflüssigem Metall oder einer Legierung. Insbesondere Zink, Aluminium und auf diesen basierende Legierungen sind hierfür üblich. Die Schmelztauchbeschichtungsanlage umfasst insbesondere eine Feuerbeschichtungsanlage und dient insbesondere zum kontinuierlichen Beschichten von Metallbändern oder zum Beschichten von einzelnen Metallbauteilen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figurenliste

1a zeigt eine schematische Ansicht einer Entleerungseinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1b zeigt einen Ausschnitt aus 1a mit Lochbohrung in Position zur Entleerung.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 a ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Entleerungseinheit 1 mit Hydrozyklon 9 dargestellt. Über eine Zuführleitung 12 wird eine Suspension bzw. ein Fluid mit Partikeln in den Hydrozyklon, in den zylindrischen, oberen Bereich 11 des Hydrozyklons eingeleitet. Das Fluid wird dabei durch den Tropfen 14 symbolisiert, die abzutrennenden Stoffe durch die Partikel 15. Über die Rückführleitungen 13 wird das gereinigte Fluid aus dem Hydrozyklon entfernt.
Die Entleerungseinrichtung 1, angeordnet am Unterlauf 10 des Hydrozyklons enthält die Zuleitung 2, den Ausgang 3, sowie einen Kugelhahn 4. Der Kugelhahn 4 umfasst eine Kammer 5 sowie eine Kugel 6 mit Sacklochs 7, in welchem die abgetrennten Partikel (oder Tropfen) aus dem Hydrozyklon gesammelt werden. Die Entleerungseinheit 4 enthält außerdem einen Detektor 8 der mindestens einen Sensor enthält oder daraus besteht. In 1 ist er unmittelbar an der Kammer 5 angeordnet und kann sowohl beim Füllen als auch bei Entleeren des Sacklochs die Partikelzahl bestimmen. Ein oder mehrere Sensoren bzw. Detektoren können jedoch alternativ oder zusätzlich auch im Sackloch, innerhalb der Kugel, oder an anderen Orten innerhalb oder außerhalb des Gehäuses, also der Entleerungseinheit angeordnet sein.
In 1b ist eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der 1a dargestellt, in welcher lediglich die Entleerungseinheit 1 gezeigt wird. Dargestellt wird die Entleerung des Sacklochs nach Drehung um die Drehachse. Die Drehachse ist hier nicht gesondert dargestellt, ist aber eine Gerade senkrecht zur dargestellten Papierebene durch das Sackloch 7 und die Kugel 6, bevorzugt durch im Mittelpunkt der Kugel 6. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein Motor, der die Drehung der Kugel nach Steuerung in Abhängigkeit von den Detektoren bewirkt.
In 2 ist eine schematische Ansicht einer Schmelztauchbeschichtungsanlage 22 mit einer Vorrichtung 21 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Schmelztauchbeschichtungsanlage 22 umfasst beispielhaft ein Tauchbad 24, welches mit einer Schmelze 23, beispielsweise geschmolzenes Beschichtungsmaterial in Form von Zink, Aluminium oder auf diesen basierenden Legierungen, befüllt ist. Mittels eines Transportmechanismus 26, welcher im vorliegenden Beispiel eine Transportrolle nebst mehreren Führungsrollen umfasst, wird ein Metallband 27 kontinuierlich durch das Tauchbad 24 geführt. Dabei benetzt die Schmelze 23 die Oberfläche des Metallbandes 27. Nach der Abkühlung bildet sich auf dem Metallband 27 somit ein fester metallischer Überzug.
Beim Betrieb der Schmelztauchbeschichtungsanlage 22 reichern sich in der Schmelze 23 mit zunehmender Zeit Verunreinigungen in Form von Feststoffpartikeln an, welche sich als Schlacke insbesondere als Schwebeschlacke oder im Bodenbereich des Tauchbades 24 als Bodenschlacke ansammeln. Damit diese Schlacke die Beschichtung des Metallbandes 27 nicht nachteilig beeinflusst, weist die Schmelztauchbeschichtungsanlage 22 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 21 zum Reinigen der Schmelze 23 auf, mit dessen Hilfe die Schlacke kontinuierlich aus dem Tauchbad 24 entfernt wird.
Die Vorrichtung 21 weist hierfür eine Zuführleitung 12 auf, deren freies Ende im unteren Bereich, d.h. knapp über dem Boden, des Tauchbades 24 angeordnet ist und dessen anderes Ende in einen Hydrozyklon 9 mündet. Die Zuführleitung 12 durchläuft dabei eine Pumpeneinheit 25, welche als elektromagnetische Rundpumpe ausgebildet ist. Die elektromagnetische Rundpumpe dient als Förderpumpe und pumpt mit Schlacke behaftete Schmelze 23 aus dem unteren Bereich des Tauchbads 24 durch die Zuführleitung 12 in den Hydrozyklon 9.
Bezugszeichenliste

1: Entleerungseinheit
2: Zuleitung
3: Ausgang
4: Kugelhahn
5: Kammer
6: Kugel
7: Sackloch
8: Detektor
9: Hydrozyklon
10: Unterlauf Hydrozyklon
11: Oberer Bereich Hydrozyklon
12: Zuführleitung
13: Rückführungsleitung
14: Tropfen (stilisiert)
15: Partikel
21: Vorrichtung
22: Schmelztauchbeschichtungsanlage
23: Schmelze
24: Tauchbad
25: Pumpeinheit
26: Transportvorrichtung
27: Metallband

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19639282 A1 [0002]
DE 10243499 A1 [0002]
DE 10234010 B4 [0005]
DE 102014104509 A1 [0005]

Claims

Entleerungseinheit umfassend - mindestens eine Zuleitung, - mindestens einen Ausgang, - einen Kugelhahn angeordnet zwischen Zuleitung und Ausgang, mit einer in einer Kammer gelagerten drehbaren Kugel, wobei die Kugel mindestens ein Sackloch aufweist und - mindestens einen Detektor eines Partikelzählers zur Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sackloch.
Entleerungseinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelhahn oder die gesamte Entleerungseinheit fluiddicht ist.
Entleerungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel eine Drehachse aufweist deren Lage zwischen 0 und 45° von der Horizontalen abweicht.
Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sackbohrung in einem Winkel von 45° bis 90° zur Drehachse angeordnet ist.
Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit temperaturstabil ist.
Entleerungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel aus Keramik besteht oder damit beschichtet ist.
Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie an mindestens einem Ausgang eine Auffangeinheit aufweist.
Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuleitung eine Verbindung zu dem Unterlauf eines Hydrozyklons aufweist oder ist.
Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage umfassend eine mit einer Reinigungseinheit verbundene Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-8.
Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze nach Anspruch 9, wobei die Reinigungseinheit ein Hydrozyklon umfasst oder ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Vorrichtung eine zur Reinigungseinheit führende Zuführleitung, die mit einem Tauchbad der Schmelztauchbeschichtungsanlage in Wirkverbindung bringbar ist, und eine von der Reinigungseinheit zum Tauchbad führende Rückführleitung für das mittels der Reinigungseinheit gereinigte Fluid aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei sie mindestens komponentenweise beheizbar und oder wärmeisoliert ist.
Verfahren zum Entleeren eines Zulaufs mit einer Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-8 umfassend folgende Schritte: a) Anordnung mindestens eines Sacklochs in Verbindung zu der Zuleitung, b) Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sackloch, c) bei Erreichen eines vorher bestimmten Wertes Drehung der Kugel um die Drehachse, d) Entleerung der Masse aus dem Sackloch in die Auffangeinheit, e) Drehung der Kugel bis zur Anordnung einer leeren Sacklochbohrung in Verbindung zu der Zuleitung, wobei bei Vorhandensein von mindestens 2 Sacklöchern in der Kugel Schritt e) vor Schritt d) oder Schritt e) gleichzeitig Schritt d) durchgeführt wird.
Verfahren zum Reinigen eines flüssigen Beschichtungsmaterials einer Tauchbeschichtungsanlage, wobei das flüssige Beschichtungsmaterial aus einem unteren Bereich des Tauchbads der Tauchbeschichtungsanlage durch eine Zuführleitung einer Reinigungseinheit nach einem der Ansprüche 9-12 zugeführt wird, wobei innerhalb der Reinigungseinheit Feststoffpartikel von dem flüssigen Beschichtungsmaterial abgetrennt werden und wobei das mittels der Reinigungseinheit gereinigte flüssige Beschichtungsmaterial durch eine Rückführleitung zurück in das Tauchbad geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Beschichtungsmaterial innerhalb des Hydrozyklons in einer sich verjüngenden, schraubenförmigen Wirbelströmung geführt wird und dass die aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial durch die Wirbelströmung abgetrennten Feststoffpartikel durch eine Unterlauföffnung des Hydrozyklons abgeführt werden, das gereinigte flüssige Beschichtungsmaterial durch ein der Unterlauföffnung gegenüberliegendes vertikales Tauchrohr der Rückführleitung zugeführt wird und die Feststoffe über eine Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-9 in eine Auffangeinheit abgeführt werden.
Verwendung einer Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-8 zum Formen von Massen aus abgetrennten Partikel.