DE4101011A1 - Verfahren zur hochtemperaturverzinkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hochtemperaturver­ zinkung von Gegenständen aus Eisen oder Eisenlegierungen.

Verfahren zur Verzinkung von Metallgegenständen zum Schutz gegen Korrosion sind bekannt. Bei einem als Feuer- oder Tauchverzinken bekannten Verfahren erfolgt die Verzinkung durch Eintauchen der Metallgegenstände in eine Zink­ schmelze, wobei die Temperatur der Zinkschmelze üblicher­ weise 450°C beträgt und die Zinkschmelze an Eisen gesättigt ist. Als nachteilig hat sich bei diesem Verfahren jedoch herausgestellt, daß sich Zinkschichten mit relativ geringer Schichtdicke nicht herstellen lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem es gelingt, im Verlauf eines Verzinkungsprozesses eine vergleichsweise dünne Zink­ auflage auf Gegenständen aus Eisen oder Eisenlegierungen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zinkschmelze auf einer Temperatur von oberhalb 530°C, vor­ zugsweise bei 560 bis 640°C, gehalten wird und nicht an Eisen gesättigt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erstmals ein wirtschaftlicher Weg angegeben, der nach dem Prinzip der Feuerverzinkung die Herstellung von Zink­ auflagen mit einer Schichtdicke von unter 70 µm, in der Regel sogar unter 50 µm, ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß sich dünnere Zinkauflagen nur in einem nicht mit Eisen gesättigten Zinkbad erreichen lassen und daß es nur bei höheren Badtemperaturen als bisher üblich gelingt, die Sättigungsgrenze wirksam und über einen längeren Zeitraum zu unterschreiten, da die Eisenlöslichkeit der Zinkschmelze bei der üblicherweise eingehaltenen Temperatur von 450°C mit 0,02 Masse-% nur sehr gering ist, so daß die Zinkschmelze rasch an Eisen gesättigt wird.

Die Löslichkeit von Eisen im Zink nimmt mit steigender Tem­ peratur stark zu. So beträgt sie bei

500°C ca. 0,10Masse-%
550°C ca. 0,28Masse-%
600°C ca. 0,70Masse-%
640°C ca. 1,50Masse-%

Diese Werte zeigen, daß eine Feinzinkschmelze mit einem Anfangsgehalt an Eisen von weniger als 0,001 Masse-% bei einer Temperatur von mehr als 500°C zunächst eine weitaus höhere Aufnahmefähigkeit für Eisen besitzt als eine Fein­ zinkschmelze mit einer Temperatur von 450°C. So liegt die Eisenaufnahmefähigkeit bei 500°C etwa um das 5fache, bei 550°C etwa um das 14fache und bei 600°C etwa um das 35fache höher als bei 450°C. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht deshalb vor, daß die Temperatur der Zinkschmelze 530°C nicht unterschreitet.

Versuche haben gezeigt, daß bei einer Verzinkung in einer an Eisen ungesättigten Zinkschmelze die Schichtdicke der Zinkauflage relativ dünn ausfällt. Erreicht der Eisengehalt in der Zinkschmelze die Sättigungsgrenze, so werden die Zinkauflagen dicker. So wurden beispielsweise folgende Zinkauflagen erzielt:

Um eine über einen möglichst langen Zeitraum gleichmäßig dünne Zinkauflage zu erhalten, ist es demnach notwendig, daß der Eisengehalt einer Zinkschmelze möglichst niedrig liegt. Es ist deshalb erforderlich, daß das gelöste Eisen vor Erreichen der Sättigungsgrenze in bestimmten Zeitab­ ständen aus der Zinkschmelze entfernt wird. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, daß von Zeit zu Zeit der Verzinkungs­ prozeß unterbrochen und die Temperatur der Zinkschmelze auf ca. 530°C oder auch darunter abgesenkt wird. Das Absenken der Temperatur bewirkt, daß die Eisenlöslichkeit der Zink­ schmelze wieder abnimmt und dadurch die Sättigungsgrenze für Eisen überschritten wird. Es kommt zur Ausscheidung von Eisen-Zink-Verbindungen, dem sogenannten Hartzink, das sich aufgrund seiner höheren Dichte am Boden des Verzin­ kungskessels absetzt und, beispielsweise mittels Greifern, aus der Zinkschmelze entfernt werden kann. Nach dem Entfer­ nen des Hartzinks kann das Bad erneut auf eine Temperatur von oberhalb 530°C erwärmt werden, wodurch wieder ein an Eisen ungesättigtes Bad vorliegt, in dem die Verzinkung fortgesetzt werden kann.

Da das Absenken der Temperatur der Zinkschmelze, das Ent­ fernen des Hartzinks und das danach erneute Erwärmen eine relativ lange Zeit beansprucht, während der der Verzin­ kungsprozeß unterbrochen werden muß, ist nach einem weite­ ren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, daß ein Teil der Zinkschmelze kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen aus dem Verzinkungsbad entnommen und in einen separaten Kessel, einen Seigerungskessel, transportiert wird. Die dem Verzinkungsbad entnommene Zinkschmelze wird im Seigerungs­ kessel auf ca. 530°C abgekühlt, wobei Hartzink ausgeschie­ den wird und das eisenarme Zink wieder in den Verzinkungs­ kessel zurücktransportiert. Zum Transport der Zinkaschmelze aus dem Verzinkungsbad in den Seigerungskessel und umge­ kehrt werden vorzugsweise Pumpen eingesetzt. Das abgeschie­ dene Hartzink am Boden des Seigerungskessels wird in gewis­ sen Zeitabständen z. B. mittels eines Greifers entfernt. Diese Vorgehensweise ermöglicht, daß der Verzinkungsprozeß nicht unterbrochen werden muß und gewährleistet eine wirt­ schaftliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Verzinkungskessel 1 und ein Seige­ rungskessel 2 dargestellt. Im Verzinkungskessel 1 befindet sich eine Zinkschmelze, die auf einer Temperatur von 590 bis 620°C gehalten wird. In diese Zinkschmelze werden die zu verzinkenden Gegenstände, beispielsweise aus Stahl, ein­ getaucht. Da beim Verzinken der Eisengehalt zunimmt, die Sättigungsgrenze für Eisen jedoch nicht erreicht werden soll, fördert eine Pumpe 3 kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen flüssiges Zink aus dem Verzinkungskessel 1 in den Seigerungskessel 2 der ebenfalls flüssiges Zink enthält. Im Seigerungskessel 2 herrscht eine Temperatur von ca. 530°C, so daß sich ein Sättigungszustand bei einem Eisengehalt von ca. 0,2 Masse-% einstellt, das übersättigte Eisen in Form von Hartzink 4 abgeschieden wird und sich am Boden des Seigerungskessels 2 absetzt. Durch Zurückführen von Zinkschmelze mittels einer Pumpe 5 aus dem Seigerungs­ kessel 2 in den Verzinkungskessel 1 kann somit der Eisenge­ halt im Verzinkungskessel 1 dem Eisengehalt im Seigerungs­ kessel 2 angenähert werden, so daß die bei der höheren Betriebstemperatur des Verzinkungskessels 1 bei 0,28 Masse-% oder höher liegende Sättigungsgrenze nicht erreicht wird. Die Zirkulationsmenge zwischen dem Verzinkungskessel 1 und dem Seigerungskessel 2 ist abhängig von der Eisenaufnahme im Verzinkungskessell und muß dieser angepaßt werden. Um den Wärmeverlust gering zu halten, kann ein Wärmetauscher 6 vorgesehen sein, in dem das in den Verzinkungskessel 1 zurückgeführte Zink durch das daraus abgepumpte Zink erwärmt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Hochtemperaturverzinkung von Gegenständen aus Eisen oder Eisenlegierungen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zinkschmelze auf einer Temperatur von oberhalb 530°C, vorzugsweise bei 560 bis 640°C, gehal­ ten wird und nicht an Eisen gesättigt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von Zeit zu Zeit durch Absenken der Temperatur der Zinkschmelze das übersättigte Eisen als Eisen-Zink- Phase auskristallisiert und aus der Zinkschmelze ent­ fernt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich oder intermittierend ein Teil der Zinkschmelze aus dem Verzinkungsbad in einen separaten Kessel gefördert und ein entsprechender Teil aus dem separaten Kessel in das Verzinkungsbad zurückgefördert wird, wobei die Schmelze in dem separa­ ten Kessel auf einer niedrigeren Temperatur, insbeson­ dere bei etwa 530°C, gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die entnommene Zinkschmelze in einem Wärmetauscher mit Hilfe der zurückgeführten Zinkschmelze gekühlt wird.