EP3638822B1 - Vorrichtung und verfahren zur separierung von gasatmosphären - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur separierung von gasatmosphären Download PDF

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EP3638822B1
EP3638822B1 EP17733381.2A EP17733381A EP3638822B1 EP 3638822 B1 EP3638822 B1 EP 3638822B1 EP 17733381 A EP17733381 A EP 17733381A EP 3638822 B1 EP3638822 B1 EP 3638822B1
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EP
European Patent Office
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units
suction
blowing
unit
gas
Prior art date
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Active
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EP17733381.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3638822A1 (de
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Sridhar Palepu
Michael Peters
Andreas WESTERFELD
Dr. Joachim HÜLSTRUNG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Publication of EP3638822B1 publication Critical patent/EP3638822B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0073—Seals
    • F27D99/0075—Gas curtain seals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/561—Continuous furnaces for strip or wire with a controlled atmosphere or vacuum

Definitions

  • gas atmospheres that can differ from neighboring gas atmospheres.
  • the difference can lie in different gas compositions or in process-related vapors, dusts or particles that can pollute the gas atmosphere or affect the product.
  • a system for continuous hot-dip galvanizing of steel strip consists of a continuous annealing furnace, a zinc bath (molten bath), a device for adjusting the zinc coating thickness and a subsequent cooling device.
  • the steel strip is continuously annealed in the continuous furnace, the continuous furnace being divided into several chambers in which various treatments are carried out. These treatments include, for example, setting the desired mechanical properties of the base material through recrystallization of the steel. In addition, iron oxides formed in a preheating zone are reduced.
  • the strip is cooled under protective gas (HNX) to a temperature close to the melt bath temperature.
  • HNX protective gas
  • the protective gas is intended to prevent the annealed strip from oxidizing before galvanizing, which would considerably impair the adhesion of the zinc layer. Because of the different treatments, different gas atmospheres are sometimes required in the chambers.
  • the connecting piece or lock between the annealing furnace and zinc bath containing protective gas is called a trunk.
  • a device for removing zinc vapor in a trunk of a continuous galvanizing line is known.
  • the trunk is provided with injection openings (circulation openings) and suction openings arranged vertically below.
  • injection openings circulation openings
  • suction openings arranged vertically below.
  • a single injection opening and a single suction opening vertically below it are arranged in the trunk wall facing the upper side of the steel strip.
  • a single injection opening and a single suction opening vertically below it are also arranged.
  • a single injection opening is arranged in a side wall of the trunk, while two suction openings are provided vertically underneath, which are designed as longitudinal slots in tubes that penetrate the side wall of the trunk and extend over the entire top and bottom of the steel strip Extend steel belt width.
  • two suction openings are provided vertically underneath, which are designed as longitudinal slots in tubes that penetrate the side wall of the trunk and extend over the entire top and bottom of the steel strip Extend steel belt width.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device and method which can effectively prevent an influencing of adjacent gas atmospheres, in particular a backflow. Further objects of the invention are to enable inexpensive manufacture, a small footprint and easy assembly.
  • a device for separating gas atmospheres in a lock which has at least one injection unit and a suction unit on opposite walls over the transverse extent of the lock, the injection units being provided directly opposite and the suction units being arranged downstream in the material flow direction, characterized in that the injection units each comprise at least two rows of a plurality of slot nozzles with intervening interruptions, the slot nozzles of the rows being arranged offset from one another, and wherein the interruptions are shorter than the slot nozzles of the adjacent row so that the slot nozzles of the rows overlap in the direction of material flow, and that the slot nozzles of an injection unit are each opposite an interruption in the opposite injection unit.
  • the injection units lie on both sides of the material guided through the lock, preferably a continuous material web, such as a steel strip, the invention also being applicable to conveyed piece goods.
  • the slot nozzles Due to the arrangement in rows and the interruptions in the rows, the slot nozzles can be optimally used, since the jet expansion of the gas flows emerging from adjacent slot nozzles does not interfere with one another and the arrangement forms a closed gas curtain. Due to the staggered arrangement of the slot nozzles of an injection unit in relation to the slot nozzles or interruptions in the opposite injection unit, a tight gas curtain is also formed in the middle area of the lock where the injected gas streams meet. In this way, a very good separation of the gas atmospheres is also achieved outside the material web or between the piece goods.
  • suction units have main openings provided over the transverse extent, the main openings being aligned in the direction of material flow in order to generate a circulating flow.
  • the main openings are thus on the side facing away from the injection unit, which promotes entrainment of the injected gas in the direction of the material flow and the gas atmosphere is circulated. In this way, for example, zinc dust in a proboscis can also be sucked off and then filtered in order to obtain a largely "clean" gas atmosphere.
  • the injection units and suction units are each connected to at least one centered line for supplying and removing gas. In this way, the fluidic conditions can be kept largely the same over the width of the injection and extraction units.
  • the main openings have a greater height in the area of the centered line. Such a design keeps the flow conditions more uniform across the width, which improves the suction effect.
  • suction units comprise additional openings which are oriented perpendicular to the direction of material flow. These additional openings improve the pressure conditions in the lock and reduce the flow velocities at the openings of the suction unit, which has advantages in terms of noise and wear.
  • the slot nozzles are characterized in that the slot nozzles have a width b, that the distance a between the rows is in the range of b ⁇ a ⁇ 2 ⁇ b, and that the overlap u of the slot nozzles in the material flow direction is in the range of b ⁇ u ⁇ 3 ⁇ b, where additionally a ⁇ u.
  • the slot nozzles In order to achieve the best possible separation of the gas atmospheres, the slot nozzles must not be too far apart. It has been shown here that, based on the width of the slot nozzles, a minimum spacing between the rows of the same width achieves good results and, if the spacing is more than twice the width, the gas flow is divided and the risk of impaired separation increases.
  • Preferred embodiments of the device are characterized in that the slot nozzles have a length l in the transverse direction, the length l being in the range of 20 ⁇ b l 50 ⁇ b, preferably in the range of 30 ⁇ b l 35 ⁇ b .
  • Devices according to the invention are characterized in further versions in that additional injection units are arranged upstream in the direction of material flow. These additional injection units further improve the separation of the gas atmospheres and reliably prevent the subsequent gas atmosphere from flowing back.
  • the injection units and / or suction units are divided into a plurality of sections in the transverse direction, with each section comprising its own centered line for supplying or removing gas.
  • each section comprising its own centered line for supplying or removing gas.
  • Designs of the device are characterized in that the injection units and / or suction units have a semicircular cross section. Rounded cross-sections have geometries that are advantageous in terms of flow. Furthermore, the cross-section of the lock to be sealed is reduced by an injection or suction unit placed on the lock wall.
  • Devices according to the invention are preferably operated with a method for separating gas atmospheres in a lock, which is characterized in that a larger volume flow of gas is drawn off through the suction units than the volume flow of gas introduced by the adjacent injection unit.
  • the volume flow withdrawn is 15% to 20% greater than the volume flow introduced by the neighboring injection unit.
  • Embodiments of the method according to the invention are characterized in that a further volume flow is introduced by additional injection units arranged upstream in the material flow direction, the total volume flow introduced corresponding to the extracted volume flow.
  • the further volume flow of the additional injection unit improves the separation of the gas atmospheres, since the further volume flow achieves pressure equalization with respect to the adjacent sections or gas atmospheres.
  • the equalization of the volume flows that are blown in and sucked out largely prevents the gas atmosphere upstream in the direction of material flow from being drawn off.
  • Preferred embodiments of the method are characterized in that, compared to the additional injection unit, the injection unit adjacent to the suction unit has a twice to four times, preferably three times, larger volume flow is introduced. In this way, the separation of the gas atmospheres is achieved by the suction unit and the adjacent injection unit, and the additional injection unit results in an extensive decoupling of the gas atmospheres.
  • the volume flow introduced is preheated, preferably to a temperature of 450 ° to 550 ° C.
  • a temperature of 450 ° to 550 ° C Particularly when used in continuous furnaces, galvanizing systems and other systems with elevated temperatures, it is advantageous if the blown gases are preheated to the appropriate temperatures in order not to disturb the temperature control or heat treatment of the materials and to avoid condensation of constituents of the gas atmosphere.
  • the temperature is, for example, preferably in the range from 450 ° to 550 ° C.
  • a device according to the invention operated with a method described takes place, for example, in a trunk of a hot-dip coating system for separating and removing metal vapors.
  • a device according to the invention can take place, for example, in a continuous furnace for separating different gas atmospheres.
  • devices according to the invention can also be used in other areas in which gas atmospheres are separated from one another in a continuous process.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an injection unit (1) according to the invention, seen perpendicular to the direction of material flow, more precisely perpendicular to the plane of the conveyed material.
  • the slot nozzles (2) each have a width b and a length l.
  • the two rows of slot nozzles (2) are at a distance a from one another in the direction of material flow.
  • the slot nozzles (2) of adjacent rows are offset from one another so that a slot nozzle (2) of the adjacent row is assigned to an interruption in one row.
  • the slot nozzles (2) are made longer than the intervening interruptions so that, viewed in the direction of material flow, there is an overlap of the ends of the slot nozzles (2).
  • the overlap u is formed uniformly along the injection unit.
  • Fig. 2 a partial area is shown which shows the lower injection unit (1) and suction unit (3) as well as parts of the upper injection unit (1) and suction unit (3) in the lock of an embodiment.
  • the two opposite injection units (1) on the upper and lower walls of the lock are shown as well as the suction units (3) located behind them in the direction of material flow, i.e. downstream.
  • the slot nozzles (2) of the injection units (1) are arranged offset from one another.
  • the offset of the slot nozzles (2) in relation to the opposite injection unit (1) is also shown.
  • the outermost slot nozzle (2) of the lower injection unit (1) as seen in the width direction of the lock is arranged in the front row, i.e. upstream, and the rear row, i.e. downstream, begins with an interruption.
  • the outermost slot nozzle (1) of the upper injection unit (1) is arranged in the rear row and the front row begins with an interruption. Thanks to this arrangement, the main extent of the gas flows emerging from the slot nozzles (2) reach the opposite lock wall, more precisely to the opposite injection unit (1) or the material surface, and the gas flows only touch the unavoidable areas of the jet widening. With this configuration, a gas curtain is achieved which is very stable and has a very good sealing effect.
  • the Fig. 2 Both the suction units (3) and the injection units (1) are divided into several areas by partition walls (8) viewed in the width direction.
  • the suction units (3) or injection units (1) they each have lines (6) which are shown in FIG Fig. 2 are each indicated by round connection openings for the lines (6).
  • the injection units (1) and the suction units (3) are each designed with a semicircular cross-section, which has advantages in terms of flow technology due to the avoidance of sharp edges.
  • FIG. 2 a preferred embodiment of a suction unit (3).
  • the main openings (4) are aligned in the direction of material flow M in order to generate a circulating flow behind the device.
  • the main openings (4) in the area of the lines (6) are designed with a greater height in order to achieve relatively homogeneous flow conditions over the width.
  • the height of the main openings (4) can change continuously or, as in the example shown, abruptly.
  • Additional openings (5) are preferably provided on the top of the suction units (3). In addition to improving the suction, this also enables the area of the circulating flow to be shortened, which reduces the space required for the sluice and promotes the circulating flow.
  • the additional openings can be designed with a uniform height across the width of the suction unit, or else, analogously to the main openings (4), with different heights.
  • the injection units (1) and suction units (3) can be designed with a radius of 40mm, for example, and the height of the main openings (4), for example, in the range from 10 to 15mm and the height of the additional openings (5 ) are around 8mm.
  • the lines (6) can then have a diameter of approx. 60 mm.
  • Fig. 3 shows a top view of an embodiment of a lock according to the invention.
  • the injection unit (1) and the suction unit (3) located behind it in the direction of material flow M are shown.
  • an additional injection unit (7) is shown, which is arranged at a distance from the injection unit (1).
  • the distance between the blowing unit (1) and the additional blowing unit (7) is preferably in the range from the width to twice the width the lock.
  • the additional injection unit is thus preferably arranged at a distance of 2 m to 3 m from the injection unit (1).

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Description

    Technisches Gebiet (Technical Field)
  • Auf dem Gebiet der Behandlung von Materialien im Durchlauf, liegen zum Teil Gasatmosphären vor, die sich von benachbarten Gasatmosphären unterscheiden können. Der Unterschied kann in verschiedenen Gaszusammensetzungen liegen oder auch in prozessbedingt entstehende Dämpfe, Stäube oder Partikel, die die Gasatmosphäre belasten oder das Produkt beeinträchtigen können.
    • Technischer Hintergrund (Background Art)
  • Beispielsweise besteht eine Anlage zur kontinuierlichen Feuerverzinkung von Stahlband unter anderem aus einem Durchlaufglühofen, einem Zinkbad (Schmelzbad), einer Vorrichtung zur Einstellung der Zinküberzugsdicke und einer nachfolgenden Kühleinrichtung. In dem Durchlaufofen wird das Stahlband kontinuierlich geglüht, wobei der Durchlaufofen in mehrere Kammern unterteilt ist, bei denen verschiedene Behandlungen vorgenommen werden. Diese Behandlungen umfassen dabei zum Beispiel die Einstellung der gewünschten mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs durch Rekristallisation des Stahls. Zudem werden dabei in einer Vorwärmzone gebildete Eisenoxide reduziert. In einer auf den Durchlauf-Glühofen folgenden Kühlzone wird das Band unter Schutzgas (HNX) auf eine Temperatur nahe der Schmelzbadtemperatur abgekühlt. Das Schutzgas soll verhindern, dass das geglühte Band vor dem Verzinken oxidiert, wodurch die Haftung der Zinkschicht erheblich verschlechtert würde. Aufgrund der unterschiedlichen Behandlungen sind daher zum Teil auch unterschiedliche Gasatmosphären in den Kammern erforderlich. Das Schutzgas enthaltende Verbindungsstück beziehungsweise Schleuse zwischen Glühofen und Zinkbad wird Rüssel genannt.
  • In einem herkömmlichen Ofen-Rüssel einer kontinuierlichen Bandverzinkungsanlage kommt es üblicherweise zu Ablagerungen von Zinkstaub, der insbesondere bei in der Anlage auftretenden Erschütterungen in größeren Stücken auf das Zinkbad und/oder das Stahlband fällt und damit Oberflächenfehler (Verzinkungsfehler) verursacht. Es wurde erkannt, dass das in Richtung des Zinkbades bewegte Stahlband im Rüssel Schutzgas nach unten mitreißt, wobei das mitgerissene Schutzgas an der Zinkbadoberfläche Zinkdampf aufnimmt, welcher beim Aufsteigen des mitgerissenen Schutzgases an den kälteren Innenwänden des Rüssels kondensiert bzw. resublimiert und sich dort als Staub absetzt.
  • Aus der JP H07-157853 (A ) ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Zinkdampf in einem Rüssel einer kontinuierlichen Bandverzinkungsanlage bekannt. Um den auf der Zinkbadoberfläche entstehenden Zinkdampf zu entfernen, ist der Rüssel mit Einblasöffnungen (Umwälzöffnungen) und vertikal darunter angeordneten Absaugöffnungen versehen. In einem ersten Ausführungsbeispiel sind in der der Oberseite des Stahlbandes zugewandten Rüsselwand eine einzelne Einblasöffnung und vertikal darunter eine einzelne Absaugöffnung angeordnet. Dementsprechend sind in der der Unterseite des Stahlbandes zugewandten Rüsselwand ebenfalls eine einzelne Einblasöffnung und vertikal darunter eine einzelne Absaugöffnung angeordnet. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist in einer Seitenwand des Rüssels eine einzelne Einblasöffnung angeordnet, während vertikal darunter zwei Absaugöffnungen vorgesehen sind, die als Längsschlitze in Rohren ausgebildet sind, welche die Seitenwand des Rüssels durchdringen und sich auf der Ober- und Unterseite des Stahlbandes über die gesamte Stahlbandbreite erstrecken. Nachteilig bei derartigen Ausführungen ist jedoch eine ungenügende Abdichtung der Gasatmosphären mit und ohne Zinkstaub.
  • Aus der DE 10 2012 106 106 A1 ist ein weiteres Beispiel aus dem Bereich des Rüssels einer Verzinkungsanlage bekannt. Hierbei liegt ein Bereich mit einer Vielzahl von Einblasöffnungen benachbart zu einem Bereich mit einer Vielzahl von Absaugöffnungen, wobei die Bereiche zumindest teilweise kammartig ineinander greifen. Hierdurch wird eine relativ gute Abdichtung von aufsteigenden Zinkdämpfen gegenüber der darüber liegenden Gasatmosphäre erreicht. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch relativ aufwendig zu fertigen und ist mit einen hohen Platzbedarf verbunden. Aufgrund der durch die Abdichtung entstehenden hohen Sättigung der Gasatmosphäre vor dem Eintauchen mit Zinkdampf kann weiterhin eine Beeinträchtigung der Produktqualität entstehen.
    • Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Vorrichtung und Verfahren bereitzustellen, welches effektiv eine Beeinflussung benachbarter Gasatmosphären, insbesondere eine Rückströmung verhindern kann. Weitere Aufgaben der Erfindung sind eine günstige Herstellbarkeit, ein geringer Platzbedarf und eine leichte Montage zu ermöglichen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere wenn diese nach einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 verwendet wird.
  • Erfindungsgemäß ist ein Vorrichtung zur Separierung von Gasatmosphären in einer Schleuse, welche über die Quererstreckung der Schleuse an gegenüberliegenden Wandungen jeweils mindestens eine Einblaseinheit und eine Absaugeinheit aufweist, wobei die Einblaseinheiten direkt gegenüberliegend vorgesehen sind und die Absaugeinheiten in Materialflussrichtung stromabwärts angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten jeweils mindestens zwei Reihen aus einer Mehrzahl von Schlitzdüsen mit dazwischen liegenden Unterbrechungen umfassen, wobei die Schlitzdüsen der Reihen zueinander versetzt angeordnet sind, und wobei die Unterbrechungen kürzer als die Schlitzdüsen der benachbarten Reihe sind, damit die Schlitzdüsen der Reihen in Materialflussrichtung überlappen, und dass die Schlitzdüsen einer Einblaseinheit jeweils einer Unterbrechung der gegenüberliegenden Einblaseinheit gegenüberliegt. Somit liegen die Einblaseinheiten auf beiden Seiten des durch die Schleuse geführten Materials, vorzugsweise einer kontinuierlichen Materialbahn, wie Stahlband, wobei die Erfindung auch auf gefördertes Stückgut anwendbar ist. Durch die Anordnung in Reihen und die Unterbrechungen in den Reihen können die Schlitzdüsen optimal genutzt werden, da die auftretende Strahlaufweitung der aus benachbarten Schlitzdüsen austretenden Gasströme sich nicht gegenseitig stören und durch die Anordnung sich ein geschlossener Gasvorhang bildet. Durch die ebenfalls versetzte Anordnung der Schlitzdüsen einer Einblaseinheit bezogen auf die Schlitzdüsen beziehungsweise Unterbrechungen der gegenüberliegenden Einblaseinheit bildet sich auch im Mittenbereich der Schleuse, an dem die eingeblasenen Gasströme aufeinander treffen, ein dichter Gasvorhang. Hierdurch wird eine sehr gute Separierung der Gasatmosphären auch außerhalb der Materialbahn beziehungsweise zwischen dem Stückgut erreicht.
  • Weiteren Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheiten über die Quererstreckung vorgesehene Hauptöffnungen aufweisen, wobei die Hauptöffnungen in Materialflussrichtung ausgerichtet sind, um eine zirkulierende Strömung zu erzeugen. Somit liegen die Hauptöffnungen auf der der Einblaseinheit abgewandten Seite, wodurch eine Mitnahme des eingeblasenen Gases in Materialflussrichtung begünstigt wird und eine Umwälzung der Gasatmosphäre erfolgt. Hierdurch kann beispielsweise Zinkstaub in einem Rüssel mit abgesaugt und anschließend gefiltert werden, um eine weitgehend "saubere" Gasatmosphäre zu erhalten.
  • In bevorzugten Ausführungen der Vorrichtung sind die Einblaseinheiten und Absaugeinheiten jeweils mit mindestens einer zentrierten Leitung zur Zu- beziehungsweise Abführung von Gas verbunden ist. Hierdurch lassen sich die strömungstechnischen Gegebenheiten über die Breite der Einblas- und Absaugeinheiten weitgehend gleich halten.
  • In besonders bevorzugten Ausführungen der Vorrichtung weisen die Hauptöffnungen im Bereich der zentrierten Leitung eine größere Höhe auf. Durch eine derartige Ausbildung werden die Strömungsverhältnisse über die Breite einheitlicher gehalten, was die Absaugwirkung verbessert.
  • Weitere Ausführungen der Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheiten Zusatzöffnungen umfassen, die senkrecht zur Materialflussrichtung ausgerichtet sind. Diese Zusatzöffnungen verbessern die Druckverhältnisse in der Schleuse und verringern die Strömungsgeschwindigkeiten an den Öffnungen der Absaugeinheit, was hinsichtlich Geräuschentwicklung und Verschleiß Vorteile aufweist.
  • In Ausführungsformen der Vorrichtung sind die Schlitzdüsen dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzdüsen eine Breite b aufweisen, dass der Abstand a zwischen den Reihen im Bereich von b ≤ a ≤ 2∗b liegt, und dass der Überlapp u der Schlitzdüsen in Materialflussrichtung im Bereich von b ≤ u ≤ 3∗b liegt, wobei zusätzlich a ≤ u ist. Um einen möglichst gute Separierung der Gasatmosphären zu erreichen, dürfen die Schlitzdüsen keinen zu großen Abstand voneinander aufweisen. Hier hat sich gezeigt, dass bezogen auf die Breite der Schlitzdüsen ein Mindestabstand zwischen den Reihen in gleicher Breite gute Ergebnisse erzielt und bei einem Abstand von mehr als der doppelten Breite, sich die Gasströmung aufteilt und die Gefahr einer verschlechterten Separierung steigt.
  • Bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzdüsen in Querrichtung eine Länge l aufweisen, wobei die Länge l im Bereich von 20∗b ≤ l ≤ 50∗b, vorzugsweise im Bereich von 30∗b ≤ l ≤ 35∗b, liegt.
  • Erfindungsgemäße Vorrichtungen sind in weiteren Ausführungen dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Einblaseinheiten in Materialflussrichtung stromaufwärts angeordnet sind. Durch diese zusätzlichen Einblaseinheiten wird die Separierung der Gasatmosphären weiter verbessert und ein Rückströmen der folgenden Gasatmosphäre sicher verhindert.
  • Bei weiteren Ausführungen der Vorrichtung sind die Einblaseinheiten und/oder Absaugeinheiten in Querrichtung in mehrere Abschnitte aufgeteilt, wobei jeder Abschnitt eine eigene zentrierte Leitung zur Zu- beziehungsweise Abführung von Gas umfasst. Durch diese Aufteilung in vorzugsweise gleichbreite Abschnitte, werden die Strömungsverhältnisse über die Breite der Schleuse weiter verbessert und zusätzlich wird die benötigte Leistung pro Leitung verringert.
  • Ausführungen der Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten und/oder Absaugeinheiten einen halbrunden Querschnitt aufweisen. Gerundete Querschnitte weisen strömungstechnisch vorteilhafte Geometrien auf. Des Weiteren wird durch ein auf die Schleusenwand aufgesetzte Einblas- beziehungsweise Absaugeinheiten der abzudichtende Querschnitt der Schleuse verringert.
  • Erfindungsgemäße Vorrichtungen werden bevorzugt mit einem Verfahren zur Separierung von Gasatmosphären in einer Schleuse betrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein größerer Volumenstrom an Gas durch die Absaugeinheiten abgezogen wird als der durch die benachbarte Einblaseinheit eingebrachte Volumenstrom an Gas. Der abgezogene Volumenstrom ist hierbei um 15% bis 20% größer als der durch die benachbarte Einblaseinheit eingebrachte Volumenstrom. Hierdurch wird auf der in Materialflussrichtung stromabwärts liegenden Atmosphäre ein Unterdruck erzeugt, mit dem zusammen mit dem Gasvorhang der Einblaseinheit weitgehend sichergestellt wird, dass keine Rückströmung in die vorangegangene Gasatmosphäre erfolgt.
  • Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass durch in Materialflussrichtung stromaufwärts angeordneten zusätzlichen Einblaseinheiten ein weiterer Volumenstrom eingebracht wird, wobei der in Summe eingebrachte Volumenstrom dem abgesaugten Volumenstrom entspricht. Wie bereits zur Vorrichtung erläutert, verbessert der weitere Volumenstrom der zusätzlichen Einblaseinheit die Separierung der Gasatmosphären, da durch den weiteren Volumenstrom ein Druckausgleich gegenüber den benachbarten Abschnitte bzw. Gasatmosphären erreicht wird. Gleichzeitig wird durch den Ausgleich der eingeblasenen und abgesaugten Volumenströme ein Abziehen der in Materialflussrichtung stromaufwärts liegenden Gasatmosphäre weitgehend verhindert.
  • Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der zusätzlichen Einblaseinheit durch die der Absaugeinheit benachbarte Einblaseinheit ein um das zweifache bis vierfache, vorzugsweise dreifache, größerer Volumenstrom eingebracht wird. Hierdurch wird die Separierung der Gasatmosphären durch die Absaugeinheit und die benachbarten Einblaseinheit erreicht und durch die zusätzliche Einblaseinheit erfolgt eine weitegehende Entkopplung der Gasatmosphären.
  • In Ausführungen des Verfahrens wird der eingebrachte Volumenstrom vorerwärmt, vorzugsweise auf eine Temperatur von 450° bis 550°C. Insbesondere bei Verwendung in Durchlauföfen, Verzinkungsanlagen und sonstigen Anlagen mit erhöhten Temperaturen ist es vorteilhaft, wenn die eingeblasenen Gase auf entsprechende Temperaturen vorgewärmt sind, um die Temperaturführung beziehungsweise Wärmebehandlung der Materialen nicht zu stören und eine Kondensation von Bestandteilen der Gasatmosphäre zu vermeiden. Für die Anwendung in einem Rüssel einer Verzinkungsanlage liegt die Temperatur beispielsweise bevorzugt im Bereich von 450° bis 550°C.
  • Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung betrieben mit einem beschriebenen Verfahren findet beispielsweise in einem Rüssel einer Feuerbeschichtungsanlage zur Abtrennung und Abführung von Metalldämpfen statt.
  • Weitere Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise in einem Durchlaufofen zur Abtrennung unterschiedlicher Gasatmosphären stattfinden.
  • Neben den genannten Beispielen können erfindungsgemäße Vorrichtungen auch in anderen Gebieten verwendet werden, in denen Gasatmosphären in einem Durchlaufprozess voneinander separiert werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleichartige Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Einblaseinheit senkrecht zur Materialflussrichtung betrachtet,
    Fig. 2:
    ein Ausführungsbeispiel einer Absaugeinheit und
    Fig. 3:
    eine erfindungsgemäße Schleuse senkrecht zur Materialflussrichtung betrachtet.
    Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einblaseinheit (1) senkrecht zur Materialflussrichtung, genauer gesagt senkrecht zur Ebene des durchgeförderten Materials, gesehen. Hierbei sind zwei Reihen von Schlitzdüsen (2) gezeigt, die jeweils Unterbrechungen oder Zwischenräume zwischen den Schlitzdüsen (2) aufweisen. Die Schlitzdüsen (2) weisen hierbei jeweils eine Breite b und eine Länge l auf. Die beiden Reihen von Schlitzdüsen (2) sind zueinander mit einem Abstand a in Materialflussrichtung entfernt. Die Schlitzdüsen (2) benachbarter Reihen sind zueinander versetzt, so dass einer Unterbrechung einer Reihe eine Schlitzdüse (2) der benachbarten Reihe zugeordnet ist. Die Schlitzdüsen (2) sind länger ausgebildet als die dazwischenliegenden Unterbrechungen, damit in Materialflussrichtung gesehen ein Überlapp u der Enden der Schlitzdüsen (2) entsteht. Der Überlapp u ist entlang der Einblaseinheit einheitlich ausgebildet.
  • In Fig. 2 ist ein Teilbereich dargestellt, der die untere Einblaseinheit (1) und Absaugeinheit (3) sowie Teile der oberen Einblaseinheit (1) und Absaugeinheit (3) in der Schleuse eines Ausführungsbeispiels zeigt. Es sind die beiden gegenüberliegenden Einblaseinheiten (1) an der oberen und unteren Wand der Schleuse gezeigt sowie die in Materialflussrichtung dahinter, also stromabwärts, liegenden Absaugeinheiten (3). In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Schlitzdüsen (2) der Einblaseinheiten (1) zueinander versetzt angeordnet sind. Neben dem Versatz zwischen den Reihen an einer Einblaseinheit (1), wie auch bereits in Fig. 1 gezeigt, ist in Fig. 2 auch der Versatz der Schlitzdüsen (2) bezogen auf die gegenüberliegende Einblaseinheit (1) gezeigt. Im dargestellten Beispiel liegt bei der unteren Einblaseinheit (1) die in Breitenrichtung der Schleuse gesehen äußerste Schlitzdüse (2) in der vorderen, also stromaufwärts liegenden, Reihe angeordnet und die hintere, also stromabwärts liegende, Reihe beginnt mit einer Unterbrechung. Entsprechend ist bei der oberen Einblaseinheit (1) die äußerste Schlitzdüse (1) in der hinteren Reihe angeordnet und die vordere Reihe beginnt mit einer Unterbrechung. Durch diese Anordnung gelangen die aus den Schlitzdüsen (2) austretenden Gasströme in ihrer Haupterstreckung ungehindert bis zur gegenüberliegenden Schleusenwand, genauer bis zur gegenüberliegenden Einblaseinheit (1), beziehungsweise der Materialoberfläche und eine Berührung der Gasströme erfolgt nur im Bereich der unvermeidbaren Bereichen der Strahlaufweitungen. Durch diese Ausgestaltung wird ein Gasvorhang erreicht, der sehr stabil ist und eine sehr gute Dichtwirkung aufweist.
  • Im dargestellten Beispiel der Fig. 2 sind sowohl die Absaugeinheiten (3) als auch die Einblaseinheiten (1) durch Zwischenwände (8) in Breitenrichtung gesehenen in mehrere Bereiche aufgeteilt. Für die Abführung beziehungsweise Zuführung von Gas zu den Absaugeinheiten (3) beziehungsweise Einblaseinheiten (1) weisen diese jeweils Leitungen (6) auf, die in Fig. 2 jeweils durch runde Anschlussöffnungen für die Leitungen (6) angedeutet sind. Des Weiteren sind in dem dargestellten Beispiel die Einblaseinheiten (1) und die Absaugeinheiten (3) jeweils mit einem halbrunden Querschnitt ausgebildet, welche durch die Vermeidung von scharfen Kanten strömungstechnische Vorteile aufweist.
  • Weiter zeigt Fig. 2 eine bevorzugte Ausführung einer Absaugeinheit (3). Hierbei sind die Hauptöffnungen (4) in Materialflussrichtung M ausgerichtet, um eine zirkulierende Strömung hinter der Vorrichtung zu erzeugen. Die Hauptöffnungen (4) im Bereich der Leitungen (6) sind hierbei mit einer größeren Höhe ausgebildet, um über die Breite relativ homogene Strömungsverhältnisse zu erreichen. Die Höhe der Hauptöffnungen (4) kann sich hierbei kontinuierlich ändern oder wie im dargestellten Beispiel sprunghaft. An der Oberseite der Absaugeinheiten (3) sind bevorzugt Zusatzöffnungen (5) vorgesehen. Durch diese wird neben einer Verbesserung der Absaugung ebenfalls eine Verkürzung des Bereichs der zirkulierenden Strömung ermöglicht, was den benötigten Bauraum der Schleuse verringert und die zirkulierende Strömung begünstigt. Die Zusatzöffnungen können mit einer einheitlichen Höhe über die Breite der Absaugeinheit ausgebildet sein, oder auch analog zu den Hauptöffnungen (4) mit unterschiedlichen Höhen. Für das Beispiel in einem Rüssel einer Feuerbeschichtungsanlage können die Einblaseinheiten (1) und Absaugeinheiten (3) beispielsweise mit einem Radius von 40mm ausgebildet sein, und die Höhe der Hauptöffnungen (4) beispielsweise im Bereich von 10 bis 15mm und die Höhe der Zusatzöffnungen (5) bei ca. 8mm liegen. Die Leitungen (6) können in diesem Beispiel dann mit einem Durchmesser von ca. 60mm ausgebildet sein.
  • Fig. 3 stellt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Schleuse dar. Hierbei sind die Einblaseinheit (1) und die in Materialflussrichtung M dahinterliegenden Absaugeinheit (3) gezeigt. Des Weiteren ist eine zusätzliche Einblaseinheit (7) gezeigt, die mit einem Abstand zu der Einblaseinheit (1) angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Einblaseinheit (1) und der zusätzlichen Einblaseinheit (7) liegt hierbei bevorzugt im Bereich von der Breite bis zur doppelten Breite der Schleuse. Am Beispiel eines Rüssels einer Feuerbeschichtungsanlage mit einer Rüsselbreite von etwa 1,9m ist die zusätzliche Einblaseinheit somit bevorzugt in einem Abstand von 2m bis 3m von der Einblaseinheit (1) angeordnet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einblaseinheit
    2
    Schlitzdüsen
    3
    Absaugeinheit
    4
    Hauptöffnung
    5
    Zusatzöffnung
    6
    Leitung
    7
    Zusätzliche Einblaseinheit
    8
    Zwischenwand
    a
    Abstand
    b
    Breite
    l
    Länge
    u
    Überlapp
    M
    Materialflussrichtung

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Separierung von Gasatmosphären in einer Schleuse, welche über die Quererstreckung der Schleuse an gegenüberliegenden Wandungen jeweils mindestens eine Einblaseinheit (1) und eine Absaugeinheit (3) aufweist, wobei die Einblaseinheiten (1) direkt gegenüberliegend vorgesehen sind und die Absaugeinheiten (3) in Materialflussrichtung (M) stromabwärts angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten (1) jeweils mindestens zwei Reihen aus einer Mehrzahl von Schlitzdüsen (2) mit dazwischen liegenden Unterbrechungen umfassen, wobei die Schlitzdüsen (2) der Reihen zueinander versetzt angeordnet sind, und wobei die Unterbrechungen kürzer als die Schlitzdüsen (2) der benachbarten Reihe sind, damit die Schlitzdüsen (2) der Reihen in Materialflussrichtung (M) überlappen, und dass die Schlitzdüsen (2) einer Einblaseinheit (1) jeweils einer Unterbrechung der gegenüberliegenden Einblaseinheit (1) gegenüberliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheiten (3) über die Quererstreckung vorgesehene Hauptöffnungen (4) aufweisen, wobei die Hauptöffnungen (4) in Materialflussrichtung (M) ausgerichtet sind, um eine zirkulierende Strömung zu erzeugen.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten (1) und Absaugeinheiten (3) jeweils mit mindestens einer zentrierten Leitung (6) zur Zu- beziehungsweise Abführung von Gas verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptöffnungen (4) im Bereich der zentrierten Leitung (6) eine größere Höhe aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheiten (3) Zusatzöffnungen (5) umfassen, die senkrecht zur Materialflussrichtung (M) ausgerichtet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzdüsen (2) eine Breite b aufweisen, dass der Abstand a zwischen den Reihen im Bereich von b ≤ a ≤ 2∗b liegt, und dass der Überlapp u der Schlitzdüsen (2) in Materialflussrichtung (M) im Bereich von b ≤ u ≤ 3∗b liegt, wobei zusätzlich a ≤ u ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlichen Einblaseinheiten (7) in Materialflussrichtung (M) stromaufwärts angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten (1) und/oder Absaugeinheiten (3) in Querrichtung in mehrere Abschnitte aufgeteilt sind, wobei jeder Abschnitt eine eigene zentrierte Leitung (6) zur Zubeziehungsweise Abführung von Gas umfasst.
  9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten (1) und/oder Absaugeinheiten (3) einen halbrunden Querschnitt aufweisen.
  10. Verfahren zur Separierung von Gasatmosphären in einer Schleuse, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein größerer Volumenstrom an Gas durch die Absaugeinheiten (3) abgezogen wird als der durch die benachbarte Einblaseinheit (1) eingebrachte Volumenstrom an Gas.
  11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass durch in Materialflussrichtung (M) stromaufwärts angeordneten zusätzlichen Einblaseinheiten (7) ein weiterer Volumenstrom eingebracht wird, wobei der in Summe eingebrachte Volumenstrom dem abgesaugten Volumenstrom entspricht.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der zusätzlichen Einblaseinheit (7) durch die der Absaugeinheit (3) benachbarte Einblaseinheit (1) ein um das zweifache bis vierfache, vorzugsweise dreifache, größerer Volumenstrom eingebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der eingebrachte Volumenstrom vorerwärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur von 450° bis 550°C.
  14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betrieben mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 in einem Rüssel einer Feuerbeschichtungsanlage zur Abtrennung und Abführung von Metalldämpfen.
  15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betrieben mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 in einem Durchlaufofen zur Abtrennung unterschiedlicher Gasatmosphären.
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