EP3817836A1

EP3817836A1 - Automatische zyklonentleerung

Info

Publication number: EP3817836A1
Application number: EP19731222.6A
Authority: EP
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: 2019-06-13
Publication date: 2021-05-12
Also published as: WO2020007579A1; DE102018211197A1

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 Partikelzählers zur Bestimmung der Partikelkonzentration in dem Sackloch.

Description

Automatische Zyklonentleerung

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 Ku- gel 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, ei- ner 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 Beschichtungsmate- rials einer Tauchbeschichtungsanlage.

Stand der Technik

Die Verwendung von Kugelhähnen als Absperrelement von Flüssigkeiten in Leitungen ist all- gemein 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 auf- weist.

Aus dem Stand der Technik sind auch Tauchbeschichtungsanlagen, insbesondere Schmelz- tauchbeschichtungsanlagen zur Tauchbeschichtung, insbesondere von Metallband hinläng- lich 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 Durchlau- fen des Tauchbades bleibt das flüssige Beschichtungsmittel an der Oberfläche des Metallban- des haften und bildet bei der Abkühlung einen festen, insbesondere metallischen Überzug auf dem Substrat.

Beim Betrieb solcher Schmelztauchbeschichtungsanlagen bildet sich mit der Zeit eine Abla- gerung von Partikeln, insbesondere Schlacke innerhalb des Tauchbades, welche sich insbe- sondere 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 ho- her 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 Tauchbeschich- tungsanlagen und damit verbunden auch eine kontinuierlichen Entleerung von Aufreinigungs- einheiten, sind jedoch weiterhin wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren be- reitzustellen, wodurch in einfacher, kostengünstiger und effizienter Weise eine kontinuierliche Reinigung eines Tauchbades ermöglicht wird. Dies soll insbesondere durch Vorrichtungen er- reicht werden, in denen die Verwendung von beispielsweise Standardantrieben möglich ist und die aufgrund ihrer Flexibilität einen schnellen Aufbau unter Verwendung bereits vorhan- dener 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 ge- ringer 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 isolier ten 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 ermög- lichen, insbesondere für Tauchbäder hoher Temperatur, und zum Beispiel für Metallschmel- zen einsetzbar sein. Hier muss die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen nicht nur im Tauch- schmelzbad, sondern auch in der Reinigungseinheit und der Entleerungseinrichtung gewähr- leistet 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 Partikelkonzentra- tion 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 rota- tionssymmetrischen Ausgestaltung um eine Längsachse, die der Bohrachse entspricht. In ei- ner 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 Hohl- raum nicht auf einer Bohrung basiert.

Bevorzugt handelt es sich um eine Entleerungseinheit zum Entleeren der aus einer Schmel- ze, 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 Aushöh- lung 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 Kugel- hahns 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 meh- reren 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 mindes- tens einem oder mehreren Sensoren und/oder Detektoren versehen.

Auf Basis der Messwerte des Partikelzählers bzw. des Detektors erfolgt die Steuerung der Ent- leerung. 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 Pneumatik- motor, der in Abhängigkeit vom Partikelzähler angesteuert wird, bevorzugt automatisch ange- steuert wird.

Der Begriff "Entleerungseinheit" impliziert bzw. offenbart inhärent ein Volumen der mindestens einen Sacklochbohrung in Abhängigkeit von dem durch die Zuleitung zugeführten Stoffvolu- men, 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 ausge- legt, um bis Zurverfügungstellung einer leeren Sacklochbohrung den Zulauf aufzufangen, zwi- sehen zu lagern bzw. zu speichern. Am oberen Ende der Zuleitung ist mithin ein kontinuierli- cher Abfluss des Zulaufs sichergestellt.

Im Sinne der Erfindung bedeutet der Begriff "im Wesentlichen entsprechend" bzw. "im We- sentlichen 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%, 1 1 %, 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 ei- nem 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 Sack- lochs geht - einen Winkel von 45° bis 90° zur Drehachse aufweist.

In einer Ausführung ist die Entleerungseinheit temperaturstabil. Das bedeutet, dass die Ein- heit bei Temperaturen von -180°C bis 2000 °C, bevorzugt zwischen -20°C und 1500 °C , be- sonders 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-Ver- bund, Keramik-Faser-Verbund, Verbund aus unterschiedlichen Keramikwerkstoffen oder Ke- ramik-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 gela- gert ist, sind in einer Alternative aus einem Material mit einer Schmelztemperatur, die ober- halb 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 (Zr02), Siliziumnitrid (Si3N4), C - Wolframkarbid, Schwefelsiliziumcarbide (SSiC), Aluminiumoxid (AI203) und oder Kombina- tionen davon eingesetzt, besonders bevorzugt Zirkonoxid als Material für die Kugel; beson- ders 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 Ma- terial gerichtet.

Dadurch sind Kugel und Kammer nicht nur temperaturstabil sondern auch ätzstabil, insbeson- dere säuren - und/oder laugenstabil. Insbesondere Zink oder Aluminium enthaltende Schmelzbäder sind sehr aggressiv, so dass eine Abdichtung oft schwierig ist. Die erfindungs- gemäße Einheit überwindet diesen Nachteil durch die oben beschriebene Kugel und Gehäu- se des Kugelhahns.

Eine Ausführung betrifft eine Entleerungseinheit mit einem beheizbaren Hohlraum, bezie- hungsweise 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 ei- ne Auffangeinheit auf. In dieser Auffangeinheit werden die isolierten Partikel letztendlich ent- leert. Neben den isolierten Partikeln kann in dem Sackloch auch noch Fluid vorhanden sein.

Eine Ausführung betrifft die Entleerungseinheit die mindestens eine Zuleitung, also eine fluid- dichte 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 Parti kel aus einem heterogenen Gemisch abgetrennt werden. In einem heterogenen Gemisch be- finden 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 Alterna- tive 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 Alter- native werden Partikel aus einem Aerosol abgetrennt bzw. abgeschieden. Auch in dieser Al- ternative 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 ver- bundenes Tauchrohr von oben senkrecht in das Innere des oberen Bereichs ragt. Durch die tangentiale Einleitung des heterogenen Gemisches, insbesondere der Schmelze in den zylin- drischen oberen Bereich wird das Fluid zu der abwärtsgerichteten Wirbelströmung gezwun- gen, 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 schwe- rere Partikel an der Wand des Zyklons abgeschieden und somit durch die Unterlauföffnung ausgetragen, während die spezifisch leichtere Fraktion, hier das gereinigte Fluid, insbesonde- re gereinigte Schmelze, durch das Tauchrohr entweicht. Es wird somit ein von schwereren Feststoffpartikeln gereinigtes Fluid in das Tauchbad zurückgeführt. Die Verwendung des Hy- drozyklons hat den Vorteil, dass eine vergleichsweise lange Standzeit erzielt wird, da die ab- geschiedenen Rückstände durch die Unterlauföffnung aus dem Hydrozyklon ausgetragen wer- den. Vorzugsweise wird durch die Verwendung einer elektromagnetischen Pumpe die lamina- re Bewegung des flüssigen Fluids in den Hydrozyklon ermöglicht, wodurch sich dann die be- nötigte Wirbelströmung ausbildet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage umfassend eine mit einer Reinigungsein- heit verbundene Entleerungseinheit wie oben beschrieben.

Die Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage um- fasst 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 außer- dem mit der Entleerungseinheit über die Zuleitung zur Entleerungseinheit verbunden.

In einer Ausführung weist die Reinigungseinheit einen Hydrozyklon auf oder ist ein Hydrozy- klon.

Die Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze wie oben beschrieben ist mithin eine Reini- gungsvorrichtung 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 för- dern, wodurch im Hydrozyklon eine Abtrennung der Feststoffpartikel aus dem Fluid erzielt wird.

In vorteilhafter Weise gelangen hierbei keine bewegten Teile der Pumpe in unmittelbaren Kon- takt mit der Schmelze, so dass einerseits die Abdichtung der Pumpe vereinfacht wird und an- dererseits die Standzeit der Pumpe erhöht wird. Die Pumpeinheit ist insbesondere in die Zuführleitung integriert. Bevorzugt umfasst die Pum- peinheit eine elektromagnetische Pumpe und insbesondere eine elektromagnetische Rund- pumpe.

Die Pumpe enthält mindestens 3 Spule oder Vielfache davon, bevorzugt 12-18 Spulen, beson- ders 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 Inne- re 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 ange- sogen wird. Als unteren Bereich des Tauchbades wird die untere Hälfte, bevorzugt das unte- re Drittel, besonders bevorzugt das untere Viertel des Gefäßes des Tauchbades definiert.

In einer Ausführung ist der gesamte Hydrozyklon und gegebenenfalls auch die entsprechen- den 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 maxi- mal 50 %, 40 % oder 30 %, besonders bevorzugt eine Abweichung von lediglich 25 %, 20 %, 15 % oder 10 %, insbesondere 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 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 ei- nem wie oben beschriebenen Stoff aufgebracht. Analog dazu sind die Leitungen ausgestaltet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Entleerungseinheit zum Abtrans- portieren der von der Reinigungseinheit abgetrennten Feststoffpartikel aufweist, wobei bevor- zugt die Entleerungseinheit eine unterhalb der Unterlauföffnung die oben beschriebene Kugel mit Sackloch aufweist. Dabei ist das Sackloch unterhalb der Unterlauföffnung zur störungsfrei- en 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 gemeinsa- me Gerade. In einer Alternative sind die beiden Längsachsen parallel. In einer weiteren, be- vorzugten 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 da- durch ein überschneidungsfreies Umschalten bei der Drehung der Kugel zum Entleeren des Sacklochs möglich.

Die abgetrennten Partikel fließen mithin von der Unterlauföffnung in eine temperaturbeständi- ge Form, das Sackloch, in der sie in einer Alternative zu Restschmelze erstarren. In einer wei- teren Alternative bleibt die Restschmelze flüssig durch Beheizung der Kugel bzw. des Gehäu- ses. 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-) konti- nuierlicher 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 auf- weist, 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 Heizman- schetten 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 wer- den. In einer Alternative sind einzelne Manschetten über eigene Heizkreise über eine Elektro- nik separat ansteuerbar. In vorteilhafter Weise wird mittels der Wärmeisolierung eine übermä- ßige Temperaturänderung des Fluids, bevorzugt der Schmelze während der Reinigung ver- hindert, 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 komponentenwei- se beheizbar und/oder wärmeisoliert. In einer bevorzugten Ausführung, bei Einsatz der Ent- leerungseinrichtung 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, insbeson- dere 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 ei- ne 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, wer- den alle Voraussetzungen für eine optimale Beschichtung im Tauchbad erfüllt. Durch das er- findungsgemäße, kontinuierliche Verfahren werden genügend Partikel entfernt, es wird ein Ab- scheidegrad von mindestens 10%, 20 %, bevorzugt 30 %, besonders bevorzugt 40 % und ins- besondere 50 % bis maximal 60 %, bevorzugt 70 %, besonders bevorzugt 80 %, insbeson- dere 99 % oder mehr erreicht. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schmelztauchbeschichtungsan- lage 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 Zu laufs 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 Dre- hung 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 Verbin- dung 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.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage, wobei die Schmelze aus einem Tauch- bad der Schmelztauchbeschichtungsanlage durch eine Zuführleitung einer Reinigungseinheit zugeführt wird, wobei innerhalb der Reinigungseinheit Feststoffpartikel von der Schmelze ab- getrennt 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 Un- terlauföffnung 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 Temperie- rungseinheit 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, wo durch sich einerseits die Standzeit der Schmelztauchbeschichtungsanlage verlängert und an- dererseits 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 ge- reinigte Schmelze dem Tauchbad zurückgeführt wird. Insbesondere werden Feststoffpartikel, wie Schlacke, Oxidhäutchen und dergleichen aus der Schmelze ausgefiltert, so dass sich die- se Feststoffpartikel nicht mehr in der Beschichtung des zu beschichtenden Metallbandes nie- derschlagen können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der lau- fende 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 Be- schichtungsmaterial aus schmelzflüssigem Metall oder einer Legierung. Insbesondere Zink, Aluminium und auf diesen basierende Legierungen sind hierfür üblich. Die Schmelztauchbe- schichtungsanlage umfasst insbesondere eine Feuerbeschichtungsanlage und dient insbe- sondere zum kontinuierlichen Beschichten von Metallbändern oder zum Beschichten von ein- zelnen Metallbauteilen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnun- gen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen an- hand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungs- formen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 a zeigt eine schematische Ansicht einer Entleerungseinheit gemäß ei- ner beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Figur 1 b zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 a mit Lochbohrung in Position zur

Entleerung. Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Schmelztauchbeschichtungs- anlage mit einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausfüh- rungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Figur 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 1 1 des Hydrozyklons ein- geleitet. 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 Hydro- zyklon entfernt.

Die Entleerungseinrichtung 1 , angeordnet am Unterlauf 10 des Hydrozyklons enthält die Zu- leitung 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 Fig. 1 ist er unmittel- bar 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 Or- ten innerhalb oder außerhalb des Gehäuses, also der Entleerungseinheit angeordnet sein.

In Figur 1 b ist eine schematische Ansicht eines Ausschnitts der Figur 1 a dargestellt, in wel- cher lediglich die Entleerungseinheit 1 gezeigt wird. Dargestellt wird die Entleerung des Sack- lochs 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 Ku- gel 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 Figur 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 Transportme- chanismus 26, welcher im vorliegenden Beispiel eine Transportrolle nebst mehreren Füh- rungsrollen umfasst, wird ein Metallband 27 kontinuierlich durch das Tauchbad 24 geführt. Da- bei 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 Schla- cke insbesondere als Schwebeschlacke oder im Bodenbereich des Tauchbades 24 als Bo- denschlacke ansammeln. Damit diese Schlacke die Beschichtung des Metallbandes 27 nicht nachteilig beeinflusst, weist die Schmelztauchbeschichtungsanlage 22 eine erfindungsgemä- ße Vorrichtung 21 zum Reinigen der Schmelze 23 auf, mit dessen Hilfe die Schlacke kontinu- ierlich aus dem Tauchbad 24 entfernt wird.

Die Vorrichtung 21 weist hierfür eine Zuführleitung 12 auf, deren freies Ende im unteren Be- reich, 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 Pumpenein- heit 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

1 1 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

Claims

Patentansprüche

1. Entleerungseinheit umfassend

mindestens eine Zuleitung,

mindestens einen Ausgang,

einen Kugelhahn angeordnet zwischen Zuleitung und Ausgang, mit einer in einer Kam- mer gelagerten drehbaren Kugel, wobei die Kugel mindestens ein Sackloch aufweist und

mindestens einen Detektor eines Partikelzählers zur Bestimmung der Partikelkonzen- tration in dem Sackloch.

2. Entleerungseinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelhahn oder die gesamte Entleerungseinheit fluiddicht ist.

3. Entleerungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel eine Drehachse aufweist deren Lage zwischen 0 und 45° von der Horizon- talen abweicht.

4. Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sackbohrung in einem Winkel von 45° bis 90° zur Drehachse an- geordnet ist.

5. Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit temperaturstabil ist.

6. Entleerungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeich- net, dass die Kugel aus Keramik besteht oder damit beschichtet ist.

7. Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie an mindestens einem Ausgang eine Auffangeinheit aufweist.

8. Entleerungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuleitung eine Verbindung zu dem Unterlauf eines Hydrozyklons aufweist oder ist.

9. Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze einer Schmelztauchbeschichtungsanlage um- fassend eine mit einer Reinigungseinheit verbundene Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-8.

10. Vorrichtung zur Reinigung einer Schmelze nach Anspruch 9, wobei die Reinigungseinheit ein Hydrozyklon umfasst oder ist.

1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Vorrichtung eine zur Reini- gungseinheit führende Zuführleitung, die mit einem Tauchbad der Schmelztauchbeschich- tungsanlage in Wirkverbindung bringbar ist, und eine von der Reinigungseinheit zum Tauchbad führende Rückführleitung für das mittels der Reinigungseinheit gereinigte Fluid aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei sie mindestens komponentenweise beheizbar und oder wärmeisoliert ist.

13. Verfahren zum Entleeren eines Zulaufs mit einer Entleerungseinheit nach einem der An- sprüche 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,

14. Verfahren zum Reinigen eines flüssigen Beschichtungsmaterials einer Tauchbeschich- tungsanlage, wobei das flüssige Beschichtungsmaterial aus einem unteren Bereich des Tauchbads der Tauchbeschichtungsanlage durch eine Zuführleitung einer Reinigungsein- heit nach einem der Ansprüche 9-12 zugeführt wird, wobei innerhalb der Reinigungsein- heit Feststoffpartikel von dem flüssigen Beschichtungsmaterial abgetrennt werden und wo bei das mittels der Reinigungseinheit gereinigte flüssige Beschichtungsmaterial durch ei- ne 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 Beschich- tungsmaterial durch die Wirbelströmung abgetrennten Feststoffpartikel durch eine Unter- lauföffnung des Hydrozyklons abgeführt werden, das gereinigte flüssige Beschichtungsma- terial durch ein der Unterlauföffnung gegenüberliegendes vertikales Tauchrohr der Rück- führleitung zugeführt wird und die Feststoffe über eine Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-9 in eine Auffangeinheit abgeführt werden.

15. Verwendung einer Entleerungseinheit nach einem der Ansprüche 1-8 zum Formen von Massen aus abgetrennten Partikel.