Maass P., Peissker P. (ред.) Handbuch Feuerverzinken
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5.13
Halbautomatische Kleinteilverzinkungsanlage
DiedargestellteAnlage(Abb.5.27)zeigtdietypischeAnordnungeinerKleinteil-
verzinkungsanlage für Schleuderware. Meist werden die Kleinteile in größeren
Chargen (ca. 200 kg) vorbehandelt und nach dem Fluxen in die Schleuderkörbe
gefüllt. Mithilfe von SPS-gesteuerten Elektrokettenzügen kann der Ablauf vom
5 Technische Ausrüstung
Abb. 5.26 Filteraufbau-Filterfunktion
(Niederhausen, Voerde)
1 Rohgas-Prallschacht
2 Rohgaskammer
3 Staubsammeltrichter
4 Staubbehälter
5 Stützkorb
6 Filterschlauch
7 Venturidüse
8 Reingaskammer
9 Druckluftblasrohr
10 Magnetventile
11 Druckluft-Verteilrohr
12 Differenzdruckmeßgerät
13 Ventilator
14 Kompressor
15 Nachkühler
16 Wasserabscheider
17 Feinfilter
18 Manometer
19 Absperrventil
20 Impulssteuergerät
21 Staubascheidungsphase
22 Filterschlauch-Abreinigungsphase
23 Kondensatabscheidung
180
Trockenofen bis zum Wasserbad programmiert werden. Ein manueller Eingriff in
das Programm ist jederzeit möglich. Der Leerkorb-Rücklauf bis vor den Trockenofen
erfolgt ebenfalls automatisch.
5.13 Halbautomatische Kleinteilverzinkungsanlage
Abb. 5.27 Halbautomatische Kleinteil-
verzinkungsanlage
1 Entfettungsbad
2 Heißspülbad
3 Beizbad
4 Spülbad
5 Fluxbad
6 Trockenofen
7 Verzinkungsofen
8 Zentrifuge
9 Wasserbad
10 Elektrokettenzüge mit SPS-Steuerung
11 Zinkbadeinhausung
12 Hubtür
13 Zinkbad
14 Einschienen-Ringbahn
15 säurefester Bodenbelag
16 Schaltschrank
17 Abluftkamin
18 Abgaskamin
19 Filteranlage
20 Transportbehälter
21 Einschienenbahn
22 Elektrokettenzug
23 Stromschiene
181
5.14
Verzinkungsofen mit keramischer Wanne
Wesentliche Merkmale dieses Verzinkungsofens ist die keramische Wanne (Abb.
5.28) , in der sich das schmelzflüssige Zink befindet. Sie ist im Gegensatz zum
Stahlkessel fast unbegrenzt haltbar. Das Verzinkungsbad ist durch eine Barriere
unterteilt in eine Heiz- und eine Arbeitsfläche. Die Barriere verhindert, dass Kaltluft
in den Heizraum eindringt oder dass Heizgase ausströmen. Über der Heizfläche,
deren Größevondergewünschten Durchsatzleistung und Badtemperatur abhängt,
ist der so genannte Heizdeckel angeordnet. Stirnseitig ist die Brennereinrichtung
installiert. Das Zinkbad wird durch Strahlung und Konvektion beheizt. Es kann bis
zueinerTemperaturvon600°C gefahren werden (Hochtemperaturverzinkung). Der
Heizdeckel ist, wie die keramische Wanne, beinahe unbegrenzt haltbar. Die
Zinkbadtemperatur und die Heiztemperatur werden mittels einer automatischen
Temperaturregelanlage in Verbindung mit einem Schreiber geregelt und über-
wacht. Wie in Abb. 5.29 dargestellt, lassen sich Zinkbadeinhausungen an den
keramischen Verzinkungsofen relativ einfach anbauen. Da die Bedienungstüren in
der Regel klein sind, können hier auch handbediente Türen (Hubtüren evtl. mit
Gegengewicht) eingesetzt werden.
5 Technische Ausrüstung
Abb. 5.28 Verzinkungsofen mit keramischer Wanne
1 Heizdeckel
2 Isolierung
3 Zinkbad
4 keramische Wanne
5 Brenner, stirnseitig
6 Barriere
182
5.15
Automatische Kleinteilverzinkungsanlage
Funktionsweise (Abb. 5.30)
Über ein Transportband werden die KörbeanderautomatischenFüllstation (7)
gefüllt und gewogen. Danach gelangen die Körbe mittels Kettenförderer (2)zum
Trockenofen (5). Nach dem Trockenprozess werden sie auf dem Ausgangspunkt der
automatischen Verzinkungslinie positioniert. Automat 1 (6) übernimmt den Korb
und taucht ihn in das Zinkbad. Eine Verschiebeeinrichtung (7)schiebtden
eingetauchten Korb über einen Träger aus Spezialmaterial zur anderen Ofenseite.
Die Durchsatzmenge ist abhängig von der Abkochzeit. Der max. Durchsatz beträgt
100 Körbe/h. Der Automat 2 (8) zieht den Korb langsam aus dem Zinkbad. Sobald
der Korb das Zinkbad verlassen hat, fährtderAutomat2imSchnellgangüber die
Zentrifuge und setzt den Korb dort ein. Nachdem der Zentrifugendeckel
geschlossen ist, läuft die Zentrifuge an. Die Zentrifugierzeit ist einstellbar. Nach
5.15 Automatische Kleinteilverzinkungsanlage
Abb. 5.29 Zinkbadeinhausung an einem keramischen
Verzinkungsofen
1 Hubtür, handbetätigt/elektromotorisch
2 Verzinkungsofen
3 Halogenstrahler
4 Klapptür
5 Einschienen-Ringbahn
183
5 Technische Ausrüstung
Abb. 5.30 Automatische Kleinteil-
verzinkungsanlage
1 Füllstation
2 Kettenförderer
3 Verzinkungskorb
4 Verzinkungsofen
5 Trockenofen
6 Automat l
7 Verschiebeeinrichtung
8 Automat 2
9 Verzinkungskorb-Träger
10 Zentrifuge
11 Wasserbad
12 Automat 3
184
Beendigung des Zentrifugiervorganges öffnet der Deckel, der Automat 3 (12)
übernimmt den Korb, fährt über das Wasserbad, kippt den Inhalt in das Wasserbad
und der leere Korb kippt wieder in seine Ausgangsposition. Danach wird der Korb
auf den Kettenförderer 1 (2)gestelltundzurFüllstation befördert. Bei einem
Füllgewicht von 25 kg beträgt der maximale Stundendurchsatz 2500 kg. Die Anlage
ist von einem Mann zu bedienen und benötigt nicht mehr als 100 m
2
Aufstellfläche.
Die Anlage wird selbstverständlich automatisch gesteuert. [5.10]
5.15.1
Automatische Roboter-Schleuderverzinkungsanlage
Funktionsweise (Abb. 5.31)
Roboter (1) schwenkt den Schleuderkorb, gefüllt mit einem vorgegebenen Gewicht
von Kleinteilen, über den Verzinkungsofen (9) und taucht diesen ins Zinkbad. Vor
dem Eintauchen und Ausheben des Korbes wird die Zinkbadoberfläche automatisch
(6)vonZinkaschebefreit.
Auf kurzem Wege wird der Korb mittels Roboter 1 (5)ineineÜberbadzentrifuge
(7) gesetzt. Roboter 1 (5) schwenkt leer zur Schleuderkorbübernahme (3).
5.15 Automatische Kleinteilverzinkungsanlage
Abb. 5.31 Roboter-Schleuderverzinkungsanlage
1 Zuführ-Förderband
2 Schwingförderrinne mit
Wägeeinrichtung
3 Schleuderkorbabgabe und -übernahme
4 Roboter 2
5 Roboter 1
6 Zinkascheabstreifer
7 Überbadzentrifuge
8 Verschlussmantel Zentrifuge
9 Verzinkungsofen mit Rinneninduktor
10 Rinneninduktor
185
Roboter 2 (4) entnimmt nach dem Zentrifugiervorgang den Korb, entleert diesen
über einem Wasserbad und stellt den leeren Korb auf die Schleuderkorbabgabe (3).
Hier wird der Korb über eine Schwingförderrinne mit Wägeeinrichtung neu gefüllt.
Die Steuerung der Anlage erfolgt automatisch. Die Roboter werden so pro-
grammiert, dass Kollisionen ausgeschlossen sind. [5.12, 5.15].
5.16
Rohrverzinkungsanlage
Voraussetzung zur Feuerverzinkung ist die metallisch reine Oberfläche der Rohre.
Sie wird durch chargenweises Tauchen der Rohrbunde in der chemischen
Vorbehandlung erreicht. Anschließend wird jedes einzelne Rohr im vorgegebenen
Takt durch die Verzinkungsanlage geführt (Abb. 5.32). Dabei durchläufteszuerstdie
Trockeneinrichtung (nicht bei der Nassverzinkung), wird in das Zinkbad getaucht
und nach einer bestimmten Tauchzeit vom Bedienungsmann oder mit Hilfe eines
Rohraushebeautomaten aus dem Bad gezogen und der schräg angeordneten
Ausziehbahn zugeführt. Innerhalb dieser Bahn passiert es eine Ringdüse, die
überschüssiges Zink mit Druckluft abläst und gleichzeitig die Rohraußenfläche
glättet. Danach erreicht das Rohr die Ausblasstation. Hier wird überschüssiges Zink
5 Technische Ausrüstung
Abb. 5.32 Automatische Rohrverzinkungsanlage
1 Vorbehandlungsanlage
2 Rohrzuteilvorrichtung
3 Trockenofen
4 Regelstrecke
5 Filteranlage
6 Verzinkungsofen
7 Rohrausziehmaschine
8 Dampfausblasstation
186
aus dem Rohrinnern entfernt; gleichzeitig wird die Innenfläche geglättet. Das
entfernte Zink bzw. der abgesaugte Zinkstaub werden separiert. Nach dem
Rohrausblas-Vorgang gelangen die Rohre in ein temperiertes Wasserbad, werden
abgekühlt und den Folgeeinrichtungen übergeben. [5.11]
5.17
Einsatz von Vibratoren/Rüttlern
Eine größere Anzahl von Feuerverzinkereien setzt seit Jahren Rüttler (Abb. 5.33) und
Vibratoren innerhalb der Feuerverzinkerei in unterschiedlichen Bereichen ein. Der
Unterausschuss „Rationalisierung“ der Technischen Kommission hat sich mit
diesem Thema auf seiner Sitzung befasst und gibt dazu die nachfolgenden
Hinweise. Durch den Einsatz von Rüttlern werden Gestelle und Traversen in
Schwingung versetzt und bewirken auf diese Weise ein verändertes Fließ-und
Abtropfverhalten der Behandlungsmedien und vor allen Dingen des Zinks. Bei
Rüttlern handelt es sich üblicherweise heute um Systeme, die zwischen dem
Kranhaken und dem Verzinkungsgestell/Traverse oder auf einem separaten
Aufhängebalken zwischen den Kranhaken befestigt werden. Der Antrieb erfolgt
im Regelfall durch zwei gegenläufig synchron laufende Elektromotoren, die auf
Grund der speziellen Anordnung horizontale Schwingungen eliminieren und nur
die erwünschten vertikalen Schwingungen entstehen lassen.
Rüttler sind nicht immer und unter allen Bedingungen von Vorteil, in vielen Fällen
lassen sich jedoch gute Ergebnisse erzielen. Ob Rüttler eingesetzt werden können,
hängt primär von den betrieblichen Voraussetzungen und den zu verzinkenden
Produktenab.IndenmeistenFällen verbessern sie die Verzinkungsqualitätund
sparen Nacharbeitungsaufwand. Rüttler können in verschiedenen Bereichen des
Verzinkungsprozesses sinnvoll eingesetzt werden, so zum Beispiel
I
bei der Vorbehandlung; kurzes Rütteln gegen Ende der
Abtropfphase ermöglicht das bessere Abtropfen der Behand-
lungsmedien, spart Zeit und reduziert die Verschleppung.
I
im Zinkbad; Rütteln erleichtert bei verschiedenen Produkten
das Aufschwimmen von Asche- und Flussmittelresten und
bietet damit die Möglichkeit, die Tauchzeit zu verkürzen, die
Zinkauflage zu reduzieren und die Qualität zu verbessern; die
unvermeidlichen Kontaktstellen zwischen Verzinkungsgut
und dem Transportgestell werden minimiert.
5.17 Einsatz von Vibratoren/Rüttlern
Abb. 5.33 Rüttler (VARD-Vibration, CH-Lostorf)
187
I
über dem Zinkbad; erleichtert der Einsatz des Rüttlers das
Abtropfen der Zinkschmelze, vermeidet die Häufung von
Zinkspitzen, erleichtert die Entfernung von Drähten und
Ketten, vermeidet große Grate durch Drähte und Ketten; das
Zusammenkleben von eng aufgehängten Teilen wird erheb-
lich reduziert; ebenfalls vermindert wird das unerwünschte
Zusetzen von kleinen Bohrungen mit Zink; Bohrungen und
Innengewinde werden sauberer.
I
beim Hartzinkziehen; hier ermöglichen Hartzinkgreifer, die
mit einem Rüttler ausgerüstet sind, eine Verbesserung des
Hartzinkaustrages; Rütteln beim Verlassen des Bades (unter-
halb des Badspiegels) und beim Öffnen des Greifers führen zu
besseren Ergebnissen und Erleichtern die Arbeit.
Grundsätzlich ist anzumerken, dass sich Rüttler für die Behandlung von leichten,
kleinen Teilen besser eignen als für die Behandlung von schweren Stahlkonstruktio-
nen. Wenn es zu Fehlern oder unerwünschten Effekten beim Einsatz von Rüttlern
kommt, hängt dieses meist damit zusammen, dass
I
entweder zu lange gerüttelt wird oder zum falschen Zeitpunkt
oder
I
das Verzinkungsgut falsch aufgehängt wurde (Drahtbefesti-
gungen fürkleineTeilemüssen straff gezogen werden, da
andernfalls der Draht Resonanzschwingungen auslöst).
In allen Fällen führt der Einsatz eines Rüttlers trotz der eingebauten Dämp-
fungselemente während des Rüttelns zu einer erhöhten Belastung der Krananlage;
es muss daher geprüft werden, ob die Krananlage die auftretenden Mehrbelastungen
verkraftet.
Aufgrund der baulichen Abmessungen des Rüttlers gehen etwa 50 cm Hakenhöhe
verloren. FürSonderfällegibtesjedochauchRüttler, die in die Unterflasche des
Krans integriert werden und somit die volle ursprüngliche Hakenhöhe erhalten.
Hinsichtlich der Handhabung von Rüttlernhatessichgezeigt,dassdiezur
Erzielung des gewünschten Effektes notwendigen Frequenzen unterschiedlich sind.
Aus diesem Grunde ziehen es viele Anwender vor, den Rüttler in mehreren kurzen
Intervallen zu betätigen, in deren Verlauf zwangsläufig die wirksamen Frequenz-
bereiche durchfahren werden. Mehrere kurze Rüttelintervalle sind im Regelfall
einem langen Intervall vorzuziehen.
5.18
Energiebilanz
Nach Wübbenhorst [ 5.17] ist im stationären Zustand, d. h. bei Konstanthaltung der
Temperatur der Zinkschmelze, also bei Ausschluss von Aufheiz- und Abkühlzu-
ständen, die vom Heizsystem gelieferte gesamte Wärmemenge gleich der Summe
aller einzelnen abgeführten Wärmemengen. In diesem Zustand kennzeichnet die
5 Technische Ausrüstung
188
Temperatur der Zinkschmelze den Gleichgewichtszustand zwischen zu- und
abgeführter Wärmemenge. Im Koordinatensystem aufgetragen, kennzeichnet die
45°-Gerade diesen Gleichgewichtszustand (Abb. 5.34, s. S. 192). Der senkrechte
Abstand dieser Geraden von der Abszisse ist die abgeführte Wärme, der waagerechte
Abstand von der Ordinate die zugeführte Wärme. Für jeden Punkt dieser Geraden ist
das Verhältnis dieser beiden Werte gleich, nämlich 1:1. Das oben schrägschraffierte
Feld ist der Nutzanteil, das unten der Abgasverlust. Dieser ist durch das Heizsystem
bedingt und kann vom Verzinker nicht beeinflusst werden. Das senkrecht
schraffierte Feld beinhaltet die Abstrahlungsverluste, die vom Verzinker beeinflusst
werden können und sollten.
In Abb. 5.34b ist die Wärmebilanz eines elektrisch beheizten Kessels dargestellt,
da hier wegen der fehlenden Abgasverluste die Verhältnisse übersichtlicher werden.
Die besonders gekennzeichneten Punkte (o) stellen den Leerlaufzustand dar. Mit
zunehmender Durchsatzleistung bewegt sich dieser Arbeitspunkt auf der 45°
Geraden nach rechts oben. Es ist zu erkennen, dass die Abstrahlungsverluste von der
Oberfläche der Zinkschmelze, die über den gesamten Arbeitsbereich konstant sind,
die Energiebilanz erheblich belasten. Ihr prozentualer Anteil wird mit zunehmender
Durchsatzleistung immer größer. Er ist bei mittleren Durchsatzleistungen eines
Kessels etwa gleich dem Nutzanteil und macht bei Stillstandszeiten (Leerlauf), in
denen die Zinkschmelze lediglich auf Temperatur gehalten wird, bei dem mit
Brennstoff beheizten Kessel den überwiegenden, bei dem elektrisch beheizten
Kessel sogar den ganzen Teil des Wärmeverbrauchs aus.
Im Wesentlichen lässt sich die abgeführte Wärme in drei Bestandteile zerlegen:
I
Nutzwärme Q
Nutz.
fürdieErwärmung des Verzinkungsgutes
und der Schmelzen des Zinks
I
Verlustwärme Q
V1
,Wärme, die von der Oberfläche der
Zinkschmelze und den Kesselwänden abstrahlt
I
Verlustwärme Q
V2
,Abgaswärme (Verwendung zum Beheizen
der Vorbehandlungsbäder u. dgl.)
Gl. 5.1Q
ges.
=Q
Nutz.
+Q
V1
+Q
V2
Der von Menge und Temperatur der Abgase abhängige Abgasverlust wird durch
den feuerungstechnischen Wirkungsgrad gekennzeichnet.
5.18 Energiebilanz
Tab. 5.1 Wärmetechnische Richtwerte für Verzinkungskessel in kJ/kg °C [5.16]
Stahl Zink
Spezifische Wärme (0 bis 450 °C) 0,54 0,67
Wärmeinhalt bei 450 °C 243 302
Schmelzwärme 115
Oxydationswärme 5342
Dichte gegossen 7,12 kg/dm
3
Dichte geschmolzen 6,6
189