Qualitätssteigerung in der Blechbeschichtenden Industrie durch kontinuierliche Metallabscheidung in Entfettungsbädern

In einem großen Blech herstellenden und Blech beschichtenden Unternehmen wird kontinuierlich der Optimierung der Oberflächenqualität gearbeitet. Prozessintegrierte Verfahren wurden systematisch auf Schwachstellen und Verbesserungspotentiale erforscht. Wesentlich für die Beschreibung einer sauberen Oberfläche sind hierbei der reduzierte Fettgehalt und der Feststoffgehalt in Milligramm je Quadratmeter. Die Kundenforderungen liegen deutlich unter 10mg/m_.

Die Ursachenforschung zeigte, dass die aktuelle Pflege des im Kreis geführten Entfettungsbades nicht ausreicht. Es werden zu viele Fette in den Prozess zurück geführt, ebenso wie feinste Eisenteilchen aus dem Walzprozess. Abhilfe sollte hier zunächst der Einsatz von modernen Membranverfahren, wie die Ultrafiltration, zur Flüssig-Flüssig-Filtration für die Abscheidung des abgelösten Fettes schaffen. Diese Arbeiten verliefen sehr erfolgsversprechend. Die Standzeiten der Membranen erwiesen sich allerdings als zu gering, da feinste Feststoffe, im wesentlichen Eisenteilchen, die Poren der Membran verstopften. Dies bedingte wiederum eine zu häufige Reinigung mit chemischen Mittel und ihren frühzeitigen Austausch.

1. VORREINIGUNG
Schon erste versuchsmäßige Einsätze eines Hochgradientmagnetfilters HGF erreichten die notwendige Abreinigung. Ein Langzeiteinsatz über mehrere Wochen rund um die Uhr bestätigte die Ergebnisse. Bedingt durch den besonderen Chemismus in diesem Entfettungsbad war dessen Viskosität sehr hoch. Um Scherkräfte auf das abgeschiedene Partikel im HGF gering zu halten, musste der Durchsatz deutlich unter das sonst übliche Niveau reduziert werden. Der erreichte Durchsatz der kleinsten industriellen Anlage lag damit exakt auf einem Niveau der nachgeschalteten Ultrafiltration UF. Die mittlere Korngröße betrug nur 1,5 µm, 100 % < 4µm! Es wurden am Zulauf Feststoffkonzentrationen von rd. 200 bis 300 mg/l gemessen. Am Gesamtfeststoffgehalt waren Eisenpartikel mit 35 bis 55 % beteiligt.

In den Versuchen wurde der HGF 50 mit einer 3 mm Matrix eingesetzt. Aus den zahlreichen Versuchsreihen ergab sich ein Optimum von 3m_/h. Hierbei wurde über 90 % Eisen-Abreinigung erreicht und dies trotz der überaus geringen Korngröße. Diese Werte wurden auch dem anschließend erteilten Auftrag zu Grunde gelegt. Unter anderen chemischen Bedingungen und damit verbundener geringer Viskosität des Entfettungsbades sind höhere Durchsätze auch für diese Anwendung zu erwarten.

Der HGF wurde in einem Rhythmus von rd. 10 Minuten gespült. Die Spülwassermenge betrug mit einem starken Spülstoß rund 60 l je Spülvorgang. Die Spülwassermenge sollte nach Wunsch des Kunden weiterbehandelt werden und der Feststoff zu einem Schlamm aufkonzentriert werden. Für diesen Zweck wurde von STEINERT der Nasstrommelscheider NTS entwickelt, der einerseits die geringe Korngröße ähnlich dem HGF abscheidet und trotz der notwendiger Weise hohen magnetischen Kräfte ein einfaches Ablösen des Filterkuchens ermöglichen sollte. Durch Neodym-Bor-Magnete in einer speziellen Anordnung innerhalb einer sich drehenden Edelstahltrommel konnte dies erreicht werden. Versuche des Kunden in der Vergangenheit mit einem anderen ebenfalls offenen Trommelmagnetsystem schlugen fehl, da sich der Kuchen nicht vom Magnetsystem entfernen ließen. Ebenso waren die Abscheideleistung und der Durchsatz nicht ausreichend.

Mit dem Nasstrommelscheider von STEINERT traten diese Probleme nicht auf. Das Gerät zeichnete sich von Anfang an durch eine große Zuverlässigkeit und eine gute Abscheidleistung aus.

2. VEREDLUNG
Zur weiteren Qualitätssteigerung betreibt der Kunde hinter dem Durchlaufglühofen eine weitere Veredlung mit Entfettungsstufen. Auch hier wurde der HGF versuchshalber eingesetzt. Die Ergebnisse waren mit denen aus der Vorbehandlung vergleichbar. Aus betrieblichen Gründen konnte der Durchsatz nicht auf das erforderliche Niveau reduziert werden. Eine Übertragbarkeit ist dennoch gegeben. Die Korngröße dürfte bei diesem Material nochmals feiner sein, da es sich um Restanhaftungen aus den Vorprozessen handelt.

3. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND WEITERES VORGEHEN
Durch die sehr überzeugende Arbeitsweise beider Magnetsysteme in der bestehenden Anlage wurde eine Installation bestehend aus HGF und NTS vom Kunden für die Vorbehandlung bestellt und im Herbst 2003 installiert. Die Anlagen laufen heute nach einigen Anpassungsarbeiten störungsfrei.

Der Kunde errichtet für 2005 ein weiteres Werk mit modernster Technologie in allen Anlagenteilen zur Herstellung von beschichtetem Weißblech. Die Behandlung des Entfettungsbades setzt hierbei konsequent auf den Einsatz von Hochgradientmagnetfiltern und Nasstrommelscheidern sowie Ultrafiltrationsanlagen. Bemerkenswert ist insbesondere, dass man wegen der Leistungsfähigkeit der Magnetfiltration, diese für eine kontinuierliche Badpflege und Feststoffabscheidung einsetzt und den Durchsatz bewusst größer als es die nachgeschaltete Ultrafiltration verlangt auslegt. Diese aus mehreren HGF und NTS bestehende Einheit wird im Oktober 2004 montiert.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch den Einsatz der Hochgradientmagnetfiltration und des Nasstrommelscheiders die Badpflege wirkungsvolle, kostensparend und qualitätssteigernd erfolgen kann. Erst durch die umfangreiche Feststoffabscheidung im Vorfeld kann die Ultrafiltration als ursprüngliche Kerntechnologie zur Qualitätssteigerung Ihre Leistungsfähigkeit ausspielen. Die Membranstandzeiten wurden um einmehrfaches gesteigert.

4. FAZIT
Durch die erfolgte Trennung von Feststoffabscheidung und Fettabreicherung können beide Prozesse für sich weiter optimiert werden. Diese Aufgabentrennung wird auch in anderen Branchen der Metallverarbeitung aufgegriffen werden, da Produktqualität, Prozesskosten und Umweltfreundlichkeit deutlich verbessert werden.