Die Erfindung betrifft eine Verzinkungsanlage und ein Verfahren zur Verzinkung von Stückgut, insbesondere eine Feuerverzinkungsanlage bzw. ein Feuerverzinkungsverfahren.

Stückgutverzinken, oft auch als diskontinuierliches Feuerverzinken bezeichnet, wie es beispielsweise gemäß DIN EN ISO 1461 festgelegt ist, ist ein bewährtes Verfahren zur Herstellung von Korrosionsschutzschichten auf Werkstücken, Rohlingen, Bauteilen oder dergleichen, üblicherweise aus Stahl oder Guss. Das Stückgut wird dabei in ein Schmelzbad getaucht, das überwiegend Zink sowie prozessabhängig einige Zusatzstoffe enthält. Die Temperatur der Schmelze liegt typischerweise zwischen 440 °C und 460 °C, beim sogenannten Hochtemperaturverzinken hingegen regelmäßig zwischen 530 °C und 620 °C. Nach dem Verzinkungsprozess wird das Stückgut abgekühlt. Aufgrund von Verzugsgefahr kann jedoch nicht jegliches Stückgut unmittelbar nach dem Verzinkungsprozess in ein Wasserbad getaucht werden. Es kann dann erforderlich sein, das Stückgut zunächst an Luft abkühlen zu lassen. Hat das Stückgut eine hinreichend geringe Temperatur erreicht, kann es in einem nächsten Schritt in einem Wasserbad weiter abgekühlt werden.

Das Schmelzbad wird in einem Verzinkungskessel erzeugt, der traditionell mittels fossiler Brennstoffe beheizt wird, insbesondere mittels Erdgases. Der Verzinkungskessel befindet sich dabei üblicherweise in einem Verzinkungsofen. In diesen sind beispielsweise Gasbrenner zur Wärmeerzeugung eingebaut. Eine solche Beheizung bringt einen hohen Anteil an Abwärme mit sich, weshalb in vielen Verzinkungsanlagen Maßnahmen getroffen sind, um die Abwärme zur Beheizung eines Flussmitteltrockners und/oder zur Beheizung von Vorbehandlungsbädern zu verwenden. Solche Vorbehandlungsbäder umfassen beispielsweise ein Entfettungsbad, ein Spülbad, ein Beizbad und ein Flussmittelbad. Üblicherweise reicht die Abwärme jedoch nicht aus, um sowohl den Flussmitteltrockner als auch sämtliche Vorbehandlungsbäder auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Es muss dann weitere Energie eingesetzt werden, um den Flussmitteltrockner zu betreiben und/oder Heißwasser zu erzeugen, das über einen Wärmetauscher dazu verwendet werden kann, die Vorbehandlungsbäder zu erwärmen.

Das Einstellen einer geeigneten hohen Temperatur der Vorbehandlungsbäder und des Flussmitteltrockner ist grundsätzlich zweckmäßig, da der Energiebedarf und möglicher Bauteilverzug beim eigentlichen Verzinkungsprozess gesenkt werden kann, wenn getrocknetes und vorgewärmtes Stückgut verwendet wird, da dann der Temperaturunterschied zwischen dem in das Schmelzbad getauchten Stückgut und dem Schmelzbad selbst geringer ist. Außerdem verkürzen höhere Temperaturen der Vorbehandlungsbäder die erforderliche Verweilzeit des Stückguts in den zugehörigen Vorbehandlungsbäder erheblich.

Zur Steigerung einer Energieeffizienz einer Verzinkungsanlage sind aus dem Stand der Technik verschiedene Maßnahmen bekannt. Beispielsweise offenbart CN 208055441 U eine Vorheizeinrichtung mit einer elektrischen Heizspirale und einem Gebläse.

Ferner ist aus CN 108265256 A ein Heizsystem für eine Verzinkungsanlage bekannt, bei dem Abgas von Heizbrennern, die zur Erzeugung der Schmelze verwendet werden, durch einen Wärmetauscher geführt wird. Der Wärmetauscher ist mit einem Wasserbad verbunden, das entsprechend durch Abwärme der Abgase erwärmt werden kann.

Ein weiterer Ansatz zur Steigerung einer Energieeffizienz ist aus CN 208652616 U bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass Abwärme von Abgasen dazu verwendet wird, Zuluft für einen Gasbrenner zu erwärmen.

Es ist zu erwarten, dass künftig als Alternative zu Erdgas oder anderen fossilen Brennstoffen verstärkt elektrische Energie verwendet wird. Es kommen dann elektrische Heizvorrichtungen zum Einsatz, insbesondere auch induktive Heizvorrichtungen, mittels derer Wärme sehr gleichmäßig und kontrolliert in ein Schmelzbad einbringbar ist. Elektrisches Heizen von Zinkschmelzbädern ist zudem sehr energieeffizient. Der Energieeinsatz kann sich hierdurch um 35 % oder mehr verringern. Dies geht allerdings auch damit einher, dass die betreffende Heizvorrichtung selbst weniger Abwärme erzeugt. Die beschriebenen Ansätze zur Rückführung von Abwärme aus Verbrennungsprozessen lassen sich dann nicht einsetzen. Dennoch ist es aus den genannten Gründen nach wie vor wünschenswert, dass im Flussmitteltrockner und in den Vorbehandlungsbädern eine geeignete hohe Temperatur eingestellt ist.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verzinkungsanlage und ein Verzinkungsverfahren anzugeben, die sich durch einen hohen Grad an Energieeffizienz auszeichnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verzinkungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Verzinkung von Stückgut mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht aus von einer Verzinkungsanlage zur Verzinkung von Stückgut, insbesondere einer Feuerverzinkungsanlage, die einen Verzinkungskessel zur Bereitstellung eines Schmelzbads, einen Trockner, insbesondere einen Flussmitteltrockner, mit einem Trockenraum, in dem Stückgut vor einem Tauchen in das Schmelzbad trockenbar ist, und einen Abkühlbereich umfasst, in dem Stückgut nach einem Tauchen in das Schmelzbad an Luft abkühlbar ist, indem Wärme des Stückguts an Luft in dem Abkühlbereich abgegeben wird.

Es wird vorgeschlagen, dass die Verzinkungsanlage zusätzlich eine Wärmerückführung umfasst, die einen Wärmeweg definiert, über den an Luft in dem Abkühlbereich abgegebene Abwärme des Stückguts dem Trockner zuführbar ist.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verzinkung, insbesondere zur Feuerverzinkung, von Stückgut. Das Verfahren kann in einer erfindungsgemäßen Verzinkungsanlage durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst den Schritt eines Bereitstellens eines Schmelzbads. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt eines Trocknens von vorbehandeltem Stückgut in einem Trockenraum vor einem Tauchen des Stückguts in das Schmelzbad. Der Trockenraum kann ein Trockenraum eines Trockners, beispielsweise eines Flussmitteltrockners, sein. Des Weiteren umfasst das Verfahren den Schritt eines Tauchens des Stückguts in das Schmelzbad. Außerdem umfasst das Verfahren den Schritt eines Bewegens des Stückguts aus dem Schmelzbad in einen Abkühlbereich. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt eines Zuführens von Wärme, die von dem Stückgut in dem Abkühlbereich abgegeben wird, in den Trockenraum. Zudem umfasst das Verfahren den Schritt eines Trocknens von weiterem vorbehandeltem Stückgut in dem Trockenraum, wobei das Trocknen zumindest teilweise vermittels der zugeführten Wärme durchgeführt wird. Das Verfahren wird insbesondere in der Reihenfolge durchgeführt, in der die Verfahrensschritte genannt sind. Es versteht sich aber, dass einzelne Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können als sie genannt wurden.

Die erfindungsgemäßen Merkmale führen zu einem hohen Grad an Energieeffizienz.

Die Abwärme des Stückguts kann in energieeffizienter Weise dazu genutzt werden, eine Trocknung weiteren Stückguts durchzuführen, beispielsweise nachdem dieses aus einem Flussmittelbad kommt. Zusätzlich oder alternativ zur Nutzung von Abwärme, die beim Heizen selbst entsteht, kann auf eine weitere Quelle von Abwärme zugegriffen werden. Ferner kann auch im Fall verzugsgefährdeten heißen Stückguts Wärme rückgewonnen werden, die bisher ungenutzt blieb.

Die Verzinkungsanlage kann einen Prozessweg definieren, entlang dessen Stückgut bei einer Verzinkung bewegt wird. Der Prozessweg kann einem prozessbezogenen Ablauf bzw. einer prozessbezogenen Reihenfolge entsprechen, d. h. das Stückgut durchläuft verschiedene Prozessschritte nach Maßgabe des Prozesswegs bzw. im Rahmen seiner Bewegung entlang des Prozesswegs. Der Prozessweg kann den räumlichen Weg beschreiben, entlang dessen das Stückgut bei Durchlaufen des Prozesswegs physisch geführt wird.

Die Verzinkungsanlage kann zumindest ein Vorbehandlungsbad umfassen, das bezüglich des Prozesswegs bzw. entlang des Prozesswegs vor dem Trockner angeordnet ist und in das Stückgut vor der Verzinkung tauchbar ist. Wie erwähnt, können mehrere Vorbehandlungsbäder vorgesehen sein, insbesondere jeweils zumindest ein Entfettungsbad, Beizbad und Flussmittelbad sowie nach Bedarf zwischengeordnete Spülbäder. Der Trockner befindet sich vorzugsweise bezüglich des Prozesswegs hinter den Vorbehandlungsbädern, insbesondere unmittelbar hinter einem Flussmittelbad. Der Trockner kann dazu eingerichtet sein, im Trockenraum gewünschte, frei wählbare Temperaturen einzustellen, wodurch Flussmittel rasch und zuverlässig trocknen kann, während aber ein Flussmittelfilm auf dem Stückgut erhalten bleibt. Der Trockner kann als Trockenofen bezeichnet werden.

Die Verzinkungsanlage kann eine Abkühlkammer mit einem Abkühlraum umfassen, der den Abkühlbereich definiert. Die Abkühlkammer kann Wandungen umfassen, die den Abkühlraum zumindest teilweise einhausen. Der Abkühlraum kann ein umschlossener Luftraum sein. Die Abkühlkammer kann einen wahlweise schließbaren Zugang umfassen, beispielsweise eine Tür, ein Tor, eine Luke oder dergleichen. Stückgut kann durch den Zugang in die Abkühlkammer einbringbar und/oder ausbringbar sein. Die Abkühlkammer kann auch mehrere Zugänge umfassen, beispielsweise einen Eingang und einen Ausgang, die insbesondere wahlweise verschließbar sein können. Durch die Verwendung einer Abkühlkammer kann von dem Stückgut abgegebene Wärme besonders wirksam rückgeführt werden, weil erwärmte Luft nicht unkontrolliert entweichen kann. Die Wärmerückführung kann den Abkühlraum der Abkühlkammer mit dem Trockenraum des Trockners verbinden, insbesondere zumindest im Wesentlichen luftdicht oder wahlweise luftdicht.

Die Verzinkungsanlage kann zumindest ein Kühlbad umfasst, das bezüglich des Prozesswegs hinter dem Abkühlbereich angeordnet ist und in das Stückgut nach Abkühlen im Abkühlbereich zu einer weiteren Kühlung tauchbar ist. Das Kühlbad kann beispielsweise ein Wasserbad umfassen. Es können auch mehrere Kühlbäder vorgesehen sein, in die Stückgut nacheinander getaucht wird und/oder in die unterschiedliches Stückgut gleichzeitig getaucht wird. Beispielsweise kann der Abkühlbereich Raum für mehrere Chargen von Stückgut bieten, die nacheinander verzinkt wurden. Die Chargen können nach einem Abkühlen im Abkühlbereich in unterschiedliche Wasserbäder getaucht werden, sodass jeweils eine Charge in ein Wasserbad getaucht wird.

Die Schmelze ist insbesondere eine Zinkschmelze. Ein Erzeugen der Schmelze kann ein Schmelzen von Zink sowie ggf. ein Schmelzen weiterer Bestandteile der Schmelze umfassen, die gezielt zugegeben werden können. Der Verzinkungskessel kann einen Stahlkessel und/oder einen keramischen Kessel umfassen. Letzteres ist insbesondere im Fall einer Hochtemperaturschmelze vorteilhaft.

Das Tauchen des Stückguts kann ein Absenken desselben in die Schmelze umfassen, insbesondere in den Verzinkungskessel hinein. Nach Ablauf einer vorgegebenen Tauchdauer kann das Stückgut wieder aus der Schmelze bzw. dem Verzinkungskessel entfernt werden. Das Stückgut kann zum Tauchen und/oder Herausziehen an Trägern, wie beispielsweise an geeigneten Traversen, aufgehängt und/oder befestigt sein, die in die Schmelze hinein und/oder aus dieser heraus bewegbar sind. Je nach Beschaffenheit des Stückguts können auch Trommeln, Körbe oder andere Behälter zum Einsatz kommen, in die das Stückgut vor dem Tauchen in die Schmelze eingefüllt wird. Dies bietet sich beispielsweise für Kleinteile an, ist aber hierauf nicht beschränkt.

Die zum Erzeugen der Schmelze und/oder zum Aufrechterhalten oder Erhöhen deren Temperatur erforderliche Wärme kann durch Gasbrenner zugeführt werden, die beispielsweise auf eine Oberfläche der Schmelze und/oder auf die Wandungen des Verzinkungskessel gerichtet sein können. In anderen Ausführungsformen können Brennstäbe oder andere im Verzinkungskessel angeordnete Heizelemente vorgesehen sein. Der Verzinkungskessel kann auch über wenigstens eine Wandung mit integrierten Heizelementen verfügen. Die Heizelemente können elektrisch, mit Gas, induktiv oder anderweitig beheizbar sein. Hierdurch kann Wärme von oben, von unten und/oder von der Seite des Verzinkungskessels zuführbar sein.

Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen insbesondere zum Tragen, wenn der Verzinkungskessel elektrisch beheizt ist. Das Heizen geht dann mit weniger Abwärme einher als im Fall einer Gasbeheizung. Es ist dann besonders zweckmäßig, Wärme direkt aus dem frisch verzinken Stückgut rückzu gewinn en. Auch im Fall von gasbeheizten Kesseln kann die Erfindung die Energieeffizienz steigern.

Beispielsweise kann bei einem Anlagendesign mit Gasbrennern, bei dem grundsätzlich ein Zuheizen für die Vorbehandlungsbäder erforderlich wäre, durch die hierin beschriebene Form der Abwärmenutzung ggf. gänzlich auf ein Zuheizen verzichtet werden.

Die Wärmerückführung kann eine aktive und/oder eine passive Wärmerückführung sein. Die Wärmerückführung kann Wärme aktiv fördern, beispielsweise durch aktives Bewegen eines wärmetransportierenden Mediums. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmerückführung Wärme durch Konvektion, Wärmeleitung oder auf andere Weise passiv transportieren.

Das Verfahren kann wiederholt durchlaufen werden, wobei unterschiedliches Stückgut gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen des Prozesswegs gehandhabt wird. Beispielsweise kann gleichzeitig eine erste Charge Stückgut die Vorbehandlungsbäder durchlaufen und/oder eine zweite Charge Stückgut im Trockner getrocknet werden und/oder eine dritte Charge Stückgut im Verzinkungskessel verzinkt werden und/oder eine vierte Charge Stückgut im Abkühlbereich abgekühlt werden und/oder eine fünfte Charge Stückgut im Kühlbad abgekühlt werden.

Eine effiziente Wärmeübertragung kann insbesondere dann auf einfache Weise realisiert werden, wenn die Wärmerückführung einen Luftweg definiert, der den Wärmeweg ausbildet, über den durch Wärme des Stückguts erwärmte Luft von dem Abkühlbereich in den Trockenraum des Trockners führbar ist. Die Wärmeübertragung kann einen Luftschacht umfassen, der den Luftweg zumindest abschnittsweise definiert. Alternativ oder zusätzlich können Luftleitelemente wie Leitbleche, Rohre, Profile, Schläuche oder dergleichen vorgesehen sein, die den Luftweg zumindest abschnittsweise definieren. Über den Luftweg kann erwärmte Luft direkt in den Trockenraum geleitet werden. Hierdurch kann auf einen separaten Wärmetauscher verzichtet werden.

Ein Wärmeaustausch kann insbesondere dann zuverlässig und gut steuerbar kontrolliert werden, wenn die Wärmerückführung ein Gebläse umfasst, das dazu eingerichtet ist, Luft entlang des Luftwegs zu fördern. Das Gebläse kann in dem Luftschacht angeordnet sein. Das Gebläse kann einen Antrieb mit steuerbarer Antriebsleistung und/oder Drehzahl umfassen. Insbesondere kann das Gebläse eine einstellbare Fördermenge aufweisen.

Die Wärmerückführung kann eine Drosseleinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen Luftdurchsatz durch den Luftweg einzustellen. Die Drosseleinrichtung kann beispielsweise zumindest eine Drosselklappe, zumindest eine größenveränderliche Öffnung, zumindest eine Blende, zumindest eine Jalousie und/oder zumindest eine Schiebetür umfassen. Ferner kann die Drosseleinrichtung einen ansteuerbaren Antrieb umfassen. Die Drosseleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Luftdurchsatz automatisiert einzustellen, insbesondere im Zusammenwirken mit dem Gebläse.

Die Wärmeübertragung zwischen dem Abkühlbereich und dem Trockenraum kann insbesondere dann wenigstens teilautomatisiert und/oder leicht handhabbar einstellbar sein, wenn die Wärmerückführung eine Steuerung umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine über den Wärmeweg übertragene Wärmemenge zu beeinflussen und/oder zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuerung kann mit dem Gebläse und/oder mit der Drosseleinrichtung verbunden und zu deren Ansteuerung eingerichtet sein. Hierdurch kann ein Luftstrom bzw. ein Luftdurchsatz oder eine Menge geförderter Luft einstellbar sein.

Die Verzinkungsanlage und insbesondere der Trockner kann ferner einen Temperatursensor umfassen, der mit der Steuerung verbunden ist und der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur in dem Trockenraum zu bestimmen und eine bestimmte Temperatur an die Steuerung weiterzugeben. Zudem kann die Steuerung der Wärmerückführung dazu eingerichtet sein, nach Maßgabe der von dem Temperatursensor bestimmten Temperatur durch Beeinflussung der über den Wärmeweg übertragenen Wärmemenge eine Temperatur in dem Trockenraum auf einen Sollwert zu regeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmerückführung einen oder mehrere Temperatursensoren umfassen. Des Weiteren kann zusätzlich oder alternativ die Abkühlkammer einen oder mehrere Temperatursensoren umfassen. Die Steuerung kann mit zumindest einem und insbesondere mit allen genannten bzw. vorhandenen Temperatursensoren verbunden sein. Beispielsweise kann die Steuerung dazu eingerichtet sein, bei der Steuerung und/oder Regelung der übertragenen Wärmemenge, etwa beim Einstellen eines bestimmten Luftstroms oder Luftdurchsatzes, beispielsweise mittels des Gebläses und/oder der Drosseleinrichtung, einen Temperaturunterschied zwischen Luft in der Abkühlkammer und/oder Luft in der Wärmeübertragung und/oder Luft in dem Trockner zu berücksichtigen.

Alternativ oder zusätzlich kann es zweckmäßig sein, dass die Verzinkungsanlage und insbesondere der Trockner zumindest einen Feuchtesensor umfasst. Dieser kann mit der Steuerung verbunden sein. Der Feuchtigkeitssensor kann dazu eingerichtet sein, eine Feuchtigkeit in dem Trockenraum zu bestimmen und eine bestimmte Feuchtigkeit an die Steuerung weiterzugeben. Die Steuerung wiederum kann dazu eingerichtet sein, die Wärmerückführung nach Maßgabe der von dem Feuchtesensor bestimmten Feuchtigkeit anzusteuern. Die bestimmte Feuchtigkeit kann alternativ oder zusätzlich zu der von dem Temperatursensor bestimmten Temperatur für die Steuerung und/oder Regelung der übertragenen Wärmemenge und/oder für ein Einstellen eines Luftstroms und/oder Luftdurchsatzes von der Steuerung berücksichtigt werden. Hierdurch können geeignete Bedingungen im Trockner genau eingestellt werden.

Ein Anlagendesign, das sich zur Erzielung eines hohen Grads an Energieeffizienz als besonders günstig herausgestellt hat, sieht vor, dass bezüglich des Prozesswegs der Verzinkungskessel zwischen dem Trockner und der Abkühlkammer angeordnet ist, wohingegen räumlich der Trockner und die Abkühlkammer unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. In anderen Worten befinden sich der Trockner und die Abkühlkammer nicht auf gegenüberliegenden Seiten des Verzinkungskessels, sondern sind einander benachbart. Hierdurch kann die Wärmeübertragung kompakt ausgebildet sein. Insbesondere kann der Luftweg der Wärmeübertragung einen im Wesentlichen geraden Verlauf folgen, wodurch Luft gezielt und ohne nennenswerte Wärmeverluste übertragen werden kann. Insbesondere dann, wenn die Abkühlkammer bzw. der Abkühlraum bezüglich einer Schwerkraftrichtung unterhalb des Trockners bzw. der Trockenkammer liegt, kann eine Wärmeübertragung aufgrund von Konvektion stattfinden. Mit dem Begriff „unmittelbar nebeneinander“ kann in diesem Zusammenhang beispielsweise gemeint sein, dass außer der Wärmeübertragung keine weiteren Becken, Kessel, Kammer bzw. generell keine Vorrichtungen, an oder in denen das Stückgut beim Durchlaufen des Prozesswegs durch Durchführung eines bestimmten Prozessschritts verweilt, zwischen der Abkühlkammer und dem Trockner angeordnet sind.

Um dem Umstand Rechnung zu tragen, dass ein Abkühlen im Abkühlbereich und/oder ein Trocknen im Trockner in vielen Fällen länger dauert als die Tauchzeit im Schmelzbad, kann vorgesehen sein, dass der Trockenraum und/oder der Abkühlraum derart dimensioniert ist, dass er eine größere Menge an Stückgut fasst als der Verzinkungskessel bei einem einzelnen Verzinkungsvorgang in dem Schmelzbad. Die Größe des Abkühlraums und die Größe des Trockenraums können derart aufeinander abgestimmt sein, dass sich bei im Wesentlichen kontinuierlicher Zuleitung erwärmter Luft aus dem Abkühlraum im Trockenraum die gewünschte Temperatur einstellt. Entspricht beispielsweise die Abwärme von einer Anzahl N Chargen von abkühlendem Stückgut zumindest im Wesentlichen einer erforderlichen Wärme, um eine Anzahl von M Chargen von Stückgut zu trocknen, können der Abkühlbereich bzw. der Abkühlraum und der Trockenraum derart dimensioniert sein, dass diese N bzw. M Chargen Stückgut aufnehmen können.

Wärmeverluste können insbesondere dann wirksam reduziert werden, wenn die Wärmerückführung den Trockner und die Abkühlkammer zumindest im Wesentlichen luftdicht miteinander verbindet. Die Wärmerückführung kann in einigen Fällen neben einem Luftweg von dem Abkühlraum zu dem Trockenraum eine Luftrückführung umfassen, die einen Luftweg definiert, über den abgekühlte Luft aus dem Trockenraum in den Abkühlraum rückführbar ist. Auf diese Weise rückgeführte Luft kann wiederum durch Abwärme von Stückgut erwärmt werden. Es kann in anderen Fällen hingegen günstig sein, Luft nicht aus dem Trockner in den Abkühlraum rückzuführen. Insbesondere kann im Trockenraum eine leicht saure Atmosphäre herrschen, weshalb Luft aus dem Trockenraum nicht mit verzinktem Stückgut in Kontakt kommen soll. Der Trockner und/oder die Abkühlkammer und/oder die Wärmerückführung können zumindest einen wahlweise öffenbaren und schließbaren Einlass und/oder einen wahlweise öffenbaren und schließbaren Auslass aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Luftschlitze, Jalousien, Klappen etc. handeln. Hierdurch kann wahlweise Luft zugeführt oder abgeführt werden, beispielsweise um Frischluft ins System einzubringen oder überschüssige erwärmte Luft aus dem System zu entfernen. Gerade im Fall ohne Rückführung kann die Abkühlkammer einen Lufteinlass und der Trockner einen Luftauslass aufweisen. Luft strömt dann aus der Umgebung in die Abkühlkammer, wird dort erwärmt, wird ohne nennenswerte Verluste durch die Wärmerückführung in den Trockner geleitet, und kann schließlich durch den Luftauslass des Trockners entweichen. In einigen Ausführungsformen kann die Verzinkungsanlange ferner zumindest einen Wärmetauscher umfassen, der derart mit dem zumindest einen Kühlbad und dem zumindest einen Vorbehandlungsbad verbunden ist, dass Wärme, die von in das Kühlbad getauchtem Stückgut abgegeben wird, über den Wärmetauscher dem Vorbehandlungsbad zuführbar ist. Es versteht sich, dass mehrere Kühlbäder auf diese Weise mit mehreren Vorbehandlungsbädern verbunden sein können. Hierfür können wahlweise mehrere Wärmetauscher eingesetzt werden. Durch die Verwendung eines Wärmetauschers zwischen den Bädern kann die Energieeffizienz der Anlage weiter gesteigert werden. Restwärme des Stückguts, die nach dessen Abkühlen im Abkühlbereich noch vorhanden ist, kann auf diese Weise ebenfalls nutzbar gemacht werden.

Der Einsatz der genannten Wärmetauscher kann insbesondere dann besonders einfach, raumsparend und unter Verwendung kurzer und somit mit geringen Wärmeverlusten behafteter Leistungen erfolgen, wenn der Prozessweg einen ersten Wegabschnitt, der von einem Ausgangspunkt über den Trockner in den Verzinkungskessel führt, und einen zweiten Wegabschnitt umfasst, der von dem Verzinkungskessel über den Abkühlraum zu einem Endpunkt führt, wobei der erste Wegabschnitt und der zweite Wegabschnitt zumindest abschnittsweise nebeneinander und/oder gegenläufig angeordnet sind. Der erste Wegabschnitt und der zweite Wegabschnitt können zumindest abschnittsweise zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. In einigen Fällen können die Vorbehandlungsbäder und die Abkühlbäder unmittelbar nebeneinander angeordnet sein.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und im Rahmen der Ansprüche sinnvoll in Kombination verwenden.

Falls von einem bestimmten Objekt mehr als ein Exemplar vorhanden ist, ist ggf. nur eines davon in den Figuren und in der Beschreibung mit einem Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung dieses Exemplars kann entsprechend auf die anderen Exemplare von dem Objekt übertragen werden.

Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verzinkungsanlage;

Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verzinkung von Stückgut; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Verzinkungsanlage.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verzinkungsanlage 10. Hierbei kann es sich um eine Feuerverzinkungsanlage zur Normaltemperaturfeuerverzinkung oder zur Hochtemperaturfeuerverzinkung handeln. In der Verzinkungsanlage wird Stückgut chargenweise verzinkt. Chargen 50 von Stückgut sind in Fig. 1 als Rechteck mit Kreuz dargestellt. Hierbei kann es sich beispielsweise um Träger handeln, an denen zu verzinkendes Stückgut aufgehängt ist, um Körbe, in die Stückgut gelegt ist, um Traversen, an denen Stückgut befestigt ist etc. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Charge 50 mit einem Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass unterschiedliche Chargen nacheinander verzinkt werden können, die unterschiedliches Stückgut umfassen.

Die Verzinkungsanlage 10 umfasst einen Verzinkungskessel 12, in dem ein Schmelzbad 14 aus geschmolzenem Zink erzeugbar ist. Der Verzinkungskessel 12 kann in einem nicht dargestellten Verzinkungsofen angeordnet und/oder Teil desselben sein. Das Schmelzbad weist eine Gesamtmasse von wenigstens 10.000 kg, in vielen Fällen von wenigstens 50.000 kg, und regelmäßig von wenigsten 100.000 kg auf, wobei auch deutlich größere Massen bzw. Volumina erfindungsgemäß möglich sind. Der Verzinkungskessel 12 umfasst eine Heizvorrichtung 52, die im dargestellten Fall elektrisch betrieben ist. Beim Heizen des Verzinkungskessels 12 entsteht im beispielhaft dargestellten Fall daher deutlich weniger Abwärme als im Fall von Verzinkungskesseln, die mit Erdgas oder anderen Brennstoffen beheizt werden.

Die Heizvorrichtung 52 ist rein schematisch dargestellt. Diese kann beispielsweise um den Kessel herum verlaufende Heizelemente umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann sie von dem Schmelzbad 14 durchströmbare Abschnitte umfassen, durch die das Schmelzbad 14 zu dessen Erwärmung führbar ist.

Die Verzinkungsanlage 10 definiert einen Prozessweg 38, entlang dessen Stückgut zur Verzinkung bewegt wird. Mehrere Chargen 50 von Stückgut können gleichzeitig entlang des Prozesswegs geführt werden und an unterschiedlichen Stellen im Prozessweg unterschiedliche Teilprozesse durchlaufen.

Die Verzinkungsanlage 10 umfasst eine Reihe von Vorbehandlungsbädern 40, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Vorbehandlungsbäder 40 umfassen beispielsweise ein oder mehrere Entfettungsbäder, Spülbäder und Beizbäder. Außerdem umfassen die Vorbehandlungsbäder 40 zumindest ein Flussmittelbad. Nachdem Stückgut in das Flussmittelbad getaucht wurde, wird es anschließend einem Trockner 16 der Verzinkungsanlage 10 zugeführt. Der Trockner umfasst einen Trockenraum 18. Im Trockenraum 18 wird die gewünschte Solltemperatur eingestellt. Der Trockner 16 ist ein Trockenofen, im Trockenraum 18 erfolgt die Trocknung des Flussmittels auf dem vorbehandelten Stückgut. Nach Entnahme aus dem Trockenraum 18 wird das Stückgut in das Schmelzbad 14 getaucht.

Die Verzinkungsanlage 10 umfasst ferner eine Abkühlkammer 34 mit einem Abkühlraum 36, der einen Abkühlbereich 20 für Stückgut definiert, das aus dem Schmelzbad genommen wurde. In dem Abkühlbereich 20 kann das Stückgut an Luft abgekühlt werden. Dies bietet sich insbesondere für Stückgut an, bei dem Verzugsgefahr besteht, weil diese nicht unmittelbar nach dem Schmelzbad in ein Wasserbad getaucht werden konnten.

Des Weiteren umfasst die Verzinkungsanlage 10 zumindest ein Kühlbad 42. Nach Abkühlen an Luft in dem Abkühlbereich 20 kann das Stückgut durch Tauchen in das Kühlbad 42 weiter abgekühlt werden.

Zur Erzielung einer verbesserten Energieeffizienz umfasst die Verzinkungsanlage 10 eine Wärmerückführung 22. Die Wärmerückführung 22 definiert einen Wärmeweg 24. Im dargestellten Fall umfasst die Wärmerückführung 22 einen Luftschacht 23, der den Trockner 16 mit der Abkühlkammer 34 verbindet. Die Wärmerückführung 22 umfasst einen Luftweg 26, der den Wärmeweg 24 definiert. Über den Luftweg 26 kann erwärmte Luft aus dem Abkühlbereich 20 bzw. dem Abkühlraum 36 in den Trockenraum 18 geführt werden. Die Wärme, die das Stückgut beim Abkühlen abgibt, entweicht auf diese Weise nicht aus dem System, sondern wird an anderes Stückgut übertragen, das in dem Trockenraum 18 getrocknet wird.

Die Wärmerückführung 22 umfasst ein Gebläse 28 und eine Drosseleinrichtung 29. Ferner umfasst die Wärmerückführung 22 eine Steuerung 30 und einen Temperatursensor 32, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des Trockenraums 18 zu messen. Außerdem umfasst in einigen Ausführungsformen die Wärmerückführung 22 einen Feuchtesensor 33, der dazu eingerichtet ist, eine Luftfeuchtigkeit in dem Trockenraum 18 zu messen. Durch Ansteuerung des Gebläses 28 und/oder der Drosseleinrichtung 29 kann die Steuerung 30 die Temperatur und Feuchte in dem Trockenraum 18 auf einen Sollwert regeln. Hierfür stellt die Steuerung 30 das Gebläse 28 und/oder die Drosseleinrichtung 29 geeignet ein, um einen Luftstrom von dem Abkühlraum 36 in den Trockenraum 18 einzustellen. Die Drosseleinrichtung 29 kann beispielsweise eine Jalousie, eine Schiebetür, eine Klappe, eine Blende oder dergleichen umfassen, mittels derer ein größenveränderlicher Luftdurchlass realisiert sein kann.

Für die Regelung der Temperatur und Feuchte kann in anderen Worten ein Luftstrom und/oder ein Luftdurchsatz durch die Wärmerückführung 22 als Stellgröße dienen, alternativ oder zusätzlich auch ein Öffnungsgrad der Drosseleinrichtung 29 und/oder eine Drehzahl und/oder Fördermenge des Gebläses. Die Wärmerückführung 22 kann über geeignete Sensorik verfügen, die mit der Steuerung 30 verbunden ist und die einen aktuellen Luftstrom, eine aktuell bewegte Luftmenge und/oder eine aktuell übertragene Wärmemenge misst.

Wärmeverluste können insbesondere dann reduziert werden, wenn die Wärmerückführung 22 den Trockner 16 bzw. den Trockenraum 18 zumindest im Wesentlichen luftdicht mit der Abkühlkammer 34 bzw. dem Abkühlraum 36 verbindet. Im dargestellten Fall umfasst die Abkühlkammer 34 einen Lufteinlass 37. Ferner umfasst im dargestellten Fall der Trockner einen Luftauslass 39. Der Lufteinlass 37 und/oder der Luftauslass 39 können wahlweise verschließbar sein. Zudem können der Lufteinlass 37 und/oder der Luftauslass 39 drosselbar und/oder einstellbar ausgebildet sein, insbesondere durch Ansteuerung seitens der Steuereinheit 30, sodass ein hindurchtretender Luftstrom einstellbar ist. In einigen Ausführungsformen können der Lufteinlass 37 und/oder der Luftauslass 39 die Drosseleinrichtung 29 der Wärmerückführung 22 ganz oder zumindest teilweise ausbilden.

Im dargestellten Fall ist die Steuerung 30 dazu eingerichtet, die Feuchtigkeit in dem Trockenraum 18 einzustellen bzw. zu regeln, indem sie den Lufteinlass 37 und/oder den Luftauslass 39 ansteuert. Dies kann zusätzlich zur Ansteuerung des Gebläses 28 und/oder der Drosselreinrichtung 29 erfolgen. Somit kann bedarfsweise Frischluft in das System eingebracht und hierdurch feuchte Luft aus dem Trockenraum 18 verdrängt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Lufteinlass an dem Luftschacht 23 der Wärmerückführung vorhanden sein. Hierdurch kann Frischluft mit erwärmter Luft aus dem Abkühlbereich 20 vermischt werden, etwa, um die Temperatur der in den Trockenraum 18 eingeleiteten Luft einzustellen. Beispielsweise wenn die Luftfeuchtigkeit im Trockenraum 18 stark verringert werden soll, kann hierbei ein großer Luftstrom verwendet werden, ohne dass eine unerwünschte Überhitzung des Trockenraums 18 bewirkt wird.

In einigen Ausführungsformen kann die Wärmerückführung 22 eine Luftrückführung umfassen, über die abgekühlte Luft aus dem Trockenraum 18 in den Abkühlraum 36 rückgeführt wird. Dort wird die Luft durch Abkühlen des Stückguts erwärmt und kann dann wieder in den Trockenraum 18 geführt bzw. gefördert werden. Luft kann dann in dem System zirkulieren, insbesondere in Abwesenheit des Lufteinlasses 37 und/oder des Luftauslasses 39 bzw. im dem Fall, dass dieser/diese verschlossen ist/sind.

In manchen Ausführungsformen kann auf ein Gebläse und/oder eine Drosseleinrichtung verzichtet sein. Luftaustausch kann beispielsweise durch Konvektion erfolgen. Die beispielhaft dargestellte Ausführung mit Gebläse 28 und Drosseleinrichtung 29 ist somit beispielhaft zu verstehen.

Optional umfasst die Verzinkungsanlage 10 zumindest einen Wärmetauscher 44, der zwischen zumindest einem Vorbehandlungsbad 40 und zumindest einem Kühlbad 42 angeordnet ist. Es versteht sich, dass mehrere Kühlbäder 42 und mehrere Vorbehandlungsbäder 40 durch einen oder mehrere Wärmetauscher 44 verbunden sein können. Die Darstellung in Fig. 1 ist dahingehend rein schematisch zu verstehen.

In einigen Ausführungsformen kann die Verzinkungsanlage 10 einen Wärmetauscher 45 umfassen, der dazu angeordnet und eingerichtet ist, Wärme zwischen dem Trockner 16 und zumindest einem Vorbehandlungsbad 40 auszutauschen, insbesondere zu einem Flussmittelbad. Ein solcher Wärmetauscher 45 ist in Fig. 1 dargestellt, ist aber optional. Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, um überschüssige Restwärme über den Trockner 16 an zumindest ein Vorbehandlungsbad 40 weiterzuleiten. Ebenso kann dies zweckmäßig sein, um in dem Fall, dass im Abkühlbereich 20 vorübergehend kein heißes Stückgut vorhanden ist, den Trockner 16 energieeffizient durch Abwärme des betreffenden Vorbehandlungsbads 40 zu erwärmen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst der Prozessweg 38 einen ersten Wegabschnitt 46, der durch das zumindest eine Vorbehandlungsbad 40 und den Trockner 16 in den Verzinkungskessel 12 führt, sowie einen zweiten Wegabschnitt 48, der aus dem Verzinkungskessel 12 durch den Abkühlbereich 20 und durch das zumindest eine Kühlbad 42 verläuft. Der erste Wegabschnitt 46 und der zweite Wegabschnitt 48 verlaufen abschnittsweise parallel zueinander. Im parallel verlaufenden Bereich sind die Wegabschnitte 46, 48 gegenläufig. Dies ist im dargestellten Fall dadurch bewerkstelligt, dass der Trockner 16 unmittelbar neben dem Abkühlbereich 20 bzw. der Abkühlkammer 34 angeordnet ist. Der Verzinkungskessel 12 ist zwar bezüglich des Prozesswegs 38 zwischen dem Trockner 16 und dem Abkühlbereich 20 angeordnet, räumlich sind jedoch der Trockner 16 und der Abkühlbereich 20 nicht auf gegenüberliegenden Seiten des Verzinkungskessels 12 angeordnet. Stattdessen sind diese räumlich einander benachbart. Hierdurch kann eine Wärmerückführung 22 mit kurzer Baulänge und kleiner Dimension verwendet werden. Es ist daher einfach und vergleichsweise verlustfrei möglich, erwärmte Luft aus dem Abkühlbereich 20 in den Trockenraum 18 zu führen bzw. zu fördern. Die Erfinder haben erkannt, dass die räumliche Anordnung von Trockner 16 und Abkühlbereich 20 derart, dass diese nahe beieinanderliegen, vorteilhaft für die möglichst effiziente Rückführung von Wärme ist.

Ebenso sind im vorliegenden Fall die Vorbehandlungsbäder 40 und die Kühlbäder 42 unmittelbar nebeneinander angeordnet und werden gegenläufig von Stückgut durchlaufen. Es sind hierdurch nur kurze Wege vorhanden, die von Leitungen überbrückt werden müssen, die mit dem zumindest einen Wärmetauscher 44 verbunden sind. Hierdurch kann die verbleibende Abwärme des Stückguts, das in dem zumindest ein Kühlbad 42 weiter abgekühlt wird, zur Erzeugung von Heißwasser für die Vorbehandlungsbäder 40 genutzt werden, wodurch die Energieeffizienz weiter gesteigert werden kann.

Optional können der Trockenraum 18 und der Abkühlbereich 20 bzw. der Abkühlraum 36 derart dimensioniert sein, dass darin mehrere Chargen von Stückgut Platz finden. Im beispielhaft dargestellten Fall können jeweils beispielsweise vier Chargen getrocknet bzw. abgekühlt werden. Das Trocknen bzw. Abkühlen nimmt typischerweise mehr Zeit in Anspruch als das Tauchen in das Schmelzbad 14. durch die genannte Dimensionierung des Trockenraum 18 und/oder des Abkühlraum 36 kann hierdurch ein hoher Gesamtdurchsatz erzielt werden. Der Trockenraum 18 und der Abkühlraum 36 sind außerdem im vorliegenden Fall derart dimensioniert, dass die im Abkühlraum 36 abgegebene Wärmemenge in etwa der Wärmemenge entspricht, die für den Trockenraum 18 benötigt wird.

Es versteht sich, dass die Verzinkungsanlage 10 Kapselungen und/oder Einhausungen umfassen kann, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Beispielsweise können die Vorbehandlungsbäder 40 eingehaust sein, insbesondere gemeinsam mit oder angeschlossen an den Trockner 16. Zudem kann der Verzinkungskessel 12 eingehaust sein.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verzinkung von Stückgut. Das Verfahren kann beispielsweise in der beschriebenen Verzinkungsanlage 10 durchgeführt werden.

In einem Schritt S1 wird ein Schmelzbad 14 bereitgestellt.

In einem Schritt S2 wird Stückgut in einem Trockenraum 18 getrocknet, ehe dieses in das Schmelzbad 14 getaucht wird. Das Stückgut kann zuvor verschiedene Vorbehandlungsbäder durchlaufen haben, wie insbesondere ein Flussmittelbad.

In einem Schritt S3 wird das Stückgut in das Schmelzbad 14 getaucht.

In einem Schritt S4 wird das Stückgut aus dem Schmelzbad 14 in einen Abkühlbereich 20 bewegt.

Das Stückgut gibt Wärme an Luft in dem Abkühlbereich 20 ab. Diese Wärme wird in einem Schritt S5 dem Trockenraum 18 zugeführt.

Schließlich wird diese Wärme in einem Schritt S6 dazu verwendet, weitere Stückgut in dem Trockenraum 18 zur Trocknen.

In einem optionalen Schritt S7 wird wie beschrieben das Stückgut nach dem Abkühlen im Abkühlbereich 20 im Kühlbad 42 weiter abgekühlt. Dabei wird Restwärme an das Kühlbad 42 abgegeben.

In einem weiteren optionalen Schritt S8 kann diese Restwärme zu den Vorbehandlungsbädern 40 rückgeführt werden. Dies erfolgt beispielsweise über den Wärmetauscher 44. In noch einem weiteren optionalen Schritt S9 kann Wärme vom Trockenraum 18 in das zumindest eine Vorbehandlungsbad 40 rückgeführt werden, beispielsweise in ein Flussmittelbad.

Es versteht sich, dass insbesondere die Schritte S7, S8 und S9 nicht zwingend in der angegeben Reihenfolge durchgeführt werden. Diese können im laufenden Betrieb der Anlage auch gleichzeitig und/oder in anderer Reihenfolge ablaufen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Verzinkungsanlage 10‘. Für die Beschreibung der Fig. 3 werden gleiche Bezugszeichen wie bei der Beschreibung der Verzinkungsanlage 10 im Zusammenhang mit der Fig. 1 verwendet. Zur Unterscheidung sind diese mit einem Hochkomma versehen.

Bezüglich der Beschreibung der einzelnen Komponenten der Verzinkungsanlage 10‘ wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Komponenten der Verzinkungsanlage 10‘ mit Bezugszeichen versehen.

Die Verzinkungsanlage 10‘ ist im dargestellten Fall eine bestehende Anlage, bei der eine Wärmerückführung 22‘ nachgerüstet wurde. Es könnte sich aber auch um eine neu gebaute Anlage handeln. Die Verzinkungsanlage 10‘ umfasst einen Verzinkungskessel 12‘, der beispielhaft eine gasbetriebene Heizvorrichtung 52‘ umfasst. Es könnte sich aber auch um einen elektrisch betriebenen Kessel handeln.

Erkennbar sind bei der Verzinkungsanlage 10‘ ein Trockner 16‘ und eine Abkühlkammer 34‘ auf gegenüberliegenden Seiten des Verzinkungskessels 12‘ angeordnet. Ebenso sind Vorbehandlungsbäder 40‘ und Abkühlbäder 42‘ auf gegenüberliegenden Seiten des Verzinkungskessels 13 angeordnet, wobei dies rein exemplarisch zu verstehen ist. Ein Prozessweg 38‘ führt durch die verschiedenen Prozessstationen.

Im vorliegenden Fall sind somit der Trockner 16‘ und die Abkühlkammer 34‘ nicht nur bezüglich des Prozesswegs 38‘ durch den Verzinkungskessel 12‘ getrennt, sondern auch räumlich. Sie sind insbesondere nicht unmittelbar nebeneinander angeordnet. Die Erfindung kann dennoch eingesetzt werden. Eine Wärmerückführung 22‘ umfasst in diesem Fall eine geeignete Luftleitung 54‘, die den Abkühlbereich 20 bzw. einen Abkühlraum 36‘ der Abkühlkammer 34‘ mit einem Trockenraum 18‘ des Trockners 16‘ verbindet. Im dargestellten Fall sind Luftleitungen 54‘, 56‘ auf gegenüberliegenden Seiten einer Baugruppe der Wärmerückführung 22‘ angeordnet, die wie oben beschrieben eine Gebläse 28‘ und eine Drosseleinrichtung 29‘ umfasst. Die Luftleitung 54‘ kann bedarfsweise auch einem komplizierteren Verlauf folgen, je nach räumlicher Anordnung der zu verbindenden Komponenten. Die Luftleitung 54‘ weist in vorteilhaften Weiterbildungen eine Wärmeisolation auf. Hierdurch kann erwärmte Luft auch über größere Entfernungen aus dem Abkühlraum 36‘ in den Trockenraum 18‘ geführt werden.

Ebenso kann auch dann, wenn die Vorbehandlungsbäder 40‘ und die Abkühlbäder 42‘ nicht räumlich unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, ein Wärmetauscher 44‘ dazu verwendet werden, verbleibende Restwärme verzinkten Stückguts 50‘ aus einem Abkühlbad 42‘ einem Vorbehandlungsbad 40‘ zuzuführen. Hierbei kommen erforderlichenfalls Leitungen 58‘, 60‘ zum Einsatz, die bedarfsweise wärmeisoliert sein können. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann auch ein weiterer Wärmetauscher zwischen Trockner 16‘ und Vorbehandlungsbad 42‘vorgesehen sein.