Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines beschichteten Metallbandes Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten

Metallbandes, insbesondere Stahlbandes, das den Schritt des Trocknens einer lösemittelhaltigen Beschichtung mit einstellbarer Prozessluftzuführung umfasst, wobei das Trocknen mittels eines Niedertemperatur-Trocknungsverfahrens, wie der NIR-Bestrahlung und/oder Induktionserwärmung erfolgt. Sie betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Stand der Technik

Die Beschichtung von Stahlblech bereits im bahnförmigen Zustand ist ein weitverbreitetes industrielles Verfahren. Das meist lösemittelhaltige Lacksystem wird i.d.R. mit Walzen aufgetragen und muss anschließend bei hoher Temperatur getrocknet und vernetzt werden. Dadurch werden erst die geforderten

Beschichtungseigenschaften erreicht. Die Lacksysteme müssen zur Auftragung entsprechend verdünnt werden. Hierzu, aber auch zur Verbesserung der

Filmbildung, ist der Einsatz von Lösemitteln und Bindemitteln erforderlich, deren prozentualer Anteil in der Regel zwischen 30% und 50% liegt. Die trockene

Beschichtungsdicke beträgt in der Regel zwischen 5 μητι und 25 μητι. Die

Beschichtung erfolgt i.d.R. mit hohen Bahngeschwindigkeiten von bis zu 220 m/min und dementsprechend werden große Mengen an Lösemitteln bei der Trocknung freigesetzt. Für die Vernetzung der Lacksysteme sind Vernetzungstemperaturen zwischen 190°C und 250° C erforderlich, in speziellen Anwendungen sogar darüber.

Diese Lösemittel werden konventionell mit Heißlufttrocknern entfernt und als sogenannte Prozessluft abgeführt. Die Konzentration der Lösemittel in der Abluft ist, entsprechend der Lösemittelverordnung, streng limitiert und beträgt maximal 25 Vol. %. Um in Umlufttrocknern eine ausreichende Energieübertragung zur kurzen Trocknung zu ermöglichen, sind die Trocknungssysteme in mehrere Zonen unterteilt, die zum Teil mit sehr hohen Umlufttemperaturen mit bis zu 700° C betrieben werden.

In einem Lacksystem werden in der Regel zwischen 3 - 6 verschiedene Lösemittel eingesetzt, deren Verdampfungstemperaturen zwischen 50°C und 220°C betragen. Die meisten dieser Lösemittel haben jedoch eine Zersetzungstemperatur zwischen 400° C und 45Ö°C. Das führt dazu, dass diese Lösemittel bereits im Umlufttrockner verbrennen und chemisch zersetzt werden. Eine Lösemittelrückgewinnung ist daher nicht möglich. Die lösemittelhaltige Prozessluft muss vor der Freisetzung gereinigt werden. Dies erfolgt in der Regel durch thermische Zerstörung bei Temperaturen deutlich oberhalb von 750° C. Die hierzu verwendeten Anlagen sind sogenannte TO (thermal oxidizer) bzw. RTO (regenerative thermal oxidizer) mit deren Hilfe und teilweise unter Zufuhr weiterer thermischer Energie die Lösemittel verbrennen. Gut eingestellte Prozesse ermöglichen auch einen autothermen Prozess, d.h. die im Lösemittel enthaltene thermische Verbrennungsenthalpie ist zur vollständigen Zerstörung der Lösemittel ausreichend. Teilweise kann auch die Abwärme für den Prozess genutzt werden. Dennoch werden hierbei die teuren und kostbaren Lösemittel nur verbrannt. Die Kosten für die Lösemittel bestimmen wesentlich die Kosten für die gesamte Beschichtung und sind um ein Vielfaches höher als die reinen Energiekosten zum Betrieb einer Metallbandbeschichtungsanlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie eine Anordnung zu dessen Durchführung

bereitzustellen, die insbesondere eine höhere Effizienz der Lösungsmittel- Rückgewinnung mit zuverlässiger und sicherer Verfahrensführung vereinigen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Zweckmäßige Fortbildungen des

Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Die auf den Prozess einstellbare Lösemittelkonzentration in der Prozessluft ermöglicht eine gezielte Kondensation der Lösemittel (wie z.B. Isobutanol, Xylene, Xyclohexanone, Isophorone, Toluol, u.a. ) aus der Prozessluft. Die hierfür einsetzbaren Hochtemperaturkondenser eignen sich besonders gut zur effizienten Rückgewinnung der Lösemittel und bei optimaler Auslegung auch zur gleichzeitigen Separation der Lösemittel. Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass der Restgehalt des Lösemittels in der Prozessluft unter die zulässige Abluftkonzentration fällt.

Idealerweise wird diese gereinigte Luft wieder zur Prozessluft hinzugefügt und somit einem geschlossenen Kreislauf hinzugefügt. Es sind jedoch auch

Tieftemperaturkondensationssysteme einsetzbar.

Zudem wir die CQ ₂ - Produktion eliminiert. Die Lösemittelrückgewinnung bei Metallbandbeschichtungsprozessen ist damit erstmals mit dieser Kombination möglich, was zu einer erheblichen Herstellkostenreduktion und zu einer massiven Reduktion des C0 ₂ -Ausstoßes führt.

In vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens beträgt die Prozesslufttemperatur weniger als 400° C, vorzugsweise weniger als 300° C und vorzugsweise weniger als 260°C.

In weiteren Ausgestaltungen wird das Kondensationsverfahren als Hochtemperatur- Kondensationsverfahren ausgeführt, bei dem eine erste Prozessstufe bei im wesentlichen 100°C und eine zweite Prozessstufe bei im Wesentlichen 50° C abläuft und dadurch eine zumindest teilweise Separation von Lösungsmitteln erfolgt.

Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das Kondensationsverfahren als Kaltkondensationsverfahren mit aktiver Stickstoffkühlung ausgestaltet ist.

In weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass als in der Beschichtung enthaltenen Lösungsmittel Isobutanol, Xylene, Xyclohexanone, Isophorone, Toluol oder andere organische Verbindungen zum Einsatz kommen.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das

Niedertemperatur-Trocknungsverfahren mit NIR-Bestrahlung des beschichteten Metallbandes ausgeführt wird und die Prozessluft zunächst die NIR- Strahler umstreicht und sich dort primär erwärmt und dann als Prozessluft genutzt wird.

Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich im Wesentlichen unmittelbar aus den vorab erwähnten Verfahrensaspekten, so dass von Wiederholungen insoweit abgesehen werden kann. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Lösungsmittel- Gewinnungssystem in Ausgestaltungen als ein- oder mehrstufiges System

ausgebildet ist, in dem kohlenstoffhaltige Katalysatoren nutzbar sind. In einer weiteren vorrichtungsseitigen Ausgestaltung umfasst das Lösungsmittel- Rückgewinnungssystem eine Prozessluft-Vorwärmstation, die insbesondere gas- oder elektrisch beheizt ist.

In weiteren Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Anordnung sind ein

Wärmetauscher oder eine Mischkammer zur Vorwärmung der zugeführten

Prozessluft unter Benutzung der Abwärme der abgeführten Prozessluft vorgesehen. Eine weitere konstruktive Ausführung sieht vor, dass der Trockner

Luftleiteinrichtungen zur eingangsseitigen Zuführung der zugeführten Prozessluft zu den NIR/IR-Strahlern und der an diesen vorgewärmten Prozessluft zum beschichteten Metallband aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der einzigen Figur deutlich. Diese zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der

vorgeschlagenen Anordnung.

Die Trocknung der Beschichtung eines Metallblechs erfolgt in einer

Trocknungsanordnung 23 in einem Trocknungstunnel 1 mittels NIR/IR Strahlung oder mittels Induktion sowie aus einer Kombination der beiden Verfahren. Die Trocknung des Lacks und die Erwärmung des Bleches erfolgt bei beiden Verfahren ohne die Prozessluft. Diese dient nur zum Abtransport der Lösemittel.

Entsprechend wird das Prozessluftvolumen eingestellt.

Die Prozesslufttemperatur wird bereits vor der Einbringung auf die gewünschte Temperatur gebracht und ist max. 250°C warm. Die Strahlung der IR -Strahler als auch die Induktion erwärmen die Prozessluft nicht direkt. Das Metallband erreicht ebenfalls maximal die vorgegebene Temperatur. D.h. die maximale Temperatur im Ofen ist auf 260° C limitiert und es erfolgt keine Zersetzung der Lösemittel.

Die Prozessluft wird anschließend dem Lösemittelrückgewinnungssystem zugeführt. In diesem System wird durch Kondensation das Lösemittel der Prozessluft entzogen und dieses gesammelt. Dieses System besteht in der Regel aus Kondensern 6, 7, Kühltürmen 3, 4 und einem Wärmetauscher 11. Die gereinigte Prozessluft kann anschießend entweder über einen Kamin 15 abgeblasen werden oder dem Prozess bei 17, 18 wieder zugeführt werden.

Zur Rückführung in den Prozess gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Luft kann nach Durchlaufen des Wärmetauschers 11 (oder einer Mischkammer) und ggfs. nach externer Erwärmung in einer mit gas- oder elektrisch betriebenen Vorwärmstation 10 als vorgewärmte Prozessluft 20 direkt dem Prozessraum zugeführt werden. Im Falle eines NIR bzw. IR Trockners kann die Prozessluft zur Emitterkühlung genutzt und nach weiterer Erwärmung dem Prozess zugeführt werden. Dadurch wird die Energiebilanz nochmals verbessert. Die finale Temperierung der Prozessluft erfolgt in der erwärmten Vorwärmstation 10.

Aspekte der Verfahrensführung wie auch der beispielhaft dargestellten Anordnung ergeben sich im Übrigen direkt aus der Figur, unter Beachtung der nachstehenden Bezugszeichenliste.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Die Erfindung hat, mindestens in zweckmäßigen Ausführungen, im Übrigen folgende Aspekte:

1. Es handelt sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Beschichtungen von Stahlbändern unter Verwendung von

Niedertemperaturtrocknungsverfahren wie z.B. NIR oder Induktionstechnik mit einstellbarem Prozessluftverfahren und anschließender Rückgewinnung der Lösemittel durch ein Kondensationsverfahren, wobei die maximale Prozessluft bzw. Trocknerlufttemperatur durch den Einsatz eines Niedertemperatur

Trocknungsverfahrens, wie z.B. NIR/IR, Induktion oder Kombinationen daraus, unter dem Flammpunkt der verwendeten Lösemittel liegt.

2. Zusätzlich zu den Heizsystemen wird ein passives Segment in der Mitte des Trocknungstunnels verwendet wird, um die Trocknungszeit zu verlängern. 3. Der Metallbandtransport durch den Trockner erfolgt horizontal.

4. Der Metallbandbandtransport durch den Trockner erfolgt in vertikaler Richtung.

5. Die Prozesslufttemperatur beträgt weniger als 400" C, vorzugsweise weniger als 300" C und vorzugsweise weniger als 260" C.

6. Zur Lösemittelrückgewinnung wird ein ein- oder mehrstufiges System eingesetzt, welches auch kohlenstoffhaltige Katalysatoren nutzt.

7. Ein Hochtemperaturkondensationsverfahren wird bei dem die Prozessstufe 1 bei ca. 100°C und die Prozessstufe 2 bei ca. 50° C erfolgt eingesetzt und dadurch erfolgt zumindest eine teilweise Separation der Lösemittel.

8. Als Lösemittel kommen Isobutanol, Xylene, Xyclohexanone, Isophorone, Toluol oder andere organische Verbindungen zum Einsatz

9. Zur Lösemittelrückgewinnung kommen Kaltkondensationssysteme mit aktiver Stickstoffkühlung zum Einsatz.

10. Die gereinigte Prozessluft wird nach weiterer Vorwärmung ganz oder teilweise wieder der neuen Prozessluft beigemischt.

11. Diese Luft wird im Anschluss an die Emitter Kühlung vorgewärmt der Prozessluft zugeführt.

Bezugszeichenliste

1 Trocknungssystem: NIR/IR; Induktion; Hybbrid; Tunnel

2 Lösemittelrückgewinnung

3 Kühlturm 1

4 Kühlturm 2

5 Kondenser 2

6 Kondenser 1

7 Kühlung Kondenser 2

8 Vorlaufkühlung Kondenser 1

9 Sekundärkühlung Kondenser 1

10 Prozessluft Vorwärmung

11 Wärmetauscher / Mischkammer

12 Prozessluft im Trockner

13 Prozessluft mit Lösemittel

14 Vorgewärmte Kühlluft Emitter

15 Kamin

16 Gereinigte Prozessluft zum Kamin

17 Gereinigte Prozessluft zur Emitterkühlung

18 Gereinigte Prozessluft zur Erwärmung

19 Vorgewärmte Emitterkühlluft zu 11

20 Erwärmte Prozessluft ohne Lösemittel

21 Vorgewärmte Emitter Kühlluft direkt zur Prozessluft

22 Frischluft zur Prozessluft

23 Komplettes Trocknungssystem