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Energy Efficient Coil Coating Process

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Neue Ofentechnik für umweltfreundliches, energiesparendes Bandbeschichtungsverfahren

Eine innovative Ofentechnik ist hervorragend zur Nachrüstung bestehender Bandbeschichtungsanlagen geeignet, um deren Energieverbrauch und Größe deutlich zu reduzieren.

Industrielle Technologien

Bandbeschichtung bzw. Coil-Coating ist das bislang effektivste Verfahren zur Vorlackierung von Stahl- und Aluminiumblechen und ein kontinuierlicher, hochautomatisierter industrieller Prozess zur effizienten Beschichtung von Metallbändern. Nach Auftragen des Lacks auf das Metallband werden im Trocknungsverfahren Lösungsmittel verdampft. Die Aushärtung des Lacks erfolgt bei vordefinierter Temperatur, wobei Vernetzungsmittel die Haftung zwischen Pigmenten und Metallband verstärken.

Geringere Entflammbarkeit von Lösungsmitteln

In herkömmlichen Aushärtungsöfen werden für die konvektive Wärmeübertragung Ventilatoren eingesetzt. Die Konzentration, in der ein Gemisch aus Lösungsmittel und in der Luft enthaltenem Sauerstoff explosionsfähig ist, wird als untere Explosionsgrenze bezeichnet. Unterhalb dieser Konzentration ist das Gemisch zu mager, um sich zu entzünden. Lösungsmittelrückgewinnung oder thermische Zersetzung sind zwei Verfahren, um das Entweichen flüchtiger organischer Substanzen zu verhindern, die jedoch komplex und teuer sind. Unterstützt durch das EU-finanzierte Projekt ECCO wurde nun die Machbarkeit einer neuen Aushärtungstechnologie bestätigt, um die Probleme auszuräumen. Für die Ofentechnik sind zwei Komponenten maßgeblich: Zunächst ein Strahlungsbrenner, der intensive Infrarotstrahlung bei hohen Temperaturen emittiert, wenn die Lösungsmittel in einer porösen Keramikstruktur verbrannt werden. „Die zweite Komponente ist das reine Aushärtungssystem, das mit höheren Lösungsmittelkonzentrationen arbeitet und durch direkte Verbrennung dieser Lösungsmittel Wärme erzeugt“, erklärt Projektkoordinator Dimosthenis Trimis.

Funktionsweise der Bandbeschichtungsanlage

Die Rauchgase der Strahlungsbrenner werden in den Aushärtungsofen geleitet und vermischen sich dort mit den Lösungsmitteldämpfen. Das resultierende Gasgemisch wird dann aus dem Ofen in den Strahlungsbrenner abgesaugt, um für den Betrieb des Brenners genutzt zu werden. Durch Rückführung der Rauchgase wird die Sauerstoffkonzentration unterhalb der Sauerstoffgrenzkonzentration gehalten, sodass kein Explosionsrisiko besteht. Beide Komponenten sind durch infrarotdurchlässige Glasscheiben voneinander getrennt. Die Forschenden testeten anschließend an verschiedenen Materialien die maximale Infrarotdurchlässigkeit und thermische Belastungsfähigkeit beim Hochfahren, Betrieb und Herunterfahren des Ofens. Entwickelt wurden zudem katalytische Beschichtungen, die verhindern, dass sich bei hohen Temperaturen kohlenstoffhaltige Substanzen auf dem Glas ablagern. Bestandteil des Hightech-Verbundmaterials des porösen Brenner ist Siliziumkarbid, da es höhere Betriebstemperaturen ermöglicht als andere gängige Materialien. In einer Versuchsanlage wurde die Verbrennung der Lösungsmittel dann in Medien mit poröser Struktur getestet.

Innovative Technologie, viele Vorteile

„Die von ECCO entwickelten technischen Lösungen sollen die Nachrüstung herkömmlicher Bandbeschichtungsanlagen maßgeblich vereinfachen. So könnte der Energieverbrauch bei alten und neuen Ofenanlagen um mehr als die Hälfte reduziert werden. Bei gleicher Produktionskapazität ist der ECCO-Aushärtungsofen kompakter (70 % Volumeneinsparung) als herkömmliche Öfen, da dort noch weitere Einheiten wie regenerative oder rekuperative Verbrennungsöfen nötig sind“, so Trimis. Da die Lösungsmitteldämpfe aus dem Trocknungs-/Härtungsprozess rückgewonnen werden, entstehen keine Rückstände. Zudem arbeiten die Porenbrenner mit flexiblen Brennstoffen, d. h. sie können mit Lösungsmitteldämpfen, Erdgas oder einem Gemisch aus beiden betrieben werden. Coil-Coating-Bleche finden in vielen Alltagsbereichen Anwendung. So kommen sie etwa bei Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Waschmaschinen und Toastern in Form vorlackierter Stahl- oder Aluminiumbleche zum Einsatz. ECCO präsentierte daher eine energiesparende, umweltfreundliche und wirtschaftliche Alternative für verschiedene Anwendungsbereiche.

Schlüsselbegriffe

ECCO, Coil Coating, Aushärtungsofen, Lösungsmitteldämpfe, Strahlungsbrenner, Lösungsmittelverbrennung, untere Explosionsgrenze, infrarotdurchlässiges Glas

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26 Januar 2021