DD206499A3 - Zinkverdampfer - Google Patents

Abstract

DER ZINKVERDAMPFER DIENT DER BESCHICHTUNG BEWEGTER METALLISCHER SUBSTRATE GROSSER ABMESSUNGEN. DAS ZIEL IST ES, EINE SCHICHT OHNE SPRITZER MIT HOHER GLEICHMAESSIGKEIT AUFZUBRINGEN. DIE AUFGABE BESTEHT IM ERREICHEN HOHER VERDAMPFUNGSRATEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DAS VERDAMPFERGEFAESS, DAS MIT GRAPHIT AUSGEKLEIDET IST, AUS MEHREREN SCHICHTEN BESTEHT UND MIT EINEM STAHLMANTEL UMGEBEN IST, MIT EINEM DECKEL HERMETISCH DICHT VERSCHLOSSEN. IN DEM DECKEL SIND ZWEI DAMPFAUSTRITTSOEFFNUNGEN HINTEREINANDER, DEREN FLAECHE 2 BIS 5% DER VERDAMPFUNGSGUTOBERFLAECHE BETRAEGT, ANGEORDNET, WOBEI DIE UNTERE MIT EINER VENTILKLAPPE VERSEHEN IST. IM VERDAMPFER BEFINDEN SICH STRAHLUNGSHEIZER.

Description

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Zinkverdampfer Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verdampfung von Zink, die zur Beschichtung von bewegten bandförmigen metallischen Substraten großer Abmessungen geeignet ist·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Einrichtungen zur Verdampfung von Zink z. B. in Folienbedampfungsanlagen bei der Kondensatorherstellung bekannt· Zink ist relativ leicht zu verdampfen, da schon bei Temperatur von 500 - 600 ⁰C technisch brauchbare Dampfdrücke auftreten· Da die Verdampfungsenthalpie sehr klein ist, ist eine entsprechende Heizung einfach zu realisieren·

Infolge der hohen Affinität des Zn zum Sauerstoff sind jedoch bisher nur kleine Verdampfungsraten möglich gewesen, da sich auf der Badoberfläche des Verdampfers in wenigen Minuten eine Oxidhaut bildet, die eine freie Verdampfung, d. h· den Austrit der Dampfatome behindert· Die Verdampfungsrate sinkt dabei auf Werte von =£ 10 % gegenüber einer oxidfreien Oberfläche, Bei einer Erhöhung der Heizleistung ist durch ein weiteres Anwachsen de.r Oxidschicht nur eine geringe Zunahme der Verdampfungsrate zu beobachten, wobei es in unregelmäßigen Abständen zu Spontanverdampfungen durch Aufplatzen der Oxidschicht kommt· Dabei werden größere Mengen flüssigen Metalls mitgerissen und an das Substrat in Form von Spritzern geschleudert·

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Es wurde beobachtet, daß sieh unter der Oxidschicht zeitweise Blasen von deaorbierten Gasen ansammeln« Innerhalb dieser.Blasen bildet sich der Sättigungsdampfdruck aue, der der Tempera-. tür dee Verdampfungsgutes entspricht· Auf die untere Seite der Oxidschicht wirkt dadurch auf einem Flächenelement eine Kraft, die der Kraft proportional ist, die aus dem Ruckstoßimpuls der aufdampfenden Atome herrührt« Durch eine Oxidschicht wird der Austritt der Dampfatome stark behindert, so daß die praktische spezifische Verdampfungsrate oftmals nur wenige Prozent der theoretischen beträgt·

Die Differenz der beiden Kräfte muß von der Oberflächenschicht, d.h. von der Festigkeit der Oxidschicht und von der Oberflächenspannung der Verdampfungsgutoberfläche kompensiert werden· Dies ist jedoch nur bis zu einer bestimmten Größe der Kräftedifferenz, d· h. bis zu einer bestimmten Größe der spezifischen Verdampfungsrate möglich· Wird das Kräftegleichgewicht durch die Anwendung hoher Verdampfungsguttemperatür zum Zwecke der Erzielung hoher Verdampfungsraten überschritten, so reißt die Oxidschicht auf· In diesem Bereich stellt sich spontan eine höhere Verdampfungsrate ein* Der Rückstoßimpuls des ausdampfenden Materials beult die Oberfläche des Verdampfungsgutes um mehrere Zentimeter ein· Es kommt zu heftigen Badbewegungen, wobei durch den Dampfstrom meist eine große Menge von flüssigem Verdampfungsgut mitgerissen wird·

Es ist auch bekannt, zur gezielten Zerstörung der Oxidhaut vom Tiegelgrund durch die Oberfläche des flüssigen Zn ragende Bolzen vorzusehen, die eine größere Blasenbildung im Zn-Bad verhindern sollen (PR-PS 1.164·Ο34)· Des weiteren sind Verdampfer bekannt, bei denen zwischen Badoberfläche und Substrat Prallbleche vorgesehen sind und der Dampf aus einer Öffnung austritt (GB-PS 869.927)· Diese Verdampfer haben den Nachteil, daß infolge des kondensierenden Zinks auf den Prallblechen sowie der Öffnung Schichten aufwachsen, die den durchströmenden Dampfstrom verringern und schließlich zum vollständigen Verschluß führen·

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Die auf der Badoberfläche befindliche Oxidhaut reduziert auch bei diesen Verdampfern in wenigen Minuten die Verdampfungsrate· Die durch eine größere Heizleistung möglichen Korrekturen sind jedoch aus oben genannten Gründen nur von kurser Dauer und erhöhen gleichzeitig die durch Wärmestrahlung auftretenden Energieverluste, die bis zu 60 % der zugeführten Energie betragen können·

Es sind Verdampfer bekannt, die mit einer Kappe oder einem Deckel verschlossen sind, der eine Öffnung zum Dampfaustritt besitzt. Auch diese Ausführung von Verdampfern ist nicht zum Verdampfen von Zink geeignet, da sich nach kurzer Zeit auch eine Oxidhaut bildet.

Ziel der Erfindung

Es ist ein Zinkverdampfer zu schaffen, der frei von den Mangeln der bekannten Verdampfer ist und hohe Verdampfungsraten erzielt·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zinkverdampf er zu schaffen, der bei gleichbleibender Heizleistung ohne Spritzerbildung und unabhängig von der Dicke der Oxidschicht auf dem Verdampfungsgut Verdampfungsraten von mehreren 100 g s ermöglicht. Spontanverdampfungen müssen verhindert werden·

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe mit einem Verdampfer, der mit einem Deckel mit Dampfaustrittsöffnung, die kleiner ist als die dampfabgebende Fläche, verschlossen ist, der innen mit Graphit ausgekleidet ist und von einem Stahlbehälter und Feuerfestbeton umgeben ist und der strahlungsbeheizt ist, dadurch gelöst, daß das Verdampfergefäß durch den Deckel hermetisch verschlossen is1 und als Druckgefäß in ihm ein Dampfdruck bis 7 . 10^ Pa herrschen kann· In dem Deckel befindet sich im unteren Teil die untere Dampfaustrittsöffnung, deren Querschnitt 2 bis 5 % der

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Verdampfungsguioberfläche beträgt. Diese Dampfaustrittsöffnung ist verschließbar« Über dieser befindet sich noch eine obere Dampfaustrittsö*ffnungj deren Querschnitt und Abmessungen der gewünschten Dampf verteilung auf dem Substrat angepaßt sind«, Über dem Verdampfungsgut sind die Strahlungsheizer angeordnet· Dadurch wird der Dampf innerhalb des Verdampfergefäßes auf eine Temperatur überhitzt, die - 100 ⁰K über der des Verdampfungsgutes liegt» Dadurch werden die Wände des Verdampfergefäßes mehrere 100 ⁰K heißer als das Verdampfungsgut· Die Dampfteilchen,, die eine Vielzahl von Stößen unter anderem auch mit diesen Wänden erleiden, bevor sie durch die Dampfaustrittsb'ffnungen nach außen gelangen^ nehmen dadurch eine höhere Temperatur an als das Verdampfungsgut selbst, während die Wände so heiß sind, daß es· stets bei auftreffenden Dampfteilchen zu einer Reverdampf ung kommt. Zur Unterbrechung des Bedampfungsprozesses bzw, während der Zeit des Aufheizens ist die untere Dampfaustrittsöffnung mit einer Ventilklappe versehen, die gewichtsmäßig so dimensioniert ist, daß es im geschlossenen Zustand dieser Klappe nicht zu einem kritischen Druckanstieg im Verdampfergefäß kommt·

Eine Spontanverdampfung durch Aufreißen der Oxidschicht und ,damit das Auftreten von Spritzern wird somit durch gleiche Druckverhältnisse oberhalb und unterhalb der Oxidschicht verhindert, wobei der jeweils erforderliche Druck sich entsprechend der Temperatur und Verdampfungsrate des Verdampfungsgutes ausbildet. Infolge des Überdrucks im Verdampfer kann ein Anwachsen der Oxidschicht durch eindringende Sauerstoffatome verhindert und damit eine wesentliche Verbesserung gegenüber offenen Verdampfern erzielt werden·

Durch eine gute Wärmeisolierung des Verdampfers durch Schichten aus Peuerfestbeton und asbestfreiem Kalziumsilikat und Umgeben des Stahlbehälters mit keramischen Pasern bis auf einen Lei- .

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stungsdichtestrom der Wärmeleitung von ρ - 0,2 W cm nach außen wird unabhängig von der Dicke der Oxidschicht die einge-

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brachte Energie gleich der des aus der Dampfaustrittsoffnung entweichenden Metalldampfes· Dieses Energiegleichgewicht ist unabhängig von der Oxidschicht und der eingebrachten Energie bzw· Verdampfungsrate·

In der zugehörigen Zeichnung ist ein Zinkverdampfer im Schnitt dargestellt.

Der Zn-Verdampfer besteht aus einem Verdampfergefäß 1, das mit einem dicht aufliegenden Deckel 2 verschlossen ist. Die Höhe des Verdampfergefäßes 1 wird dabei von den Abständen der Heizstäbe 3 über dem Verdampfungsgut 4 (Zn) vorgegeben. Im Deckel 2 ist ein Ventileinsatz 5 mit der schlitzförmigen Dampfaustrittsöffnung 6 angeordnet, der die Ventilklappe 7 aufnimmt. Das Verdampfergefäß 1 ist innen mit Graphitplatten 8 ausgekleidet, die eine wärmeisolierende Feuerfestbetonschicht 9 umgeben, die wiederum in einer asbestfreien Kalziumsilikatplatte 10 eingebettet ist und ringsherum vom Stahlbehälter 11 umgeben ist· Im Bereich des Verdampfungsgutes 4 ist der Stahlbehälter 11 mit keramischer Fasern 12 verkleidet, um eine gleichmäßige Wärmebelastung für den Stahlbehälter 11 zu erzielen. Der Deckel 2 des Verdampfergefäßes 1 besteht aus der Graphitplatte 8, die seitlich von einer Feuerfestbetonschicht 9 umgeben und durch eine Kalziumsilikatplatte 10 abgedeckt ist, auf der eine weitere Graphitplatte 8 den Abschluß nach oben bildet. Der Deckel 2 ist von einem Stahlmantel 13 eingefaßt·. Dieser Stahlmantel 13 ist im Bereich des Substrates nicht und außerhalb dieses Bereiches durch keramische Fasern 12 verkleidet. Die Ventilklappe 7 ist ein Stahlblock, dessen Dichtfläche aus einer Graphitplatte und einer flexiblen Schicht aus keramischen Fasern, abgedeckt mit einer Graphitfolie, besteht. Die Ventilklappe 7 wird um einen Drehpunkt bewegt, dessen Teile zweckmäßig aus Mo gefertigt sind, Zwischen dem Verdampfergefäß 1 und dem Deckel 2 ist eine Keramikfolie 14 zur Abdichtung angeordnet«

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Die über der Dampfaustrittsöffnung 6 angeordnete weitere Dampfauetrittsöffnung 6» dient der gezielten Dampfdient evert eilung und ist in ihrem Querschnitt und Abmessungen entsprechend dimensioniert«

Claims (4)

231734 3 Erfindunssanspruch

1· Zinkverdampfer, der mit einem Deckel verschlossen ist, sen Dampfaustrittsöffnung kleiner ist aii die Verdampfungsgutoberflache, der aus Feuerfestbeton besteht und innen mit Graphit ausgekleidet und außen von einem Stahlbehälter umgeben ist und in dem Strahlungsheizer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfergefäß (1) mit dem Deckel (2) druckstabil verschlossen ist, daß in dem Deckel (2) übereinander zwei Dampfaustrittsöffnungen (6; 6¹) angeordnet sindj wobei die untere, dem Verdampfungsgut (4) zugeordnete Dampfaustrittsöffnung (6) mit einer Ventilklappe (7) verschließbar ist und der Querschnitt 2 bis 5 % der Verrdampfungsgutoberfläche beträgt, daß zwischen den Graphitplatten (8) und dem Stahlbehälter (11) eine Feuerfestbetonschicht (9) und eine asbestfreie Kalziumsilikatplatte (10) angeordnet ist, und daß im Bereich des Verdampfungsgutes (4) der. Stahlbehälter (11) mit einer Schicht aus keramischen Fasern (12) umgeben ist»

2, Zinkverdampfer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung aus hochschmelzenden Metallen, wie Molybdän oder Tantal, besteht.

3. Zinkverdampfer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (2) wie das Verdampfergefäß (1) aus mehreren Schichten besteht und von einem Stahlmantel (13) umgeben ist, wobei die innere Schicht aus Graphit ist und zwischen dem Verdampfergefäß (1) und dem Deckel (2) eine Keramikfolie (14) eingelegt ist.

4· Zinkverdampfer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Dampfaustrittsöffnung (6¹) entfällt·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen