Projekt 20653/01

Reinigung von Blechen durch Hochdruck-Vakuum-Technik

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

An einer zu errichtenden Versuchsanlage soll eine neues Verfahren zur Blechreinigung erprobt werden. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren, das sich bei der Reinigung von Verkehrsflächen bewährt hat. Hierbei wird ein Wasser-Reinigungsmittelgemisch mit geringster Reinigungsmittelkonzentration (<1,5 %) unter Hochdruck (< 30 MPa) beidseitig auf das Blech gedüst werden; die Verunreinigungen, nämlich ein Walzölfilm und Eisenstaub, werden sofort gelöst und gleichzeitig in einer Haube unter Vakuum abgesaugt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist der äußerst geringe Verbrauch an Energie und Betriebsmitteln einerseits, sowie andererseits die Tatsache, dass bestimmte Betriebsmittel gegenüber dem Stand der Technik überhaupt nicht mehr benötigt werden, so dass insgesamt eine erhebliche Umweltentlastung erzielt wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen der Versuchsdurchführung werden die zu reinigenden Bleche manuell auf den Rollengang vor dem Magnetbandförderer aufgelegt; sobald das Blech unter einer Lichtschranke hindurch geschoben wird, startet das Magnetband und fördert das Blech über die Dichtlippen in den eigentlichen Reinigungsraum. Dort wird über ein sich drehenden Düsenbalken das Wasser-Reinigungsmittel-Gemisch aufgedüst, gleichzeitig mit dem Start des Magnetbands werden die Sauggebläse eingeschaltet, so dass die aufgrund des hohen Druckes entstehende stabile Emulsion mit gelösten Feststoffpartikeln (Schmutzwasser) abgesaugt wird.
Zur Beurteilung der Reinigungswirkung wird der Ölgehalt auf dem Blech vor und nach der Reinigung bestimmt. Bei den Versuchsblechen handelt es sich einerseits um Originalbleche aus einem Walzwerk, andererseits werden Probenbleche durch gezielte Verölung selbst hergestellt. Der Ölgehalt wird durch einen so genannten Wischtest bestimmt. Hierbei wird das gesamte Probenblech zweimal mit je einem Filtervlies, das zuvor mit dem Lösungsmittel n-Heptan befeuchtet wurde, abgewischt. Das Lösungsmittel löst das Öl vollständig von der Blechoberfläche ab. Nach dem Abwischen wird das Filtervlies mit der ölverschmutzten Seite nach innen gefaltet und in eine gläserne Extraktionshülse eingebracht. Im Labor wird dann das Öl durch Soxhlet-Extraktion aus dem Filtervlies gelöst; der Ölgehalt im Vliesmaterial wird über eine Massendifferenzwägung bestimmt. Abschließend wird die so ermittelte Ölmasse auf die Probenfläche umgerechnet, um so den flächenspezifische Ölgehalt auf der Probenfläche zu erhalten. Ferner wird Maß für die Güte des Reinigungsprozesses der Abreinigungsgrad eingeführt; hierbei wird der Ölgehalt nach der Reinigung ins Verhältnis zum Ausgangsölgehalt auf der zu reinigenden Fläche gesetzt.


Ergebnisse und Diskussion

Bei Vorversuchen wurde festgestellt, dass die Rotor-Drehzahl nicht unter 1.500 min-1 sinken darf, da sonst bei den üblichen Bandgeschwindigkeiten von bis zu 200 m/min keine vollständige Abreinigung möglich ist; es treten in einem solchem Fall auf der Oberfläche sogenannte kreisförmige Rattermarken auf.
Im Rahmen von einer Vielzahl von Versuchen wurden die wichtigsten Parameter wie Hochdruck, Saugdruck, Reinigungsmittelkonzentration und Einwirkzeit des Wasser-Reinigungsmittel-Gemisches verändert. Als Reinigungsmittel wird OrcaClean verwendet.
Als wichtigste Erkenntnisse für die spätere Auslegung von industriellen Anlagen bleibt festzuhalten:
- der Druck des aufzusprühenden Wasser-Reinigungsmittelgemisches sollte rund 100 bar betragen,
- der Saugdruck sollte so niedrig wie möglich sein, in jedem Fall unter 500 mbar, da nur dann eine ausreichende Trocknung der Materialoberfläche erfolgt,
- die Reinigungsmittelkonzentration sollte beim Vorreiniger zwischen 1 und 2% liegen,
- die Einwirkzeit des Wasser-Reinigungsmittelgemisches sollte nicht unter zwei Sekunden liegen,
- bei einer Kreislaufführung des Wassers sollte die Ölaufkonzentration nicht über einem Prozent liegen, da sonst die Reinigungswirkung merklich nachlässt.
Die ökologische Bilanzierung erfolgt im Vergleich zu einer konventionellen Bandreinigungsanlage bei einem mittelständischen Unternehmen, das im Bereich der Bandverzinkung tätig ist. Durch die neue Reinigungstechnik ändern sich die Verbrauchswerte für den Teilprozess der Bandreinigung gegenüber dem einer konventionellen Anlage substantiell. So wird kein Erdgas für die Heißlufttrocknung benötigt, da die gereinigte, nasse Oberfläche nicht mit Heißluft getrocknet, sondern mittels eines Sauggebläses trocken gesaugt wird. Umweltgefährliche Chemikalien wie Salzsäure werden ebenfalls überhaupt nicht mehr benötigt. Der Stromverbrauch nimmt durch die neue Reinigungstechnik um 17 % ab. Der Wasserverbrauch sinkt um 86 %.
Durch den Einsatz der neuen Hochdruck-Vakuum-Reinigungstechnik werden die Reinigungskosten etwas mehr als halbiert. Die wesentlichen Kosteneinsparung werden durch den geringeren Wasserverbrauch, die vermiedenen Kosten für Erdgas und einen geringeren Wartungsaufwand erzielt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bis zum Zwischenbericht hat sich die Öffentlichkeitsarbeit im Wesentlichen auf die Präsentation des Verfahrenskonzeptes in der Lokalpresse beschränkt. Begleitend und im Nachgang hierzu wurde das neue Reinigungssystem in folgenden Fachzeitschriften vorgestellt: Stahl und Eisen, MaschinenMarkt, Galvanotechnik und MO Metalloberfläche. Eine Präsentation des neuen Verfahrens erfolgte ebenfalls auf dem Eisenhüttentag 2004 in Düsseldorf. Ferner erfolgen ständig Vorführungen der Versuchsanlage vor Vertretern von Industrieunternehmen. Die ersten experimentellen Ergebnisse wurden im VortragKrumm,
W.; Hamel, S.; Schulte, H.:
Clean-up of Oil-Contaminated Areas with New High-Pressure Vacuum Technology
HNICEM 2005, Proceedings of the 2th International Conference On Humanoid, Nanotechnology, Information Technology, Communication and Control, Environment and Management, March 17-20, Manila, Philippines vorgestellt. Diese Tagung wurde gewählt, um erste Kontakte in Fernost zu knüpfen. Im Nachgang sind jetzt weitere Veröffentlichungen in Fachzeitschriften geplant. Ferner sind Messeteilnahmen im größeren Umfang vorgesehen, wie z. B. die Messe INTERSCHUTZ in Hannover.


Fazit

Durch die errichtete Versuchsanlage konnte aufgrund von durchgeführten Experimenten die sichere Funktionsweise eines neuen Reinigungsverfahrens quantitativ nachgewiesen werden. Vorführungen der Versuchsanlage für potentielle Anwender haben bereits zu drei Aufträgen geführt, wobei das entstehende Abwasser in bereits bestehenden werkseigenen Anlagen aufbereitet wird. Was sich deutlich gezeigt hat, ist die Tatsache, dass für eine größere Marktverbreitung des neuen Verfahrens die Abwasserproblematik kostenoptimal gelöst werden muss; da nicht immer davon auszugehen ist, dass entsprechende Wasseraufbereitungsanlagen vorhanden sind. Ferner hat sich ergeben, dass das neue Reinigungsverfahren in modifizierter Form auch zum Entzundern von Metalloberflächen eingesetzt werden kann. Hierfür sind eine Vielzahl von weiteren Entwicklungsarbeiten wie z. B. die Schaffung einer doppelten Drehdurchführung für Hochdruckwasser und drucklosem Abrasivstoff erforderlich.