Saubere Energie

Ein innovatives Ofenkonzept zeigt großes Potenzial für die Nachrüstung bestehender Coil-Coating-Produktionslinien und ermöglicht eine drastische Reduzierung des Energieverbrauchs und der Größe.

Coil Coating gilt weithin als die effektivste Methode zur Vorlackierung von Stahl- und Aluminiumsubstraten und ist ein kontinuierlicher und hochautomatisierter industrieller Prozess zur effizienten Beschichtung von Metallbändern. Nachdem die Farbe auf das Metallband aufgetragen wurde, wird sie getrocknet, während die Lösungsmittel verdunsten. Anschließend wird der Lack bis zu einer bestimmten Temperatur ausgehärtet, wobei die Vernetzer die Haftung zwischen den Pigmenten und dem Metallband erhöhen.

Herkömmliche Härtungsöfen sind auf Ventilatoren angewiesen, die eine Wärmeübertragung durch konvektive Wärmeübertragung ermöglichen. Als untere Explosionsgrenze wird die Mindestkonzentration an Lösungsmitteln definiert, die zur Unterstützung ihrer Verbrennung in der Luft erforderlich ist. Unterhalb dieses Niveaus ist die Mischung zu mager zum Verbrennen. Um die Emission flüchtiger organischer Verbindungen zu verhindern, ist entweder eine Lösungsmittelrückgewinnung oder eine thermische Zersetzung erforderlich, die sowohl komplex als auch teuer sind. Mit Unterstützung des EU-finanzierten ECCO-Projekts stellten Forscher ein Proof-of-Concept-Härtungssystem vor, das vielversprechend ist, wenn es darum geht, die oben genannten Probleme zu lösen. Das Ofensystem ist in zwei Abschnitte unterteilt. Der erste Bereich ist der Strahlungsbrennerbereich, in dem intensive Infrarotstrahlung bei hohen Temperaturen emittiert wird, die aus der Lösungsmittelverbrennung innerhalb einer porösen Keramikstruktur resultiert. „Das zweite ist das reine Härtungssystem, das bei erhöhten Lösungsmittelkonzentrationen arbeitet und die direkte Nutzung von Lösungsmitteln als Brennstoff für die Wärmeerzeugung ermöglicht“, erklärt Projektkoordinator Dimosthenis Trimis.

Die Rauchgase der Strahlungsbrenner werden in den Aushärteofen geleitet, wo sie mit Lösungsmitteldämpfen vermischt werden. Dieses Gasgemisch wird dann aus dem Härteofen abgesaugt und dem Strahlungsbrenner zugeführt: Die Lösungsmitteldämpfe werden zum Antrieb des Brenners verwendet, während die Rauchgasrezirkulation Betriebsbedingungen mit Sauerstoffkonzentrationen unterhalb der Grenzsauerstoffkonzentration ermöglicht und so die Explosionssicherheit gewährleistet.Die beiden Einheiten sind durch infrarotdurchlässige Gläser getrennt. Die Forscher testeten die Fähigkeit verschiedener Materialien, die Übertragung im Infrarotbereich zu maximieren und den thermischen Belastungen beim Starten, Betrieb und Herunterfahren des Ofens standzuhalten. Es wurden auch katalytische Beschichtungen entwickelt, die die Ablagerung kohlenstoffhaltiger Substanzen auf dem Glas bei hohen Temperaturen verhindern. Der poröse Brenner besteht aus fortschrittlichen Verbundmaterialien auf Siliziumkarbidbasis, die im Vergleich zu anderen weit verbreiteten Materialien höhere Betriebstemperaturen vertragen. Eine Versuchsanlage wurde verwendet, um die Lösungsmittelverbrennung in strukturierten porösen Medien zu testen.

„Die von ECCO vorgestellten technologischen Lösungen könnten erheblich zur Nachrüstung bestehender Produktionslinien für die Bandbeschichtung beitragen. Sie ermöglichen eine Reduzierung des Energieverbrauchs um über 50 % im Vergleich zu alten oder neuen Ofeninstallationen. Unter der Annahme der gleichen Produktionskapazität ist der ECCO-Härtungsofen kompakter (70 % geringeres Volumen) im Vergleich zu herkömmlichen Öfen, die auf zusätzliche Einheiten wie regenerative oder rekuperative Verbrennungsöfen angewiesen sind“, bemerkt Trimis. Durch die Rückgewinnung von Lösungsmitteldämpfen aus dem Trocknungs-/Härtungsprozess entfällt Abfallproduktion. Darüber hinaus sind die porösen Strahlungsbrenner brennstoffflexibel; Sie können entweder mit Lösungsmitteldämpfen oder Erdgas (oder einer Mischung aus beidem) betrieben werden. Anwendungen für die Spulenbeschichtung gibt es im Alltag in Hülle und Fülle. Zahlreiche Haushaltsgeräte, darunter Kühlschränke, Waschmaschinen und Toaster, bestehen für ihre Konstruktion aus vorlackiertem Stahl oder Aluminium. ECCO präsentiert eine weniger energieintensive, umweltfreundliche und wirtschaftliche Lösung für verschiedene Märkte.

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