專利名稱：一種受污染的金屬熔液的再生方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種來自熔液浸入-鍍層過程的、由于混晶而被污染了的金屬熔液、特別是錫熔液的再生方法，其中，金屬熔液首先被加熱到液態溫度之上，在接下來的冷卻過程中析出的混晶被機械除去。本發明了還涉及實施此方法的一種裝置。
金屬物品大多出于防腐和防磨損的原因或為了得到更高的表面硬度而進行金屬鍍層處理。通過金屬鍍層也能達到表面光滑性的改善或獲得裝飾性的外觀。首先銅材應用在許多日常用品和工業中，例如在電子接插連接件的生產中就要求純金屬表面鍍層。
特別是對于金屬帶材的鍍層處理中熔液浸入法得到了非常廣泛的應用，例如防火鍍錫或-鍍鋅就是應用的例子。金屬帶材連同助熔劑通過鍍層金屬的熔液槽而使得帶材光潔。因為在液態鍍層金屬的金屬原子與帶材金屬原子之間的擴散過程中形成了一個合金層。從熔液槽中取出金屬帶材之后，帶材上就生成了純鍍層金屬的一個鍍層。該鍍層的厚度可以通過機械打磨或者借助于空氣或保護氣體吹打而調節。
在鍍層過程中，金屬熔液通過化學反應而被污染。這里的主要原因特別地是浸入熔液槽中的材料中的金屬成分或合金成分被溶解了。沒有消耗完的助熔劑殘余也是導致熔液污染的原因。金屬熔液化學組成的變化使得鍍層效果得到損害，這主要是由于金屬熔液的稠度改變并因而改變了其浸潤行為引起的。結果使得金屬熔液槽液使用壽命縮短了許多。
通過提高金屬熔液的操作溫度可延長金屬熔液的使用壽命，不過采取提高溫度的措施要導致溶解效應的加強，結果使得金屬熔液更快地受到污染。
如果熔液槽里的污染物達到最大的容許濃度，那么該槽就要從生產線上撤出而進行凈化，這將中斷鍍層過程。因此首先要把金屬熔液加熱到高于液態溫度的一定溫度，在這個溫度之上，所有合金成分都進入溶液中。在金屬熔液中存在的污染物、尤其是由基材金屬和鍍層金屬生成的混晶也將重新進入溶液。接著貴金屬濾網被壓入金屬熔液。這種濾網通常有5mm的網眼，然后讓金屬熔液通過對流冷卻，直到冷卻到一定溫度，在此溫度下混晶將在濾網上析出。現在可以把濾網從金屬熔液中取出，就這樣混晶就被機械除去。
這個過程重復多次，直到得到所期望的再生金屬熔液，而且通過化學分析證實，金屬熔液已經達到所期望的化學組成。金屬熔液污染物將遺留在濾網中，這些污染物用燃燒器熱處理而燃燒除去，這樣濾網可以繼續使用。另一種除去污染物的方法是用帶孔的勺子把混晶從槽底物中勺出來。
常常這種分離過程要重復十次之多，才可使金屬熔液達到期望的組成。結果這種金屬熔液的再生方法是費時又費力的。
所以本發明從現有技術出發，提出了一種金屬熔液的再生方法和裝置。該方法和裝置通過合理的和經濟的工作方式，使得被混晶污染了的金屬熔液有效地再生成為可能。
按照本發明，這一任務通過權利要求1中的措施方法而實現。
發明的核心點在于這些措施，即，使金屬熔液至少在加熱到液態溫度或高于液態溫度后通過一個冷卻單元，而且在流動過程中通過至少一個過濾器。
通過本發明提出的金屬熔體過濾法，可以去除掉金屬熔液槽中不希望有的污染物而得到接近于未被污染過的金屬熔液狀態的再生金屬熔液。
按照發明的方法不僅可以作為與正在鍍錫的生產過程平行進行的連續再生，而且也可以在不連續的工作狀態下再生，也就是說離開鍍層生產線也可以進行再生。通過合理的工作方式，金屬熔液得到非常有效的凈化。經過一次過濾器過濾過程，再生的金屬熔液已經又處于可使用質量狀態下。不言而喻，根據操作的要求和情況進行多次過濾器過濾也是可以的。根據混晶附聚顆粒的大小，安排多個過濾器互相串接起來使用也是可以的。此外多個過濾器并行連接、并將待再生熔液分流操作的方式也是可行的，這樣通過縮短再生時間而使得效率提高。
優選的過濾器為陶瓷過濾器，尤其是使用碳化硅基泡沫過濾器或氧化鋁過濾器，如權利要求2中所述。這些過濾器介質由于具有多孔性而對待再生熔液具有非常高的過濾效率。通過過濾器本體的大的內表面積，即使很小的污染物顆粒也被截留在了過濾器中。除了碳化硅泡沫陶瓷過濾器外，實用的還有氧化鋁球床層填充的深床過濾器。
待再生的金屬熔液連續通過過濾器。過濾器加熱以后，其流通速率提高直到飽和。此后，隨著濾著物的增多，流通速率慢慢下降。在過濾器完全失去過濾功能以前要及時更換，以便使得濾出速率保持基本不變。更換下來的過濾器在一個合適的高溫下能再生，以便多次使用。
一個與熔液浸入-鍍層過程直接耦接的再生在權利要求3中提出。根據權利要求3，金屬熔液在鍍層過程中從鍍層槽中分流出一部分，這部分熔液在流向熔液槽的路途中被加熱、冷卻和過濾。在熔液槽中的再生過的金屬熔液溫度升高到工作溫度，接著從熔液槽重新流回到原來的鍍層槽內。這就使得金屬熔液的在線再生成為可能。通過確定相應的工作參數，特別是再生過的金屬熔液與熔液槽中的金屬熔液的比例，鍍層過程中穩定的工作狀態就能達到。
按照本發明的方法基本上能很好地適用于不同種類的金屬熔液的再生。
本發明的方法特別適合于錫熔液的再生，其特點是，熔液中含有多于50％的錫。權利要求4對此作了闡述，根據污染程度，錫熔液在流向過濾器的途中加熱到230℃至350℃之間的一個溫度。在這個溫度范圍，產生污染的混晶溶解，這個溫度范圍正好錫合金例如錫-鉛合金也溶解。接著金屬熔液冷卻到210℃至250℃之間。在此溫度范圍內混晶析出，這些析出的混晶通過過濾器而濾去。
本發明這個目的通過一個按照權利要求5的裝置來實現。
這裝置有一個泵，此泵是用來輸送從熔液-或從鍍層槽出來的金屬熔液到冷卻單元再到后接的過濾器的。實際上該裝置特別適用于錫熔液的再生。
按照權利要求6，冷卻單元是一個獨立操作的加熱單元。在這個加熱單元中，金屬熔液有利地通過它而使得熔液溫度提高到液態溫度或更高。
按權利要求7所敘的特征，從鍍層過程中散發的余熱被用來加熱金屬熔液。
雖然原則上各種過濾器都能用于污染物的分離，但是如前所述，碳化硅或氧化鋁泡沫過濾器更具優越性(權利要求8)。
要使選用的泡沫過濾器具有這樣的多孔性，以使它符合待再生金屬熔液所要求的過濾器性能。具有不同多孔性的過濾器還能夠互相依次串接起來。陶瓷泡沫過濾器所以有其優點還因為其容易清洗。
在權利要求9中闡述了一個實用的冷卻單元的實施方案的特點。即把冷卻單元做成斜坡狀。該斜坡配置有熱電偶，這樣就能夠對通過斜坡狀的金屬熔液的冷卻過程進行監視和在特定情況下進行調控。當金屬熔液流過斜坡時，熔液冷卻，使得所有混晶析出，這些混晶在斜坡內置的或后接的過濾器中被濾掉。
通過一個斜坡的傾角調節器可以調節流速和冷卻速率(見權利要求10)。
下面用兩個實施例來更詳細地描述本發明。
圖1為一個金屬熔液再生裝置的圖示說明。
圖2為一個帶金屬熔液連續再生的熔液浸入-鍍層方法流程圖。
圖1圖示了對由于混晶而被污染了的金屬熔液進行過濾第一種裝置。用該裝置可以處理錫熔液1。
錫熔液1盛放于一個熔爐3的熔液槽2內。熔爐由燃氣燃燒器4加熱。錫熔液1在作為加熱單元的熔液槽2內根據污染程度被加熱到260℃至290℃之間的一個溫度。這個溫度比錫熔液1的液態溫度要高。根據錫熔液1特性，在這個溫度下所有合金組成成分都呈液態。從熔爐3產生的廢氣通過煙氣管道5排出。
從熔液槽2出來的液態錫熔液1由錫泵6通過標稱口徑DN50的管道7輸送到冷卻單元8，冷卻單元由一個帶斜坡10的澆流槽9構成。在管道7中內置有通風設備。
錫熔液1在槽9入口處的溫度稍低于上述的260℃至290℃。在錫熔液1流過澆流槽9的時間內，熔液冷卻至低于液態溫度，在此降到大約210℃至230℃，在這樣的溫度下混晶就析出。在斜坡10內的錫熔液1的流速通過傾角可調的澆流槽9來調節。原則上，當時的溫度或溫度范圍從工藝技術上講隨金屬熔液的組成和受污染的程度而定。
混晶通過裝于斜坡10末端的插入式過濾器12而被濾去。所用的插入式過濾器12是由碳化硅或氧化鋁制得的泡沫過濾器。
澆流槽9大約在隔300mm的距離內裝有熱電偶，這樣就能夠對在澆流槽9出口處的溫度進行調控。在必要時可以通過澆流槽9的傾角調節器對流速進行調節。這里要確保到達在澆流槽9末端的過濾器的熔液得到所期望的冷卻。濾去混晶以后的再生錫熔液接著通過澆流槽9的流出口而到達接收容器14內，從這個容器再把再生錫熔液導入鍍錫槽內。
在圖2中圖示說明了在鍍錫過程中被污染了的錫熔液連續再生的方案。
在鍍錫流水線上的一個保溫爐16里的鍍層槽15里通常盛有大約3.5噸錫熔液17。這些錫熔液在鍍層過程中保持溫度在230℃至260℃之間，必要時可以把工作溫度提高到280℃。當然這個溫度是例外情況。
要鍍錫的銅帶材18通過鍍層槽15。在帶材通過速率為60米/分鐘至100米/分鐘之間的情況下，每分鐘最多有65平方米的帶材表面積通過錫熔液17。在入口19處銅帶材18的表面溫度大約140℃，在出口20處銅帶材18的溫度提高到錫熔液17的溫度。銅帶材18從錫熔液17中吸取的熱量由二個調節溫度的氣體燃燒器21來補充。大約800℃的熱廢氣由一個煙囪22排出。
在銅帶材18通過錫熔液17的過程中，銅、可能還有其他的合金組分如含鋅合金中的鋅要溶解進入熔液。由于這些化學改變，使得錫熔液17的稠度改變，并且使得浸潤行為變壞，結果可能導致鍍錫效果不佳。這種情況可以通過錫熔液17的連續過濾而阻止其發生。通過連續過濾而能保持穩定的工作狀態。從鍍層槽15分流出一部分正在鍍層過程中的錫熔液17，用泵23輸送到有熱交換器25的加熱單元24。加熱單元24是由廢氣加熱的。這樣就利用了從保溫爐16排出的熱廢氣。所分流出來的錫熔液17通過熱交換器25被加熱到大約300℃。這個溫度高于錫熔液17的液態溫度，結果所有的合金成分都以液態的形式存在。通過管道26，熱錫熔液17輸送到冷卻單元27。在把錫熔液17導向過濾器29前，冷卻單元27中的冷卻器28把錫熔液17冷卻到大約210℃至230℃。根據金屬熔液的組成及受污染程度，還可以使溫度降低值小一些，例如ΔT=20℃，即到280℃，以使不希望的混晶混雜物全部析出。熱交換器25和冷卻器28都裝備有緊急排空裝置30和31。
過濾器29是一個氧化物陶瓷泡沫過濾器。用這種過濾器可把錫熔液17在冷卻過程中析出的混晶過濾掉。混晶連同使用過的過濾器材料可以進行再利用(箭頭MK)。
再生了的錫熔液17a流向熔爐33上的熔液槽32。熔爐33的溫度與保溫爐16的溫度相同，這就使得再生了的錫熔液17a的溫度達到230℃至260℃之間。
從熔液槽32流出的再生錫熔液17a用泵34通過管道35輸送回保溫爐16上的鍍層槽15。從鍍層槽15中通過泵23泵出的錫熔液17的量和通過泵34泵回到鍍層槽15的再生錫熔液17a的量是互相一致的，這樣，鍍層槽15的槽液面和錫熔液17的質量能保持勻均勻。
除了上述的錫熔液的再生外，在與相應的操作工藝相適應的再生裝置中還可以進行鋅熔液的再生和回收的方法。對于鋅熔液的再生，其工作溫度范圍大約在550℃，液態溫度大約在600℃。靠重力作用，鋅熔液在斜坡上流到冷卻單元和過濾器中也是可行的。類似地對于含鋅的錫熔液(鋅含量最多不超過15％)也是適用的，其工作溫度范圍在200℃至400℃之間。
圖例代號說明1．錫熔液1a經再生的錫熔液2．熔液槽3．熔爐4．燃燒器5．煙氣排出管道6．錫泵7．管道8．冷卻單元9．澆流槽10．斜坡11．通風設備12．插入式過濾器13．出口14．接收容器15．鍍層槽16．保溫爐
17．錫熔液17a再生了的錫熔液18．銅帶材19．入口20．出口21．燃氣燃燒器22．煙囪23．泵24．加熱單元25．熱交換器26．管道27．冷卻單元28．冷卻器29．過濾器30．緊急排空裝置32．熔液槽33．熔爐34．泵35．管道MK混晶
權利要求
1．對由于混晶而受污染的金屬熔液、特別是錫熔液再生的方法，所說熔液來自一個熔液浸入-鍍層過程，在該方法中，金屬熔液首先被加熱到液態溫度之上，接著在冷凝中析出的混晶被機械除去，其特征在于，金屬熔液在被加熱到至少液態溫度之后導入通過一個冷卻單元(8,27)，在冷卻單元中流動過程中通過至少一個過濾器。
2．根據權利要求1的方法，其特征在于，使用了一種陶瓷過濾器(12,29)，特別是一種碳化硅基的泡沫過濾器或一種氧化鋁過濾器。
3．根據權利要求1或2的方法，其特征在于，從一個鍍層槽(15)取出金屬熔液，在流向熔液槽(32)的途中被加熱、冷卻和過濾，接著熔液槽(32)內的再生了的金屬熔液被加熱而提高溫度，然后金屬熔液從熔液槽(32)流回鍍層槽(15)。
4．根據權利要求1至3中之一的方法，其中，金屬熔液主要是指錫含量大于50％的熔液，其特征在于，錫熔液在流向過濾器(12,19)的路途中首先被加熱到一個為230℃至350℃之間的溫度TH，接著冷卻到一個為210℃至250℃之間的溫度TK。
5．實施根據權利要求1至4中之一的方法的裝置，其特征在于，使用了泵(6,23)，用泵把從槽(2,15)中流出的金屬熔液輸送到冷卻單元(8,27)和接在冷卻單元后的過濾器(12,29)。
6．根據權利要求5的裝置，其特征在于，冷卻單元(8,27)預接有一個加熱單元(24)。
7．根據權利要求6的裝置，其特征在于，加熱單元(24)是由廢氣加熱的。
8．根據權利要求5至7之一的裝置，其特征在于，過濾器(12,29)是一種由碳化硅或氧化鋁制成的陶瓷泡沫過濾器。
9．根據權利要求5至8之一的裝置，其特征在于，冷卻單元(8)由斜坡(10)構成。
10．根據權利要求9的方法，其特征在于，斜坡(10)的傾角是可調的。
全文摘要
本發明涉及一種對由于混晶而被污染了的金屬熔液、特別是錫熔液(17)再生的方法和裝置,熔液來自一種熔液浸入－鍍層過程。一部分錫熔液(17)從鍍層槽(15)中分流出來,首先在一個加熱單元(24)中加熱到高于液態溫度,接著把錫熔液(17)導入通過冷卻單元(27),在冷卻單元中流動通過時通過一個過濾器(29),在冷卻過程中析出的混晶在此被濾掉。過濾器(29)是由碳化硅制成的陶瓷泡沫過濾器。再接著再生了的錫熔液(17a)在一個熔液槽里加熱到鍍層工藝的工作溫度,然后從熔液槽返回到鍍層槽(15)。
文檔編號C23C2/08GK1322852SQ0111711
公開日2001年11月21日 申請日期2001年4月26日 優先權日2000年4月26日
發明者K·艾爾波恩, R·萊弗斯, A·盧姆巴赫 申請人:施托爾貝格金屬工廠兩合公司