Einleitung
Unter Beizen versteht man die Herstellung einer reinen, oxidfreien Oberfläche. Dies erfolgt durch Entfernung von Guss- oder Walzhaut, Oxidschichten, Rost und Zunder mittels Säuren, Laugen oder Salzlösungen.
Das Beizen findet großtechnische Anwendung in metallurgischen Fertigungsprozessen, da vor der Weiterverarbeitung von warmgewalzten, geglühten bzw. kaltgewalzten Materialien die zu behandelnde Oberfläche von der Zunderschicht befreit werden muss. Von der Gesamtmenge der Rohstahlerzeugung werden ca. 65 % mindestens einmal gebeizt. Bei der Herstellung verschiedener Erzeugnisse ist auch mehrmaliges Beizen üblich.
Das Beizen ist ein wichtiger Teil der Vorbehandlung nahezu aller Fertigungsbereiche mit weiterer Oberflächenbehandlung wie Feuerverzinken, Emaillieren, Lackieren und Galvanisieren.
Projektbeschreibung
Beschreibung der wichtigsten Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallen
- mechanisch
- chemisch bzw. elektro-chemisch: Beizverfahren und elektrolytisches Polieren
Untersuchung des Innovationspotentials von Oberflächenbehandlungsanlagen in der metallverarbeitenden Industrie
- Stoffverlustminimierte Prozesstechnik
- Stoffverluste
- durch Ausschleppung von Prozesslösung
- durch Verwurf von Prozesslösung
- Verdunstungsverluste
Ergebnisse
Die Fa. EMB - Edelstahl Maschinenbau GmbH transportiert nach eigenen Angaben 90 % der Fertigungsprodukte teilweise (20 - 25 %) zweimal zu einer Lohnbeizerei und ca. 10 % der Fertigungsprodukte werden elektropoliert.
Aufgrund der Tatsache, dass bislang für die Fa. EMB - Edelstahl Maschinenbau GmbH in diesem Zusammenhang erhebliche Kosten für das Beizen, Elektropolieren und den Transport der Erzeugnisse anfallen, sollen diese Kosten zukünftig durch den Bau einer eigenen Beiz- und einer Elektropolieranlage, mit der Option eines eigenen Lohnbetriebs, eingespart werden.
Empfohlen wird zunächst eine Beizanlage mit einer vorgeschalteten Sprühentfettung. Aus der Praxis ist bekannt, dass etwa 90 % der zu beizenden Edelstahlerzeugnisse keine Entfettung und die restlichen Erzeugnisse im Regelfall nur an wenigen Stellen eine Entfettung benötigen. Aus diesem und auch aus Kostengründen, sollte zunächst auf ein Entfettungsbad verzichtet werden.
Darüber hinaus wird empfohlen ein Tauchbeizbad mit den Abmessungen 6 m x 2 m x 2 m (insgesamt 24 m³ Nutzvolumen) zu errichten. Auch hier gilt es zunächst einmal die neu zu errichtende Anlage auszulasten. Erst wenn diese Anforderung erfüllt ist, sollte über eine Erweiterung der Anlage nachgedacht werden. Allerdings sollte im Vorfeld bereits die Option für eine mögliche Erweiterung der Anlage in die Planung einfließen.
Die Beizung von Edelstahlerzeugnisse erfolgt über in einem Säurebad aus Flusssäure, Schwefelsäure und stabilisierten Peroxidlösungen. Aufgrund der Tatsache das auf Salpetersäure als Beizmittel verzichtet wird, sind auch keine nitrosen Gase zu erwarten. Folglich kann auf eine Absauganlage verzichtet werden. Es ist eine Genehmigung der Anlage nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz erforderlich. Da die Summe der Wirkbäder jedoch 30 m³ nicht überschreitet, ist das vereinfachte Verfahren ohne Öffentlichkeitsbeteiligung für diese Anlage vorzusehen.
Auf den Bau einer Elektropolieranlage sollte zunächst verzichtet werden. Auch wenn der Bedarf an elektropolierten Edelstahlerzeugnissen nach eigenen Angaben zukünftig steigen wird, können die Erzeugnisse zur Zeit wirtschaftlicher durch Dritte elektropoliert werden.
Im Anschluss an das Beizbecken schließt sich eine Fließwasserspüle an. Die Erzeugnisse können so mit Hilfe eines Hochdruckreinigers von der Säure befreit werden. Es ist erforderlich die Erzeugnisse mit ca. 150 bar Druck zu bearbeiten, da so eine ausreichende kinetische Energie auf das Erzeugnis aufgebracht werden kann, um die Restbeize vom Erzeugnis zu entfernen.
Diese Anlagenplanung stellt die kostengünstigste Variante dar und genügt den derzeitigen Anforderungen der Fa. EMB - Edelstahl Maschinenbau GmbH.
Zusätzlich zu der Oberflächenbehandlungsanlage muss eine Abwasserneutralisationsanlage errichtet werden. Diese Anlage behandelt die anfallenden Abwasserströme aus der Sprühentfettung und der Fliesswasserspüle. Die Abwässer werden in einem kleinen Pufferbecken gefasst und mit Hilfe einer automatisierten pH-Wert-Überwachung und Dosiereinrichtung mit Natronlauge auf einen pH-Wert, nach der Ortsentwässerungssatzung der Stadt Rheine, zwischen 6,5 und 10 eingestellt, um das Abwasser als Indirekteinleiter in die öffentliche Kanalisation einleiten zu können. Die darüber hinaus einzuhaltenden Grenzwerte des Abwassers sind der Ortsentwässerungssatzung der Stadt Rheine zu entnehmen.
Die Beizbäder werden mit Säure solange nachgeschärft, bis die Beize letztendlich unbrauchbar wird. Anschließend sollten aus wirtschaftlichen Gründen diese verworfenen Beizbäder durch einen Entsorgungsfachbetrieb entsorgt und behandelt werden. Eine wirtschaftliche Aufbereitung der belasteten Beizbäder ist in dieser Anlagengrößenordnung nicht möglich.
Die Fa. EMB - Edelstahl Maschinenbau GmbH besitzt zwei Hallen auf dem Werksgelände. Beide Hallen werden zur Zeit für die notwendigen Fertigungsschritte der Erzeugnisse verwendet. Es besteht jedoch die Möglichkeit, eine der beiden Hallen für die geplante Beizanlage abzutrennen und umzurüsten.
Aufgrund der Kostenberechnung der geplanten Beizanlage, im Vergleich zu den bisherigen Kosten für den Transport und der externen Behandlung der Erzeugnisse, wird der Bau einer Beizanlage für die Fa. EMB - Edelstahl Maschinenbau GmbH als wirtschaftlich sinnvoll erachtet und daher empfohlen.
Aufgrund der Kostenbetrachtung kann die Fa. EMB durch den Bau einer eigenen Beizanlage, im ersten Jahr, Kosten in Höhe von rund 240.000 € einsparen. Dieser Betrag erhöht sich mit dem Ablauf der Abschreibungszeiträume für die einzelnen Anlagenbestandteile.
In der Kostenberechnung wurden nicht die notwendigen Energiekosten berücksichtigt, da sie je nach Betriebsweise erheblich schwanken können. Energie wird für die Beheizung der Prozesslösung (20 bis 40 °C) und für die elektrischen Antriebe benötigt. Berechnet man für die Prozessenergie 500 kWh/m³×a, so errechnet sich für die geplante Anlage (24 m³) ein Jahresbedarf von 12.000 kWh/a.
Bezüglich des angestrebten Geschäftsfeldes Lohnbeizerei wird der Fa. EMB - Edelstahl Maschinenbau GmbH empfohlen, vor dem Genehmigungsverfahren eine detaillierte Marktanalyse zu erstellen. Diese sollte Auskunft über die, im möglichen Einzugsbereich von ca. 50 km, tätigen edelstahlverarbeitenden Unternehmen, deren Kapazität bzw. Bedarf und mögliche Konkurrenten geben.
Darüber hinaus sollten sich im Vorfeld die Mitarbeiter, die für die Arbeit mit der Beizanlage vorgesehen sind, fachlich auf diese Arbeit vorbereiten. Oder es ist eine für diesen Bereich ausgebildete Fachkraft einzustellen, sobald die Anlage errichtet werden soll.