In der Galvanik haben Beizverfahren eine besondere Bedeutung, denn Verunreinigungen werden entfernt und gleichzeitig wird die Oberfläche für weitere Bearbeitungsschritte vorbereitet. Zusätzlich wird die Oberfläche durch Bildung einer Schutzschicht passiviert und gegen weitere Korrosion geschützt.
Die Einhaltung bestimmter Grenzwerte für das Verhältnis von Fe2+/Fe3+ und freier Säure/Gesamtsäure ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass das chemische Bad in einem optimalen Betriebszustand bleibt. Die richtige Zusammensetzung der Bäder wirkt sich direkt auf die Qualität der Endprodukte aus. Wenn diese Parameter innerhalb optimaler Bereiche gehalten werden, verbessert sich die Qualität der resultierenden Produkte, und die Produktionskosten werden aufgrund des geringeren Reagenzienverbrauchs gesenkt.
In dieser Process Application Note wird eine Methode zur regelmässigen Online-Überwachung der Säure- und Eisenzusammensetzung in Beizbädern vorgestellt, um einen gleichmässigen Reinigungsprozess mit Hilfe eines Prozessanalysators von Metrohm Process Analytics sicherzustellen.
Stahl gehört zu den wichtigsten Rohstoffen und ist Ausgangsprodukt für unzählige Produkte.
Das Feuerverzinken (Abbildung 1) ist ein Verfahren, bei dem Stahl (oder Eisen) mit einer Zinkschicht überzogen wird, um ihn vor Korrosion zu schützen [1]. Das Beizverfahren stellt einen eminent wichtigen Teil der Stahlproduktion dar, bei dem Verunreinigungen wie Walzhaut, die durch das Walzen bei hohen Temperaturen entsteht, entfernt werden und bei dem die Oberfläche für weitere Bearbeitungsschritte vorbereitet wird. Gleichzeitig werden störende Anlauffarben entfernt und die Oberfläche durch Bildung einer Schutzschicht passiviert und gegen weitere Korrosion geschützt.
Die verwendeten Beizbäder bestehen aus verdünnten Säuren und können je nach der zu behandelnden Stahlsorte in ihrer Zusammensetzung variieren. In den meisten Fällen werden Salzsäure oder Schwefelsäure (HCl, H2SO4) oder Säuremischungen wie HNO3/HF oder H2SO4/H3PO4/HF verwendet. Während des Beizens werden durch die eingesetzten Säuren Verunreinigungen entfernt und die Oberfläche des Stahls teilweise angelöst. Ein Überbeizen kann dazu führen, dass das Metall angegriffen wird, bei den nachfolgenden Galvanisierungsprozessen ein unerwünschter, rauer, blasiger Belag entsteht und ein gesteigerter Verbrauch der Beiz-Säure zu verzeichnen ist. Gelöstes Eisen, das in Form von Eisenoxid im Metalloxidzunder enthalten ist, beeinflusst den Beizprozess und führt zu einem Anstieg der Eisenoxid-Konzentration. Daher ist es wichtig, dass prozessrelevante Parameter wie die Badzusammensetzung so genau wie möglich kontrolliert und eingehalten werden, um den übermäßigen Verbrauch von Beizchemikalien zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität des Produkts konstant zu halten.
Das Beizen ist ein hochkorrosiver Prozess, der bei unzureichender Überwachung des Bades zu einer verminderten Produktqualität führen kann. Eine fortlaufende Online-Kontrolle des freien und gesamten Säure- und Eisengehalts resultiert in einer sparsameren und ökologischeren Nutzung der Beizbäder sowie geringeren Betriebs- und Entsorgungskosten.
Metrohm Process Analytics bietet einen Multiparameter-Prozessanalysator, der sich für die gleichzeitige Analyse von Fe2+/Fe3+ und dem Verhältnis von freier Säure zu Gesamtsäure über einen weiten Konzentrationsbereich eignet - den 2060 TI Process Analyzer (Abbildung 2).
Säure gesamt, einzeln und Eisen (d.h. HCl, H2SO4, HNO3, HF, Fe2+ und Fe3+) werden mit genauen Titrationsmethoden analysiert. Die Leistungsüberwachung von Beizbädern ist mit Prozessanalysatoren von Metrohm möglich, entweder mit dem 2026 HD Titrolyzer oder dem 2060 TI Process Analyzer, je nachdem, ob Einzel- oder Multiparametermessungen erforderlich sind.
Tabelle 1. Parameter und ihre Konzentrationsbereiche in Beizbädern.
| Parameter | Konzentration [g/L] |
|---|---|
| HCl | 15–250 |
| Fe2+ | 10–200 |
| Fe3+ | 1–20 |
| HNO3 | 10–250 |
| HF | 0–100 |
| H2SO4 | 0–300 |
Ein Abscheider (Abbildung 3) kann als robustes Probenvorbereitungssystem verwendet werden, um Feststoffe und Partikel aus der flüssigen Probe vor der Analyse zu entfernen.
Während der Stahlherstellung wird mittels des Beizprozesses die Stahloberfläche auf die nachfolgenden Veredelungsschritte vorbereitet. Diese Beizbäder enthalten Kombinationen aus folgenden Substanzen HCl, H2SO4, HNO3, HF, H3PO4, Fe2+ und Fe3+. Um eine reproduzierbare Oberflächenbehandlung zu gewährleisten, muss die Badzusammensetzung kontinuierlich überwacht werden. Dies geschieht am besten online durch Titration mit einem robusten Metrohm Prozessanalysator wie dem 2060 TI Process Analyzer. Durch die Bereitstellung von Echtzeitinformationen an die Leitwarte (z. B. DCS oder SPS) werden Ausfallzeiten reduziert, die Badzusammensetzung optimiert und kostspielige Unternehmensressourcen geschützt.
- What is the HDG Process?. American Galvanizers Association. https://galvanizeit.org/hot-dip-galvanizing/hdg-process (accessed 2023-05-08).
- Bessere Reproduzierbarkeit, Produktionsraten und Rentabilität (weniger Abfall).
- Vollautomatische Diagnose - automatische Alarme, wenn die Proben außerhalb der vorgegebenen Konzentrationsparameter liegen.
- Effizientes Stahlbeizen auf hohem Qualitätsniveau durch ständige Überwachung der Prozessbäder.
- Vermeiden Sie unnötige Kosten, indem Sie den Zeitaufwand für das Erreichen des gewünschten Beizergebnisses reduzieren.
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