TY - THES

T1 - Oxidationsverhalten von Al- und Mg-legierten Zinkschmelzen unter dynamischen Bedingungen

AU - Friedl, Fabian

N1 - gesperrt bis 11-10-2023

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Ein Teil der beim Feuerverzinken entstehenden Defekte der beschichteten Stahlbandoberfläche können auf Metalloxide, die auf der Zinkschmelze im Rüssel schwimmen und an der Stahloberfläche beim Eintauchen haften bleiben, zurückgeführt werden. Damit ist die Oxidationskinetik der Beschichtungsschmelze unter Bedingungen, wie sie im Rüssel einer Feuerverzinkungsanlage vorkommen, für die Qualitätsoptimierung und Prozesssicherheit von Bedeutung. In dieser Arbeit wurde das Oxidationsverhalten einer mit 1,5 Gew.-% Mg- und 2,5 Gew.-% Al-legierten Zinkschmelze unter dynamischen Strömungsbedingungen untersucht. Dies entspricht einer Legierung für das Feuerverzinken von Stahlblechen. Die Untersuchung des Oxidationsverhalten erfolgte mit einer Atmosphäre, wie sie im Rüssel einer Feuerverzinkungsanlage verwendet wird. Diese haben normalerweise eine Zusammensetzung von 95 Vol.-% N2 und 5 Vol.-% H2 sowie einen gezielt eingestellten Wassergehalt, der einem Taupunkt von -20 °C entspricht. Die dynamischen Bedingungen wurden durch das Einblasen des Gases in die Schmelze erzeugt. Es erfolgte die Ermittlung des Einflusses vom Taupunkt im Bereich zwischen -65 °C und 0 °C und der Temperatur der Schmelze zwischen 430 °C und 490 °C auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Bestimmung der Oxidmenge fand durch die Brom-Methanol-Methode statt. Die Oxidbildungsrate ändert sich im Taupunktsbereich zwischen -30 °C und 0 °C linear mit einer Steigung von 0,88 mg¿min-1¿°C-1 und dem Achsabschnitt 29 mg¿min-1 bei einer abgeschätzten generierten Kontaktfläche von 0,3 m²¿min-1. Eine weitere Senkung des Taupunktes auf -65 °C hatte keine signifikante Senkung der Oxidbildungsrate gezeigt. Den Einfluss der Schmelzentemperatur lässt sich mithilfe eines exponentiellen Ansatzes mit der Aktivierungsenergie von 73 kJ¿mol-1 und einem präexponentieller Faktor K` von 396,73¿103 mg¿min-1 beschreiben. Die nasschemische Analyse der abfiltrierten Oxide hat ein fast ideales Verhältnis für das thermodynamisch stabilste Oxidationsprodukt, den Spinell MgO¿Al2O3, gezeigt.

AB - Ein Teil der beim Feuerverzinken entstehenden Defekte der beschichteten Stahlbandoberfläche können auf Metalloxide, die auf der Zinkschmelze im Rüssel schwimmen und an der Stahloberfläche beim Eintauchen haften bleiben, zurückgeführt werden. Damit ist die Oxidationskinetik der Beschichtungsschmelze unter Bedingungen, wie sie im Rüssel einer Feuerverzinkungsanlage vorkommen, für die Qualitätsoptimierung und Prozesssicherheit von Bedeutung. In dieser Arbeit wurde das Oxidationsverhalten einer mit 1,5 Gew.-% Mg- und 2,5 Gew.-% Al-legierten Zinkschmelze unter dynamischen Strömungsbedingungen untersucht. Dies entspricht einer Legierung für das Feuerverzinken von Stahlblechen. Die Untersuchung des Oxidationsverhalten erfolgte mit einer Atmosphäre, wie sie im Rüssel einer Feuerverzinkungsanlage verwendet wird. Diese haben normalerweise eine Zusammensetzung von 95 Vol.-% N2 und 5 Vol.-% H2 sowie einen gezielt eingestellten Wassergehalt, der einem Taupunkt von -20 °C entspricht. Die dynamischen Bedingungen wurden durch das Einblasen des Gases in die Schmelze erzeugt. Es erfolgte die Ermittlung des Einflusses vom Taupunkt im Bereich zwischen -65 °C und 0 °C und der Temperatur der Schmelze zwischen 430 °C und 490 °C auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Die Bestimmung der Oxidmenge fand durch die Brom-Methanol-Methode statt. Die Oxidbildungsrate ändert sich im Taupunktsbereich zwischen -30 °C und 0 °C linear mit einer Steigung von 0,88 mg¿min-1¿°C-1 und dem Achsabschnitt 29 mg¿min-1 bei einer abgeschätzten generierten Kontaktfläche von 0,3 m²¿min-1. Eine weitere Senkung des Taupunktes auf -65 °C hatte keine signifikante Senkung der Oxidbildungsrate gezeigt. Den Einfluss der Schmelzentemperatur lässt sich mithilfe eines exponentiellen Ansatzes mit der Aktivierungsenergie von 73 kJ¿mol-1 und einem präexponentieller Faktor K` von 396,73¿103 mg¿min-1 beschreiben. Die nasschemische Analyse der abfiltrierten Oxide hat ein fast ideales Verhältnis für das thermodynamisch stabilste Oxidationsprodukt, den Spinell MgO¿Al2O3, gezeigt.

KW - Feuerverzinken

KW - Zn-Al-Mg

KW - Brom-Methanol-Methode

KW - Oxidationskinetik

KW - EDX

KW - Hot-Dip Galvanizing

KW - Zn-Al-Mg

KW - bromomethanol method

KW - Oxidation kinetics

KW - EDX

M3 - Masterarbeit

ER -