专利名称：一种受污染的金属熔液的再生方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种来自熔液浸入-镀层过程的、由于混晶而被污染了的金属熔液、特别是锡熔液的再生方法，其中，金属熔液首先被加热到液态温度之上，在接下来的冷却过程中析出的混晶被机械除去。本发明了还涉及实施此方法的一种装置。
金属物品大多出于防腐和防磨损的原因或为了得到更高的表面硬度而进行金属镀层处理。通过金属镀层也能达到表面光滑性的改善或获得装饰性的外观。首先铜材应用在许多日常用品和工业中，例如在电子接插连接件的生产中就要求纯金属表面镀层。
特别是对于金属带材的镀层处理中熔液浸入法得到了非常广泛的应用，例如防火镀锡或-镀锌就是应用的例子。金属带材连同助熔剂通过镀层金属的熔液槽而使得带材光洁。因为在液态镀层金属的金属原子与带材金属原子之间的扩散过程中形成了一个合金层。从熔液槽中取出金属带材之后，带材上就生成了纯镀层金属的一个镀层。该镀层的厚度可以通过机械打磨或者借助于空气或保护气体吹打而调节。
在镀层过程中，金属熔液通过化学反应而被污染。这里的主要原因特别地是浸入熔液槽中的材料中的金属成分或合金成分被溶解了。没有消耗完的助熔剂残余也是导致熔液污染的原因。金属熔液化学组成的变化使得镀层效果得到损害，这主要是由于金属熔液的稠度改变并因而改变了其浸润行为引起的。结果使得金属熔液槽液使用寿命缩短了许多。
通过提高金属熔液的操作温度可延长金属熔液的使用寿命，不过采取提高温度的措施要导致溶解效应的加强，结果使得金属熔液更快地受到污染。
如果熔液槽里的污染物达到最大的容许浓度，那么该槽就要从生产线上撤出而进行净化，这将中断镀层过程。因此首先要把金属熔液加热到高于液态温度的一定温度，在这个温度之上，所有合金成分都进入溶液中。在金属熔液中存在的污染物、尤其是由基材金属和镀层金属生成的混晶也将重新进入溶液。接着贵金属滤网被压入金属熔液。这种滤网通常有5mm的网眼，然后让金属熔液通过对流冷却，直到冷却到一定温度，在此温度下混晶将在滤网上析出。现在可以把滤网从金属熔液中取出，就这样混晶就被机械除去。
这个过程重复多次，直到得到所期望的再生金属熔液，而且通过化学分析证实，金属熔液已经达到所期望的化学组成。金属熔液污染物将遗留在滤网中，这些污染物用燃烧器热处理而燃烧除去，这样滤网可以继续使用。另一种除去污染物的方法是用带孔的勺子把混晶从槽底物中勺出来。
常常这种分离过程要重复十次之多，才可使金属熔液达到期望的组成。结果这种金属熔液的再生方法是费时又费力的。
所以本发明从现有技术出发，提出了一种金属熔液的再生方法和装置。该方法和装置通过合理的和经济的工作方式，使得被混晶污染了的金属熔液有效地再生成为可能。
按照本发明，这一任务通过权利要求1中的措施方法而实现。
发明的核心点在于这些措施，即，使金属熔液至少在加热到液态温度或高于液态温度后通过一个冷却单元，而且在流动过程中通过至少一个过滤器。
通过本发明提出的金属熔体过滤法，可以去除掉金属熔液槽中不希望有的污染物而得到接近于未被污染过的金属熔液状态的再生金属熔液。
按照发明的方法不仅可以作为与正在镀锡的生产过程平行进行的连续再生，而且也可以在不连续的工作状态下再生，也就是说离开镀层生产线也可以进行再生。通过合理的工作方式，金属熔液得到非常有效的净化。经过一次过滤器过滤过程，再生的金属熔液已经又处于可使用质量状态下。不言而喻，根据操作的要求和情况进行多次过滤器过滤也是可以的。根据混晶附聚颗粒的大小，安排多个过滤器互相串接起来使用也是可以的。此外多个过滤器并行连接、并将待再生熔液分流操作的方式也是可行的，这样通过缩短再生时间而使得效率提高。
优选的过滤器为陶瓷过滤器，尤其是使用碳化硅基泡沫过滤器或氧化铝过滤器，如权利要求2中所述。这些过滤器介质由于具有多孔性而对待再生熔液具有非常高的过滤效率。通过过滤器本体的大的内表面积，即使很小的污染物颗粒也被截留在了过滤器中。除了碳化硅泡沫陶瓷过滤器外，实用的还有氧化铝球床层填充的深床过滤器。
待再生的金属熔液连续通过过滤器。过滤器加热以后，其流通速率提高直到饱和。此后，随着滤着物的增多，流通速率慢慢下降。在过滤器完全失去过滤功能以前要及时更换，以便使得滤出速率保持基本不变。更换下来的过滤器在一个合适的高温下能再生，以便多次使用。
一个与熔液浸入-镀层过程直接耦接的再生在权利要求3中提出。根据权利要求3，金属熔液在镀层过程中从镀层槽中分流出一部分，这部分熔液在流向熔液槽的路途中被加热、冷却和过滤。在熔液槽中的再生过的金属熔液温度升高到工作温度，接着从熔液槽重新流回到原来的镀层槽内。这就使得金属熔液的在线再生成为可能。通过确定相应的工作参数，特别是再生过的金属熔液与熔液槽中的金属熔液的比例，镀层过程中稳定的工作状态就能达到。
按照本发明的方法基本上能很好地适用于不同种类的金属熔液的再生。
本发明的方法特别适合于锡熔液的再生，其特点是，熔液中含有多于50％的锡。权利要求4对此作了阐述，根据污染程度，锡熔液在流向过滤器的途中加热到230℃至350℃之间的一个温度。在这个温度范围，产生污染的混晶溶解，这个温度范围正好锡合金例如锡-铅合金也溶解。接着金属熔液冷却到210℃至250℃之间。在此温度范围内混晶析出，这些析出的混晶通过过滤器而滤去。
本发明这个目的通过一个按照权利要求5的装置来实现。
这装置有一个泵，此泵是用来输送从熔液-或从镀层槽出来的金属熔液到冷却单元再到后接的过滤器的。实际上该装置特别适用于锡熔液的再生。
按照权利要求6，冷却单元是一个独立操作的加热单元。在这个加热单元中，金属熔液有利地通过它而使得熔液温度提高到液态温度或更高。
按权利要求7所叙的特征，从镀层过程中散发的余热被用来加热金属熔液。
虽然原则上各种过滤器都能用于污染物的分离，但是如前所述，碳化硅或氧化铝泡沫过滤器更具优越性(权利要求8)。
要使选用的泡沫过滤器具有这样的多孔性，以使它符合待再生金属熔液所要求的过滤器性能。具有不同多孔性的过滤器还能够互相依次串接起来。陶瓷泡沫过滤器所以有其优点还因为其容易清洗。
在权利要求9中阐述了一个实用的冷却单元的实施方案的特点。即把冷却单元做成斜坡状。该斜坡配置有热电偶，这样就能够对通过斜坡状的金属熔液的冷却过程进行监视和在特定情况下进行调控。当金属熔液流过斜坡时，熔液冷却，使得所有混晶析出，这些混晶在斜坡内置的或后接的过滤器中被滤掉。
通过一个斜坡的倾角调节器可以调节流速和冷却速率(见权利要求10)。
下面用两个实施例来更详细地描述本发明。
图1为一个金属熔液再生装置的图示说明。
图2为一个带金属熔液连续再生的熔液浸入-镀层方法流程图。
图1图示了对由于混晶而被污染了的金属熔液进行过滤第一种装置。用该装置可以处理锡熔液1。
锡熔液1盛放于一个熔炉3的熔液槽2内。熔炉由燃气燃烧器4加热。锡熔液1在作为加热单元的熔液槽2内根据污染程度被加热到260℃至290℃之间的一个温度。这个温度比锡熔液1的液态温度要高。根据锡熔液1特性，在这个温度下所有合金组成成分都呈液态。从熔炉3产生的废气通过烟气管道5排出。
从熔液槽2出来的液态锡熔液1由锡泵6通过标称口径DN50的管道7输送到冷却单元8，冷却单元由一个带斜坡10的浇流槽9构成。在管道7中内置有通风设备。
锡熔液1在槽9入口处的温度稍低于上述的260℃至290℃。在锡熔液1流过浇流槽9的时间内，熔液冷却至低于液态温度，在此降到大约210℃至230℃，在这样的温度下混晶就析出。在斜坡10内的锡熔液1的流速通过倾角可调的浇流槽9来调节。原则上，当时的温度或温度范围从工艺技术上讲随金属熔液的组成和受污染的程度而定。
混晶通过装于斜坡10末端的插入式过滤器12而被滤去。所用的插入式过滤器12是由碳化硅或氧化铝制得的泡沫过滤器。
浇流槽9大约在隔300mm的距离内装有热电偶，这样就能够对在浇流槽9出口处的温度进行调控。在必要时可以通过浇流槽9的倾角调节器对流速进行调节。这里要确保到达在浇流槽9末端的过滤器的熔液得到所期望的冷却。滤去混晶以后的再生锡熔液接着通过浇流槽9的流出口而到达接收容器14内，从这个容器再把再生锡熔液导入镀锡槽内。
在图2中图示说明了在镀锡过程中被污染了的锡熔液连续再生的方案。
在镀锡流水线上的一个保温炉16里的镀层槽15里通常盛有大约3.5吨锡熔液17。这些锡熔液在镀层过程中保持温度在230℃至260℃之间，必要时可以把工作温度提高到280℃。当然这个温度是例外情况。
要镀锡的铜带材18通过镀层槽15。在带材通过速率为60米/分钟至100米/分钟之间的情况下，每分钟最多有65平方米的带材表面积通过锡熔液17。在入口19处铜带材18的表面温度大约140℃，在出口20处铜带材18的温度提高到锡熔液17的温度。铜带材18从锡熔液17中吸取的热量由二个调节温度的气体燃烧器21来补充。大约800℃的热废气由一个烟囱22排出。
在铜带材18通过锡熔液17的过程中，铜、可能还有其他的合金组分如含锌合金中的锌要溶解进入熔液。由于这些化学改变，使得锡熔液17的稠度改变，并且使得浸润行为变坏，结果可能导致镀锡效果不佳。这种情况可以通过锡熔液17的连续过滤而阻止其发生。通过连续过滤而能保持稳定的工作状态。从镀层槽15分流出一部分正在镀层过程中的锡熔液17，用泵23输送到有热交换器25的加热单元24。加热单元24是由废气加热的。这样就利用了从保温炉16排出的热废气。所分流出来的锡熔液17通过热交换器25被加热到大约300℃。这个温度高于锡熔液17的液态温度，结果所有的合金成分都以液态的形式存在。通过管道26，热锡熔液17输送到冷却单元27。在把锡熔液17导向过滤器29前，冷却单元27中的冷却器28把锡熔液17冷却到大约210℃至230℃。根据金属熔液的组成及受污染程度，还可以使温度降低值小一些，例如ΔT=20℃，即到280℃，以使不希望的混晶混杂物全部析出。热交换器25和冷却器28都装备有紧急排空装置30和31。
过滤器29是一个氧化物陶瓷泡沫过滤器。用这种过滤器可把锡熔液17在冷却过程中析出的混晶过滤掉。混晶连同使用过的过滤器材料可以进行再利用(箭头MK)。
再生了的锡熔液17a流向熔炉33上的熔液槽32。熔炉33的温度与保温炉16的温度相同，这就使得再生了的锡熔液17a的温度达到230℃至260℃之间。
从熔液槽32流出的再生锡熔液17a用泵34通过管道35输送回保温炉16上的镀层槽15。从镀层槽15中通过泵23泵出的锡熔液17的量和通过泵34泵回到镀层槽15的再生锡熔液17a的量是互相一致的，这样，镀层槽15的槽液面和锡熔液17的质量能保持匀均匀。
除了上述的锡熔液的再生外，在与相应的操作工艺相适应的再生装置中还可以进行锌熔液的再生和回收的方法。对于锌熔液的再生，其工作温度范围大约在550℃，液态温度大约在600℃。靠重力作用，锌熔液在斜坡上流到冷却单元和过滤器中也是可行的。类似地对于含锌的锡熔液(锌含量最多不超过15％)也是适用的，其工作温度范围在200℃至400℃之间。
图例代号说明1．锡熔液1a经再生的锡熔液2．熔液槽3．熔炉4．燃烧器5．烟气排出管道6．锡泵7．管道8．冷却单元9．浇流槽10．斜坡11．通风设备12．插入式过滤器13．出口14．接收容器15．镀层槽16．保温炉
17．锡熔液17a再生了的锡熔液18．铜带材19．入口20．出口21．燃气燃烧器22．烟囱23．泵24．加热单元25．热交换器26．管道27．冷却单元28．冷却器29．过滤器30．紧急排空装置32．熔液槽33．熔炉34．泵35．管道MK混晶
权利要求
1．对由于混晶而受污染的金属熔液、特别是锡熔液再生的方法，所说熔液来自一个熔液浸入-镀层过程，在该方法中，金属熔液首先被加热到液态温度之上，接着在冷凝中析出的混晶被机械除去，其特征在于，金属熔液在被加热到至少液态温度之后导入通过一个冷却单元(8,27)，在冷却单元中流动过程中通过至少一个过滤器。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，使用了一种陶瓷过滤器(12,29)，特别是一种碳化硅基的泡沫过滤器或一种氧化铝过滤器。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于，从一个镀层槽(15)取出金属熔液，在流向熔液槽(32)的途中被加热、冷却和过滤，接着熔液槽(32)内的再生了的金属熔液被加热而提高温度，然后金属熔液从熔液槽(32)流回镀层槽(15)。
4．根据权利要求1至3中之一的方法，其中，金属熔液主要是指锡含量大于50％的熔液，其特征在于，锡熔液在流向过滤器(12,19)的路途中首先被加热到一个为230℃至350℃之间的温度TH，接着冷却到一个为210℃至250℃之间的温度TK。
5．实施根据权利要求1至4中之一的方法的装置，其特征在于，使用了泵(6,23)，用泵把从槽(2,15)中流出的金属熔液输送到冷却单元(8,27)和接在冷却单元后的过滤器(12,29)。
6．根据权利要求5的装置，其特征在于，冷却单元(8,27)预接有一个加热单元(24)。
7．根据权利要求6的装置，其特征在于，加热单元(24)是由废气加热的。
8．根据权利要求5至7之一的装置，其特征在于，过滤器(12,29)是一种由碳化硅或氧化铝制成的陶瓷泡沫过滤器。
9．根据权利要求5至8之一的装置，其特征在于，冷却单元(8)由斜坡(10)构成。
10．根据权利要求9的方法，其特征在于，斜坡(10)的倾角是可调的。
全文摘要
本发明涉及一种对由于混晶而被污染了的金属熔液、特别是锡熔液(17)再生的方法和装置,熔液来自一种熔液浸入－镀层过程。一部分锡熔液(17)从镀层槽(15)中分流出来,首先在一个加热单元(24)中加热到高于液态温度,接着把锡熔液(17)导入通过冷却单元(27),在冷却单元中流动通过时通过一个过滤器(29),在冷却过程中析出的混晶在此被滤掉。过滤器(29)是由碳化硅制成的陶瓷泡沫过滤器。再接着再生了的锡熔液(17a)在一个熔液槽里加热到镀层工艺的工作温度,然后从熔液槽返回到镀层槽(15)。
文档编号C23C2/08GK1322852SQ0111711
公开日2001年11月21日 申请日期2001年4月26日 优先权日2000年4月26日
发明者K·艾尔波恩, R·莱弗斯, A·卢姆巴赫 申请人:施托尔贝格金属工厂两合公司