AT383980B

AT383980B - Verfahren zur oberflaechenbehandlung von metallischen werkstuecken, insbesondere solchen auseisen oder stahl

Info

Publication number: AT383980B
Application number: AT326485A
Authority: AT
Inventors: Hans Heinz Goldmann; Josef Dipl Ing Berndl
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1987-09-10
Also published as: ATA326485A

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von metallischen Werkstücken, insbesondere solchen aus Eisen oder Stahl, durch Strahlen mit einem unter Druck stehenden, Schlackenteilchen enthaltenden Medium. 



   Oberflächenbehandlungen dieser Art sind bekannt. Sie dienen in erster Linie zur Reinigung der   Metalloberflächen - beispielsweise   durch Entfernen von Walzzunder oder Rost - vor einer Weiterbehandlung der Oberflächen, wie dem Aufbringen von Beschichtungen. Als Beschichtungen kommen   z. B.   Metallüberzüge, Lack-, Kunststoff-und Emailschichten in Frage. Die vorherige Reinigung von metallischen Oberflächen ist aber auch bei Durchführung von Schweissungen von Vorteil oder sogar notwendig. 



   An geeigneten Feststoffteilchen bzw. Strahlmitteln wurde bis vor kurzer Zeit in vielen Fällen Quarzsand eingesetzt. Da der beim Strahlen mit Quarzsand auftretende Staub silikogen ist, d. h. bei längerem Einatmen Silicose (Staublungenerkrankung) hervorrufen kann, ist die Verwendung von Quarzsand als Strahlmittel nicht mehr gestattet. 



   In der DIN 8201 ist unter anderem die Verwendung von Stahlwerks- oder Hochofenschlacke als Strahlmittel erwähnt. Eine solche Schlacke wirkt nicht silikogen. 



   In der DE-A-2913326 wurde die Verwendung von Ferrochromschlacke mit weniger als 25 Gew.-% Magnesiumoxyd als Strahlmittel vorgeschlagen. An eventuellen Vorteilen im Hinblick auf diese Einsatzmöglichkeit lassen sich der DE-A2913326 nur Hinweise auf die mechanische Druckfestigkeit und Abriebfestigkeit einer solchen Schlacke entnehmen. 



   In der AT-PS Nr. 214308 ist ein Strahlmittel aus feuerfester Schlacke beschrieben, welche bevorzugt folgende Zusammensetzung aufweist : 
 EMI1.1 
 vorteilhaft 0, 8 bis 2 beträgt. Die flüssige Schlacke wird durch schroffes Abkühlen, etwa in einem Wasserbad, granuliert und hierauf in einem energiekonsumierenden Glühprozess gesintert. 



   Die DE-AS 2739286 betrifft Strahlmittel, welche insbesondere aus Siliziumdioxydsand, aber auch aus Schlacke bestehen können. Über die Zusammensetzung der Schlacke sind keinerlei Angaben enthalten. Die Teilchen des Strahlmittels sind mit einem Überzug aus wärmegehärtetem Harz versehen, um den Teilchen erhöhte Festigkeit zu verleihen und damit die Staubbildung zu vermindern. 



   Das Überziehen des teilchenförmigen Materials erfordert natürlich eine aufwendige Behandlung der Teilchen. 



   Die DE-OS 2453405 beschäftigt sich mit der Verwendung von Schmelzkammerschlacken-Granulat, wie es in Kraftwerken auf Steinkohlebasis anfällt, als Strahlmittel. Hinsichtlich der Zusammensetzung einer solchen Schlacke wird lediglich ausgesagt, dass sie keine freie kristalline Kieselsäure aufweist. 



   Zur Beseitigung der inneren Spannungen des in Wasser abgeschreckten Schlackengranulates wird vorgeschlagen, das Rohgranulat in einer Flüssigkeitsströmung zu bewegen, wobei sich die Granulatbröckchen gegenseitig reiben und zerkleinern. Dadurch sollen die inneren Spannungen des Grobkornes abgebaut und die scharfen Kanten der Körner weitgehend gebrochen werden. 



   Seit längerer Zeit weiss man, dass bei der Reinigung von Metalloberflächen durch Sandstrahlen die Reaktionsfähigkeit des Metalles mit Sauerstoff unmittelbar nach der Reinigung am grössten ist. Frisch gestrahlte Eisen- und Stahloberflächen sind daher gegenüber Korrosion besonders anfällig. 



   Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen versucht wird, einen Korrosionsschutz schon während des Strahlvorganges zu erreichen, indem das Strahlmittel mit einem Zusatzstoff, meist Metallen, versetzt wird, welche auf der Metalloberfläche eine sich unmittelbar während des Reinigungsvorganges aufbauende Schutzschicht bilden. 



   So ist in der EP-A1-0070472 ein Verfahren zum Druckluftstrahlen beschrieben, bei dem einem mit körnigem Strahlmittel beladenen Tragluftstrom ein korrosionsschützendes Material, insbesondere ein Metall, beigegeben wird. Die Beimengung des Metalles erfolgt dadurch, dass der Feststoffteilchen enthaltende Luftstrom kleine Mengen Metall, welches als Innenauskleidung im Austrittsbereich einer Strahldüse vorgesehen ist, abträgt und mitführt. 

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   Die Übertragung von Fremdmetallen, wie Blei und Zink, auf eine gestrahlte Oberfläche ist oftmals nicht erwünscht, ausserdem werden nicht unerhebliche Mengen an korrosionsschützendem
Material verbraucht. Dazu kommt noch, dass das bekannte Verfahren nur mit einem speziellen
Strahlgerät durchgeführt werden kann, bei dem im Inneren der Strahldüse das abzutragende korrosionsschützende Material eingebaut ist. 



   Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die mit bekannten Verfahren verbundenen Nachteile und Schwierigkeiten zu überwinden und die schnelle Korrosion frisch gestrahlter Metalloberflä- chen auf besonders ökonomische Weise unter Einsatz bereits vorhandener, herkömmlicher Strahlgerä- te zu verhindern, ohne eine gesonderte Beimengung eines korrosionsverhütenden Materials vorneh- men zu müssen. 



   Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Schlackenteilchen Teilchen aus langsamer als üblich abgekühlter und zerkleinerter LD-Schlacke verwendet werden. 



   Üblicherweise wird eine solche Schlacke mit einer Temperatur von etwa 1500 bis   1550 C   innerhalb von 2 min aus dem Tiegel in einen Schlackenkübel abgestochen, welcher unmittelbar anschliessend auf eine freie Haldenfläche entleert wird. Die noch flüssige Schlacke wird mit einer ungemessenen Menge Wassers abgeschreckt. Die bei der Zerkleinerung einer auf diese Weise abgekühlten LD-Schlacke resultierenden Teilchen sind sehr spröde und ausserordentlich reich an Mikrorissen. Aus diesem Grund zerfällt eine unverhältnismässig grosse Menge der Teilchen beim Aufprall auf die Metalloberflächen zu Staub mit Korngrössen unter 0,5 mm. 



   Die Teilchen aus LD-Schlacke sollen jedoch günstigerweise eine Korngrösse etwa im Bereich von 0, 5 bis 1, 4 mm aufweisen, wie sie in DIN 8201, Teil 10 spezifiziert ist. Die Teilchen werden dem unter Druck stehenden Medium, welches ein Gas, wie Stickstoff oder ein Edelgas, oder ein Gasgemisch-insbesondere Luft-sein kann, zugesetzt. Dem Feststoffteilchen enthaltenden Strahlmedium können auch bestimmte Anteile von Wasser zugegeben werden. 



   Zweckmässig werden Teilchen aus LD-Schlacke, welche nach 10 bis 15 min Verweilzeit im Schlackenkübel in einer Schichtstärke von 20 bis 40 cm in ein Abkühlbett eingebracht, dort mit 0,8 bis 1   m3 Wasser/t   Schlacke versetzt und 90 bis 120 min abkühlen gelassen wird, verwendet. 



   Das Abkühlbett ist eine flache Erdgrube mit entsprechenden Abmessungen. Werden diese definierten Bedingungen beim Abkühlen der LD-Schlacke eingehalten, ist der Abrieb der Teilchen beim Strahlvorgang und somit der Staubanfall weitaus geringer. 



   Vor allem Oberflächen von Werkstücken aus Eisen und Stahl sind nach der erfindungsgemässen Behandlung temporär gegen Korrosion geschützt, so dass das Aufbringen von permanenten Beschichtungen nach Zwischenlagerung der Werkstücke, beispielsweise Bleche, auch zu einem späteren Zeitpunkt noch auf korrosionsfreie Oberflächen erfolgen kann. 



   Dieser Schutz mag gerade bei LD-Schlacke auf dem hohen Gehalt an sogenanntem Freikalk beruhen, wodurch sich während der Strahlbehandlung ein stark basisch reagierender, passivierend wirkender Korrosionsschutzfilm auf der Metalloberfläche bildet. Die chemische Zusammensetzung der leicht verfügbaren, bei der Stahlerzeugung durch Sauerstoffblasen in grossen Mengen anfallenden, erfindungsgemäss zur Oberflächenbehandlung ausgewählten LD-Schlacke liegt im allgemeinen innerhalb der im folgenden angegebenen Gehaltsgrenzen   (Masse-%) :

     
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Fe <SEP> (gesamt) <SEP> 15, <SEP> 0-30, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> FeO <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 20, <SEP> 0%
<tb> Fe203 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 20, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> Mn <SEP> (gesamt) <SEP> 5, <SEP> 0-11, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> Si02 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 16, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> Al2 <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 4, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 0%
<tb> Cr203 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> CaO <SEP> (gesamt) <SEP> 30, <SEP> 0-50, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> CaO <SEP> (Freikalk) <SEP> 2, <SEP> 0- <SEP> 7, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> MgO <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10, <SEP> 0%
<tb> Na20 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> K20 <SEP> 0-0, <SEP> 5% <SEP> 
<tb> P20S <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2,

   <SEP> 0% <SEP> 
<tb> S <SEP> (gesamt) <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> C <SEP> (gesamt) <SEP> 0 <SEP> -1, <SEP> 0% <SEP> 
<tb> 
 
Vergleichende Untersuchungen mit erfindungsgemäss verwendeter LD-Schlacke, Hochofenschlacke (im weiteren kurz mit HO-Schlacke bezeichnet) und Quarzsand als Feststoffteilchen brachten folgende Ergebnisse : a) Bestimmung der wasserlöslichen Anteile auf einer gestrahlten Oberfläche
Gestrahlte Probeplatten aus Baustahl (1000 x 200 mm) wurden mit 500 ml destilliertem Wasser intensiv gewaschen und das Waschwasser wurde untersucht : 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> p-Wert <SEP> Leitfähigkeit <SEP> Ca <SEP> Mg <SEP> 
<tb> LD-Schlacke <SEP> +) <SEP> : <SEP> 11, <SEP> 01 <SEP> 447, <SEP> 0 <SEP> jiS/cm <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> g/m2 <SEP> 0, <SEP> 0013 <SEP> g/m2 <SEP> 
<tb> HO-Schlacke <SEP> :

   <SEP> 7, <SEP> 00 <SEP> 78, <SEP> 4 <SEP> IlS/cm <SEP> 0, <SEP> 033 <SEP> g/m2 <SEP> 0, <SEP> 004 <SEP> g/m2 <SEP> 
<tb> Quarzsand <SEP> : <SEP> 7, <SEP> 97 <SEP> 61, <SEP> 7 <SEP> IlS/cm <SEP> 0, <SEP> 043 <SEP> g/m2 <SEP> 0, <SEP> 0013 <SEP> g/m2 <SEP> 
<tb> 6, <SEP> 45 <SEP> 67, <SEP> 0 <SEP> tiS/cm <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> g/m2 <SEP> 0, <SEP> 0006 <SEP> g/m2 <SEP> 
<tb> 
 : die verwendete LD-Schlacke wurde 12 min lang im Schlackenkübel belassen, dann in 25 cm starker Schicht in das Abkühlbett gegossen und pro t mit
0,9 m3 Wasser versetzt. Die Zerkleinerung wurde nach einer Abkühlzeit von
90 min begonnen. 



   Die mit Quarzsand gestrahlte Probeplatte rostete nach dem Abspülen sofort stark an. Die mit HO-Schlacke gestrahlte Platte rostete langsamer und weniger stark an, während die mit der LD-Schlacke gestrahlte Oberfläche völlig blank blieb und auch bei längerer Lagerung keinen Rostanflug zeigte. Eine Überprüfung mit einem angefeuchteten   PH-Indikatorpapier   ergab, dass 
 EMI3.3 
 
Die mit der ausgewählten LD-Schlacke, mit HO-Schlacke und mit Quarzsand erzielten Rauhtiefen liegen in dem für eine Freistrahlentrostung üblichen Bereich. 



   Weitere Strahlversuche haben gezeigt, dass das erfindungsgemäss verwendete LD-Schlackenmaterial mehrmals eingesetzt werden kann. 



   Beim Strahlentrosten mit LD-Schlacke bleibt auf der Metalloberfläche trotz Abblasens mit Pressluft ein Film von erhöhter Alkalität zurück. Dieser verhindert auch bei direkter Feuchtigkeitseinwirkung das Anrosten der gestrahlten Oberfläche. b) Verhalten von mit verschiedenen Grundierungen überzogenen getrahlten Probeblechen :
Die gestrahlten Probebleche wurden mit verschiedenen Grundierungsmitteln gestrichen und danach wurden Korrosionsversuche durchgeführt. 



    Grundierungsmittel : Alkydharz/Bleiminium-Verschnitt   
Alkydharz/Zinkchromat
Epoxydharz/Zinkchromat
Epoxydharz/Zinkstaub
Schichtdicken der aufgebrachten Grundierungen : 51 bis 61   11m.   



   Es wurden folgende Bewitterungsversuche durchgeführt :
1. Salz-Sprühnebelprüfung nach SS NIN 50021
2. Kondenswasserprüfung nach DIN 50017 KFW
3. Kondenswasser-Wechselklima mit schwefeldioxydhaltiger Atmosphäre nach DIN 50018 SFW   I. OS.   



   Die Bewitterungsversuche brachten folgende Ergebnisse :
1.   Salz-Sprühnebelprüfung :  
Dabei zeigt sich, dass mit Ausnahme der Epoxydharz/Zinkstaub-Grundierung, die bei allen drei Strahlvarianten einwandfrei war, die übrigen Grundierungen auf mit
LD-Schlacke gestrahltem Untergrund bessere Korrosionsschutzwerte ergaben. Hinsichtlich der Haftfestigkeit der einzelnen Grundierungen konnte bei der Sprühnebelprüfung auf 

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 dem unterschiedlich gestrahlten Untergrund kein wesentlicher Unterschied festgestellt werden. 



   2.   Kondenswasserprüfung :  
In der Korrosionsbeständigkeit ist kein wesentlicher Unterschied festzustellen. Die Haftfe- stigkeit der vier Grundierungen nach Bewitterung auf dem mit LD-Schlacke gestrahlten
Untergrund ist etwas geringer. 



   3. Kondenswasser-Wechselklima mit   SO,,-haltiger Atmosphäre :  
Bei diesem Versuch ist sowohl hinsichtlich des Korrosionsschutzverhaltens als auch hinsichtlich der Haftfestigkeit zwischen den vier Grundierungen auf dem unterschied- lich gestrahlten Untergrund kein wesentlicher Unterschied festzustellen.

Claims

PATENTANSPRÜCH : 1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von metallischen Werkstücken, insbesondere solchen aus Eisen oder Stahl, durch Strahlen mit einem unter Druck stehenden, Schlackenteilchen enthaltenden Medium, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlackenteilchen Teilchen aus langsamer als üblich abgekühlter und zerkleinerter LD-Schlacke verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teilchen aus LD-Schlacke, welche nach 10 bis 15 min Verweilzeit im Schlackenkübel in einer Schichtstärke von 20 bis 40 cm in ein Abkühlbett eingebracht, dort mit 0, 8 bis 1 m3 Wasser/t Schlacke versetzt und 90 bis 120 min abgekühlen gelassen wird, verwendet werden.