DE1446357A1 - Anordnung zur anodischen Passivierung von Metallen - Google Patents

Description

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ÖrHßxpl.

Anordnung zur anodiachen Passivierung von lietallen

Die vorliegende Erfindung hat eine verbesserte Anordnung zur anodisohen Passivierung eines eine korrodierende Lösung enthaltenden Kessels zum Gegenstand·

Yor einigen Jahren wurde bekannt, dais sich die Korrosion eines Kessels, der eine korrodierende Lösung enthalt, dadurch verringern läßt ^ daß man zwischen den Kesselwänden und einer in der Lösung an* geordneten Inertelektrode einen Anodenstrom durch axe korrodierende LöBung leitet, indem man eine Gleichspannung zwischen die Kesselwkn.de und die Inertelektrode anlegt, xiurch üessung des Potentials der Kesselwände gegen eine iiormalelektrode, eine Kalomelzelle etwa, welche mit der korrodierenden Lösung in Verbindung steht, wird der ürad der Passivierung des Kessels und damit die Korrosionsgeschwindigkeit des Kessels ■bestimmt.

Bei bisherigen Anordnungen zur anodischen Passivierung versuchte man, die Potent laldif±"erenz zwischen den Kesselwänden und der Normalelektrode mehr oder weniger kontinuierlich zu überprüfen und das zwischen Kesselwände und Inertelektrode angelegte Gleichstrompotential -unmittelbar zu steuern. Derartige Anlagen sind dort brauchbar, wo wie in Laboranlagen die erforderlichen Anodenströme gering eind. Bei technischen Anwendungen anodischer Passivierungsanlagen liegt der Anodenetrombedarf jedoch häufig im Bereich von mehreren Hundert Ampere, und der gegenwärtige Entwicklungsstand gestattet keine einwandfreie Steuerung so großer Ströme. Derartige Anordnungen waren beispielsweise,.entweaer mit einer als Potentiostat beziiolaieten Vorrichtung und :ait Vakuumröhren zur kontinuierlichen Veränderung des Anodenstrorns ausgerüstet., oder aber mit einer üteuervorrichtung, bsi welcher aich ein Schalter im Gleichstromkreis befand, sodaß die Steuerung des Anoaenstroms durch iäin- und Ausschalten erfolge. Hinsichtlich des Liaximalbetrages des steuerbaren Anodenstroms ist des Verwendung des Potentiostaten ;/egen der IJatur der Vakuumröhren eine praktische Grenze gesetzt.

Bei einer Ein- und Ausschaltsteuerung des Gleichstrompotentiale muß häufig der im Gleichstromkreis angeordnete mechanische Schalter zur Gewährleistung der gewünschten Steuerung äußerst häufig in Tätigkeit treten. Die einem mechanischen Schalter anhaftende

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Trägheit kann unter Umstanden zur Folge haben, daß der Schalter geöffnet ist, wenn er gesahlosüän sein sollte, und kann bei schwankendem Anode'nstronbedarf zn einem beständigen Qffixen und Schließen des Schalters führen, sodaß dieser sich innerhalb kürzester Zeit abnutzt. Ferner bedingt d.vS Auftreten eines Lichtbogens beim Unterbrechen starker Ströme an mechanischen Schaltkontakten in explosionsgefährdeter Umgebung eine ernste Gefahr.

Die vorliegende Erfindung hat nun eine neue Anordnung zur, anodischen Passivierung zum Gegenstand, bei welcher der Anodenstrom indirekt gesteuert wird, in der Weise, daß keine großen Stromänderungen auftreten, und zwar auch dann, wenn bei der eriindungsgemaßen Anordnung große Anodenströme erforderlich sind. Für die erfindungs~ gemäße Anlage kann entweder eine feste oder eine transportable-Wechselstromquelle verwendet werden, vorzugsweise jedoch eine feste i»'eähselstromquelle hoher Spannung und niedriger Stromstärke, wie sie in den meisten Industrieanlagen vorhanden ist. Vorzugsweise wurde 110 bis 120 Volt Kraftstrom von 6ö Perioden verwendet. Erfindungsgemäß wird in die Wecfaselstromleitung eine kontinuierliche Stromre^elvorriahtung eingeschaltet, die entsprechend der Potentialdifferenz zwischen einer Jformalelektrode und den Keäselw&hden aen Strom reguliert. In Kombination hiermit lassen sich herkömmliche Anlagen verwenden, um die Konstruktion einer Regelanlage zu vereinfachen. .Zur Gewährleistung eiher präzisen Regelung der Korrosionsgeschwindigkeit des Kessels steht der Anodenstrom kontinuierlich unter Kontrolle. Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen anordnung ist es, daß nur eine einfache Anlage, die leicht .zu bauen und installieren ist, benötigt wird. Allgemein läßt sich die vorliegende Erfindung als eine Anlage zur anodischen Passivierung eines Kessels, welcher eine korrodierende Lösung enthalt, beschreiben, bestehend aus einer Kombination von: Einer Wechselstromquelle, einem an die «Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichter zur Erzeugung eines Gleichstrompotentials, einer im Kessel angebrachten und mit der korrodierenden Lösung in Verbindung stehende Elektrode, Vorrichtungen zur Verbindung der Anschlüsse am Gleichrichterausgang mit der Elektrode und dem Kessel und Hindurchleiten eines Anodenstroms durch die Lösung, einer elektrochemisch mit der Lösimg im Kessel verbundenen Mormalelektrode, Vorrichtungen zur kontinuierlichen Stromregelung in der Verbindungsleitung zwischen der ■Techseistromquelle und dem Gleichrichter, wowie

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zwischen der iiormalelktrode und dem Kessel angebrannten Regelvorrichtungen.

iiaüptsächliühes Ziel vorliegender Erfindung ist eine wirkungsvolle und wirtschaftliche Anordnung zur Passivierung von Kesseln, die korrodierende Lösungen enthalten.

Weiterer Gegenstand ist die Verwendung einer ifeehselstromquelle im einem aaodischen Passivierungssystem und die Regelung des .Anodenetroms durch eine Regelung des Wechselstroms.

Kin weiteres Ziel vorliegender Erfindung ist die kontinuierliche Regelung des Anodenstroms in einem anodischen Passivierungssystem mittels einer Mindestleistung.

Weiterhin ist es Ziel vorlieJenaer lürfindung- feste oder transportable Wechselstromquelien für ein anodisehes Passivierungssystern zu verwenden.

Schlieliliches Ziel der Erfindung ist ein Regelsystem fiir die anodische Passivierung von Kesseln, die korrodierende Lösungen enthalten, das sieh lediglich .herkönmlxcher und einfacher Apparaturen bedient und leicht zu installieren ist uiid eine lange Betriebsdauer besitzt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die beigefügten Zeichnungen. Abb. 1 zeigt das Schema eines anodischen Passivierungssystems unter Anwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Abb. 2 ist eine v/eitere schematische Zeichnung, ähnlich der Abb. 1, die ein modifiziertes anodisehes Passivierung3system wiedergibt.

In Abb. 1 bezeichnet die Zifier 10 einen Kessel, der e±ne korrodierende Lösung 12 enthalt und der ge^en den korrodierenden Einfluß dieser Lösung geschützt v/erden soll. .Die Lösung 12 leitet den elektrischen Strom und kann entweder sauer oder alkalisch sein. Der Kessel 10 mu j aus Metall sein und wird im allgemeinen aus Edelstaiil bestehen, da er zur Verwendung in korrodierender Umgebung gedacht ist. Zwischen den «aiden aes Kes.,ein 10 und einer in geeigneter Weise in der Lösung 12 angeordneten Inertelektrode 14 wird ein Anodenstrom durch die Dösung 12 geleitet. Me Elektrode 14 kann aus einem beliebigen Inertiüatcriul bestehen, normalerweise aus Platin oder Kohle. D:u3 Potential des Kesaels 10 «vird ge.;en dxR Potential einer iJorma.1- e 16 gelieren, die eloütrociie'nisch mittels einer geeigneten c^.fjn I3rücK.e 1M if.it der Losung 1? in Vex'bindung steht.

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Die ilormalelektrode 16 kann beliebiger Art sein, etwa eine Kalomelzelle, eine Silber-Silberchioridzelle, eine Kupfer-Küpfersulfatzelle oder eine Wasserstoffzelle. Die Brücke 18 muß einen Ionenleiter enthalten und kann entweder aus einer Flüssigkeit wie KGl-Lösung oder einem Feststoff vn.e Silberchlorid bestehen.

Bekanntlich hängt die Korrosionsgeschwindigkeit vom Potential des Kessels 10 ab, und die Korrosion läßt sich verhindern oder zumindest verringern indem man die anodische Polarisation zur iinwendung bringt. Das Potential des Kessels 10 wird gegen die ITormalelektrode gemessen, welche in der Spannungsreihe an unedlerer oder edlerer Stelle als das Material des Kessels 10 steht. Wird der Kessel 10 zur -"mode einer elektrochemischen Zelle gemacht, so verlagert sich das Potential in edlerer Richtung. .Erreicht diese Verlagerung ein bestimmtes Ausmaß, so hört die Korrosion auf und man bezeichnet den Kessel als passiviert.

Gemäß vorliegender Erfindung wird der Anodenstrom zwischen dem Kessel 10 und der Inert elektrode 14 von einer Wechsel4sra#tstrom-. quelle 20 geliefert. In der bevorzugten Ausführungsform liefert die Stromquelle 20 110 teis 120 ToIt Wechselstrom won όθ Perioden, Dieser hochgespannte .Vechselstrom geringer Stromstärke wird über die Leitungen 24 und 26 dem Transformator 22 zur Umwandlung in einen Uiederspannungswechselstrom hoher Stromstärke zugeführt. Die Sekundärwicklung des Transformators 22 steht mit einem geeigneten Gleichrichter 28 in Verbindung, der dieutai Wechsel strom in einen Gleichstrom Spannung und hoher Stromstärke umwandelt.

Eine Leitung 30 verbindet den Ausgang des Gleichrichters 28 am negativen Pol 32 mit der Inertelektrode 14, und eine weitere Leitung ^4 verbindet den positiven Pol 36 des Gleichrichters 28 mit dem Kessel 10. Wie ersichtlich wird also der von der Stromquelle 20 gelieferte hochgespannte Wechselstrom geringer Stromstärke in einen niedergespannten Gleichstrom hoher Stromstärke umgewandelt und dann an die Elektrode 14 und den Kessel 10 angelegt, sodaß ein iinodenstrom durch die Lösung 12 fließt. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Gleichrichter 28 so mit der Elektrode 14 verbunden ist, daß diese die Kathode einer elektrochemischen Zelle bildet, damit der Strom in der gewünschten Richtung durch die Lösung 12 fließt.

Zwischen dem Kessel 10 und die Normalelektrode 16 ist eine geeignete Regelvorrichtung 38 geschaltet, die die Pötentialdifferenz

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zwischen dem Kessel 10 und der Normalelektrode 16 überwacht und ein dieser Potentialdifferenz entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Vorrichtung 38 aus einem Differential- oder Vergleichsverstarker des in der ütandardliäseratur beschriebenen Typs (Electronic Designers Handbook by E. H. Landee, a). G. Davis, and k* P. Albrect, McGraw-Hill 1957). Von einer geeigneten Stromquelle 40 wird dem Differentialverstärker JS. eine Bezugsspanaang zugeführt, mittels deren der zur Erzeugung eines Ausgangssignals erforderliche Betrag der Potentialdifferenz zwischen dem Kessel 10 und der Normalelektrode 16 in bekannter Weise geregelt wird.

Bas iroa Differentialverstärker 38 erzeugte Signal wird einem Leistungsverstärker 42 zugeführt. Das verstärkte Signal gelangt dann zur Gleiöhsiroissteuerwieklung 44 des in der Leitung 26 zwischen der Weehselst2"Q!Bqueile 20 und dem Transformator 22 liegenden Streu« feldtraiisforaators ("saturable core reactor¹¹; 46. Dieser Streufeldtransformator 46 kann beliebiger Art sein} siehe beispielsweise in kagnetie amplifiers-Theory uiia Application von Platt (Prentis3), oder Eleetioniö,Designers Handbook von H. W. Landee, D. G. Davis, und As P* Allräöt (Mäeräw-Hill 1957). - Bekanntlich steuert der dureh die Steueirfriäklüng.44 fließende Gleichstrom den durch die Leitung 26 flifcßetu&öft f&ehseleiröm» Ist die Steuer·.wicklung 44 stromlos, so kann eiii Minii»lBtr0Ä durch die Leitung 26 fließen; wird jedoch der 3%euerwiokltmg 44 ein nut Sättigung des Kerns des Streufeldtransformators atiäreieheäder Strom zugeführt, so fließt ein Maximalstrom durch die 26»

Bei BötriöB wird die tfechselstromquelle 20 der in Abb. 1 n Anlage eingeschaltet und durch die Stromiiuelle 40 dem

38 die Bezugsspannung zugeführt. Während der des Kessels 10 ist die Potentialdifferenz zwischen dem Siegel und der Sormalelektrode 16 gewöhnlich groß genug, um im 9i£fe£eiitialTS$eta£ke:f 38 ein aignal zu erzeugen. Dieses Signal wird in dör" *eeehl?iabeiian Wei«e der oteuerwicklung 44 de^j ..itreufeldtr^nsförm^toirs 46 augeführt und damit der Kern des Transformator s gesättigt j de* aaximalö Weöhselstroai zum Tfansformator 22 gelangt. Dieser feehaelstrora geringer Stromstärte viird durch den Traliaig!? in eiae niederweehselspannufig hoher otromstarke umgewandalt» Uzt ^löiehfiöbiör to vörwÄttdelt aeilierseits diese MederwuehselBpannuag iiohiir Jtiromoi'j.i»lfce ifi eine Hieuergleiehüpannung ho tmp dtromstärka,

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welche dem Kessel 10 und der Inertelekcrode 14 zugeleitet wirdj somit fließt ein maximaler Anodenstrom durch, die Lösung 12.

In dem Maße vrie der Kessel 10 passiviert wird, nähert sich dessen Potential dem edleren Potential der Hbrmalelektrode 16. Die dem Differentialverstärker 38 zugeführte Potentialdifferenz bewirkt »darm nur no oh die Abgabe eines minimalen Signals vom Differentialverstärker 38· Als Folge davon wird der Stauerwicklung 44 des Streufeldtransformator 46 ein schwaches Signal zugeführt, wodurch der · von der Stromquelle 20 zum Transformator 22 gelangende Wechselstrom soweit reduziert wird, daß die gewünschte Passivität eben aufrechterhalten wird, i'alls die Eorrosionsgeschwindigkeit des Kessels 10 wieder zunimmt, wächst die Potentialdifferenz zwischen dem Kessel und der ITormalelektrode 16 una läßt den Differentialverstärker 38 wirksam werden» Dessen Ausgangssignal ist, wie schon gesagt, der Potentialdifferenz zwischen Kessel und No nadelelektrode proportional, sodaß das auf die StHuerwicklung 44 gelangende Signal dem zur ".fiederherstellung der gewünschten Passivität des Kessels 10 erforderlichen ünodenstrom proportional ist. Infolgedessen wird die Korrosion des Kessels 10 auf ein Minimum beschränkt, womit sich die Lebensdauer des Kessels erhöht und die von den Kesselwänden in die Lösung 12 gelangende Eisenmenge verringert.

Das in Abb. 2 gezeigte modifizierte anodische Passivierungssystem ist das gleiche wie in Abb. 1, mit Ausnahme der Einrichtung zur Stromregelung. Zwischen die Stromquelle 20 und den Transformator ist ein Äutotransformator 50'geschaltet. Der bewegliehe Kontakt 52 des Autotraasforiaätors 50 ist mechanisch mit einem Motor 54 verbunden, der vom Differenzialverstärker 38 und dem Leistungsverstärker 42 mit iünergie versorgt wird. Wie ersichtlich^ wird der Motor 54 entsprechend dem Ausgangssignal des Sifferentialyerstärkers 38 in Betrieb gesetzt und dieser Motor 54 reguliert die Stellung des 'Beweglichen Kontaktes am itutotransformator 50 und damit die auf die Primärwicklung des Transformators 22 gelangende Leistung. Letztenendes steuert also das Ausgangs signal des Differentialverstärkers die auf den Transformator gelangende Leistung, und der Ausgang des Mfferentialverstärkers 38 wird seinerseits durch die Potentialdifferenz zwischen dem Kessel To und der Hormalelektrode 16 in der gleichen Weise gesteuert, wie im Zusammenhang mit Abb. 1 bereits beschrieben.

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Wie ersichtlich, liefert die vorliegende Erfindung eine wirtschaftliche und wirkungsvolle Anordnung zur anodischen Passivierung eines Metallkessels, der eine korrodierende Lösung enthält. Die Anordnung erzeugt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen dem Kessel und einer iiormalelektrode proportional ist, und das seinerseits zur Steuerung oder Anpassung des zur Passivierung des Kessels durch die korrodierende Lösung geleiteten Anodenstroms herangezogen wird. Es kann entweder eine ortsfeste oder transportable Wechselstromquelle verwendet werden, und der Anodenstrom wird indirekt durch Regelung des der Wechselstromquelle entnommenen Stroms gesteuert. Vorzugsweise wird eine hohe Wechselspannung bei niedriger Stromstärke gesteuert, um die an das Steuersystem gestellten Leistungsanforderungen zu verringern. Weiterhin ist es offensichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung gebräuchliche und einfache Geräte zur Verwendung gelangen, die leicht installierbar sind und eine lange Lebensdauer besitzen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Anordnung zur anodischen Passivierung eines Metallkessels, der eine korrodierende Lösung enthält, gekennzeichnet durch die Kombination eines an eine Wechselstromquelle 20 angesohlodsenen Gleichrichters 28, dessen Ausgang ein Gleichstrompotential liefert und mit einer in dem Metallkessel 10 befestigten und mit der korrodierenden Lösung 12 in Berührung stehenden Elektrode 14 sowie mit dem Kessel TO verbunden ist, einer mit der Lösung 12 elektrochemisch verbundenen liormalelektrode 16, einer zwischen Wecheelstromquelle 20 und Gleichrichter 28 geschalteten Einrichtung zur · Regelung deB zum Gleichrichter 28 gelangenden Vtfechselstroms, sowie zwischen die Normalelektrode 16 und den Kessel 10 geschaltete Einrichtungen zur Steuerung der Stromregelvotrichtungen entsprechend der'zwischen der liormalelektrode 16 und dem Kessel 10 herrschenden Potentialdifferenz.

   2. Anordnung gemäß Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß die'Stromregeleinrichtung aus einem gleiohstromgeregelten Streufeldtransformator 46 b.esteht.

   3. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregeleinrichtung aus einem Autotransformator 50 besteht.

   4. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem Differentialverstärker 38 zur Überwachung der Potentialdifferenz zwischen der Normalelektrode 16 und dem Kessel 10, sowie aus Einrichtungen zur Steuerung der Stromregeleinrichtung entsprechend den Ausgangssignalen.des Differentialveretärkers 38 besteht.

   5· Anordnung gemäß Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregeleinrichtung aus einem Streufeldtransformator 46 mit einer Gleichstromsteuerwicklung 44 besteht, sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Stromregeleinrichtung aus einem an den Differentialveratärker 58 angesohloseenen Verstärker 42 und der Gleichstromsteuerwioklung 44 besteht.

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   6. Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stroraregeleinrichtung aus einem Autotransformator 50 mit beweglichem Kontakt 52 "besteht, sowie dadurch gekenneeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem mit dem beweglichen Kontakt 52 gekoppelten Motor 54» welcher durch den Ausgang des DifferentialVerstärkers mit Energie versorgt wird, besteht.

   7· Anordnung; gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch geKennzeichnet, daß eine Hochapannungewechselstromquelle 20 mit einem Transformator 22 in Verbindung steht, welcher den hochgespannten Wechselstrom geringer Stromstärke in eine Wechselniederspannung hoher Stromstärke umwandelt, die dem Gleichrichter 28 zugeführt wird, sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregeleinrichtungen 46 bzw. 50 zwischen der tfechselstromquelle 2ü und der Primärseite des Transformators 22 angeordnet sind.

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