DE1521659A1

DE1521659A1 - Verfahren zum Schutz von Walzen,Zylindern usw.gegen Korrosion

Info

Publication number: DE1521659A1
Application number: DE19641521659
Authority: DE
Inventors: Almar Almar-Naess
Original assignee: ALMAR NAESS ALMAR
Current assignee: ALMAR NAESS ALMAR
Priority date: 1963-04-27
Filing date: 1964-04-24
Publication date: 1969-10-02
Also published as: FI42491C; US3350288A; GB1021670A; FI42491B

Description

Verfahren zum Schutz von walzen, Zylindern, u.s.\;. gegen Korrosion.

Es ist bekannt, einen weitgehenden Schutz einer, -..etalls oder einer Metallegierung gegen Korrosion dadurch zu erzielen, daß das Ivietall im Verhältnis zum umgebenden Elektrolyten elektrisch negativ gemacht wird. jUies ist das Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes. Per Potentialunterschied kann beispielsweise durch eine äussere üpannungsquelle oder eine mehr oder weniger permanente Anode, beispielsweise wenn ein in der ^rde verlegtes Rohr geschützt wird, erzielt werden. Es wird gewöhnlich angenommen, dal] die G-rösse des Potentialunterschieds zwischen dem iietall und der benachbarten 1'¹IUasigkeitsschioht den Grad de3 erhaltenen Schutzes bestirai.it. Ein gleichmüssiger -Jchuta über die Fläche bedeutet daher einen gleichmüssigen Potentialunterschied, was wiederum eine gleichmässige Stromdichte über die i'läohe bedeutet.

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üine gleichmässige Stromdichte über die Fläche ist nicht immer leicht erzielbar. Die Stromdichte ist u.a. von der Anordnung der Anode abhängig. Pur den kathodischen. Schutz von Rohren können_} wie erwähnt, die Anoden mit einem im wesentlichen unbegrenzten Spielraum verteilt v/erden und es besteht keine Schwierigkeit, eine gleichmässige Stromdichte zu erzielen, so lange die Leitfähigkeit des Bodens einigermassen gleichiaässig ist. Wenn jedoch die Aussenseite eines Jchiffes geschützt werden soll, werden die Anoden gewöhnlich längs der Seite des Schiffes verteilt, wodurch die Stromdichte in größter- Hähe der Anode viel grosser als in, einem grösseren Abstand von der Anode wird. ·

Eine sich drehende Trommel, die teilweise in Kontakt mit einer Flüssigkeit steht, wie in Fig. 1 sehematisch dargestellt, kann nicht einfach nach dem bekannten kathodischen Verfahren geschützt werden, da ein ^trom nur durch denjenigen Teil der trommel zum Hindurchtreten gebracht werden kann, welcher in die Flüssigkeit taucht. Solche 'frömmeln 1 werden beispielsweise ztua. ^Umkristallisieren fester Stoffe aus einer Lösung 2 verwendet. Viejm die trommel war© ist, verdampft die Flüssigkeit von deren Oberfläche 3 und die Feststoffe 5 werden von der Trommel durch Schaber oder Messer 4 abgeschabt« Sin entsprechendes !Problem entsteht_f wenn ein kathodischer Schutz für Trockenzylinder für papier verwendet werden soll, Fig» 2 zeigt, wie das Papier 12 und der Filz 11 zu einem Trookengylinder Io hingeführt werden und diesen verlassen* der als sehr^;einfache Papiermaschine betrachtet wird, Das Papier hat

von etwa 5° f» beim Kontakt mit dem Zylinder und der Zylinder wird in dem Bereich korrodiert, in welcher das Papier am feuchtesten ist. Die Korrosionsgeschwindigkeit hängt u.a. vom Salzgehalt des Wassers

ab. ' ■ - *

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrosionsschutz, Beschichten und/oder Reinigen der Oberfläche von Trommeln, Walzen, Zylindern u. dgl., besonders von Trockenzylindern, bei welchen auf die Oberfläche des Zylinders während seiner Drehung an einer Stelle, die in Kontakt mit einem Elektrolyten steht, eine vorzugsweise negative elektrische Ladung mittels eines Stromimpulses aufgebracht wird, Erf indungsgeinäß wird die elektrische Ladung dadurch aufgebracht, daß an der Aussenflache des Zylinders eine oder mehrere Elektroden angeordnet werden, die durch einen Elektrolyten in elektrisch leitender Verbindung rait der Oberfläche des Zylinders stehen, wodurch, die Zylinderoberflache kathodisch bzw. anodisch gemacht werden kann.

Das Verfahren ist besonders vorteilhaft be.i irockenzylindern für Papiermaschinen, insbesondere Yankee-Zjlindern, toi welchen eine -Elektrode an der Zylinderoberfläche in dem Bereich angeordnet τ/ird, Cer sick zwischen der stelle befindet, an welcher die Papierbahn auf den Launder zuläuft, und der btelle, an welcher sie von ZyIinaer abläuft. 2s wird eine ülektroae, die mindestens die Breite des Zylinders bedeckt, die sich ihlt lern Papier während dessen Herstell- ~u._o in i'^iitakt beTindet, verwendet, wobei die Elektrode Vorzugs-

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weise von einein im wesentlichen trogförrnigcn Behälter umgehen ist, dessen offene Seite wasserdicht gegen die Zylinderoberfläche angeordnet ist und durch welchen Behälter ein geeigneter Elektrolyt geleitet wird.

Fach dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine Anode entweder in dem Bereich angeordnet, in welchem das Papier und der Filz dem Zylinder in einem feuchten Zustand zugeführt werden, beispielsweise zwischen den Andrückwalzen 16 (Fig. 2) oder vorzugsweise in dem Trockenbereich, beispielsweise zwischen den beiden Schabern 13 (die Aufgabe der Schaber an der Papiermaschine ist das Entfernen von Papierresten und möglichen Korrosionsprodukten vom Zylinder).

Bekanntlich kann die elektrolytische Doppelschicht zwischen einer Lletalloberfläche und dem benachbarten Elektrolyten als Kondensator C betrachtet werden, der mit einen: nicht linearen Widerstand Rv, wie in Fig. 4 gezeigt, parallel geschaltet ist, in welcher £ eine konstante Spannung bezeichnet, die das Gleichgewichtspotential zwischen dem jeweiligen lletall und dem Elektrolyten darstellt, während ΠΓ) die überspannung ist. fT) läßt sich annähernd durch die Gleichung von Tafel bestimmen:

* a + b log i

wobei a und b Konstanten sind und i die Stromdichte an der li'etalloberfläche ist. !fach dem äquivalenten Diagramm in Fig. 4 entspricht

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£. I

i der Stromstärke durch den Widerstand, wobei i Hull ist, wenn der Kondensator geladen ist. V/enn die Gesamtstromstärke mit

i = i + i
C q.

angenommen wird, dann ist ,_

I=G-T? + 10
dt

σ gy = i - io

!lach dieser Gleichung verändert sich die Überspannung beim Einschalten "bzw.. Abschalten des Stroms, im wesentlichen wie in Fig. 4 gezeigt. V/ie ersichtlich, bleibt die Überspannung an der Oberfläche während einiger Zeit, nachdem der Strom unterbrochen worden ist, was wiederum" bedeutet, daß die IuetalTolserf lache gegen Korrosion während einiger Zeit nach der Unterbrechung des Stroms geschützt ist. Biese "Ifachwirkungsperiode" ist in erster Linie von der verwendeten Stromdichte abhängig, sowie, wie aus der vorangehenden Gleichung ersichtlich, von den Konstanten a und b und der !.apazität G der Doppelschichten. Die gemessenen Werte dieser Grossen zeigen, daß in einem neutralen Elektrolyten, wie o,2 bis 1 Jl HaCl in Wasser, eine Korrosionsbeständigkeit während etwa 6o Sekunden nach der Strom-

unterbrechung bei einer Stromdichte von etwa o,l Amp./cm erhalten wird* .

Wenn am Trockenzylinder» der in Pig. 2 schematisch dargestellt ist, eine Anode 17* beispielsweise aus Platin, angeordnet wird, welche nach oben gegen den Pilz 11 zwischen den beiden Druckwalzen 16 ge-

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I v>t I \J

drückt wird, so daß Strom durch den feuchten Filz und das feuchte Papier hindurchtritt, viird der ganze Zylinder Io gegen Korrosion geschützt. Die Stromdichte muß auf die Zylinderdrehzahl, das Zylindermaterial und den Elektrolyten eingestellt werden, liin entsprechender Korrosionsschutz wird erzielt, wenn die Anode 14 an dem trockenen Bereich des Zylinders zwischen den beiden Schabern 13 angeordnet wird, was ebenfalls in Pig. 2 dargestellt ist. Die praktische Ausführung der Anode kann beispielsweise wie in j?ig. 3 gezeigt sein. Der Block

21 ist in diesem i'alle irgendein elektrisch, isolierendes Material. ,

22 ist die Anode, -"lese kann aus Platin, Graphit, Blei oder einem anderen Material bestehen, das bei einer anodischen Belastung angemessen beständig ist. Zwischen der Anode 22 und dem Zylinder 25 wird V/asser 23, 24 mit einer avisreichenden, elektrischen Leitfähigkeit geleitet, so daß Strom zwischen diesen hindurchtretcn und sich eine elektrolytisaiie Doppel schicht an der Oberfläche des Zylinders bilden kann, ΐ/enn der Zylinder warm ist, wird das Wasser zvieifellos von diesem verdampfen, so daß er ausserhalb des Blockes 21 trocken ist. ^s wurde jedoch festgestellt, daß immer noch eine Überspannung an der Zylinderoberfläche an der Stelle gemessen werden kann, an welcher das feuchte Papier und der fexichte Filz dem Zylinder zugeführt werden, oder an irgendeiner anderen stelle, an welcher der Zylinder feucht und eine Potentialmessung möglich ist. -Der Grund hierfür ist gegenwärtig noch nicht ganz klar. Da die Doppelschicht mit einem Elektrolyten verbuadeia ist, ist es schwierig, sioh vorzu». stellen, wie sie weiterbestehen kann» τ/irenn der Elektrolyt verdampft' ist* Vermutlich igt die ansaheiiiend trockene Zylinderfläche immer

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noch von einer Schicht von Wasserinolekülen "bedeckt. Ferner kann angenommen werden, daß die Doppelschicht ζτ/ischen dem Metall und einer dünnen Schicht aus Metalloxyd gebildet wird, oder daß eine Ionenwanderung in der Oxydschicht stattfindet, so daß sich das Gleichgewi chtspotential verändert.

Wenn der Zylinder durch eine Oxydschicht verunreinigt wird, wird diese unter gewissen Bedingungen durch die kathodische Ladung aufgelöst. Ein Zylinder, beispielsweise aus Stahl oder Gußeisen, überzieht sich normalerweise mit einer Rostschiclit, in welcher das Eisen in dreiwertigem Zustand enthalten und in wasser unlöslich ist. Durch eine kathodische Ladung wird das dreiv/ertige Sis en zu einem zv/eiwertigen reduziert, das im Anodenwasser löslich ist und daher mit diesem entfernt wird. Hach einer gewissen ]3etriebszeit ist ein Zylinder von Rost gereinigt.

Die primäre elektrochemische Reaktion am Zylinder ist eine Viasserstoff entwicklung;. Der i<asserstoff löst angesengte Papierreste vom Zylinder, die vom Anodenw&sser weggeführt werden» Dieser Vorgang ist für eine reine Zylinderoberfläche von größter Bedeutung, da die Faser- und Papierreste nicht imr.ier durch die üblichen schaber entfernt werden können.

Wenn ein geeigneter iletallelektrolyt anstatt Yfasser" zwischen dem Zylinder und der Anode verwendet wird, kann der Zylinder elektrolytisch

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iait einer Metallschicht überzogen v/erden, die gegen Korrosion beständiger als das Grundmaterial ist. Der Überzug kann sehr dünn gemacht werdenj er kann während des Betriebs des Zylinders aufgebracht werden und ein möglicher Verschleiß, Abschälen u. dgl. kann während des Betriebs ausgebessert werden.

Wenn der Zylinder 25 zur /mode in dem in Fig. 3 gezeigten Stromkreis gemacht wird, und ein geeigneter Elektrolyt sowie eine geeignete Stromdichte verwendet wird, ist es möglich, ein elektrolytisches Polieren der Zylinderoberfläche au erzielen. Durch Einstellen des Elektrolyts und der Stromdichte kann der Zylinder auf diese Weise anodisch gegen Korrosion geschützt werden, d.h. die Oberfläche wird, passiviert.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Korrosionsschutz, Beschichten und/oder Eeinigen der Qberfläohe von Trommeln, Walzen, Zylindern u. dgl., insbesondere von Trockenzylindern für Papiermaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Ladung mit Hilfe eines Stromimpulses. der Oberfläche der Trommel, der Walze oder des Zylinders an einer Stelle seiner Bahn zugeführt wird, an welcher er sich mit einem Elektrolyten in Kontakt befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Oberfläche zugeführte elektrische Ladung eine negative Ladung ist.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektroden an der Aussenfläche des Zylinders angeordnet sind, die mit Hilfe eines Elektrolyten in elektrisch leitender Verbindung mit der Oberfläche des Zylinders stehen und mit deren Hilfe die Oberfläche kathodisch oder anodisch gemacht werden kann»

4. Verfahren naoh den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode benachbart der Oberfläche jedes Trocken-

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zylinders einer Papiermaschine in dem Bereich des Zylinders angeordnet ist, der zwischen der Stelle, an welcher die Papierbahn den Zylinder verläßt und der Stelle liegt, an welcher das Papier dem Zylinder zugeführt wird,

5. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode verwendet wird, die mindestens die Breite des Zylinders "bedeckt, die mit dem Papier bei dessen Herstellung in Berührung steht, wobei die Elektrode von einen im wesentlichen trogförmigen Behälter umgeben ist, dessen offene Seite wasserdicht gegen die Zylinderoberfläche angeordnet ist und durch welchen Behälter ein geeigneter Elektrolyt geleitet wird.

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