DE19503999C2 - Verfahren zur Herstellung von emaillierten Bauteilen in Endloslängen bzw. Großflächen sowie Teilelement und Verwendung eines Teilelements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von emaillierten Bauteilen in End­ loslängen bzw. Großflächen. Desweiteren betrifft die Erfindung ein emailliertes Teile­ lement und eine Verwendung eines solchen Teilelements.

Derartige Bauteile bzw. Eisenwerkstücke sind für den Einsatz in hochkorrosiven Berei­ chen geeignet. Beispielsweise ist in Kraftwerks- und Müllverbrennungsanlagen sowie in der chemischen Industrie die Handhabung von hochkorrosiven Medien sicherzustellen. Insbesondere für die Rauchgasfortleitung, -reinigung und -verwertung treten aggresive Rauchgase mit einem Wasser- und Säuregehalt auf, die bei Unterschreiten der Tau­ punkttemperatur stark korrosiv wirken. Um die Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagen zu verbessern, d. h. die Abgasverluste zu verringern, wird nämlich in mordernen Kraft­ werks- und Müllverbrennungsanlagen in den Rauchgasfortleitungen häufig die Tau­ punkttemperatur des Rauchgases unterschritten. In diesen Bereichen muß daher ein Werkstoff mit ausreichender Widerstandsfähigkeit gewählt werden. Je nach thermi­ scher, chemischer und mechanischer Belastung werden Rauchgasfortleitungs-, -ver­ wertungs- und -reinigungsanlagen aus Sonderstählen (Cr-Ni-Mo), Nickelbasislegie­ rungen oder fluorierten Kohlenwasserstoffen (PTFE, PFA, PVDF) bzw. Eisenwerkstof­ fen mit fluorierten Kohlenwasserstoffen beschichtet, überzogen oder ausgekleidet her­ gestellt. Diese Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen haben jedoch im hochkorrosi­ ven Bereich eine nicht ausreichende Widerstandsfähigkeit. Die fluorierten Kohlenwas­ serstoffe haben eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit und sind aufgrund ihrer Mi­ kroporosität nicht diffusionsfest. Sonderstähle und Nickelbasislegierungen sind bei hö­ heren Temperaturen nicht ausreichend säurefest und haben daher eine zu kurze Standzeit.

Eine Emailbeschichtung an derartigen Anlagen kam nach bisherigem Stand der Tech­ nik nicht in Frage, da nur eine begrenzte Größe eines Werkstoffes emailliert werden kann. Dies ergibt sich einerseits aus den Fertigungseinrichtungen, insbesondere der Auftrags-, Trocken- und Brenneinrichtungen, und andererseits aus der Anforderung einer verzugsfreien Fertigung.

Aus der WO 94/23260 ist es dagegen bekannt, Rauchgaskanäle und rekuperative Wärmeaustauscher für Rauchgase, die im taupunktgefährdeten Bereich arbeiten, aus säurefest emaillierten Stahl herzustellen. Dabei werden vorgefertigte Bauelemente an der korrosiv belasteten Oberfläche vollständig mit einer Emaillierung überzogen. Die Bauelemente werden stückweise zusammengesetzt, wobei die Übergänge von Bau­ elementen untereinander und mit angrenzenden sonstigen Teilen aus üblichen säure­ festen Dichtungen oder Dichtungsmassen bestehen. Die Dichtungen bestehen bei­ spielsweise aus fluorierten Kohlenwasserstoffpolymerisaten. Nachteilig ist, daß die einzelnen säurefest emaillerten Bauelemente arbeitsaufwendig und damit kostenin­ tensiv mittels Verschraubungen und zwischengelegten Dichtungen verbunden werden. Durch Wechselbeanspruchungen können an den Verbindungsstellen der einzelnen Bauelemente Undichtigkeiten auftreten.

Aus der DE 40 21 466 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration von Schadstellen der Emailleschicht in emaillierten Tanks aus Stahl bekannt. Dabei wird die Schadstelle mit Korund gestrahlt und aufgeraut, die behandelte Schadstelle mit einer metallischen Deckschicht mittels thermischer Spritzverfahren beschichtet und so eine Reparatur ermöglicht. Dieses Verfahren ist möglicherweise zur Reparatur kleiner Schadstellen geeignet, jedoch nicht für die regelmäßige Herstellung von zusammenzufügenden Bauteilen; auch ist die Haftung der einzelnen Schichten nach einer solchen Reparatur bei den extremen Bedingungen in Rauchgasen unzureichend.

In anderem Zusammenhang ist in der DE 27 14 970 B2 noch vorgeschlagen worden, zum Verbinden von in der Erde verlegten beschichteten Stahlrohren die Enden der Rohrbeschichtungen mit einem Material wie Asphalt oder einer Mischung aus Asphalt und einem Füllmaterial zu versehen. Für Endloslängen von emaillierten Bauteilen ist eine solche Möglichkeit nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, im Verbindungsbereich von Teilelemen­ ten des herzustellenden Bauteiles einen zuverlässig haftenden Emaillauftrag zu ver­ wirklichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von emaillierten Bauteilen in Endloslängen bzw. Großflächen, die aus einzelnen voremail­ lierten Teilelementen zusammengeschweißt werden sollen, wobei deren Randbereiche zunächst unemailliert bleiben, die Emailleschicht an den Endbereichen angefast und die Randbereiche nach dem Verschweißen nachemailliert werden.

Ein erfindungsgemäßes emailliertes Teilelement zeichnet sich dadurch aus, daß Rand­ bereiche der Emailleschicht angefast sind.

Erfindungsgemäß ist insbesondere eine Verwendung eines solchen Teilelementes zur Rauchgasführung vorgesehen.

Das Herstellungsverfahren berücksichtigt, daß bei groß dimensionierten Eisenwerk­ stücken lediglich Teilelemente des Eisenwerkstückes mit einer qualitativ hochwertigen Oberflächenveredelung versehen werden können. Nachfolgend werden die einzelnen Teilelemente zur Endloslänge bzw. Großfläche zusammengefügt. Dabei erfolgt das Zusammenfügen nicht mit Schrauben oder ähnlichen Verbindungsmitteln sondern als homogenes Zusammenfügen durch Schweißung. Das Eisenwerkstück liegt folglich homogen zusammengefügt in den gewünschten Abmessungen vor. Nachfolgend wird an den Fügestellen (Schweißnähten) des Eisenwerkstückes eine Nachveredelung vor­ genommen. Im Ergebnis liegt ein oberflächenveredeltes Eisenwerkstück beliebiger Größe vor, das auch an seinen Schweißnähten nachveredelt ist und somit eine durch­ gehende Oberflächenveredelung zum Schutz vor hochkorrosiven Medien hat.

Vorteilhaft wird die Oberflächenveredelung als Emaillierung aufgetragen, da eine der­ artige Oberflächenveredelung mechanisch unempfindlich, temperaturbeständig sowie termperaturwechselbeständig ist. Ferner zeichnet sich eine Emaillierung durch hohe chemische Beständigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und Diffusionsdichtheit aus. Zudem ist eine Emaillierung eine kostengünstige Oberflächenveredelung.

Dadurch, daß Randbereiche der Teilelemente, die an den Fügestellen liegen, von der Oberflächenveredelung/Emaillierung freigehalten werden, wird das Zusammenfügen der Teilelemente erleichtert. Insbesondere wird ein Verbrennen der Emailschicht beim Schweißen an den Fügestellen der Teilelemente verhindert.

Wenn die Randbereiche nach der Oberflächenveredelung/Emaillierung der Teilelemen­ te gereinigt werden, kann eine Schweißnaht höchster Güte erzeugt werden.

Um eine besonders gute Haftung der Emailschicht der Oberflächennachveredelung auf den Randbereichen bzw. der Schweißnaht zu erreichen, werden nach dem homoge­ nen Zusammenfügen die Randbereiche der Teilelemente gereinigt.

Dadurch, daß die Oberflächenveredelung/Emaillierung an den den Randbereichen zugeordneten Rändern vor der Nachveredelung/Nachemaillierung angefast wird, wird eine gute Verbindung der Nachemaillierung mit der bereits am Teilelement vorher auf­ gebrachten Emaillierung erreicht. Die Emaillierung und Nachemaillierung bilden ein homogenes Gefüge gleicher Güte. Das Auftreten von Poren oder Blasen am Über­ gangsbereich wird verhindert.

Die Nachveredelung/Nachemaillierung kann vorteilhaft mit einem partiell an der Füge­ stelle bzw. den Randbereichen wirkenden Einbrennaggregat, beispielsweise mit einer induktiven, Gas-, Hochfrequenz-, UV-, oder Laser-Heizung durchgeführt werden.

Die zum Zusammenfügen vorgesehenen Teilelemente weisen eine Oberflächenverede­ lung auf, wobei Randbereiche von der Oberflächenveredelung freigehalten sind, um ein Verbrennen der Oberflächenveredelung beim Zusammenfügen der Teilelemente zu verhindern.

Die Teilelemente können als Rohrsegmente oder Flächenelemente ausgebildet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, teils mit Bezug auf die Zeichnung, detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein außenbeschichtetes Rauchgasrohr in drei verschiedenen Fertigungs­ stufen.

Das in Fig. 1 dargestellte Eisenwerkstück ist ein an seiner Außenfläche mit einer Ober­ flächenveredelung versehenes Rohr erheblicher Länge. Das Rohr ist aus mehreren Teilelementen 1, 2, 3 aufgebaut. Fig. 1 zeigt drei Teilelemente, die als Rohrsegmente ausgebildet sind, nämlich dem ersten Rohrsegment 1, dem zweiten Rohrsegment 2 und dem in Fig. 1 nur teilweise dargestellten, dritten Rohrsegment 3. Die Rohrsegmen­ te 1, 2, 3 weisen auf ihrer Mantelaußenfläche eine Oberflächenveredelung in Form einer Emaillierung 4 auf. Das mit der Emaillierung 4 versehene erste Rohrsegment 1 weist an seinen beiden Enden Randbereiche 5 auf, die nicht emailliert sind.

Das in Fig. 1 dargestellte linke Ende des ersten Rohrsegmentes 1 stellt den Zustand nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt, nämlich der Oberflächenver­ edelung des einzelnen Rohrsegmentes, dar. Entsprechend dieser Darstellung werden alle Teilelemente, hier Rohrsegmente, zunächst mit der ersten Oberflächenverede­ lung/Emaillierung 4 versehen, wobei an den vorgesehenen Fügestellen Randbereiche 5 freigelassen werden. Vorzugsweise beträgt die Breite der Randbereiche 5 ca. 20 mm. Die Rohrsegmente 1, 2, 3 sind an ihren Randbereichen 5 mittels Verschweißung zusammengefügt. Die Schweißnaht 6 bildet dabei eine homogene Verbindung der Rohrsegmente 1, 2, 3. In Fig. 1 ist der Zustand des Rohres nach dem zweiten erfin­ dungsgemäßen Verfahrensschritt zwischen dem ersten und zweiten Rohrsegment 1, 2 dargestellt. Die Randbereiche 5 der beiden zusammengefügten Rohrsegmente 1, 2 und die Schweißnaht 4 sind noch frei zugänglich.

In Fig. 1 ist zwischen zweitem Rohrsegment 2 und drittem Rohrsegment 3 eine Nachemaillierung 7 dargestellt, die die Randbereiche 5 und die Schweißnaht 6 der bei­ den zuvor zusammengefügten Rohrsegmente 2, 3 überdeckt. Dies entspricht dem Endzustand des erfindungsgemäß hergestellten Rohres nach dem dritten Verfahrens­ schritt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren detailliert beschrieben.

Ein Eisenwerkstück größerer Abmessung wird geeignet gegliedert in Teilelementen hergestellt. Beispielsweise kann eine Endloslänge eines Rohres aus einzelnen Rohr­ segmenten, wie in Fig. 1 dargestellt, hergestellt werden. Ebenso ist es aber auch mög­ lich Flächengebilde aus einzelnen Teilelementen in Form von rechteckigen, trapezför­ migen, dreieckigen oder anders geformten Blechen zusammenzusetzen. Die einzelnen Teilelemente weisen Abmessungen auf, so daß eine gleichmäßige, qualitativ hochwer­ tige und kostengünstige Emaillierung möglich ist. Vorteilhaft weisen die Teilelemente maximale Kantenlängen von 2,0 bis 2,5 m auf, so daß sie in herkömmlichen Ein­ brennöfen bearbeitet werden können. Die Oberflächenveredelung wird dabei mit aus dem Stand der Technik bekannten Auftrageverfahren aufgebracht und in Heizöfen eingebrannt. Die Emailschicht sollte eine Dicke von 0,5 mm nicht überschreiten. Beim Auftragen der Emaillierung wird jedoch sichergestellt, daß ein Randbereich an den Fü­ gestellen des Teilelementes keine Emaillierung erhält. Vorzugsweise hat dieser Rand­ bereich eine Breite von 20 mm-30 mm.

Nach dem Einbrennen der Emaillierung kann der nicht emaillierte Randbereich der Teilelemente, der bei der Emaillierung verzundert, bereits vor dem Zusammenfügen der Teilelemente gereinigt bzw. geputzt werden. Damit kann die Qualität der beim nachfolgenden Zusammenfügen der Teilelemente erzeugten Schweißnaht erhöht wer­ den. Die Teilelemente werden sodann an den dafür vorgesehenen Fügestellen zu­ sammengefügt. Vorteilhaft werden die Teilelemente miteinander verschweißt. Es ent­ steht somit eine homogene und mechanisch dauerhafte Verbindung der Teilelemente zum gewünschten Eisenwerkstück großer Abmessung. Beim Schweißen an den Fü­ gestellen wird die bereits aufgetragene Emaillierung nicht übermäßig beansprucht, da an den Fügestellen der Teilelemente die Randbereiche freigelassen, d. h. nicht email­ liert sind. Der Schweißvorgang zum Verbinden der Werkstückteilelemente ist emaillier­ gerecht auszuführen.

Nach dem Einbrennen der Emaillierung und dem Zusammenfügen der Teilelemente wird der nicht emaillierte Randbereich der Teilelemente, der bei der Emaillierung und beim Schweißen verzundert, gereinigt bzw. geputzt. Durch das Putzen der emaillefrei­ en Randbereiche und der als Schweißnaht ausgebildeten Fügestelle vor dem Aufbrin­ gen der Nachemaillierung wird die Haftfähigkeit der Emaille auf dem Eisenwerkstück erhöht. Ferner werden die den Randbereichen zugeordneten Ränder der Oberflächen­ veredelung der Teilelemente angefast, um einen möglichst homogenen Schichtaufbau zwischen der ersten Emaillierung und der Nachemaillierung zu erreichen.

Anschließend wird der so vorbereitete Bereich an der Verbindungsstelle zweier zu­ sammengefügter Teilelemente emailliert. Die Emaillierung wird dabei in entsprechender Dicke auf den Randbereichen und die Schweißnaht bis an den Rand der ersten Email­ lierung aufgetragen. Der Einbrennvorgang wird mit einem partiell an der Fügestelle und den Randbereichen wirkenden Aggregat durchgeführt.

Diese Nachemaillierung hat somit die gleiche Wandstärke wie die erste Emaillierung der Teilelemente. Überraschenderweise kann bei der Nachemaillierung eine ebenso hohe Qualität wie bei der ersten Emaillierung erreicht werden. Dadurch, daß die den Randbereichen zugeordneten Ränder der ersten Emaillierung angefast werden, wird die Bildung von Poren und/oder Blasen vermieden. Bei angefertigten Schnitten durch einen derart erzeugten Übergangsbereich zwischen erster Emaillierung und Nache­ maillierung zeigt sich, daß die Emailschicht am Übergangsbereich praktisch homogen wird.

Insgesamt erfüllt damit auch die Fügestelle zwischen zwei Teilelementen alle Anforde­ rungen, die auch an das Teilelement gestellt werden. So ist die Fügestelle säurefest, diffusionsdicht und temperatur- und temperaturwechselbeständig. Aufgrund der ge­ schlossenen, glatten, porenfreien Emailoberfläche, die mit guter Haftung auf dem me­ tallischen Untergrund aufgebracht ist, wird eine hohe mechanische Festigkeit auch am Fügebereich der Teilelemente sichergestellt. Es wird damit ein Eisenwerkstück erzeugt, das in großen Dimensionen eine homogene Oberflächenveredelung aufweist. Folglich sind erfindungsgemäß Eisenwerkstücke in Endloslängen bzw. Großflächen mit hoher Korrosionsbeständigkeit herstellbar.

Das Aufbringen der Emaillierung ist aufgrund der Aufgliederung der zu beschichtenden Fläche in Teilbereiche problemlos nach dem Stand der Technik handhabbar. Die für eine Nachemaillierung zunächst emaillefrei gebliebenen Verbindungsbereiche haben wiederum Größenabmessungen, die problemlos emailliert werden können.

Bezugszeichenliste

1

Teilelement, erstes Rohrsegment

2

Teilelement, zweites Rohrsegment

3

Teilelement, drittes Rohrsegment

4

Oberflächenveredelung, Emaillierung

5

Randbereich

6

Schweißnaht

7

Nachveredelung, Nachemaillierung

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von emaillierten Bauteilen in Endloslängen bzw. Großflächen, die aus einzelnen voremaillierten Teilelementen zusammengeschweißt werden sollen, wobei deren Randbereiche zunächst unemailliert bleiben, die Emailleschicht an den Endbereichen angefast und die Randbereiche nach dem Verschweißen nachemailliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche nach der Emaillierung der Teilelemente gereinigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem homogenen Zusammenfügen die Randbereiche der Teilelemente gereinigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachemaillierung mit einem lokal an der Fügestelle, bzw. den Randbereichen wirkenden Einbrennaggregat durchgeführt wird.

5. Emailliertes Teilelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Randbereiche der Emailleschicht angefast sind.

6. Teilelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsegmentlänge maximal 3,5 m beträgt.

7. Teilelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Flächenelement mit einer maximalen Größe von 2 m × 2,5 m ist.

8. Teilelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstärke des Teilelementes maximal 3 mm und die Materialstärke der als Emaillbeschichtung ausgebildeten Oberflächenveredelung (4) maximal 0,5 mm betragen.

9. Teilelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht oberflächenveredelte Randbereich (5) eine Breite von 20 mm bis 30 mm hat.

10. Verwendung eines Teilelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6-9 zur Rauchgasführung.