DE3734768C2

DE3734768C2 -

Info

Publication number: DE3734768C2
Application number: DE19873734768
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Ing. 6200 Wiesbaden De Decker; Winfried Dipl.-Ing. 6366 Woelfersheim De Gramatte; Karl-Heinz Dr. 6390 Usingen De Gruenthaler; Wolfgang Dipl.-Ing. 6500 Mainz De Schwaemmlein
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1992-01-16
Also published as: EP0311847A2; EP0311847A3; DE3734768A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Armaturteil auf der Basis von Eisen zum Einsatz in einem schwefelsauren Medium, insbesondere Rauchgas-Entschwefelungsanlage. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Her stellung eines solchen Armaturteils, beispielsweise einer Klappe.

In Rauchgasentschwefelungsanlagen wird Schwefeldioxid (SO₂) mit Kalk (CaCO₃) zu Gips (CaSO₄ · 2H₂O) umgesetzt. Die Suspension von CaCO₃ (CaO, Ca (OH₂) in einem sauren Medium (pH-Wert ≈3) mit Anteilen an Chloriden, Fluoriden in verschiedenen Verbindungen, H₂SO₃ und H₂SO₄, teilweise auch HNO₃, stellt bei Betriebstempera turen von etwa 40°C ein außergewöhnlich aggressives Medium dar, das in Verbindung mit den harten und rasch bewegten Kalkteilchen, welche eine stark abrasive Wirkung besitzen, in kurzer Zeit nahezu alle bekannten Werkstoffe, die normalerweise für Armaturenteile eingesetzt werden, zerstört. Dies trifft insbesondere auf Konstruktionsteile in Rohrleitungen, Pumpen und anderen Armaturteilen, wie Klappen zu, die der direkten Strömung des aggressiven, schwefelsauren Mediums voll ständig ausgesetzt sind. Diese Teile werden daher bisher aus einer speziellen und teuren Legierung (Hastelloy C4) hergestellt, welche dem kombinierten korrosiven und abrasiven Angriff des Mediums widersteht. Diese Legierung ist aber außergewöhnlich schwer zu bearbeiten und unwirtschaftlich.

Die DE-GM 85 24 561 beschreibt ein Armaturteil mit dem Merkmal des Oberbegriffs des Hauptanspruchs, das aus einem Ringkörper besteht, der mit einer verschleißbeständigen, ringförmigen Schicht auch Nickel bzw. Nickel, Chrom, Molybdän und Eisen überzogen ist.

Der Aufsatz von Dr. W. Wahl "Materialeinsparung durch aktiven Verschleißschutz", VDI Jahrbuch 1977, Seiten 45-59, beschreibt die Herstellung eines Ventils, das an seiner Spitze induktionsgehärtet ist, im Schaft verchromt ist und auf dem Tellerrand hartauftragsgeschweißt ist. Hier wird an voneinander getrennten Orten auf den Kern des Ventils jeweils eine andere Schicht aufgetragen bzw. es wird eine bestimmte Härtung erzeugt.

Es besteht daher ein Bedarf nach einem preisgünstigeren Werkstoff oder einer Werkstoffkombination, die zudem leichter zu verarbeiten sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Armaturteil zum Einsatz in einem schwefelsauren Medium vorzuschlagen, das einerseits preisgünstig ist und andererseits allen im Betrieb an das Armaturteil gestellten Forderungen entspricht, insbesondere bezüglich des korrosiven und abrasiven Angriffs dieses Mediums.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Armaturteil aus einem Kern aus Gußeisen oder unlegiertem Stahl besteht, über dem sich eine Sperrschicht aus Nickel, Kupfer und/oder Chrom bzw. deren Legierungen befindet, über der sich eine ver schleißbeständige Deckschicht auf der Basis von Nickel oder Kobalt mit eingelagerten Hartstoffen befindet.

Der Kern aus Gußeisen oder unlegiertem Stahl ist preis günstig, leicht herzustellen und gut zu bearbeiten. Die Deckschicht ist verschleißbeständig und hält dem korro siven und abrasiven Angriff des schwefelsauren Mediums gut stand. Sie kann u.U. eine gewisse Porosität aufweisen, so daß das schwefelsaure Medium in die Poren eindringen kann. Es wird durch die Sperrschicht daran gehindert, den Kern anzugreifen.

Die Sperrschicht kann eine Dicke bis maximal 100 µm einnehmen.

Die Deckschicht soll dagegen eine Dicke im Millimeterbereich aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Armaturteil;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein plattenförmiges Armaturteil mit einer Panzerung am Umfang durch Auftragsschweißen von Hartmetall;

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 2, wobei die Panzerung durch einen aufgeschrumpften Ring gebildet wird.

Das Armaturteil besteht nach Fig. 1 grundsätzlich aus einem Kern 1 aus dem leicht zu vergießenden und gut zu bearbeitenden, preisgünstigen Gußeisen. Der Kern 1 kann auch aus unlegiertem Stahl (Baustahl) bestehen, welcher ebenfalls preisgünstig ist und gut bearbeitet werden kann.

Auf den Kern 1 wird vorzugsweise stromlos oder galvanisch eine Sperrschicht 2 aus Nickel oder den anderen in den Patentansprüchen hierfür bevorzugten Materialien aufge bracht. Auf diese dichte und korrosionsbeständige Sperr schicht wird dann mittels geeigneter thermischer oder thermomechanischer Oberflächenverfahren, wie Auftrags schweißen, Aufschmelzen, Flammspritzen, Detonations spritzen oder Plasmaspritzen eine harte, verschleiß- und korrosionsbeständige Deckschicht 3 aus einer Nickel legierung mit eingelagerten Karbiden auf der Basis von Chrom, Molybdän oder Wolfram aufgebracht.

Es stellte sich überraschend heraus, daß trotz der nicht ganz porenfreien Deckschicht 3 die Sperrschicht 2 aus Nickel das Grundmaterial der Kernschicht 1 zuverlässig vor Korrosion schützt.

Eine weitere Verbesserung des Korrosionsverhaltens und der Verschleißbeständigkeit kann durch kurzes Auf schmelzen mit einem Laserstrahl erzielt werden. Die Karbidausscheidungen werden dadurch verfeinert und die Oberfläche wird dichter.

Fig. 2 und 3 zeigen, daß ein plattenförmiges Armatur teil mit einem Kern 1 im Bereich der größten abrasiven Beanspruchung, nämlich am Scheibenrand, durch eine partielle Panzerung 4 geschützt wird, die in Fig. 2 durch Auftragsschweißen aufgetragen wird. Als verschleiß feste Werkstoffe bieten sich Stellite oder Hartmetalle an.

Die Abrasionsbeständigkeit kann auch durch Aufschrumpfen eines Rings 5 aus Hartmetall vorgenommen werden, wie in Fig. 3 dargestellt.

Im Anschluß an diese Maßnahme (Aufbringen der Panzerung 4 bzw. des Ringes 5) erfolgt das Aufbringen der Sperr- und Deckschicht 2, 3 entsprechend den Ansprüchen 7 bis 10 bzw. Fig. 1, und zwar in Fig. 1 vorzugsweise die Panzerung 4 überlappend. Der Ring 5 soll etwas höher sein als der zu schützende Rand, um auch hier einen glatten Übergang zu schaffen.

Claims

1. Armaturteil auf Grundlage einer Eisen-Basislegierung zum Einsatz in einem schwefelsauren Medium, das auch abrasiv wirkende Feststoffpartikel enthält, insbesondere in einer Rauchgas-Entschwefelungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Kern aus Gußeisen oder unlegiertem Stahl besteht, über dem sich eine Sperrschicht aus Nickel und/oder Kupfer und/oder Chrom befindet, über der sich eine verschleißbeständige Deckschicht auf der Basis von Nickel oder Kobalt mit eingelagerten Hartstoffen befindet.

2. Armaturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelagerten Hartstoffe Karbide des Chroms, Molybdäns und/oder Wolframs sind.

3. Armaturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelagerten Hartstoffe Boride des Titans, Zirkons bzw. Nitride des Titans oder Siliziums sind.

4. Armaturteil nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht etwa 30 bis 75 Gew.% Hartstoffe aufweist, etwa 20-65 Gew.-% Nickel und den Rest Chrom.

5. Armaturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiges Armaturteil im Bereich des äußeren Umfangs gepanzert wird.

6. Armaturteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperr- und Deckschichten (2, 3) die Panzerung (4, 5) überlappen.

7. Verfahren zur Herstellung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildeten Armaturteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht auf galvanischem Wege, stromlos durch Flammspritzen oder nach dem CVD-Verfahren aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht thermisch oder thermomechanisch nach dem Plasma- oder Flammspritzverfahren, durch Detonationsspritzen oder durch eine Laserbehandlung auf die Sperrschicht aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht durch Auftragsschweißen oder Auftragsschmelzen auf die Sperrschicht aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht kurzzeitig aufgeschmolzen wird und sehr rasch erstarrt.

11. Verfahren zur Herstellung eines nach Anspruch 5 ausgebildeten Armaturteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Panzerung durch Auftragsschweißen von Hartmetall erfolgt.

12. Verfahren zur Herstellung eines nach Anspruch 5 ausgebildeten Armaturteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Panzerung durch Aufschrumpfen eines Rings aus abrasions- und korrosionsbeständigem Material erfolgt.