-
Verfahren zur Herstellung auswechselbarer Verkleidungen metallischer
Gefäße Keramische Auskleidungen mit Verlegung durch Spezialkitte für Gefäße in der
chemischen Industrie sind zwar gegen Korrosion sehr beständig, haben jedoch den
Nachteil eines schlechten Wärmeleitvermögens. Es ist zwar möglich, die Wärmeleitfähigkeit
der Platten durch Verwendung gut wärmeleitender Füllstoffe und Mageiungsmittel zu
verbessern, jedoch bleibt noch der Übelstand, daß der zum Verlegen erfbrderliche
Kitt dem Wärmeübergang verhältnismäßig großen Widerstand entgegensetzt. Dies ist
auch dann der Fall, wenn säurefeste Kitte mit Füllstoffen von guter Wärmeleitfähigkeit
ver-. wendet werden, weil auch bei solchen Kitten die Menge des erforderlichen Bindemittels
noch so groß ist, daß der Wärmeübergang bedeutend erschwert wird. Außerdem ist die
Schlagbeständigkeit der aufgekitteten Deckplatten verhältnismäßig schlecht.
-
Emaillierte Metallgefäße zeigen zwar die erwähnten Nachteile nicht,
jedoch sind solche Gefäße nur sehr schwer fehlerfrei herzustellen, und sie sind
gegen Schlag oder sonstige Verletzungen noch empfindlicher als aufgekittete keramische
Deckplatten. Ein Ausbessern der Emai.llierung solcher beschädigter Gefäße ist aber
praktisch nicht möglich, weil eine an den Flickstellen neu aufgebrachte Schicht
nicht lange hält.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung
auswechselbarer,
gut wärmeleitender und sehr schlagbeständiger Verkleidungen
von metallischen Gefäßen zum Schutz gegen Kog-. rösion. Die erwähnten Nachteile
der bekariÜ-: ten Gefäßauskleidungen werden dadurch ve mieden, daß einerseits zum
Auskleiden des'-, Gefäße solche nebeneinanderliegende Deck= platten verwendet werden,
die aus Werkstoff bestehen, der unterhalb des Schmelz- oder Sinterpunktes nicht
verformbar, sondern nur mit spanabhebenden Werkzeugen bearbeitbar ist, und daß diese
Platten anderseits im Gegensatz zum bisherigen Vorgehen durch Schweißen, Löten oder
Hintergießen oder Einpressen einer gut wärmeleitenden metallischen Zwischenschicht
in bekannter Weise mit dem äußeren Gefäßmantel verbunden werden. Dabei ist es meist
nötig, eine gute Verbindung zwischen dem Lot oder dem Hintergießmetall und den Platten
dadurch zu erreichen, daß man auf diese Platten auf der dem chemischen Angriff nicht
ausgesetzten Seite eine oder mehrere Metallschichten aufbringt, was nach einem der
bekannten Ver-"fahren geschehen kann. Die Art des Metalls richtet sich nach dem
zu verwendenden Lot; selbstverständlich darf das Metall nicht von dem Lot später
völlig aufgelöst werden.
-
Bei dieser Verkleidungsart besteht der Vorteil, daß einerseits eine
leicht auswechselbare, chemisch beständige Innenschicht erhalten wird und daß anderseits
die gesamte Gefäßwandung die größtmögliche Wärmeleitfähigkeit infolge der innigen
Berührung der gut wärmeleitenden Schichten miteinander besitzt. Der Inhalt solcher
Gefäße kann deshalb von außen gut beheizt oder gekühlt werden. Darüber hinaus hat
sich überraschenderweise gezeigt, daß durch das Verlöten oder Hintergießen die Schlagfestigkeit
der Platten auf ungefähr das Zwanzigfache ansteigt.
-
Die Deckplatten können von der verschiedensten Art sein, müssen aber
die Wärme gut leiten. Besonders zweckmäßig sind wegen ihrer hohen Korrosionsfestigkeit
keramische Platten, die Füllstoffe oder Magerungskörner hoher Wärmeleitfähigkeit
eingebettet enthalten; weiterhin sind- Ferrosiliziumplatten sehr geeignet. Die Verwendung
höherprozentiger Ferrosiliziumlegierungen war bisher noch nicht möglich, weil die
Verarbeitung derartiger Legierungen zu wenig erforscht war und ihre hohe Sprödigkeit
der praktischen Verwendung im Wege stand. Es ist jedenfalls nicht möglich, aus derartigen
hochprozentigen Legierungen größere Hohlgefäße zu gießen.
-
Sowohl bei den keramisch gebundenen Platten wie den gegossenen, sehr
spröden Ferrosiliziumplatten ist die überraschende Erhöhung der Schlagfestigkeit
nach dem Auflöten nur so zu erklären, daß infolge der nur halb so großen thermischen
Ausdehnungs-. koeffizienten dieser Werkstoff gegenüber @° Eisen beim Abkühlen der
aufgelöteten Platten ;sieh das Eisen stärker zusammenzieht als die `'-Platten, wodurch
diese unter Druckspannung gesetzt werden. Die Zugfestigkeit von spröden Werkstoffen
ist höchstens ein Zehntel von der Druckfestigkeit. Die Zerstörung durch Schlag beruht
bei spröden Werkstoffen immer wieder auf der Überwindung der Zugfestigkeit als dem
kleineren Festigkeitswert. Stehen die Werkstoffe aber wie im vorliegenden Falle
unter Druckspannung, so müssen durch die Schlagbeanspruchung erst die Druckspannungen
bis auf Null überwunden werden, ehe die Zugfestigkeit in Anspruch genommen werden
kann. -Da weiterhin der Elastizitätsmodul der Platten wesentlich kleiner ist als
der von Eisen (etwa q.oo ooo gegen 2 i5o ooo), so werden die Platten auch beim Auftreten
von Überdruck imGefäßinnern wesentlichweniger beansprucht als das Eisen, so daß
die erfindungsgemäß ausgekleideten Behälter sehr auf Druck beansprucht werden können,
ohne Gefährdung der Platten, was ebenfalls nicht vorauszusehen war.
-
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht also in besonders
vorteilhafter Weise die Verwendung solcher Werkstoffe für die Auskleidung -von Behältern,
die sich zwar durch hohe chemische Beständigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit- auszeichnen,
aber wegen ihrer Sprödigkeit unterhalb des Schmelz- oder Sinterpunktes nur mit spanabhebenden
Werkzeugen bearbeitet werden können.
-
Das Aufbringen der Metallüberzüge auf die keramischen oder Ferrosiliciumplatten
kann z. B. auf folgende bekannte Weise geschehen: i. Es wird auf chemischem Wege
ein Metallniederschlag auf der Platte erzeugt, z. B. ein Silberniederschlag aus
einer Silberlösung mit reduzierenden Zusätzen oder nach dem Kontaktverfahren.
-
2. Auf die Platte, deren Oberfläche nie ganz glatt ist, wird durch
Bürsten mit einer weichen Metallbürste (Messingbürste) oder Verreiben mit Metallpulver
eine dünne Schicht Metall aufgebracht.
-
3. Es wird ein Metall nach dem Schoopverfahren durch Aufspritzen auf
die Rückseite der Platte gebracht; in Frage hierfür kommen vorzugsweise Blei, Zinn
und Kupfer.
-
q.. Die zu verlegenden Platten werden auf der Rückseite angeschliffen,
mit dem Sandstrahlgebläse abgestrahlt oder aasgeätzt, wodurch das Metall oder eingebettete
wärmeleitende Füllstoffe von vorzugsweise metallischer
Artfreigelegt
werden. Das freigelegte Metall bildet die Grundlage für ein weiteres Auftragen von
Metallschichten.
-
5. Auf den nach r bis 4 erhaltenen metallischen Untergrund wird galvanisch
eine Metallschicht niedergeschlagen, z.-B. aus Eisen, Kupfer, Nickel o. dgl. Die
Stärke dieser Metallschicht wird zweckmäßig verhältnismäßig groß gewählt, damit
beim späteren 'Aufbringen einer Lötschicht o. dgl. eine gute Haftung erreicht wird.
-
6. Auf eine oder mehrere der gemäß r bis 5 erhaltenen Unterlagsschichten
wird geschmolzenes Blei, Zinn- oder ein geeignetes Lot aufgebracht. - -Die auf diese
Weise vorbereiteten Platten werden nun durch Löten oder Hintergießen mit der äußeren
Gefäß-,vandung verbunden.
-
Statt der Verbindung durch Löten können die erwähnten Metallplatten
auch an einigen Stellen, insbesondere am Rand oder an vorstehenden, durch in Bohrungen
des äußeren Blechmantels greifende Stifte durch Schweißung mit diesem Mantel verbunden
werden, worauf die verbleibenden Zwischenräume zwischen- den Platten und dem Mantel
mit einem verhältnismäßig niedrig schmelzenden Metall vergossen werden.
-
Die Erwärmung des Gefäßes oder derDeckplatten zum Zwecke des Auf-
oder Ablötens kann durch elektrische Beheizung - z. B. Widerstandsheizung nach Art
der Rohrleitungsauftaugeräte - erfolgen; was den besonderen Vorteil hat, daß eine
Oxydation der metallischen Zwischenschicht weitgehend vermieden wird. Es ist aber,
wie festgestellt wurde, auch möglich, die Wärme in der Weise zuzuführen, daß der
äußere Blechmantel an den Stellen, an denen die Deckplatten im Innern aufgebracht
-werden sollen, von außen mit einem Brenner, z. B. einem Schweißbrenner, angewärmt
wird. _ Man kann aber auch die Deckplatten so weit vorgewärmt aufbringen, daß das
an ihnen befindliche Lot geschmolzen ist bzw. das am Blechmantel aufgetragene Lot
beim Anlegen der Platten schmilzt.
-
Die zwischen den Deckplatten verbleibenden Fugen werden zweckmäßig
reit chemisch beständigem Kitt derart ausgefüllt, daß dieser Kitt einen chemischen
Angriff auf die gut leitende Zwischenschicht oder den äußeren Mantel unmöglich macht.
Zurr3 Zwecke einer besseren Haftung des Kittes in den Fugen können die Platten an
diesen Stellen gerieft, geraubt oder sonstwie uneben gemacht sein.
-
Die Durchführung des neuen Verfahrens soll an Hand einiger Ausführungsbeispiele
und beiliegender Zeichnungen im folgenden näher erläutert werden: z. Auf die Innenfläche
eines schmiedeeisernen oder gußeisernen Gefäßes, das innen gegebenenfalls erst schwach
verzinnt oder mit einem leichtflüssigen Lot überzogen wurde, Werden gut wärmeleitende
keramische Platten aufgedrückt, die auf der Rückseite vorher metallisiert worden
sind. Die keramischen Platten enthalten z. B. 9o °/o eines hochprozentigen Ferrosiliciums,
durch das die Wärmeleitfähigkeit der ganzen Platte stark erhöht ist. Das Metallisieren
besteht -aus drei Arbeitsstufen, nämlich zuerst dem Auftragen einer Grundschicht
durch Aufbürsten, Aufreiben oder Aufspritzen von Metall; hierauf wird galvanisch
eine' Metallschicht, z. B. Eisen; von beispielsweise 1/1o mrn. Stärke niedergeschlagen,
und schließlich wird eine dünne Schicht Bleilot in der Wärme aufgebracht, die eine
Verlötung der Platten mit dem äußeren Mäntel auf der ganzen Fläche ermöglicht:'
Nach Verlötung der Platten in der Weise, daß die angewärmten Platten an die Lotschicht
des Außenmantels angedrückt werden, werden dieFugen mit einem chemisch beständigen
Kitt ausgefugt, z. B. mit dichtem silikofluoridhaltigem Wasserglaskitt. Anstatt
der obenerwähnten keramischen Platten können auch Ferrosiliciumplatten in gleicher
Weise aufgelötet werden oder solche Eisenplatten, die nach bekannten Verfahren auf
der chemisch beanspruchten Seite in genügender 'riefe so hoch siliziert sind, daß
sie sich ebenso wie die durchgehend aus Ferrosilicium bestehenden Platten verhalten.
-
Abb. r zeigt im Schnitt die Anordnung einer solchen Gefäßauskleidung:
z sind keramische Platten von hoher Wärmeleitfähigkeit oder Ferrosiliciumplatten,
2 ist die erste mechanisch aufgetrageneMetallisierungsschicht, 3 der galvanisch
erzeugte Metallüber= zug, -4 eine warm aufgebrachte Bleischicht und 5 der äußere
verzinnte -Gefäßmantel; 6 zeigt die Ausfüllung der beiden Fugen mit Wasserglaskitt.
Die Schichten 2 und 3 können bei Ferrosiliciumplatten fehlen.
-
Es werden die in Beispiel z beschriebenen metallisierten keramischen
"Platten oder Platten aus chemisch beständigem Metall verwendet, und zwar indem
sie auf das wie pn Beispiel r mit leichtflüssigem Metall überzogene Gefäßinnere
angelegt werden: Der noch freie Raum zwischen Kesselwand und Platte wird mit einem
Lot oder mit @ Blei vergossen, wobei man die jeweilig zu vergießende Wandstelle
entweder von außen oder, wo es möglich ist, von innen her erwärmt, z. B. mit einem
Schweißbrenner. Damit beim Vergießen der Zwischenräume das leichtflüssige Metall
nicht unten aus den Fugen wieder herauslaufen kann, werden vor dem Vergießen diese
Fugen mit einer Asbestschnur o. dgl. verstopft. Nach Anbringen
sämtlicher
Platten werden die Fugen mit säurebeständigem Kitt ausgestrichen.
-
3. Die Befestigungsart der Platten nach Beispiel i und 2 wird dadurch
erleichtert, daß man zum Auflöten nicht ein einheitliches Lot verwendet, sondern
die Plattenrückseiten und das Innere des äußeren Mantels mit Metallen oderLegierungen
von verschiedenem Schmelzpunkt versieht, wobei aber beim Zusammenfließen dieser
Metalle oder Legierungen neue Legierungen von höherem Schmelzpunkt entstehen. Wenn
z. B. der Kessel mit Woodschein Metall überzogen ist und die Platten verbleit sind,
so wird beim Andrücken der Platten der Schmelzpunkt des Woodschen Metalls infolge
der Verlötung und der Aufnahme von Blei erhöht. In gleicher Weise kann auch der
Außenmantel des Gefäßes verbleit und die einzusetzenden Platten mit Woodschem Metall
überzogen sein, oder es werden verbleite Platten durch Hintergießen mit Woodschem
Metall mit dem Außenmantel verbunden.
-
Wesentlich ist natürlich, daß die entstehenden neuen Legierungen einen
so hohen Schmelzpunkt haben, daß sie bei der Gebrauchstemperatur des Gefäßes noch
fest sind.
-
Die gemäß Beispiel i, 2 oder 3 eingesetzten Platten können in einfacher
Weise dadurch entfernt werden, daß aus den Fugen der säurefeste Kitt herausgestemmt
wird, worauf entweder die Platte von innen her oder die entsprechende Stelle des
Blechmantels von außen her erwärmt wird, bis die metallische Zwischenschicht schmilzt
und die Platte abgehoben werden kann. Das Abheben kann gegebenenfalls durch Anbohren
der Platten, Einschneiden eines Gewindes in die Bohrung und Einschrauben eines Griffes
erleichtert werden.
-
q.. (Vgl. Abb. 2.) Zum Auskleiden werden Ferrosiliciumplatten oder
ähnliche andere spröde und chemisch beständige Metallplatten i von genügender Stärke
benutzt. Von. der Rückseite her sind in diese Platten ein oder mehrere nicht durchgehende
Löcher gebohrt und mit Gewinde versehen. Der äußere Mantel 5 hat entsprechende Bohrungen
7, durch die hindurch jede Platte i von außen mit Schrauben 8 befestigt werden kann,
wobei gegebenenfalls Abstandshülsen o. dgl. verwendet werden, mit denen gewisse
Abstände zu halten sind. Statt in Gewindebohrungen können die Schrauben aber auch
in Schraubendübel eingreifen, die in die Platten eingesetzt sind. Platten und Gefäßmantel
sind mit Zinn oder einem leichtflüssigen Lot überzogen. Nach Befestigung der Platten
werden die Zwischenräume hinter ihnen mit Metall vergossen und darauf die verbleibenden
Fugen mit säurefestem Kitt verschmiert. Das Entfernen der gemäß Beispiel q. durch
Verschraubung und Hintergießen gehaltenen Platten ist sehr einfach durch Lösen der
Schrauben, Entfernung des säurefestenKittes aus den Fugen und gegebenenfalls Erwärmung
der herauszunehmenden Platte möglich.
-
5. (Vgl. Abb. 3.) Es werden chemisch beständige Metallplatten i verwendet,
die auf der Rückseite einen oder mehrere Stifte tragen. Diese Stifte greifen in
entsprechende Vertiefungen oder durchgehende Löcher 7 des äußeren Blechmantels 5
und können mit ihm durch Schweißung io fest verbunden sein. Der Zwischenraum zwischen
dem äußeren Mantel 5 und den Platten i wird durch Vergießen mit Blei oder Lot ausgefüllt.
Zweckmäßig ist ein vorheriges Überziehen des Mantels und der Platten mit demselben
Metall. Nach dem Vergießen werden die Fugen wieder mit säurefestem Kitt ausgestrichen.
-
Es genügt aber auch schon, wenn man an Stelle von Stiften und Schrauben
einfache Drähte oder Kügelchen aus z. B. Eisen, die an einem der Teile befestigt
oder nur leicht angeheftet sind, ,benützt, um beim Hintergießen den gewünschten
Abstand zwischen Platten und Muschel zu sichern.
-
Zur Entfernung einzelner Platten i werden die in diesen sitzenden
Schweißstellen io von außen her durch Anbohren oder Abstemmen entfernt, worauf durch
Erwärmung der Platte oder des -Mantels an dieser Stelle die Lotverbindung gelöst
wird. Zuvor ist an den benachbarten Fugen der säurefeste Kitt ebenfalls entfernt
worden; die Platte kann nunmehr abgehoben .und durch eine andere er---setzt werden.
-
6. (Vgl. Abb. q.). Nebeneinanderliegende, chemisch beständige, spröde
Metallplatten i werden an ihren Rändern, an vorspringenden Leisten oder Nasen i
i mit dem Außenmantel 5 durch Schweißung 12 verbunden. Darauf wird der Zwischenraum
4 zwischen dem Blechmantel 5 und den Platten i mit Metall hintergossen. Fiber den
Schweißstellen werden dann die verbleibenden Fugen wieder mit säurefestem- Kitt
ausgefüllt.
-
Sollen einzelne der Platten i später wieder entfernt und durch andere
ersetzt werden, so wird zuerst der säurefeste Kitt 6 ausgestemmt, und hierauf werden,
z. B. mit einer Schleifscheibe, die vorspringenden Leisten oder Nasen i i weggeschnitten.
Beim Erwärmen der herauszunehmenden Platte i löst sich diese von dem Untergrund
und kann abgehoben werden.
-
7. Abb. 5 zeigt das Aufbringen einer auf der Rückseite metallisierten
Ferrosiliciumplatte auf einen innen verbleiten Gefäßmantel durch elektrische Beheizung.
Die Platte 1
wird an ihren Rändern durch eine Klammer 15
festgehalten, die gleichzeitig zur Strom-1 zuführung für die Beheizung dient. Die
Platte i trägt auf ihrer Unterseite eine galvanisch aufgebrachte Schicht 3 z. B.
aus Kupfer und darauf aufgelötet oder aufgeschmolzen eine Bleischicht q:. 'Der äußere
Gefäßmantel 5 hat eine homogen. aufgebrachte Bleischicht 4a. Die Bleischichten 4
und 4a berühren sich zunächst nicht überall. ,Die beiden Arme der Klammer 15 sind
an der Gelenkstelle 17 gegeneinander isoliert. Jeder Arm ist mit der Stromquelle
16 leitend verbunden, derart, daß der Strom durch die -Arme der Platte r zugeführt
wird. Beim Stromdurchgang durch die Platte i -werden die Bleischichten 4 und 4a
zum Schmelzen gebracht' und eine innige Verbindung der Platte i mit dem Gefäßmantel
5 erzielt. Angewandt wird hierbei. ein Strom von niedriger Spannung, aber hoher
Stärke. In gleicher Weise kann auch die Platte i nach Entfernung des Fugenkittes
durch elektrische Beheizung wieder von der Unterlage _ abgelötet werden. `