DE69814974T2

DE69814974T2 - Presswalze mit keramischer Beschichtung für schwierige Korrosionsbedingungen und Verfahren zur Herstellung der Walze

Info

Publication number: DE69814974T2
Application number: DE69814974T
Authority: DE
Inventors: Kari Niemi; Juha Wahlroos; Pentti Lehtonen
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: EP0870868A2; FI112266B; EP0870868B1; KR19980081252A; FI971541A; EP0870868A3; ATE241728T1; DE69814974D1; FI971541A0; CA2234888C; KR100532884B1; JPH10298891A; JP4057137B2; US5967959A; US6167623B1; CA2234888A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Presswalze für eine Papier-/Kartonmaschine, insbesondere eine Mittelwalze, ein Verfahren zur Herstellung der Walze, und eine Zusammensetzung der Walzenbeschichtung für schwierige Korrosionsbedingungen.
In dem Pressabschnitt einer Papier- und Kartonmaschine wird eine Walze verwendet, welche zuvor gewöhnlich aus Granit hergestellt wurde. Trotz der herausragenden Oberflächeneigenschaften von Granitwalzen, sind Granitwalzen meistens allmählich durch neue Walzen, hauptsächlich mit keramischer Beschichtung, ersetzt worden. Bei den Walzen des Standes der Technik mit Metall-, Metall-Keramik- und Keramikbeschichtungen ist jedoch Korrosion in unterschiedlichen Ausmaß insbesondere unter schwierigeren Bedingungen aufgetreten, welche Korrosion Korrodieren der Walze, Delaminierung der Beschichtung und Abrieb der Walze verursacht, so dass diese unbrauchbar wird. Die Walzen werden mittels thermischen Sprühens beschichtet, in welchem Fall die Beschichtung unvermeidlicherweise porös bleibt, und die Walzenfläche für Korrosion empfänglich. Bezüglich der Korrosion sind die Prozessbedingungen in der Papierindustrie immer schwieriger geworden, da aus Gründen des Umweltschutzes Prozesswasser in immer größerem Ausmaß in den Kreislauf zurückgeführt wird, und die Walzen auch unter immer korrodierenderen Bedingungen arbeiten müssen. Dies ist der Grund, warum es notwendig ist, die Beschichtungen auf Walzen zu erneuern und/oder die Walzen häufig zu ersetzen, was natürlich zu hohen Ausgaben führt. Versuche sind angestellt worden, um den Widerstand der Walzen gegenüber Korrosion mittels einer Anzahl von Verfahren zu verbessern.
In der FI Patentanmeldung Nr. 853544 wird ein Verfahren zur Beschichtung einer Walze beschrieben, in welchem ein metallischer Kern einer Walze mit einem Metall vollständig oder teilweise beschichtet worden ist, wie etwa Edelstahl, in welchem das Verhältnis von Chrom 9 bis 35% beträgt, und man hat angenommen, dass Chrom ausdrücklich den Widerstand von Stahl gegenüber Korrosion erhöht.
In dem FI Patent Nr. 89,950 ist der Metallkern einer Walze mit auf Molybdän und Nickel basierenden Metallen beschichtet worden, wie etwa Nickel-Chromlegierungen, Nickel-Chrom-Aluminiumlegierungen, etc., um den Widerstand der Walze gegenüber Korrosion zu verbessern. Diese Zwischenschicht wird auf die Walze mittels Flamm-Sprühen, oder Plasma-Sprühen aufgetragen. Die Dicke der intermediären Schicht beträgt 100 bis 500 μm. Zwischen dieser porösen Metallschicht und dem Kern der Walze ist es ferner möglich, mittels Flamm-Sprühen oder Plasma-Sprühen einen undurchlässigen Metallfilm aufzutragen, der Korrosion verhindert und der eine Dicke von ungefähr 100 bis 500 μm besitzt. Hierfür geeignete Metalle sind Nickel, Aluminiumlegierung, Kupfer, rostfreier Stahl, etc., und die Teilchen, die für das Sprühbeschichtungsmaterial verwendet werden, sind sehr klein.
In dem FI Patent Nr. 86,566 wird eine Walzenbeschichtung beschrieben, in welcher auf dem Walzenkern eine Korrosionsschutzschicht ist, dessen Dicke wenigstens 0,5 mm beträgt. Die Undurchlässigkeit der Korrosionsschutzschicht ist höher als 96% und, wenn nötig, kann die Korrosionsschutzschicht mittels eines Laser-, Induktions-, Plasma-, Flammen- oder Elektronenstrahlschmelzen versiegelt werden oder diese kann auch mittels thermischen Sprühens hergestellt werden. Die Korrosionsschutzschicht besteht aus rostfreiem Stahl, dessen Chromgehalt 10 bis 29% beträgt, und diese wird zwischen dem Kernmantel der Walze und der keramischen Außenschicht platziert.
In dem FI Patent Nr. 82,094 wird eine Beschichtung für einen Yankee-Zylinder in einer Papiermaschine beschrieben, dessen Widerstand gegenüber Korrosion die Herstellung von Spezialpapieren in Säurelösungen erlaubt, in welchen der pH in dem Bereich von 3 bis 5 sein kann. Die Beschichtung ist aus einer Mischung eines Metallpulvers und eines Carbids oder Nitrids hergestellt worden.
In dem FI Patent Nr. 84,506 wird eine Presswalze für eine Papiermaschine beschrieben, in welcher der Walzenkern mit einer intermediären Schicht beschichtet worden ist, welche aus einer Zusammensetzungsverbindung, die aus Keramik und einem Metall hergestellt wurde, besteht, so dass das Verhältnis der Komponenten in der Kompositverbindung in verschiedenen Teilen der intermediären Schicht in Richtung des Radius der Walze verschieden ist. Dann ist die intermediäre Schicht mit einem keramischen Metall beschichtet worden.
In der EP Patentanmeldung 0,657,237 wird eine Beschichtung einer Walze mit Wolframcarbid und Chromcarbid mittels thermischen Sprühens beschrieben. Die Funktion dieser Beschichtung ist unter anderem auch, den Widerstand gegenüber Abrieb der Carbidbeschichtungen auf Walzen zu verbessern.
In der Europäischen Patentanmeldung 0,481,321 wird eine Presswalze beschrieben, in welcher eine intermediäre Schicht, die aus einer auf Molybdän basierenden oder Nickel basierenden Legierung hergestellt worden ist, auf den Metallkern aufgetragen worden ist, zum Beispiel mittels Plasma-Sprühen und auf diese Schicht ist eine keramische Schicht mittels des Plasma-Sprühverfahrens aufgetragen worden, welche Schicht aus Metalloxiden oder Mischungen derselben besteht. Schließlich wird die Walze mit einem organischen Polymer beschichtet, um die Poren in der porösen, keramischen Beschichtung zu füllen.
In dem US Patent 5,272,821 wird eine erhitzte Walze beschrieben, welche eine erste metallische Beschichtung umfasst, die auf die Walze aufgetragen wurde, eine zweite hochporöse keramische Beschichtung, die auf die erste metallische Beschichtung aufgetragen wurde, und eine dritte keramische Beschichtung mit niedriger Porosität, die auf die poröse keramische Beschichtung aufgetragen wurde.
In der EP Patentanmeldung 0,369,968 werden verschiedene Oberflächenmaterialzusammensetzungen für extern erhitzbare Walzen beschrieben.
In den Lösungen des Standes der Technik und in den Beschichtungen, die häufig auf der Mittelwalze in einer Papiermaschine angewendet werden, besteht das Problem der Weichheit der Polymerbeschichtung oder der Porosität der keramischen Beschichtung, in welchem Fall das Medium, das Korrosion des Walzenrahmens verursacht, wie etwa Feuchtigkeit und andere korrodierende Materialien, durch die kleinen Poren durch die Beschichtung hindurch zu dem Walzenrahmen penetrieren können. In dieser Hinsicht entsteht Korrosion, welche unter anderem die Adhäsion einer keramischen Beschichtung auf die Walze verschlechtert und das Schädigen des metallischen Kerns der Walze fördert. In besonders schwierigen korrosiven Bedingungen, wie etwa Walzen, die unter hochsauren oder alkalischen Bedingungen arbeiten, ist sehr schnelles Korrodieren trotz einer metallischen Korrosionsschutzschicht bemerkt worden, die unterhalb einer keramische Schichtung mittels Plasma-Sprühens oder Hochgeschwindigkeitsflammen-Sprühens (HVOF) aufgetragen worden ist und deren Dicke ungefähr 200 bis 300 μm beträgt. In einem derartigen Fall fällt die Beschichtungsschicht der Walze häufig teilweise ab, das heißt es findet Delaminierung statt und die Walze wird unbrauchbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine neue Presswalze mit einer keramischen Beschichtung für schwierige Korrosionsbedingungen, ein Verfahren zur Herstellung der Walze, und eine Zusammensetzung für die Beschichtung der Walze bereitzustellen.
Die Presswalze gemäß der Erfindung, das Verfahren zur Herstellung der Presswalze, und die Zusammensetzung für die Beschichtung der Presswalze gemäß der Erfindung werden in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es möglich, neue Walzen herzustellen und zudem alte Walzen, von welchen die frühere Beschichtung entfernt worden ist, zu beschichten.
Um die Aufgaben der Erfindung zu erreichen und um die in dem Stand der Technik auftretenden Probleme zu lösen, ist das Verfahren wie folgt:
Auf dem Mantel 1 des Walzenrahmens wird eine metallische Adhäsions-/Korrosionsschutzschicht 2 mit einer Dicke von 150 bis 300 μm mittels des Hochgeschwindigkeitsflammen-Sprühverfahrens (HVOF) aufgetragen und auf diese Schicht wird eine sehr undurchlässige keramische Beschichtungsschicht 3 mit einer Dicke von 50 bis 150 μm mittels der Hochgeschwindigkeitsflammen-Sprühtechnik (HVOF) und unter Verwendung eines sehr feinteiligen Beschichtungsmaterials, dessen Schmelztemperatur aufgrund des Mischungsverhältnisses und der feinteiligen Größe deutlich niedriger als mit einer äußeren Beschichtungsschicht ist, die mittels Plasma-Sprühens ordentlich hergestellt wurde, aufgetragen, und als die letzte Schicht wird eine keramische, poröse äußere Beschichtung 4 aufgetragen. Auf diese Weise wird eine Presswalze erhalten, die dauerhaft ist und sogar unter schwierigen Korrosionsbedingungen gut arbeitet. Wenn das HVOF-Verfahren verwendet wird, stattet die hohe Teilchengeschwindigkeit (ungefähr 800 Meter pro Sekunde) die Beschichtung mit einer herausragend guten Adhäsion und mit einer sehr undurchlässigen Struktur, die gegenüber Korrosion widerstandsfähig ist, aus. Die erfindungsgemäße Beschichtung ist für schwierige Korrosionsbedingungen sehr gut geeignet.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf den Rahmenteil 1 der Walze eine Adhäsions-/Korrosionsschutzschicht 2 mittels eines Hochgeschwindigkeitsflammen-Sprühverfahrens (HVOF) aufgetragen, welche Schicht aus einer Nickel-Chromlegierung besteht und aus einer Dicke von 150 bis 300 μm, vorzugsweise 180 bis 220 μm besteht, dann wird auf diese Schicht eine undurchlässige Keramikschicht 3 aufgetragen, deren Dicke 50 bis 150 μm, vorzugsweise 80 bis 120 μm beträgt. Die undurchlässige keramische Schicht 3 besteht aus 50 bis 100% Aluminiumoxid (Al₂O₃) und aus 0 bis 50% Titandioxid (TiO₂), vorzugsweise 55 bis 65% Al₂O₃ und 35 bis 45% TiO₂. Die undurchlässige keramische Schicht 3 kann auch ausschließlich aus Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅) hergestellt werden, oder Al₂TiO₅ kann unter Al₂O₃ und TiO₂ als eine Menge von 0 bis 100% zugegeben werden. Auf die undurchlässige keramische Schicht wird eine poröse keramische Schicht 4 mittels herkömmlicher Verfahren aus einem beliebigen gewünschten keramischen Grad aufgetragen.
Eine erfindungsgemäße Lösung wird mittels der beigefügten 1 veranschaulicht. I
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1. Erfindungsgemäße Lösung.
1 ist eine Schnittansicht der Walzenfläche, wobei eine Adhäsions-/Korrosionsschutzschicht 2 mit einer Dicke von 150 bis 300 μm, vorzugsweise 180 bis 220 μm, die eine Nickel-Chromlegierung enthält, die auf den Mantel 1 des Walzenrahmens aufgetragen worden ist, und auf diese Schicht ist eine undurchlässige keramische Schicht 3 mit einer Dicke von 50 bis 150 μm, vorzugsweise 80 bis 120 μm aufgetragen worden, welche Schicht 3 50 bis 100%, vorzugsweise 55 bis 65% Al₂O₃ und 0 bis 50%, vorzugsweise 35 bis 45% TiO₂ enthält, und als die letzte Schicht ist eine poröse äußere keramische Schicht 4 aufgetragen worden.

Claims

Presswalze für eine Papier-/Karton-Maschine, die umfasst: eine Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) mit einer Dicke von 150 bis 300 μm, die auf den Rahmenteil (1) der Walze aufgetragen ist, welche Schicht (2) aus einer Nickel-Chromlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze eine undurchlässige keramische Schicht (3) mit einer Dicke von 50 bis 150 μm umfasst, die auf die Adhäsionsschicht (2) aufgetragen ist, welche Schicht (3) aus 50 bis 100% Al₂O₃ und aus 0 bis 50% TiO₂ besteht und eine poröse keramische Schicht (4), die auf die undurchlässige keramische Schicht (3) aufgetragen ist.
Presswalze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) 180 bis 220 μm beträgt.
Presswalze gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der undurchlässigen keramischen Schicht (3) 80 bis 120 μm beträgt.
Presswalze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchlässige keramische Schicht (3) aus 55 bis 65 Al₂O₃ und aus 35 bis 45% TiO₂ besteht.
Presswalze für eine Papier-/Karton-Maschine, die umfasst: eine Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) mit einer Dicke von 150 bis 300 μm, die auf den Rahmenteil (1) der Walze aufgetragen ist, welche Schicht (2) aus einer Nickel-Chromlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze eine undurchlässige keramische Schicht (3) mit einer Dicke von 50 bis 150 μm umfasst, die auf die Adhäsionsschicht (2) aufgetragen ist, welche Schicht (3) 0 bis 100% Al₂TiO₅ enthält und eine poröse keramische Schicht (4), die auf die undurchlässige keramische Schicht (3) aufgetragen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Presswalze für eine Papier-/Karton-Maschine, in welchem Verfahren eine Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) mit einer Dicke von 150 bis 300 μm auf den Rahmenteil (1) der Walze mittels der Hochgeschwindigkeitsflammensprühtechnik (HVOF) aufgetragen wird, welche Schicht (2) eine Nickel-Chromlegierung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine undurchlässige keramische Schicht (3) mit einer Dicke von 50 bis 150 μm auf die Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) mittels der Hochgeschwindigkeitsflammensprühtechnik aufgetragen wird, welche Schicht (3) aus 50 bis 100 Al₂O₃ und 0 bis 50% TiO₂ besteht, und eine poröse keramische Schicht (4) auf die undurchlässige keramische Schicht (3) aufgetragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) 180 bis 220 μm beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der undurchlässigen keramischen Schicht (3) 80 bis 120 μm beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchlässige keramische Schicht aus 55 bis 65 Al₂O₃ und aus 35 bis 45% TiO₂ besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Presswalze für eine Papier-/Karton-Maschine, in welchem Verfahren eine Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) mit einer Dicke von 150 bis 300 μm auf den Rahmenteil (1) der Walze mittels der Hochgeschwindigkeitsflammensprühtechnik (HVOF) aufgetragen wird, welche Schicht (2) eine Nickel-Chromlegierung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine undurchlässige keramische Schicht (3) mit einer Dicke von 50 bis 150 μm auf die Adhäsions-/Korrosions-Schutzschicht (2) mittels der Hochgeschwindigkeitsflammensprühtechnik aufgetragen wird, welche Schicht (3) 0 bis 100% Al₂TiO₅ enthält, und eine poröse keramische Schicht (4) auf die undurchlässige keramische Schicht (3) aufgetragen wird.