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Verfahren zur Herstellung auswechselbarer Verkleidungen metallischer
Gefäße Gegenstand des Hauptpatents ist ein Verfahren zur Herstellung auswechselbarer
Verkleidungen von metallischen Gefäßen zum Schutze gegen Korrosion, bei dem Deckplatten
von hoher Wärmeleitfähigkeit und großer mechanischer Beständigkeit mit der äußeren
Gefäßwandung auf eine die Wärme gut leitende Weise durch Schweißen, Aufpressen von
Metallwolle, Löten oder Hintergießen verbunden werden. Durch diese. Verfahren wird
es möglich, in der ganzen Behälterwandung einen guten Wärmeübergang zu erzielen
und auf der dem chemischen Angriff ausgesetzten Seite solche Werkstoffe von hoher
chemischer Beständigkeit und mechanischer Festigkeit zu verwenden, die unterhalb
des Schmelzpunktes nicht verformbar, sondern nur mit. spanabhebenden Werkzeugen
bearbeitbar sind. Werkstoffe dieser Art sind einerseits die sehr spröden Ferrosiliciumplatten,
andererseits keramische Platten mit gut wärmeleitenden Füllstoffen sowie auch Kohlenstoffplatten.
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Wenn auch die erwähnten keramischen Platten mit gut wärmeleitenden
Füllstoffen eine weit bessere Wärmeleitfähigkeit als etwa Porzellan, Steinzeug,
Glas o. dgl. aufweisen, so ist ihre Wärmeleitfähigkeit doch weit geringer als etwa
die von Metallplatten oder von Ferrosiliciumplatten und selbst von-. Kohlenstoffplatten.
Es ist deshalb von großer praktischer Bedeutung, däß es gemäß vorliegender Erfindung
möglich ist, den Wärmeübergang auch bei Verwendung ,der erwähnten keramischen Platten
finit gut wärmeleitenden Füllstoffen
erheblich zu verbessern, ja
daß diese Verbesserung des Wärmeüberganges sogar die Verwendung bestimmter anderer
keramischer Werkstoffe zuläßt, die keine derartige Füllstoffe enthalten.
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Das Verfahren der Erfindung besteht darin, daß Platten mit einem mittleren
Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten 36o wenigstens etwa 5 - 31;c.1) in der Mitte
schwächer als an °C#nz#lz den Rändern gehalten werden und durch Verlöten und/oder
Hintergießen mit der metallischen Außenwand verbunden werden, während die Stoßfugen
zwischen den Platten nach dem Behälterinnern hin durch chemisch beständige Kitte
ausgefüllt werden.
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Für dieses Verfahren kommen außer den erwähnten keramischen Platten
mit gut wärmeleitenden Füllstoffen (Ferrosiliciumpulver) in Frage Platten aus Sinterkorund
oder aus dicht gebrannten Gemischen von Speckstein und Tonerde. Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten
.1 dieser Werkstoffe im Vergleich zu denen von Eisen, Eisenlegierungen und Ferrosilicium
einerseits und Glas, Porzellan und Email andererseits sind etwa folgende:
| ' A # 36o in ° Kcal |
| C # 112 # IL |
| Sinterkorund......................... 16,8 |
| Dicht gebrannte Massen aus x Teil Speck- |
| stein und z bis 2 Teilen Tonerde . . über 7 |
| Keramische Massen mit gö °/o Ferro- |
| siliciumpulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 |
| Ferrosilicium, gegossen (mit 16 bis 18 °/o |
| Silicium) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 20 |
| Ferrosilicium, gegossen (mit 65-°/o Silicium) 35 |
| Gußeisen.-............................ 40 |
| Schmiedeeisen ........................ 5o |
| Glas, Porzellan, Email ........... etwa o,9 |
Die Platten aus den erwähnten, an sich eine mittlere, vielfach ungenügende Wärmeleitfähigkeit
aufweisenden Werkstoffen werden zweckmäßig in der Mitte auf wenigstens einer Seite
konkav hergestellt und so mit dem äußeren Metallmantel durch Löten verbunden. Soweit
dabei ein Hohlraum zwischen der Platte und dem Mantel bleibt, ist dieser durch Hintergießen
auszufüllen; es kann aber auch, um an Hintergießmetall zu sparen, in diesen Hohlraum
ein Kern aus anderen Metallen eingelötet sein, z. B. aus Gußeisen. Wenn die Platte
nach dem Behälterinnern hin konkav ist, ergeben sich naturgemäß Unebenheiten in
der Auskleidung, weil die Stoßfugen eine gewisse Mindesttiefe haben müssen, wenn
darin der zur Ausfugung nötige Kitt einen genügenden Halt haben soll. .Die Tiefe
der Fugen beträgt deshalb im allgemeinen wenigstens io mm. Auf der andern Seite
müssen aber die Platten zur Erreichung eines ''guten Wärmeüberganges auf einem möglichst
großen-Teil ihrer Fläche so dünn sein, wie es die erforderliche mechanische Festigkeit
der Auskleidung gerade noch zuläßt." Wenn für diesen Zweck die Platten auf der Gefäßinnenseite
konkav sind, so ergibt sich eine Unebenheit der Auskleidung durch die Ausbildung
von Rippen an den Fugen, die für manche Zwecke störend ist, z. B. am Behälterboden.
An diesen Stellen wird man deshalb lieber die Platten auf der Innenseite überall
in gleicher Höhe wie an den Fugen verwenden; an der Seitenwand der Behälter stören
jedoch derartige Rippen mitunter nicht, und dann können die Platten dort auch nach
der Behälterinnenseite hin konkav sein.
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Die Stärke der. Platten in der Mitte ergibt sich einerseits aus dem
gewünschten Wärmeübergang und andererseits aus der mechanischen Festigkeit. Rechnerisch
ist die Höchststärke s etwa durch die Formel erhältlich: s = K # 2, wobei Z, der
Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ist und K eine Konstante, deren Größe von dem jeweils
gewünschten Wärmeübergang abhängt. Die Mindeststärke der Platten in der Mitte" ist
auf der andern Seite gegeben.mit
wobei Kd die Druckfestigkeit und Kz die Zugfestigkeit der Werkstoffe bedeutet. Voraussetzung
ist hierbei, daß der Elastizitätsmodul höchstens 400 000 ist und der Wärmeausdehnungskoeffizient
höchstens 0,5 # 10 '-0. Wenn diese Werte größer. werden, muß auch
die Stärke s zunehmen. Im übrigen spielt der Elastizitätsmodul des Werkstoffes hierbei
keine so große Rolle, weil die Platten mit dem in Frage kommenden mittleren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten
von wenigstens etwa 5 praktisch immer aus keramischem Werkstoff bestehen, 'dessen
Ausdehnungskoeffizient kleiner als der des zur Lötung verwendeten Metalls ist. Dies
hat zur Folge, daß die Platten zwar beim Auflöten spannungslos sind, bei der nachfolgenden
Abkühlung hingegen durch die Zusammenziehung des Lötmetalls und des äußeren Mantels
unter Druckspannung gesetzt werden und in diesem Zustand gegen Stoß und Schlag weit
weniger empfindlich sind als in ungespanntem Zustand.
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Die Stärke der Platten an den Stoßfugen wird im allgemeinen sogar
noch größer als io mm sein, weil unter der Kittfüllung an dieser Stelle zweckmäßig
noch eine Stoßleiste
vorhanden sein muß, damit die Platten überall
im richtigen Abstand voneinander verlegt werden können. Um die Hohlräume der Platten
möglichst in ihrer Stärke verringern zu können, ist es natürlich besser, wenn statt
der Stoßleisten andere Mittel vorgesehen sind, die eine zu große Annäherung der
Platten aneinander verhindern und- doch die Tiefe der Stoß--fugen- nicht beeinflussen.
Zu diesem Zweck können die Platten entweder mit Zäpfchen versehen sein, oder es
können beim Verlegen in die Stoßfugen schmale Leisten aus festem Werkstoff, z. B.
Glas o. dgl., zwischengelegt werden, die dann von dem Kitt beim Ausfüllen umhüllt
werden. In diesem Falle kann es auch zweckmäßig sein, unter der Kittfüllung das
äußere Metall noch durch besondere Zwischenschichten oder Anstriche zu schützen.,
damit auch im Falle eines Undichtwerdens der Kittung an dieser Stelle das Material
nicht angegriffen wird.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung erläutert,
deren Abb. i bis 5 die Verlegung von Platten im Schnitt zeigen. i ist der äußere
Metallmäntel. 2 sind Platten aus Sinterkorund oder Speckstein-Tonerde-Mischungen
mit Aussparungen 3 auf der Seite des Außenmantels oder 3a auf der Gefäßinnenseite.
q. sind die gerieften Seitenflächen an den Stoßfugen. 5 sind in den Abb. i bis 3
Stoßleisten, die immer die Erzielung einer Fuge von bestimmter Breite gewährleisten.-
6 ist der in die Stoßfugen eingefüllte Kitt, z. B. selbsterhärtender Wassefglaskitt
oder Phenolformaldehydkitt, 8 das Lot an den. Auflagesteflen der Platten.
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In Abb. i ist der Hohlraum 3 durch Hintergießen ausgefüllt, nachdem
an dieser Stelle sowohl die Oberfläche der Platte 2 wie auch die Innenseite des
Metallmantels i mit Lot überzogen worden ist. In Abb.2 ist dieser Hohlraum vorwiegend
durch einen eingelöteten Kern 7 z. B. aus Gußeisen ausgefüllt, wodurch an Hintergießmaterial
gespart wird. Bei Abb. 3 ist die Platte 2 auf beiden Seiten konkav. In Abb. q. und
5 sind die Platten nicht mit Stoßleisten versehen; dafür sind nach A'bb. q. kleine
Zäpfchen io vorhanden, die in den Stoßfugen eine übermäßige Annäherung zweier benachbarter
Platten verhüten. In Abb. 5 sind statt dieser Zäpfchen . Leisten 13 aus Glas o.
dgl. eingelegt. In beiden Fällen befindet sich in den Stoßfugen unter der Kittfüllung
6 noch eine Zwischenschicht i i, die entweder aus Kunstharzfolien, z. B. Polyisobutylenfolien,
oder Isolieranstrichen besteht. Es ist aber auch möglich, wenn die thermische Beanspruchung
des Gefäßes für die erwähnten organischen Schichten oder Anstriche zu hoch ist,
an deren Stelle Bleifolien o. dgl. einzulegen, um auf jeden Fall den Behältermantel
i an diesen Stellen noch besser zu schützen. Durch den Wegfall der Stoßleisten q.
und 5 ist es in Abb. q. und 5 möglich, die Gesamtstärke der Platten an -den Stoßfugen
B um etwa i/3 gegenüber der Strecke der Platten in Abb. i bis 3, A, zu verringern.
Die Lotschicht 12 hält die Platte 2 fest. -