PLASMATRIERTER WÄRMETAUSCHER PLASMATRATED HEAT EXCHANGER
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Wärmetauscher werden zur Herstellung bzw. Veredelung von bahnartigen Produkten in der Industrie, vorwiegend in Kalandern, eingesetzt.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1. Such heat exchangers are used for the production or finishing of web-like products in industry, predominantly in calenders.
Die bei den neuen Multi-Nip-Kalanderwalzen geforderten Wärmeübertragungsleistungen und Oberflächentemperaturen belasten die bisher üblichen Kalan- derwalzenwerkstoffe wie Hartguss, Sphäroguss oder Chromguss über ihre Belastungsgrenzen hinaus. Schmiedestahl ist zzt. der Werkstoff, der diese Anforderungen erfüllt. Da jedoch ein adäquater Schmiedestahl nur bis Werkstoffhärten von 400-450 HV vergütet werden kann, ohne die Vorzüge von Schmiedestahl einzubüßen, werden diese Walzen entweder z. B. galvanisch oder thermisch oberflächenbeschichtet oder z. B. durch Induktivhärten oder Flammhärten randschichtgehärtet.The heat transfer rates and surface temperatures required for the new multi-nip calender rolls put the usual calender roll materials such as chilled cast iron, nodular cast iron or chrome cast iron beyond their load limits. Forged steel is currently. the material that meets these requirements. However, since an adequate forged steel can only be tempered up to material hardness of 400-450 HV without losing the advantages of forged steel, these rollers are either z. B. galvanically or thermally coated or z. B. surface hardened by induction hardening or flame hardening.
Die thermisch aufgebrachten Oberflächenbeschichtungen haben neben einer ungenügenden Prozesssicherheit den Nachteil einer relativ großen Porosität der Fertigschicht. Verschleißpartikel haben die Möglichkeit in diese Poren und die weniger harten Matrixbereiche einzudringen und diese dann "auszuwaschen". Randschichtgehärtete Schmiedestahlwalzen weisen neben einer unzureichenden Anlassbeständigkeit und damit verbundenen zu niedrigen Härte eine ungünstige, durch das Randschichthärten verursachte Eigenspannungsver- teilung auf. Hohe Zugspannungen im Bereich der Härteeinflusszone machen die Vorteile der guten mechanischen Eigenschaften von Schmiedestahl zunichte.
Neue Streichmassen und Einsatzstoffe bei der Papierherstellung erfordern gesteigerte chemische und mechanische Korrosionsfestigkeit nicht nur des Walzenballens sondern der gesamten mit der Umwelt und der Warenbahn in Verbindung stehenden Walzenoberfläche. Aufgrund der enormen Wärmeübertragungsleistungen (> 80 kW/m), ständig steigende Wärmeübertragungstemperaturen sind auch die dem fluiden Wärmeträgern ausgesetzten Kontaktflächen einer immer größeren chemisch / mechanisch Korrosion ausgesetzt.In addition to insufficient process reliability, the thermally applied surface coatings have the disadvantage of a relatively large porosity of the finished layer. Wear particles have the ability to penetrate these pores and the less hard matrix areas and then "wash them out". Surface-hardened forged steel rollers, in addition to insufficient tempering resistance and the associated low hardness, also have an unfavorable residual stress distribution caused by surface-hardening. High tensile stresses in the area of the hardness zone negate the advantages of the good mechanical properties of forged steel. New coating slips and feedstocks in paper production require increased chemical and mechanical corrosion resistance not only of the roll barrel but also of the entire roll surface which is connected to the environment and the web. Due to the enormous heat transfer capacities (> 80 kW / m), constantly increasing heat transfer temperatures, the contact surfaces exposed to the fluid heat transfer media are exposed to ever greater chemical / mechanical corrosion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher so weiterzubilden, dass er die o. g. Nachteile nicht aufweist, insbesondere daß Oberflächenhärten weit über 400 - 450 HV erreicht werden, und dass die chemische/meschanische Korrossion auch bei Wärmeübertragungsleistungen > 80 kW/m minimiert wird..The invention has for its object to develop a generic heat exchanger so that he the above. Does not have disadvantages, in particular that surface hardnesses well in excess of 400-450 HV are achieved and that chemical / mechanical corrosion is minimized even with heat transfer rates> 80 kW / m.
Erfindungsgemäß werden die oben beschriebenen, vergüteten Schmiedestahl- wal∑en an den gewünschten Stellen plasmatriert. Der Ausdruck Plasmatrieren wird im Folgenden als Sammelausdruck für die Unterbegriffe Plasmanitrieren, Plasmanitrocarburieren, Plasmaoxidieren, Plasmacarbonitrieren und Plasma- carborieren verwendet. Dieses findet vorwiegend in einer Vakuumkammer bei einem Behandlungsdruck von 0,3 bis 10 mbar statt. Die Behandlungstemperatur liegt je nach Aufgabenstellung zwischen 400 - 600 °C. Als Prozessgase werden überwiegend Ammoniak, Stickstoff, Methan und Wasserstoff eingesetzt. Druck, Temperatur, Zeit und Gasart bilden Parameter bei der Variation von Schichten und gewünschten Oberflächenhärten. An den gewünschten Oberflächen können Oberflächenhärten von bis zu 1200 HV erreicht werden, wobei eine Härtetiefe von bis zu 1 mm realisiert wird. Neben dieser extremen Härte bilden diese Diffusions-Schichten keine für den Verschleißprozess schädliche Prorositätserhöhung. Die Prorosität des Substrates bleibt erhalten. Zusätzlich wird eine enorme Verbesserung gegenüber chemischer Korrosion erreicht.
Eine Unterkorrosion, bekannt beim thermischen Spritzbeschichten oder auch Hartchrombeschichtungen ist beim Plasmatrieren nicht möglich. Die Verbindungsschicht an der Oberfläche passiviert die Oberfläche gegen Oxidationsan- griffe. Mikrorissbildungen, ebenfalls bekannt bei den o. g. Verfahren, findet hier ebenfalls nicht statt.
According to the invention, the tempered forged steel rollers described above are plasma-coated at the desired locations. The term plasma mating is used in the following as a collective term for the sub-terms plasma nitriding, plasma nitrocarburizing, plasma oxidizing, plasma carbonitriding and plasma carburizing. This takes place primarily in a vacuum chamber at a treatment pressure of 0.3 to 10 mbar. The treatment temperature is between 400 - 600 ° C depending on the task. Ammonia, nitrogen, methane and hydrogen are predominantly used as process gases. Pressure, temperature, time and gas type form parameters when varying layers and desired surface hardness. Surface hardnesses of up to 1200 HV can be achieved on the desired surfaces, with a hardness depth of up to 1 mm being achieved. In addition to this extreme hardness, these diffusion layers do not form an increase in porosity that is harmful to the wear process. The substrate is preserved. In addition, an enormous improvement over chemical corrosion is achieved. Undercorrosion, known in the case of thermal spray coating or also hard chrome coating, is not possible in the case of plasma coating. The connection layer on the surface passivates the surface against oxidation attacks. Micro-cracking, also known from the above-mentioned processes, does not take place here either.