EP3658240A1 - Verwendung von funkenarmen werkstoffen bei der handhabung von schüttgut - Google Patents

Verwendung von funkenarmen werkstoffen bei der handhabung von schüttgut

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EP3658240A1
EP3658240A1 EP18753320.3A EP18753320A EP3658240A1 EP 3658240 A1 EP3658240 A1 EP 3658240A1 EP 18753320 A EP18753320 A EP 18753320A EP 3658240 A1 EP3658240 A1 EP 3658240A1
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EP
European Patent Office
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housing
bulk goods
sparks
materials
aluminum bronze
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Withdrawn
Application number
EP18753320.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Zimmermann
Claus-Diether Walther
Rolf Hufschmidt
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HUFSCHMIDT, ROLF
Walther Claus Diether
ZIMMERMANN, WERNER
Original Assignee
Bayer AG
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    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/04—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for dust or loosely-baled or loosely-piled materials, e.g. in silos, in chimneys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/01—Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent
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    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12903—Cu-base component
    • Y10T428/1291—Next to Co-, Cu-, or Ni-base component

Definitions

  • the invention relates to a solution for the handling of bulk material containing fines, which can lead to the formation of explosive dust / air mixtures.
  • bulk material is understood to mean a granular or also lumpy mixture of natural and / or artificial origin which is present in a pourable form. These include, for example:
  • aggregates For the handling of bulk goods u.a. the following system parts (hereinafter referred to as “aggregates”) are used:
  • the o.g. Aggregates comprise moving parts such as e.g. Rotors (cell wheels), slide blades, screws, conveyor coils, tube chains as well as static parts such. Housing, baffles.
  • moving parts such as e.g. Rotors (cell wheels), slide blades, screws, conveyor coils, tube chains as well as static parts such. Housing, baffles.
  • these parts are made of metallic materials.
  • metallic materials such as plastics, ceramics).
  • Aggregates can cause dusts to form explosive mixtures both during normal operation and in the case of faults.
  • the likelihood of an explosive dust / air mixture occurring in these aggregates may vary from "rarely and for a short time (corresponding to a zone 22)" to "occasional” (corresponding to a zone 21) to "continuous, long term or frequently recurring" (corresponding to FIG a zone 20) (Technical Rules for Industrial Safety -TRBS 2152, Hazardous Explosive Atmospheres - General- dated 15.03.2006)
  • ignition-active mechanical sparks may occur.
  • Friction even between similar ferrous metals and between certain ceramic materials, can cause localized heating and sparks similar to the grinding sparks. As a result, explosive atmospheres can be ignited. "This also applies to explosive mixtures in the sense of the Hazardous Substances Ordinance (Ordinance on the Protection against Hazardous Substances (also stanchverowski - GefStoffV) of 01.06.2015).
  • an explosion in the relevant aggregate may possibly occur with transfer of the explosion into upstream and downstream plant components (eg pipelines, supply and discharge organs). Such an explosion may cause personal injury and / or property damage.
  • One way to avoid an explosion in the abovementioned system components is to avoid the explosive mixture in the interior of the abovementioned system components, for example by inerting.
  • Another way to avoid an explosion is to avoid the ignition sources.
  • mechanically generated sparks impact and friction sparks
  • this can significantly limit the use of an aggregate.
  • mechanically generated sparks can occur due to the contact of the moving parts inside the units with each other and / or against the inner wall of the housing.
  • the occurrence of mechanically generated sparks can take place by unintentionally registered in the unit metal parts that can strike both against each other and against the moving and fixed parts (including housing wall).
  • aluminum bronzes (CuAl alloys) are used as material for the movable internals in the o.g. Aggregates and / or housings of o.g. Aggregates used.
  • the object has been achieved by an apparatus according to claims 1 to 4.
  • the product-contacted interior of the housing or the movable internals are lined with the aforementioned materials and / or coated.
  • nickel-free aluminum bronzes as a material for the aforementioned applications. These were previously unknown for this application.
  • AMPCO 25 of the company AMPCO Metal SA which has been tested and proven at the Physikalisch-Technische Bundesweg (Meyer, L., completion of the research project to investigate the Zünd effectiveness of mechanical sparks in the use of Bronze, ptb 2015-11).
  • the proposed application of aluminum bronze involves the manufacture of the moving and / or static parts of the aggregates for handling bulk materials, both as a solid material and as a coating (eg coating, plating, gluing) onto a base body not made of aluminum bronze one of the usual in the art, for. B. machining shape according to the mechanical requirements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Handhabung von Schüttgut, das Feinanteile enthält, die zur Bildung von explosionsfähigen Staub/Luft-Gemischen führen können, wobei der Apparat bewegliche Einbauten im schüttgutberührte Inneren eines Gehäuses umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Einbauten und / oder das produktberührte Innere des Gehäuses aus Aluminiumbronzen bestehen, mit den Aluminiumbronzen ausgekleidet und/oder beschichtet sind.

Description

Verwendung von funkenarmen Werkstoffen bei der Handhabung von Schüttgut
Die Erfindung betrifft eine Lösung für die Handhabung von Schüttgut, das Feinanteile enthält, die zur Bildung von explosionsfähigen Staub/Luft-Gemischen führen können.
Die hier thematisierte Handhabung von Schüttgut bezieht sich ausschließlich auf Vorgänge, die nicht stoffumwandelnd sind (d.h. es erfolgt keine chemische Reaktion) oder bei denen es bestimmungsgemäß nicht zu einer Änderung des Aggregatzustandes kommt.
Unter dem Begriff Schüttgut wird ein körniges oder auch stückiges Gemenge natürlichen und/oder künstlichen Ursprungs verstanden, das in einer schüttfähigen Form vorliegt. Hierunter fallen beispielsweise:
Lebensmittel
Kunststoffe
Düngemittel
Wirkstoffe
Arzneimittel in fester Darreichungsform
Brennstoffe
Brennbare Stäube
Für die Handhabung von Schüttgut werden u.a. folgende Anlagenteile (im Folgenden mit „Aggregate" bezeichnet) verwendet:
Apparate zum diskontinuierlichen und kontinuierlichen Agglomerieren,
Doppelpendelklappen,
Dosier- und Förderschnecken incl. Dosierwaagen mit innenliegender Förderschnecke,
Drehklappen,
Granulatoren,
Metallabscheider,
Mischer (dynamische, diskontinuierliche und kontinuierliche),
Zerkleinerungsaggregate wie z. B. Brecher,
Mühlen,
Desagglomierende Aggregate (z.B. Siebmühlen
Schleifaggregate,
Rohrkettenförderer,
Schieber (u.a. Flachschieber),
Trockner (diskontinuierliche und kontinuierliche),
Vibrationsböden und -trichter,
Weichen in Fördersystemen
Wendelförderer,
Zellenradschleusen. • Tablettenpressen
Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Die o.g. Aggregate umfassen bewegliche Teile wie z.B. Rotoren (Zellenräder), Schieberblätter, Schnecken, Förderwendeln, Rohrketten sowie statische Teile wie z.B. Gehäuse, Leitbleche. Typischerweise werden diese Teile aus metallischen Werkstoffen gefertigt. Neben den metallischen Werkstoffen werden in den o.g. Anlagenteilen sowohl für die beweglichen Teile als auch für die Gehäuse nichtmetallische Werkstoffe (z.B. Kunststoffe, Keramik) verwendet.
In den o.g. Aggregaten kann es sowohl im Normalbetrieb als auch bei Störungen zur Bildung von explosionsfähigen Gemischen durch Stäube kommen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines explosionsfähigen Staub/Luft-Gemisches kann in diesen Aggregaten von„selten und kurzzeitig (entsprechend einer Zone 22)", über„gelegentlich" (entsprechend einer Zone 21) bis zu„ständig, langzeitig oder häufig wiederkehrend" (entsprechend einer Zone 20) reichen (Technische Regeln für Betriebssicherheit -TRBS 2152, Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre - Allgemeines— vom 15.03.2006). Bei Kontakt der beweglichen Teile gegeneinander, gegen Fremdkörper und/oder gegen die Innenwand des betreffenden Gehäuses können zündwirksame mechanische Funken entstehen.
Gem. DIN EN 1127-1 (Explosionsfähige Atmosphären - Explosionsschutz Teil 1 Grundlagen und Methodik, Fassung von 2011) gehören mechanisch erzeugte Funken zu den dort genannten 13 Zündquellenarten. Dort wird beschrieben:„Durch Reib-, Schlag- und Abtragvorgänge, z. B. Schleifen, können aus festen Materialien Teilchen abgetrennt werden, die eine erhöhte Temperatur aufgrund der beim Trenn Vorgang aufgewendeten Energie annehmen. Bestehen die Teilchen aus oxidierbaren Stoffen, z. B. Eisen oder Stahl, können sie einen Oxidationsprozess durchlaufen, wobei sie noch höhere Temperaturen erreichen. Diese Teilchen (mechanische Funken) können brennbare Gase und Dämpfe sowie bestimmte (Anmerkung der Verf.: zündempfindliche) Staub/Luft-Gemische (z. B. Metallstaub/Luft-Gemische) entzünden. Reibung, sogar zwischen einander ähnlichen Eisenmetallen und zwischen bestimmten keramischen Materialien, kann örtliche Erhitzung und Funken ähnlich den Schleiffunken verursachen. Dadurch können explosionsfähige Atmosphären entzündet werden." Dies gilt auch für explosionsfähige Gemische i.S. der Gefahrstoff- Verordnung (Verordnung zum Schutz vor Gefahrstoffen (auch Gefahrstoffverordnung - GefStoffV genannt) vom 01.06.2015).
Bei orts- und zeitgleichem Vorhandensein eines explosionsfähigen Gemischs und eines mechanischen Funkens als Zündquelle kann es zu einer Explosion in dem betreffenden Aggregat ggf. mit Übertragung der Explosion in vor- und nachgeschaltete Anlageteile (z. B. Rohrleitungen, Zufuhr- und Abführorgane) kommen. Durch eine derartige Explosion können Personen- und/oder Sachschäden hervorgerufen werden.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung einer Explosion in den o.g. Anlagenteilen besteht darin, das explosionsfähige Gemisch im Inneren der o.g. Anlagenteile zu vermeiden z.B. durch Inertisierung. Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung einer Explosion besteht in der Vermeidung der Zündquellen. Es ist dem Fachmann bekannt, dass mechanisch erzeugte Funken (Schlag- und Reibfunken) dadurch vermieden werden können, dass die Relativgeschwindigkeit der beweglichen Einbauten untereinander und/oder zu der Gehäusewandung weniger als 1 m/s beträgt (siehe hierzu DIN EN ISO 80079-36: Dezember 2016 - Kap. 6.4.3-). Dies kann die Nutzung eines Aggregats jedoch erheblich einschränken. Aus verfahrenstechnischen Gründen ist es häufig erforderlich, Relativgeschwindigkeiten von deutlich mehr als 1 m/s zu verwenden.
Wie bereits beschrieben können mechanisch erzeugte Funken entstehen durch den Kontakt der beweglichen Teile im Inneren der Aggregate gegeneinander und/oder gegen die Innenwand des Gehäuses. Darüber hinaus kann das Auftreten von mechanisch erzeugten Funken durch in das Aggregat unbeabsichtigt eingetragene Metallteile erfolgen, die sowohl gegeneinander als auch gegen die beweglichen als auch fixen Teile (incl. Gehäusewand) schlagen können.
Es bestand daher die Aufgabe, eine Lösung zur zuverlässigen Verhinderung einer Explosion im Inneren eines der oben genannten Aggregate bereitzustellen, die eine Nutzung der Anlage bei Relativgeschwindigkeiten gegeneinander bewegter Teile bis zu < 20 m/s ermöglicht. Durch diese Zündquellenvermeidung könnte, falls nicht durch andere Umstände gefordert, die Inertisierung des o.g. Aggregats bzw. vor- und nachgeschalteter Teile der Anlage entfallen.
Aus der Literatur ist bekannt, dass unter bestimmten Voraussetzungen bei einigen Werkstoffen und Paarungen von Werkstoffen zündwirksame mechanische Funken nicht auftreten - siehe hierzu z. B. Henrikus Steen „Handbuch des Explosionsschutzes", Verlag Wiley-VCH, Weinheim 2000, ISBN 3-527-29848-7; Heinz Helmuth Freytag„Handbuch der Raumexplosionen", Verlag Chemie GmbH, Weinheim 1965; BGI 533 (DGUV Information 209-001 - Sicherheit beim Arbeiten mit Handwerkszeugen, Stand: Mai 2007). Dies schlägt sich auch im Regelwerk nieder (siehe hierzu z. B. DIN EN ISO 80079-36: Dezember 2016 - Kap. 6.4.3; DIN EN ISO 80079-36: Dezember 2016 - Kap. 6.4.2.1), nach dem in diesen Fällen mechanische Funken als wirksame Zündquelle nicht zu berücksichtigen sind. Zu diesen Werkstoffen gehören Kupfer (Cu), Zink (Zn), Zinn (Sn), Blei (Pb), einige Messing- (CuZn) und Bronzelegierungen (CuSn). Ebenfalls ist bekannt, dass für die Herstellung von handgehaltenen Werkzeugen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 0 und mit Stoffen der Explosionsgruppe HC (z.B. Meißel, Hammer, Schraubenschlüssel) Werkstoffe verwendet werden, die als„funkenarm" gelten, hierzu gehört neben den bereits genannten Werkstoffen auch Berylliumbronze (CuBe) (BGI 533 - DGUV Information 209-001 - Sicherheit beim Arbeiten mit Handwerkszeugen, Stand: Mai 2007). Bisher sind derartige Werkstoffe lediglich als Werkstoffe für handgeführte Werkzeuge verwendet worden.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben werden erfmdungsgemäß zur Vermeidung mechanisch erzeugter Funken Aluminiumbronzen (CuAl-Legierungen) als Material für die beweglichen Einbauten in den o.g. Aggregaten und/oder für Gehäuse von o.g. Aggregaten verwendet.
Die Aufgabe wurde durch einen Apparat nach den Ansprüchen 1 bis 4 gelöst. Bevorzugt werden das produktberührte Innere des Gehäuses oder die beweglichen Einbauten mit den vorgenannten Werkstoffen ausgekleidet und/oder beschichtet. Bevorzugt werden nickelfreie Aluminiumbronzen als Werkstoff für die vorgenannten Anwendungen. Diese waren für diese Anwendung bisher nicht bekannt. Z. B. ist die Eignung für eine spezielle nickelfreie Aluminiumbronze, AMPCO 25 der Fa. AMPCO Metal S.A., die bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt untersucht und erwiesen worden (Meyer, L., Abschluss des Forschungsvorhabens zur Untersuchung der Zünd Wirksamkeit von mechanischen Funken beim Einsatz von Bronze, ptb 2015-11). Diese Untersuchungen hinsichtlich der Zünd Wirksamkeit von mechanisch erzeugten Funken an einer Aluminiumbronze ergaben, dass im relevanten Bereich hinsichtlich Relativgeschwindigkeit und Anpressdruck keine sichtbaren mechanisch erzeugten Funken auftraten. Selbst Ethen/Luft-Gemische, die wesentlich zündempfmdhcher als Staub/Luft-Gemische gegenüber mechanisch erzeugten Funken sind, waren nicht zur Entzündung zu bringen. Durch die am Reibstift auftretenden Temperaturen konnten jedoch Wasserstoff/Luftgemische, die noch zündempfmdhcher als Ethen-ZLuftgemische sind, entzündet werden.
L. Meyer schreibt:„Die Versuche zeigten, dass bei der Reibung der Bronzelegierung auf dem Chromstahl bei Geschwindigkeiten zwischen 1 m/s und 20 m/s und Flächenpressungen zwischen 1 N/mm2 und 40 N/mm2 keine mechanisch erzeugten Funken beobachtet werden konnten. [...] In Zündversuchen mit Ethen konnten mit den Reibpartnern aus den vorliegenden Werkstoffen keine Zündungen erzeugt werden."
Aus diesem Ergebnis lässt sich ableiten, dass neben den in (DIN EN ISO 80079-36: Dezember 2016 - Kap. 6.4.3; 151 DIN EN ISO 80079-36: Dezember 2016 - Kap. 6.4.2.1) genannten Werkstoffen (Kupfer (Cu), Zink (Zn), Zinn (Sn), Blei (Pb), einige Messing- (CuZn) und Bronzelegierungen (CuSn)) sich auch Aluminiumbronze als Werkstoff oder Werkstoff zur Auskleidung oder Beschichtung von Aggregaten und/oder für deren bewegte Einbauten hinsichtlich der Vermeidung von wirksamen Zündquellen (hier mechanisch erzeugte Funken und kleine heiße Oberflächen) bis zu Relativgeschwindigkeiten von 20 m/s und Flächenpressungen von 40 N/mm2 eignet, und dies bei guten Verschleißeigenschaften. Weiterer Gegenstand der Anmeldung ist die Anwendung von Aluminiumbronze als Material für mindestens einen beweglichen Einbau und / oder das Gehäuse eines Apparats zur Handhabung von Schüttgut.
Der Anwendungsbereich für die Anwendung von Aluminiumbronze als Werkstoff zur Auskleidung oder Herstellung von Gehäusen oder für bewegliche Elemente der o.g. Aggregate umfasst folgende Industriebranchen:
• Pharmazeutische Industrie
• Agrochemische Industrie (incl. Behandlung von Saatgütern)
· Lebensmittelindustrie
• Chemische Industrie
• Kraftwerke
• Kunststoffmdustrie
• Holzverarbeitende Industrie
Die vorgeschlagene Anwendung von Aluminiumbronze umfasst die Fertigung der bewegten und/oder statischen Teile der Aggregate zur Handhabung von Schüttgütern, sowohl als Vollmaterial als auch als Überzug (z. B. Beschichtung, Plattierung, Verklebung) auf einen nicht aus Aluminiumbronze gefertigten Grundkörper nach einem der im Stand der Technik üblichen Verfahren, z. B. spanabhebende Formgebung entsprechend der mechanischen Anforderungen.

Claims

Ansprüche:
1. Apparat zur Handhabung von Schüttgut umfassend bewegliche Einbauten im schüttgutberührten Inneren eines Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Einbauten und / oder das schüttgutberührte Innere des Gehäuses aus einer oder unterschiedlichen Aluminiumbronzen bestehen, mit einer oder unterschiedlichen Aluminiumbronzen ausgekleidet und/oder beschichtet sind.
2. Apparat nach Anspruch 1, wobei das produktberührte Innere des Gehäuses oder die beweglichen Einbauten mit den Aluminiumbronzen ausgekleidet und/oder beschichtet sind.
3. Apparat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Aluminiumbronze nickelfrei ist.
4. Apparat nach Anspruch 3, wobei der Aluminiumbronze AM PCO® 25 ist.
5. Anwendung von Aluminiumbronze als Material für mindestens einen beweglichen Einbau und / oder das Gehäuse eines Apparats zur Handhabung von Schüttgut.
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