FI97482C - Menetelmä hyvin kemiallista ja mekaanista rasitusta kestävän pinnoitteen muodostamiseksi soodakattilan metallipinnoille - Google Patents

Description

97482

Menetelmä hyvin kemiallista ja mekaanista rasitusta kestävän pinnoitteen muodostamiseksi soodakattilan metallipinnoille - Förfarande för bildande av en sadan beläggning pä metallytor i en sodapanna som motstär väl kemisk och mekanisk belastning 5

Keksintö koskee menetelmää, jolla aikaansaadaan soodakattilan metallipintojen, erityisesti soodakattilan pohjan putkistojen, päälle suojaava pinnoite, kattilan ylös-ajon, käytön ja alasajon aikana syntyviä kemiallisia ja mekaanisia rasituksia vastaan.

Suomessa on todettu runsaasti kompaund-putkista valmistettujen soodakattiloiden 10 pohjissa pesän puolella erilaisia syöpymiä ja halkeamia. Näiden vaurioiden syytä ei ole useista tutkimuksista huolimatta pystytty selvittämään. Edelleen on epäselvää, syntyvätkö halkeamat ja syöpymät kattiloiden käytön tai ylös/alasajon aikana.

Edellä esitettyjen ongelmien syyksi on epäilty mm. seuraavia seikkoja: - Kompaund-putkessa syntyy ylös-ja alasajon aikana jännityksiä hiiliteräsputken ja 15 sen päällä olevan ruostumattoman teräspinnoitteen erilaisesta lämpölaajenemisesta johtuen. Syntyvät jännitykset aiheuttavat jännityskorroosion, joka edelleen johtaa vaurioihin.

- Kattiloiden pohjien uusinnan aikana kompaund-putket joutuvat alttiiksi mekaanisille iskuille ja hitsausjännityksille, joista aiheutuu jännityskorroosiota ja vaurioita.

20 - Kattiloiden alasajon aikana käytetään vesipesua, jolloin on mahdollista, että pai kallisesti syntyy erittäin väkeviä emäksisiä liuoksia, jotka aiheuttavat korroosiota ja halkeamia.

- On myös esitetty, että putkissa voi esiintyä höyrylukkoja, jolloin putki ylikuumenee ja tämän vuoksi ruostumaton pinnoite vaurioituu.

25 - Edelleen syyksi on esitetty erilaisia prosessiolosuhteita ja -häiriöitä sekä mm. voi makasta kloridipitoisuuden nousua kiertovesissä.

Koska edellä esitettyihin ongelmiin ei ole löydetty yksiselitteistä ratkaisua, on kunnostus tähän asti suoritettu koijaushitsaamalla pohjaputkien pinnoite. Mikäli vauriot ovat olleet pahoja, on pohjaputket uusittu.

30 Korjaushitsauksessa on ongelmana se, että usein uusia halke xiia syntyy korjauksen viereen ja itse työ on aikaa vievää ja aiheuttaa suuria kustannuksia seisokkitappioi- 2 97482 den vuoksi. Samoin pohjan uusimisesta aiheutuu suuria seisokki- ja investointikustannuksia.

Kun on pinnoitettava isoja pintoja, jotka joutuvat alttiiksi korroosiolle, on nopein ja taloudellisin menetelmä terminen ruiskutus.

5 Soodakattiloita on pinnoitettu termisesti ruiskuttamalla yli 20 vuotta. Kattilan seinämissä ja tulistimissa on saavutettu metallipinnoitteilla erittäin hyviä tuloksia. Seinämien pinnoitteet ovat kestäneet n. 10 vuotta ja tulistimien elinikä on voitu moninkertaistaa ruiskutuspinnoitteilla.

Termisessä ruiskutuksessa on käytetty lanka-, kaari-, plasma- ja supersonic-10 (HVOF/HVAF) -menetelmiä.

Lisäaineena on käytetty mm.: 13 % kromiterästä, jonka päällä on ollut ruostumaton teräs ja vielä alumiini 17 % kromiterästä 22-29 % CrAl-terästä 15 50 % CrNi-seoksia sekä

Hastelloy

Seinäpinnoitteiden elinikä on yleensä kasvanut Cr-ja/tai Ni-pitoisuuden kasvaessa sekä pinnoitteiden huokospitoisuuden pienentyessä.

Parhaimpiin tuloksiin on tällöin päästy käyttämällä plasma-ja supersonic-pinnoi-20 tusta ja siihen sopivaa hyvin hienorakeista jauhetta, raekoko 5-40 pm. Tällöin pinnoite on hyvin tiivis, mutta toisaalta suhteellisen ohut, yleensä 0,2-0,3 mm.

Soodakattilan pohjalle kehittyvät kuitenkin huomattavasti vaikeammat olosuhteet kuin seinämille. Tämän vuoksi pohjan pinnoitteelta vaaditaan erittäin hyvää korroosionkestävyyttä, riittävää muodonmuutoskykyä, riittävää iskunkestävyyttä ja kestä-25 vyyttä korkeissa lämpötiloissa.

* .

* Ongelmana supersomc-pinnoitteissa on se, että koska pinnoite on erittäin tiivis ja sen sisäinen lujuus on suuri, sitä ei voida tehdä paksuksi. Jos se on liian paksu, se halkeaa. Toisaalta, jotta pinnoitteen korroosionkestävyys olisi hyvä, sen täytyy olla riittävän paksu eli 0,2-0,3 mm.

Il 3 97482

Kun supersonic-pinnoituksessa eri alueet liitetään toisiinsa, tulee liitosalueelle väkisin tilanne, jossa pinnoitteen paksuus on kaksinkertainen ja tällöin syntyy helposti halkeamia.

Pinnoitteen korroosionkestävyyttä voidaan parantaa myös muulla tavoin kuin huo-5 koisuutta pienentämällä ja seostusta lisäämällä. Alle 350°C lämpötiloissa tavallinen menetelmä on tiivistyksen käyttö. Korkeissa lämpötiloissa tiivistäminen ei kuitenkaan onnistu.

Edelleen korroosionkestävyyttä voidaan huomattavasti lisätä keraamisilla oksidipin-noitteilla, esim. alumiini-, kromi-ja titaanioksidilla. Keraamisten pinnoitteiden 10 heikkoutena on kuitenkin erittäin pieni lämpölaajenemiskerroin ja se, että ne eivät kestä mekaanisia rasituksia.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada soodakattiloiden pohjassa ylös-ja alasajon sekä käytön aikana esiintyviä kemiallisia ja mekaanisia rasituksia hyvin kestävä pinnoite.

15 Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön perusoivallus on käyttää kaari-, plasma- tai supersonic-ruiskutuksessa lisäainetta, joka muodostaa amorfisen pinnoitteen. Lisäaine voi olla jauheen tai langan muodossa. Edelleen oleellista on se, että plasma-ja supersonic-ruiskutuksessa käytetään lisäainejauhetta, jonka raekoko on 30-120 pm eli erittäin suuri. Superso-20 nic-pinnoituksessa käytetään tavallisesti 5-30 pm ja 10-40 pm raekokoja.

Normaalia suurempi raekoko mahdollistaa sen, että voidaan tehdä paksumpia pinnoitteita ilman halkeamavaaraa. Tällaisten pinnoitteiden paksuus voi olla 0,3-0,8 mm.

Hyvä korroosionkestävyys perustuu amorfiseen rakenteeseen ja siihen, että pinnoit-25 teen paksuutta voidaan lisätä.

’ : Amorfisia aineita on saatavilla kaupallisesti (esim. Metco 700). Aineiden koostumus on sellainen, että ruiskutuksen aikana, kun sulat pisarat jäähtyvät nopeasti, muodostuu pinnoite, joka on jopa 70 % amorfinen.

Keksinnön mukaisesti käytettävä lisäaine on sellainen, jonka koostumus painopro-30 sentteinä on pääasiassa seuraava: 4 97482 C 0,7-1,2%

Co 0,0-1,0% W 7,0-12%

Mo 7,0-12% 5 Cu 3,0-4,5 % B 0,6-1,5 %

Si 0,1-0,5%

Fe 0,4-1,2%

Cr 17-22 % 10 Ni 50-60 %

Eräs edullinen plasma-ja supersonic-ruiskutuksessa käytettävä lisäaine on Metco 700 -tyyppinen lisäaine, jonka koostumus painoprosentteina on seuraava: 1 % C, 0,1 % Co, 10 % W, 9 % Mo, 4 % Cu, 1 % B, 0,1 % Si, 1 % Fe, 20 % Cr ja 55 %Ni.

15 Keksinnön mukaista pinnoitetta on tutkittu kahden soodakattilan pohjassa yli kaksi vuotta. Toisessa kattilassa keksinnön mukainen plasmapinnoite ruiskutettiin kompaund-putkissa olevien halkeamien päälle ja toisessa kattilassa sen jälkeen, kun halkeamat oli ensin korjaushitsattu. Vertailupinnoitteena kokeissa oli 22 % CrAl-teräspinnoite, joka soodakattilan seinissä kestää lähes kymmenen vuotta.

20 Pinnoitteet tarkastettiin n. vuoden välein. Kokeiden perusteella voitiin todeta, että CrAl-teräspinnoite oli vaurioitunut jo vuoden käytön jälkeen. Sen sijaan keksinnön mukainen plasmapinnoite kesti sekä halkeamien päällä että korjatulla alueella. Pinnoite oli erittäin hyvin kiinni putkissa. Pinnoitteen alle ei ollut syntynyt uusia halkeamia eivätkä siellä olleet halkeamat olleet kasvaneet.

25 Keksinnön mukaisella pinnoitteella saavutetaan soodakattilan pohjien pinnoituksessa seuraavat edut: .. 1. Tekniset ominaisuudet i - Pinnoitteen korroosionkestävyys on erittäin hyvä.

- Pinnoitteen lähes amorfinen luonne estää osaltaan raerajakorroosion syntymistä, 30 jota tapahtuu metallisen rakenteen omaavilla pinnoitteilla.

Il 5 97482 - Pinnoitteen lämpölaajenemiskerroin on lähellä hiiliterästen lämpölaajenemisker-rointa. Tämä pienentää pinnoitteeseen syntyviä jännityksiä ja halkeamisvaaraa ylös-ja alasajon aikana.

- Pinnoite voidaan ruiskuttaa jopa 0,6-0,8 mm paksuksi. Tämän vuoksi pinnoitetta-5 vien alueiden liittymissä ei synny paksuusongelmia eikä näin ole halkeamisvaaraa.

- Amorfiset pinnoitteet soveltuvat hyvin korkeisiin käyttölämpötiloihin, jopa lähes 1000°C. Mikäli esiintyy käyttöhäiriöitä ja lämpötila pääsee putkissa nousemaan, ei amorfinen pinnoite vaurioidu.

- Pinnoitteen tartunta on hyvä.

10 2. Taloudellisuus

Keksinnön mukaisen menetelmän käytön taloudellisuuteen vaikuttavat seuraavat seikat: - Kompaund-putkien koijaushitsaus vie helposti aikaa yli viikon, eikä se tuota toivottua tulosta, vaan halkeamat on vuoden kuluttua korjattava uudelleen.

15 - Mikäli kattilan pohja uusitaan, aiheutuu siitä n. kolmen viikon seisokki, joka ai heuttaa n. 21 mmk tuotantotappiot ja 5-7 mmk investointikustannukset. Edelleen on mahdollista, että pohja on uusittava 5-6 vuoden välein.

- Keksinnön mukaisella pinnoitteella pinnoitus voidaan tehdä n. viikossa, mistä aiheutuu n. 7 mmk tuotantotappio ja 1,0-1,5 mmk investointikustannukset. Koska 20 tämän hetkisen käsityksen mukaan pinnoite kestää kattilan pohjissa ainakin viisi vuotta, on säästö erittäin suuri.

- Koska pinnoite voidaan tehdä myös halkeilleen putkiston päälle (vain suurimmat halkeamat korjataan), mahdollistaa keksinnön mukainen pinnoite kattilan nopean kunnostamisen, ja vaikeissa tapauksissa pinnoituksen avulla voidaan pohjan uusimi- 25 nen siirtää haluttuun ajankohtaan.

Vaikka soodakattilan pohja on keksinnön mukaisen menetelmän pääasiallinen käyttökohde, sitä voidaan käyttää luonnollisesti myös soodakattilan seinämissä, tulisti-missa ja muissa osissa.

Claims (7)

97482

1. C, 0,1 % Co, 10 % W, 9 % Mo, 4 % Cu, 1 % B, 0,1 % Si, 1 % Fe, 20 % Cr ja 55 %Ni.

1. Menetelmä kemiallista ja mekaanista rasitusta hyvin kestävän pinnoitteen muodostamiseksi soodakattilan metallipinnoille, erityisesti soodakattilan pohjan metallipinnoille, tunnettu siitä, että pinnoite muodostetaan kaari-, plasma- tai su- 5 personic-ruiskutuksella käyttäen lisäainetta, joka muodostaa pinnoituksen aikana pääasiassa amorfisen pinnoitteen, ja jonka koostumus on pääasiassa seuraava: C 0,7-1,2 % Co 0,0-1,0 % W 7,0-12%

10 Mo 7,0-12% Cu 3,0-4,5 % B 0,6-1,5 % Si 0,1-0,5% Fe 0,4-1,2%

15 Cr 17-22% Ni 50-60 %

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäaine on lanka tai jauhe.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että plasma- tai supersonic-ruiskutuksessa käytetään lisäainetta, jonka koostumus on seuraava:

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäaine-25 jauheen raekoko on 30-120 pm.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että •; muodostetaan pinnoite, jonka paksuus on 0,3-0,8 mm. II 97482