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Jenseits des Standards

Extrem korrosionsfester Werkstoff als Schlüssel zu einer langen Lebensdauer von Pumpen
Jenseits des Standards

Für viele industrielle Prozesse sind korrosionsbeständige Pumpen eine entscheidende Voraussetzung. Es lassen sich jedoch nur bei wenigen Anwendungen Kunststoffkonstruktionen einsetzen, in den meisten Fällen sind aufgrund der mechanischen Unzulänglichkeit von Kunststoffen Gussmetallkonstruktionen erforderlich. Im Folgenden wird ein hochlegierter Gussstahl für anspruchsvolle Prozesse vorgestellt, der leistungsfähiger ist als Duplexstähle.

Arto Riihimäki, Redvers Paley

Die Kunden verlangen von den Herstellern Prozesspumpen mit zunehmend höherer Lebensdauer, um von geringeren Ersatzteil- und Arbeitskosten zu profitieren und ungeplante Stillstandszeiten zu verringern. Der Schlüssel zur Verlängerung der Lebensdauer liegt darin, Bauteile aus erosions- und korrosionsbeständigen Materialien zu produzieren, die aber dennoch die zur Fertigung wesentlichen Eigenschaften aufweisen müssen. Dabei ist meist ein Kompromiss zu schließen zwischen einer guten Korrosionsbeständigkeit auf der einen und ausreichender Festigkeit und Härte des Bauteils auf der anderen Seite.
Hochlegierte Gussstähle
Die Produktion von Stahl für Pumpen erfolgt traditionell nach dem American-Society-for-Testing-and-Materials(ASTM)-Standard, der sich in der Industrie auf breiter Front durchgesetzt hat. Auch der europäische Standard EN 10283 legt die Stahlsorten für allgemeine Anwendungen fest. Der europäische Standard und der ASTM-Standard enthalten viele äquivalente oder annähernd äquivalente Stahltypen. Hersteller von Pumpen verwenden üblicherweise diese Standardqualitäten zur Fertigung ihrer Bauteile, da sie ihre Werkstoffe aus kommerziellen Gießereien beziehen. Sulzer Pumps erforscht kontinuierlich Möglichkeiten, wie sich die Leistungsfähigkeit der verwendeten Werkstoffe steigern lässt. Neben international anerkannten Standardmaterialien beschäftigt man sich dabei auch mit Werkstoffen, die nicht unter die Industriestandards fallen. Ein Beispiel hierfür ist der austenitische Stahl Avesta 654 SMO, der sich durch einen hohen Stickstoffgehalt und extreme Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Dieser patentierte Werkstoff fällt weder unter die europäischen noch unter die amerikanischen Standards für Gussstahl.
Sehr gute Testergebnisse
In der Vergangenheit waren Duplexstähle in der Regel leichter herzustellen als die vollständig austenitischen, korrosionsbeständigen Sorten. Die Produktion in der gewünschten Qualität erfordert einen Umwandler zur Argon-Sauerstoff-Entkohlung (AOD) oder, beim Schmelzen in einem Induktionsofen, Rohmaterial, das bereits in einem AOD-Konverter vorbehandelt wurde. Stähle mit hohem Chrom- und Molybdänanteil müssen nicht nur einen niedrigen Kohlenstoffgehalt, sondern auch einen höheren Stickstoffanteil besitzen, was sich mit der AOD-Technologie problemlos realisieren lässt. Der mit dieser Methode einhergehende niedrige Schwefelgehalt verleiht dem Material zusätzliche Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund seiner modernen Gießereianlagen wurde Sulzer Pumps Finnland zu einem der wenigen lizenzierten Hersteller von 654 SMO.
Bevor die Produktion von 654 SMO anlief, wurde das Material den folgenden Härtetests ausgesetzt, die durchweg positive Ergebnisse lieferten:
  • Kritische Lochfraßbildungstemperatur: Die kritische Lochfraßbildungstemperatur liegt knapp 40 °C über der von Duplexstahl.
  • Korrosionsprüfung: Proben wurden elf Tage lang in einem betriebsfähigen Reaktionstank mit Phosphorsäure getestet. Zusätzlich wurde die Reaktionsflüssigkeit mit abrasiver Tonerde gemischt und ein kurzfristiger Abrasionstest durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass 654 SMO eine ähnliche Abriebfestigkeit aufweist wie Duplexstähle und dass bei einfachen Tauchversuchen noch bessere Ergebnisse erzielt werden können.
  • Kavitationserosionsprüfung: Hier ist 654 SMO leistungsmäßig den anderen Materialien klar überlegen.
Aus 654 SMO gefertigte Prozesspumpen weisen eine in ihrer Klasse führende Erosions- und Korrosionsfestigkeit auf. Sulzer Pumps ist in der Lage, den gesamten Herstellungsprozess zu steuern: angefangen von der ersten Schmelze und den ersten Gussteilen bis zur Auswahl der am besten geeigneten Konstruktionsmerkmale für die jeweilige Anwendung.
Einsatz in der Praxis
Im Kemira-Werk im finnischen Siilinjärvi wird Phosphorsäure hergestellt. Die Produktion erfolgt mittels eines nassen Prozesses, wobei natürliche Phosphatsteine in Schwefelsäure getaucht werden. Aufgrund der Aggressivität der industriellen Phosphorsäure und der abrasiven Natur der unbehandelten Pumplösung kann es zu schweren Korrosionsproblemen kommen. Dort hat man sich entschieden, Sulzer-Ahlstar-WPP-Prozesspumpen aus 654 SMO für den Produktionsprozess einzusetzen. Nach drei Betriebsjahren wurde eine Pumpe auseinander genommen und geprüft. Der Verschleiß war so gering, dass die Aufschrift 654 SMO immer noch deutlich auf dem gegossenen Pumpenrad zu sehen war.
Ein großer Hersteller in Marokko setzte eine aus 654 SMO gefertigte Ahlstar-WPP 61–600-Pumpe zu Prüfzwecken in seinem dem Reaktor nachgeschalteten Verdampfungskühlerkreislauf ein. Nach Abschluss des sechsmonatigen Testzeitraums mit dieser extrem korrodierenden Anwendung war der Kunde von der Korrosionsbeständigkeit der Pumpe so beeindruckt, dass er umgehend drei weitere Aggregate einbauen ließ.
cav 421

Weitere Informationen zum Hersteller
654 SMO in der Praxis
Werkstofftabellen für Stähle
Tabelle zur Korrosionsbeständigkeit
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