Forschungsprojekt zu neuartiger Klebetechnologie abgeschlossen

Durchweg positive Ergebnisse zeigt ein kürzlich abgeschlossenes Forschungsprojekt der Krupp VDM GmbH in Zusammenarbeit mit der Zeppelin Silo- und Apparatebau GmbH und der Sika Chemie GmbH. Ziel der mit Mitteln der Stiftung Studiengesellschaft Stahlanwendung durchgeführten Untersuchung war es, Betriebsreife und großtechnische Herstellbarkeit eines von der Krupp VDM GmbH entwickelten Konzepts für einen hochkorrosionsbeständigen metallischen Schichtverbundwerkstoff nachzuweisen. Nach Abschluss der Studie steht für den Neubau und die Sanierung von Großanlagen in der chemischen Industrie und in der Umwelttechnik ein neue und kostengünstige Technologie zur Verfügung.

Bei dem VDM-Konzept wird ein Nickelbasis-Werkstoff als maximal ein Millimeter dicke Auflage mit einem Polyurethan-Klebstoff auf ein Trägermaterial, beispielsweise einen Baustahl geklebt. Jedoch sind auch andere Untergründe zum Aufkleben der hochkorrosionsbeständigen Nickelbasislegierung möglich. Somit wird der Einsatz von Nickelbasiswerkstoffen auch in solchen Bereichen des Anlagenbaus interessant, in denen heute aus wirtschaftlichen Gründen vor allem Beschichtungen aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder Gummi eingesetzt werden. Verglichen hiermit erweist sich der geklebte Verbund aus Nickelbasis-Werkstoff und Baustahl als wesentlich beständiger gegen Korrosion und Abrieb und damit langlebiger. Auch Korrosionsschäden in bereits bestehenden Anlagen lassen sich mit der neuen Technik schnell und kostengünstig beseitigen, indem eine dünne Nickelbasis-Metallschicht auf die beschädigte Stelle geklebt wird. Je nach konstruktiver Lösung kann unter Umständen auch auf Schweißarbeiten verzichtet werden.

Neben Untersuchungen zu geeigneten Klebstoffen, Klebeversuchen im großtechnischen Maßstab und der Entwicklung geeigneter Schweiß- und Prüfverfahren standen Feldversuche unter Praxisbedingungen im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten. Bei den großtechnischen Klebeversuchen ging es in erster Linie darum, großformatige Tafeln aus Schichtverbundwerkstoff zu entwickeln, die als vorgefertigte Lagerware für den Anlagenbau eingesetzt werden können. Die einzige Grenze, an die das Entwicklungsteam dabei gestoßen ist, ist das im Werk Altena der Krupp VDM GmbH maximal walzbare Blechmaß von 8.000 x 2.500 Millimeter. Klebetechnisch, so zeigte sich, sind selbst 20 Quadratmeter große Tafeln kein Problem.

Für welche Anwendungsfälle der geklebte metallische Schichtverbundwerkstoff die richtige Lösung ist, haben langfristig angelegte Feldversuche im Großanlagenbau gezeigt. Als Schwerpunkte kristallisierten sich der Bau und die Sanierung von Reingaskanälen heraus. Ein Grund ist die dort herrschende durchschnittliche Gastemperatur von rund 60 Grad Celsius. Eine zwölfmonatige Auslagerung von drei Schichtverbund-Platten an verschiedenen Stellen der Pilot-anlage der Noell-KRC Energie- und Umwelttechnik GmbH in Würzburg hat gezeigt, dass die Festigkeit des Klebers bei höheren Temperaturen verloren geht. In gesättigtem Reingas von rund 60 Grad Celsius dagegen bleibt der Verbund stabil und auch die starke Korrosion des ungeschützten Kesselstahles hatte keinerlei Einfluss auf die Verbundstabilität der ausgelagerten Probe.

Im Kraftwerk Wilhelmshaven der E.ON Energie AG erprobte das Entwicklungs-team den metallischen Schichtverbundwerkstoff parallel in einer Neubausituation und in einer Sanierungsanwendung. Um die Neubausitation darzustellen, wurden zwei geklebte Verbundbleche rechtwinklig zueinander in einen bereits existierenden Reingaskanal eingeschweißt. Der eckige Kanal besteht aus Baustahl und ist innen zum Korrosionsschutz organisch beschichtet. Für den Versuch wurde ein den Abmessungen der Verbundbleche (2.500 x 1.000 Millimeter) entsprechendes Teilstück der Stahlkanalwand herausgetrennt.

Beim anschließenden Einbau der Verbundbleche aus acht Millimeter Baustahl, einem Millimeter Klebfuge und einem Millimeter Nicrofer 5923 hMo zeigte sich insbesondere der hohe Standard der für den Verbundwerkstoff entwickelten Schweißtechnik. So wurden zunächst die Verbindungen zwischen dem Baustahl der Kanalwand und den Baustahl-Schichten der Verbundbleche im WIG-Verfahren miteinander verschweißt. Den Übergang zwischen der Kanalwand und der dünnen Nicrofer-Schicht der Verbundbleche versiegelte man mit ein Millimeter dünnen Abdeckstreifen, ebenfalls aus Nicrofer 5923 hMo, die als Kehlnähte im WIG-Verfahren verschweißt wurden. Besonders anspruchsvoll war dieser Arbeitsgang, weil die Abdeckstreifen auf die nur ein Millimeter dünne Nicrofer-Schicht des Verbundwerkstoffs geschweißt werden mussten, ohne dass sich Eisen aus dem Baustahl oder thermische Abbauprodukte aus dem Kleber mit dem Nicrofer-Werkstoff mischen und seine Korrosionsbeständigkeit gefährden. Ein anschließender Test durch eine Farbeindringprüfung zeigte die erstklassige Qualität der Schweißnähte.

Seine Eignung für die nachträgliche Sanierung beschädigter Anlageteile bewies das Klebekonzept an einer Stelle, an der die organische Beschichtung des Reingaskanals E durch Abrieb beschädigt war. Hier galt es, zwei ein Millimeter dünne Bleche Nicrofer 5923 hMo direkt auf die Beschichtung zu kleben. Hierzu wurde die organische Beschichtung weiter aufgeraut und an den für die Kehlnähte zur Versiegelung der Klebefugen vorgesehenen Stellen vollständig abgeschliffen.

Der Feldversuch bei E.ON Energie dauert zurzeit noch an. Drei Besichtigungen, eine nach 1.841 Betriebsstunden, eine weitere nach 6.179 Betriebsstunden und eine dritte nach weiteren vier Monaten Betrieb zeigten keinerlei Beschädigungen an Blechen oder Schweißnähten, auch unter Ablagerungen waren keine Anzeichen für Spaltkorrosion zu erkennen.

Wie vielseitig die neue Klebetechnologie einsetzbar ist, macht eine Anwendung in einem der Rauchgaswäscher des Braunkohlekraftwerks Boxberg der VEAG deutlich. Hier ging es um die Sanierung von Sprühlanzen für Kalksuspension aus glasfaserverstärktem Kunststoff, deren Harzversiegelung an einigen Stellen durch Abrieb komplett abgetragen war. Die Lanzen wurden mit aufgeklebten, gewölbten Nicrofer-Blechen vor weiteren Schäden geschützt. Weil eine schweißtechnische Versiegelung des Kebstoffs gegen die Wäscheremulsion nicht möglich war, sorgten Sicherungsgurte aus Nicofer 5923 hMo für die dauerhafte Befestigung der Halbschalen. Die Sanierung fand Anfang August 1998 statt, seither ist der Wäscher bis auf einige kurze Stillstände nahezu permanent in Betrieb. Bislang weisen die aufgeklebten Nicrofer-Halbschalen keinerlei Beschädigungen auf.

Ein technisches Konzept für die Komplettsanierung eines metallischen Reingaskanals haben Krupp VDM, Sika und Zeppelin für das RWE-Kraftwerk Niederaußem entwickelt. Der Reingaskanal ist innen mit Edelstahl ausgekleidet und direkt unter der Edelstahlschicht befindet sich eine Gummischicht. Eine Sanierung ist notwendig, weil die Schweißnähte durch Lochkorrosion beschädigt sind. Das von den Projektpartnern vorgeschlagene Konzept, den Kanal durch Aufkleben von Nicrofer 5923 hMo wieder instandzusetzen würde dem Betreiber eine Menge Kosten sparen. Die bestehende, in 40 Meter Höhe verlaufende Konstruktion müsste hierzu nicht abgerissen werden. Basis des Lösungsvorschlags waren die Erfahrungen beim Verschließen von Besichtigungsöffnungen, die der Betreiber in den Reingaskanal geschnitten hatte, um die Korrosionsschäden an den Schweißnähten zu untersuchen. Hierzu wurden ein Millimeter dünne Nicrofer Folien auf den Edelstahl geklebt und mit einer diffusionsdichten GFK-Masse am Rand versiegelt. Die Versiegelung durch Schweißnähte kam wegen der Gummischicht unterhalb der Edelstahl-Auskleidung in diesem Fall nicht in Frage.

Die Ergebnisse des Forschungsprojekts sind inzwischen beim deutschen und beim europäischen Patentamt zum Schutz angemeldet. Ein bedeutender deutscher Anlagenbauer hat den metallischen Schichtverbundwerkstoff in seine Verarbeitungspalette aufgenommen und damit das Werkstoffangebot für den Apparate- und Reaktorenbau erweitert. Ausführlich dargestellt ist das Projekt in der Schriftenreihe "Forschung für die Praxis" der Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V.

Für Rückfragen: ThyssenKrupp AG, Fachpresse, Bernd Overmaat Tel: 0211-824-36012, Fax: 0211-824-36035 e-mail: overmaat@tk.thyssenkrupp.com