ES2246443T3

ES2246443T3 - Revestimiento continuo exento de cromato de tubos mediante sinterizacion en lecho fluidizado.

Info

Publication number: ES2246443T3
Application number: ES03012962T
Authority: ES
Inventors: Dirk Heinrich; Heinz Dr. Scholten
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-06-07
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2023-06-07
Also published as: KR20040010311A; MXPA03006198A; ATE302069T1; JP4360856B2; EP1384523B1; DE10233345A1; BR0302592A; CN1488447A; DE50300986D1; CN100509178C; EP1384523A1; CA2435690A1; JP2004105949A

Abstract

Procedimiento para el revestimiento exterior exento de cromato de tubos por sinterización en lecho fluidizado con la ayuda de polímeros fundibles en forma de polvo como agente de revestimiento, en el que: 1) se limpian los tubos en una instalación de tratamiento previo, 2) se aplica una imprimación sobre el tubo, 3) con una bobina de inducción de frecuencia media se seca la imprimación y, en caso de emplear una imprimación que contenga disolvente, se evapora el disolvente, 4) se emplea un ventilador radial para la evacuación más rápida del disolvente evaporado, 5) se usa una bobina de inducción de frecuencia media para el precalentamiento del tubo, 6) se aplica un revestimiento con una pila de sinterización en lecho fluidizado con bobina de inducción de frecuencia media dado el caso integrada, 7) mediante piezas montadas en la pila de sinterización en lecho fluidizado, constituidas por una ducha de aire por encima del tubo, se evitan acumulaciones de polvo, y por las chapas de conducción de corriente por debajo del tubo se evita la falta de polvo y, por tanto, poros en el lado inferior del tubo, 8) dado el caso con una bobina de inducción de frecuencia media se alisa el revestimiento no fundido completamente, 9) en un trayecto de fundición se funde la capa de revestimiento adherida alisándola por fundición, 10) con una ducha de aire, se enfría previamente la superficie del tubo, 11) el revestimiento se sigue enfriando y endureciendo mediante enfriamiento por agua.

Description

Revestimiento continuo exento de cromato de tubos mediante sinterización en lecho fluidizado.

Los tubos revestidos para la industria automovilística se fabricaban hasta ahora usando compuestos de cromo VI (cromatos). Los cromatos se necesitan para conseguir excelentes valores de adherencia en el procedimiento de extrusión aplicado hasta ahora. Para ello, se emplean tubos cromados; también se croman tubos de aluminio, los tubos de acero se aluminizan antes de cromarse. Desde el año 2003, sin embargo, se exigen tubos exentos de cromo de la industria automovilística.

La invención tenía el objetivo de proporcionar un nuevo procedimiento que permitiera el revestimiento continuo sin cromo de tubos. Ya se conocen procedimientos para el revestimiento continuo de tubos. Así, en la revista "Kunststoffe", nº 57, fascículo 1, páginas 21-24, se describe un procedimiento con el que los tubos se revisten con PVC mediante sinterización en lecho fluidizado, pero no se hace referencia a buenos valores de adherencia ni a distribuciones homogéneas del grosor de capa. De esta forma, no se pueden cumplir los requisitos esenciales de la industria automovilística.

Las desventajas del estado de la técnica, en particular, los valores de adherencia y la distribución del grosor de capa, incluso en el caso de capas delgadas (120-150 \mum) se han conseguido superar ahora con un procedimiento según las reivindicaciones.

La instalación trabaja preferentemente de forma automática y continua y sirve para el revestimiento exterior de tubos mediante sinterización en lecho fluidizado. Se compone de las siguientes partes:

1) La instalación de tratamiento previo para limpiar tubos generalmente grasientos en el estado de suministro;

2) la pila de agente adherente para la imprimación, para la aplicación del agente adherente entre la superficie del acero y la capa de plástico (instalación de pulverización o inmersión);

3) la bobina de inducción de frecuencia media 1 para el secado de la imprimación y, en caso de emplear una imprimación que contenga disolvente, para la evaporación del disolvente;

4) el ventilador radial para la evacuación más rápida del disolvente evaporado;

5) la bobina de inducción de frecuencia media 2 para el precalentamiento del tubo,

6) La pila de sinterización en lecho fluidizado con bobina de inducción de frecuencia media 3 integrada para aplicar el agente de revestimiento. Dado que el agente de revestimiento tiene un factor de pérdida dieléctrica demasiado bajo, no se calienta mientras que el tubo de acero precalentado que pasa se calienta muy rápidamente a la temperatura deseada. El grosor de capa se regula durante la sinterización en lecho fluidizado sustancialmente mediante la temperatura de precalentamiento y el tiempo de inmersión. En el caso del paso de un tubo, esto significa que el grosor de capa puede modificarse por la potencia del generador y la velocidad de avance del tubo. Ambas pueden regularse independientemente entre sí en el tablero de control;

7) las piezas montadas en la pila de sinterización en lecho fluidizado, constituidas por una ducha de aire por encima del tubo para evitar acumulaciones de polvo y las chapas de conducción de circulación por debajo del tubo para evitar una falta de polvo y, como resultado, poros en el lado inferior del tubo. Sólo mediante las piezas montadas especiales, es posible garantizar un grosor de capa homogéneo, tanto radial como axialmente;

8) la bobina de inducción de frecuencia media 4 para alisar el revestimiento no fundido completamente;

9) el trayecto de fundición que se requiere para fundir la capa de revestimiento adherida tras la salida del tubo de la bobina de inducción de frecuencia media 4 y alisarla por fundición. La capa aún está caliente y blanda durante el paso pudiendo sufrir daños fácilmente. Por lo tanto, en esta fase, el tubo no debe pasar por encima de rodillos.

10) la ducha de aire para el enfriamiento previo de la superficie del tubo. La temperatura superficial del tubo se regula de esta forma por debajo del punto de fundición del agente de recubrimiento;

11) el enfriamiento de agua. El tubo se mueve a un canalón de agua en el que la capa se sigue enfriando y endureciendo, de modo que vuelve a ser posible un guiado encima de rodillos.

Según el grosor de capa deseado, las bobinas de inducción en 5, 6 y 8 se pueden hacer funcionar con distintas combinaciones y potencias. Existen las siguientes posibilidades de uso de bobinas de inducción:

: 5 y 8,

: 5 y 6,

: 5, 6 y 8,

: 6,

: 6 y 8.

Los tubos se calientan respectivamente por inducción por frecuencia media. Se indican las fórmulas de aproximación para la necesidad de energía eléctrica, la capacidad de revestimiento de una instalación de este tipo y la necesidad de polvo. El procedimiento permite acoplar piezas de tubo con una longitud deseada formando un ramal sin fin y revestirlas por fuera con un polvo de plástico en un procedimiento de paso horizontal. Como agentes de revestimiento resultan adecuados los polímeros fundibles aptos para ser tratados en lecho fluidizado o mezclas de los mismos. Resultan especialmente apropiados los polvos de poliamida, en particular a partir de poliamida 11 y poliamida 12. Los polvos fabricados según el documento DE2906647 (Hüls AG), con el nombre comercial VESTOSINT (Degussa AG) se dejan procesar especialmente bien, ya que por la fabricación en procedimiento de precipitación obtienen una forma de grano especialmente redonda. En la superficie del tubo se aplica, en primer lugar, un agente adherente habitual en el mercado. Como imprimación resultan apropiados todos los tipos usuales para polímeros, en particular aquellos para poliamidas. Se pueden aplicar tanto en solución como en suspensión o en forma de polvo. Para el VESTOSINT resultan apropiados especialmente los agentes adherentes adaptados en particular al VESTOSINT. Si se emplea un agente adherente que contenga disolvente y que tiene un contenido en sólidos del 8%, el grosor de capa de la imprimación sometida a ventilación se sitúa entre 5 y 8 \mum. Con el procedimiento según la invención se pueden conseguir grosores de capa homogéneos de 50 a 1.000 \mum. Resultan preferibles grosores de capa de 50 a 300 \mum, pudiendo alcanzarse con el procedimiento según la invención variaciones de + 30%. Sobre la superficie del tubo se aplica, en primer lugar, un agente adherente habitual en el mercado (por ejemplo, VESTOSINT Haftvermittler WS 5). El grosor de capa de imprimación sometido a ventilación se sitúa típicamente entre 5 y 8 \mum. Si se emplea un agente adherente que contenga disolventes, éste tiene, generalmente, un contenido en sólidos del 8%, aproximadamente.

Los tubos fabricados con el procedimiento según la invención resultan especialmente apropiados como conductos hidráulicos y de freno, por ejemplo, para la industria automovilística.

A continuación, el procedimiento según la invención se va a describir detalladamente.

Precalentamiento por inducción de frecuencia media

Se ha seleccionado el calentamiento de inducción de frecuencia media, porque es un procedimiento de calentamiento que se puede regular cómodamente en el procedimiento de paso y que además es muy rápido, ofreciendo la ventaja adicional de que la bobina de inducción que calienta el tubo que pasa puede disponerse directamente en el polvo fluidizado, por lo que no pueden producirse pérdidas de calor. A 10.000 Hz y con un grosor de la pared de tubo de 2 mm, el calentamiento aproximadamente 300ºC dura 1 s. A frecuencias más bajas, el calentamiento incluso se realiza aún más rápidamente debido a la mayor profundidad de penetración, a 2.000 Hz, el tiempo sería sólo de 0,73 s para las mismas condiciones. La bobina de inducción está realizada como tubo helicoidal y es atravesada por agua refrigerante; se mantiene fría al igual que el polvo. La instalación generadora está constituida por un generador de máquina que genera la alta frecuencia, el armario de distribución con el tablero de control, la batería de condensador y la bobina de inducción. De forma simplificada, la instalación se puede representar como un transformador a cuyo lado primario se alimenta energía eléctrica de alta frecuencia y cuyo lado secundario se compone de una sola espira, la pieza de trabajo. La densidad de corriente muy alta resultante en el circuito secundario tiene como consecuencia el calentamiento rápido. En el caso del paso de piezas de trabajo, entran en consideración sólo aquellos de sección transversal constante y con un grosor de pared unitario, por ejemplo, objetos rotacionalmente simétricos tales como alambres, tubos, barras y similares.

Energía necesaria y capacidad de revestimiento

La velocidad de paso (avance) de los tubos depende del diámetro del tubo y del grosor de pared, es decir, del peso del tubo por unidad de longitud, así como de la potencia del generador. Evidentemente, también tienen un papel esencial el grado de acción del generador y el calentamiento necesario del tubo. Sin embargo, debido a que estas últimas magnitudes de influencia, en una primera observación, pueden considerarse como constantes o al menos como no muy variables, se pueden adoptar valores numéricos medios. La potencia necesaria del generador es:

(1)N = G \cdot c_{p} \cdot \frac{\Delta t}{860n}

en la que N es la potencia del generador en kW, G es el peso del tubo que pasa en kg/h, c_{P} es el calor específico del acero (\sim 0,12 kcal/kg grd.), \Deltat es el aumento de temperatura necesario del tubo y \eta es el grado de acción total de la instalación generadora (aprox. 0,6 a 0,75). La cifra 860 resulta de la conversión 1 kW = 860 kcal/h. Resolviendo la potencia de generador (1) según G y teniendo que \eta = 0,7 y \Deltat \sim 240ºC), se obtiene una fórmula empírica para la cantidad de acero máxima calentable en kg/h a determinada potencia del generador (aplicable para las condiciones presentes y similares):

G \approx 20 N: (2)

Por tanto, con un generador de frecuencia media de 36 kW sería posible calentar aprox. 720 kg/h de tubo de acero a aproximadamente 240ºC. Este valor de cálculo se confirmó en el ejemplo.

Para cálculos aproximados, como valor de orientación para la potencia necesaria (en las condiciones presentes y similares) es válido:

(3)N \approx 50 \frac{W}{kg/h}

Estas fórmulas empíricas, evidentemente, no tienen las dimensiones correctas, ya que se emplearon magnitudes vinculadas con las dimensiones (por ejemplo, el calor específico c_{p} con su valor numérico. No obstante, estas ecuaciones de dimensiones falsas se han mostrado como bastante útiles. Combinando las fórmulas para el peso del tubo que pasa con la fórmula para la potencia necesaria del generador, para tubos de acero con un peso específico y = 7,85 kg/dm3 se obtiene una relación sencilla para la máxima velocidad de paso (avance) de un tubo, que sea posible con la capacidad dada del generador. Por ejemplo, si en una instalación de revestimiento de tubos han de revestirse frecuentemente tubos de distintos diámetros y grosores de pared, la siguiente fórmula da rápidamente un valor de orientación para la máxima velocidad de paso. Para otras condiciones, es preciso modificar algo el factor numérico:

(4).\nu _{max}\approx 18\frac{N}{(d_{a}-s)\cdot s}

Aquí ha de aplicarse la velocidad de paso V_{máx} en m/min, la potencia de generador N en kW, el diámetro exterior de tubo d_{a} en mm y el grosor de pared de tubo s también en mm.

Ejemplo La instalación de revestimiento de tubos (figura 01) se compone de

2) la pila de agente adherente para la imprimación, para la aplicación del agente adherente entre la superficie del acero y la capa de plástico (instalación de pulverización o de inmersión);

3) la bobina de inducción de frecuencia media 1 para el secado de la imprimación y la evaporación del disolvente;

6) la pila de sinterización en lecho fluidizado con bobina de inducción de frecuencia media 3 integrada para aplicar la capa de poliamida 12. Dado que el polvo de PA tiene un factor de pérdida dieléctrica demasiado bajo, no se calienta mientras que el tubo de acero precalentado que pasa se calienta muy rápidamente a la temperatura deseada. El grosor de capa se regula durante la sinterización en lecho fluidizado sustancialmente mediante la temperatura de precalentamiento y el tiempo de inmersión. En el caso del paso de un tubo, esto significa que el grosor de capa puede modificarse por la potencia del generador y la velocidad de avance del tubo. Ambas pueden regularse independientemente entre sí en el tablero de control;

9) el trayecto de fundición que se requiere para fundir la capa de poliamida adherida tras la salida del tubo de la bobina de inducción de frecuencia media 4 y alisarla por fundición. La capa aún está caliente y blanda durante el paso pudiendo sufrir daños fácilmente. Por lo tanto, en esta fase, el tubo no debe pasar por encima de rodillos.

Los resultados de una serie de experimentos en la instalación descrita figuran en la tabla 1. Para los ejemplos 1 a 7 se empleó respectivamente polvo de precipitación de poliamida 12 del tipo VESTOSINT 2157 de Degussa AG. En ninguno de los ejemplos mencionados se produjo un tratamiento previo por cromatización.

1

Ensayos en tubos imprimados a) Revestimientos anticorrosivos TL 222 en tubos de freno (Requisitos de protección de superficie) vers. D-Zn/PA

Resistencia a la corrosión: Duración del ensayo 500 h con huella rayada según DIN 53 167; filtración Wb \leq 2 mm.

Resistencia a la corrosión: Duración del ensayo 500 h a continuación del ensayo de impacto de piedras según PV 1213; ausencia de corrosión de metal base.

Resistencia a la corrosión: Duración del ensayo 1.000 h; ausencia de corrosión de cinc y ausencia de desprendimiento de la capa de PA.

Estabilidad a las sustancias químicas: Según TL 222 punto 5; no se ha producido ninguna formación de burbujas y ningún ablandamiento de la capa de plástico. Al cabo de 24 h de ventilación y del arrollamiento subsiguiente en un mandril (360º) de 16 mm, no se han producido grietas visibles ni desprendimientos en forma de lámina del revestimiento de PA.

b) Ensayos de adherencia en tubos imprimados tras alojamiento en agua, ensayo mediante punta de cuchillo

Tubos sin huella rayada.

Ensayo en seco, un día después del revestimiento: Muy buena adherencia.

Ensayo en seco, un día después del revestimiento en un tubo arrollado (en mandril de 16 mm); muy buena adherencia.

3 días de alojamiento en agua, muy buena adherencia inmediatamente después de extraerlo.

Tubos con huella rayada.

Ensayo en seco, un día después del revestimiento: Muy buena adherencia.

1: Instalación de limpieza

2: Accionamiento 1

3: Estación de imprimación

4: Inducción 1 (bobina I - secado de imprimación)

5: Inducción 2 (bobina V - secado de imprimación)

6: Ventilador radial 1

7: Ventilador radial 2

8: Accionamiento 2

9: Inducción 3 (precalentamiento)

10: Rodillo de apoyo 1

11: Pila de sinterización en lecho fluidizado incl. inducción 4

12: Inducción (alisado)

13: TUBO

14: Tobera de soplado

15: Rodillo de apoyo 2

16: Pila de agua

17: Rodillo de apoyo 3

18: Rodillo de apoyo 4

19: Accionamiento 4

20: Accionamiento 5 (tracción de oruga)

21: Triturador

Claims

1. Procedimiento para el revestimiento exterior exento de cromato de tubos por sinterización en lecho fluidizado con la ayuda de polímeros fundibles en forma de polvo como agente de revestimiento, en el que:

1) se limpian los tubos en una instalación de tratamiento previo,

2) se aplica una imprimación sobre el tubo,

3) con una bobina de inducción de frecuencia media se seca la imprimación y, en caso de emplear una imprimación que contenga disolvente, se evapora el disolvente,

4) se emplea un ventilador radial para la evacuación más rápida del disolvente evaporado,

5) se usa una bobina de inducción de frecuencia media para el precalentamiento del tubo,

6) se aplica un revestimiento con una pila de sinterización en lecho fluidizado con bobina de inducción de frecuencia media dado el caso integrada,

7) mediante piezas montadas en la pila de sinterización en lecho fluidizado, constituidas por una ducha de aire por encima del tubo, se evitan acumulaciones de polvo, y por las chapas de conducción de corriente por debajo del tubo se evita la falta de polvo y, por tanto, poros en el lado inferior del tubo,

8) dado el caso con una bobina de inducción de frecuencia media se alisa el revestimiento no fundido completamente,

9) en un trayecto de fundición se funde la capa de revestimiento adherida alisándola por fundición,

10) con una ducha de aire, se enfría previamente la superficie del tubo,

11) el revestimiento se sigue enfriando y endureciendo mediante enfriamiento por agua.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las bobinas de inducción en los puntos 6 y 8 se emplean en función del grosor de capa del revestimiento, de la siguiente manera:

empleo de la bobina de inducción 8,

o empleo de la bobina de inducción 6,

o empleo de las bobinas de inducción 6 y 8.

3. Procedimiento para el revestimiento exterior exento de cromato de tubos por sinterización en lecho fluidizado con la ayuda de polímeros fundibles en forma de polvo como agente de revestimiento, en el que:

1) se limpian los tubos en una instalación de tratamiento previo,

2) se aplica una imprimación sobre el tubo,

5) se usa dado el caso una bobina de inducción de frecuencia media para el precalentamiento del tubo,

6) se aplica un revestimiento con una pila de sinterización en lecho fluidizado con una bobina de inducción de frecuencia media integrada,

10) con una ducha de aire, se enfría previamente la superficie del tubo,

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque las bobinas de inducción en los puntos 5 y 8 se emplean en función del grosor de capa del revestimiento, de la siguiente manera:

empleo de las bobinas de inducción 5 y 8,

o empleo de la bobina de inducción 8,

o empleo de la bobina de inducción 5.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como agente de revestimiento se emplea poliamida.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se emplea poliamida 11 o poliamida 12.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se emplea poliamida 12 de polvo de precipitación.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se aplica un agente adherente habitual en el mercado, en forma de suspensión, solución o polvo.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de polímero mide entre 50 y 1.000 \mum y la desviación media no excede del 30%.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de polímero mide entre 50 y 300 \mum y la desviación media no excede del 30%.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de polímero mide entre 50 y 300 \mum y la desviación media no excede del 20%.