DE10040749C2 - Jacket pipe of an electric tubular heater - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mantelrohr eines elektrischen Rohrheizkörpers aus einer Stahllegierung, die Chrom und Nickel enthält.The invention relates to a tubular casing of an electric tubular heater made of a steel alloy that contains chrome and nickel.
In der US-PS 4,742,324 ist ein Mantelrohr eines elektrischen Rohrheizkörpers beschrieben, das in weiten Grenzen zur Erreichung einer hohen Korrosionsbeständigkeit neben einer Vielzahl von unterschiedlichen Legierungsbestandteilen auch Chrom und Nickel und darüber hinaus Stickstoff in einem Bereich von 0,04-0,22 Gew.-% enthält.In US-PS 4,742,324 is a jacket tube of an electrical Tubular heating element described, which can be achieved within wide limits high corrosion resistance in addition to a variety of different alloy components including chrome and nickel and moreover nitrogen in a range of 0.04-0.22% by weight contains.
Auch die DE 43 32 622 A1, die ein Elektrospeicherheizgerät zeigt und beschreibt, offenbart einen elektrischen Rohrheizkörper, der im Hinblick auf den Hochtemperatur-Einsatz ein Schutzrohrmaterial enthält, das aus hochwärmebeständigem Stahl besteht, wozu eine Qualität entsprechend 1.4828 nach dem Deutschen Stahlschlüssel geeignet ist. Dieser Stahl ist als hochwärmebeständiger Stahl der Gruppe 12a zugeordnet, während es sich beim Gegenstand der vorliegenden Anmeldung um einen rost- und säurebeständigen Stahl für den Einsatz in flüssigen Medien handelt, mithin also für einen völlig anderen Verwendungszweck vorgesehen ist.DE 43 32 622 A1, which shows and describes an electric storage heater, discloses an electric tubular heater which, with regard to high-temperature use, contains a protective tube material which is made of highly heat-resistant steel, for which a quality corresponding to 1.4828 according to the German Steel Code is suitable. This steel is classified as highly heat-resistant steel of group 12 a, while the subject of the present application is a rust and acid resistant steel for use in liquid media, and is therefore intended for a completely different purpose.
In der DE 25 48 945 C2 ist ein derartiges Mantelrohr für einen elektrischen Rohrheizkörper beschrieben. Die Legierung enthält 1 bis 4% Silicium, wodurch eine Verfärbung und eine Rostbildung beim betriebsüblichen Trockengehen in Geschirrspülmaschinen vermieden werden soll. Ein derartiger hoher Siliciumgehalt erhöht die Festigkeit und Elastizität des Mantelrohrs, was dessen Verformbarkeit, insbesondere beim Walzen und Biegen, entgegenwirkt.In DE 25 48 945 C2, such a casing tube is for one electrical tubular heater described. The alloy contains 1 to 4% silicon, which causes discoloration and rust formation in the avoidance of normal drying in dishwashers shall be. Such a high silicon content increases the strength and elasticity of the casing tube, which means its deformability, counteracts especially when rolling and bending.
In der DE 16 21 451 A1 ist zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosionen vorgeschlagen, eine dünne Schutzschicht aus Nickel auf die Oberfläche eines rostbeständigen Stahles aufzubringen. Dies bedingt einen zusätzlichen Verfahrensschritt beim Herstellen eines Rohrheizkörpers.In DE 16 21 451 A1 is to avoid Stress corrosion cracking proposed a thin protective layer made of nickel on the surface of a rust-resistant steel applied. This requires an additional step in the process Manufacture of a tubular heater.
Aus der DE 27 23 640 B2 ist ein Rohrheizkörper für Geschirrspülmaschinen bekannt, dessen Mantelrohr mit einer Nickelauflage versehen ist, die als gleichmäßige dunkelgrüne oder graue bis braunschwarze Oxidschicht ausgebildet ist. Eine unkontrollierte Oxidation der Nickelschicht soll dadurch vermieden werden.From DE 27 23 640 B2 is a tubular heater for Dishwashers known, the casing tube with a Nickel plating is provided, which as a uniform dark green or gray to brown-black oxide layer is formed. A This is to prevent uncontrolled oxidation of the nickel layer become.
Die DE 24 39 739 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit elektrischer Rohrheizkörper. Es wird auf das Mantelrohr ein korrosionsbeständiger Metallüberzug unter hohem Druck mit der Oberfläche des Mantelrohrs des Rohrheizkörpers verbunden. Der Metallüberzug besteht aus Zinn, Zink, Aluminium, Nickel, Kupfer oder Chrom.DE 24 39 739 A1 describes a method for improving the Corrosion resistance of electric tubular heaters. It is on that Jacket tube is a corrosion-resistant metal coating under high pressure connected to the surface of the tubular casing of the tubular heater. The metal coating consists of tin, zinc, aluminum, nickel, copper or chrome.
Für Mantelrohre von Rohrheizkörpern werden in der Praxis je nach den Anforderungen verschiedene Stahlsorten verwendet. Die Stahlsorte 1.4876 (Nr. nach: Stahlschlüssel, C. W. Wegst, Verlag Stahlschlüssel Wegst GmbH, 1998) ist ein Standardwerkstoff für den Einsatz bei Wasserbeheizungen. Wegen der durch den hohen Nickelanteil der Legierung bedingten Zähigkeit ist die Verarbeitung zu einem Rohrheizkörper schwierig. Die Stahlsorte 1.4571 ist für den haushaltlichen bzw. dem lebensmitteltechnischen Anwendungsbereich geeignet. Bei höheren Belastungen im Einsatz mit korrosiven Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, sind Korrosionen auf Dauer jedoch unvermeidbar.In practice, different types of steel are used for casing pipes of tubular heaters, depending on the requirements. The steel grade 1.4876 (number after: steel key, CW Wegst, publishing house steel key Wegst GmbH, 1998) is a standard material for the use with water heating. Due to the toughness caused by the high nickel content of the alloy, processing into a tubular heater is difficult. The steel grade 1.4571 is suitable for household or food-related applications. However, in the long run, corrosion is unavoidable at higher loads when used with corrosive liquids, for example water.
Wenn bei Rohrheizkörpern eine hohe Korrosionsbeständigkeit gefordert ist, wird in der Praxis die Stahlsorte 2.4858 verwendet. Ein derartiger Rohrheizkörper ist jedoch teuer.If a high level of corrosion resistance is required for tubular radiators, the steel grade 2.4858 is used in practice. However, such a tubular heater is expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mantelrohr der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das einerseits ein hinreichend hohes Maß an Korrosionsbeständigkeit bietet und aus dem sich der Rohrheizkörper kostengünstig herstellen lässt.The object of the invention is a jacket tube of the aforementioned Kind to propose that on the one hand a sufficiently high degree of Offers corrosion resistance and from which the tubular heater can be produced inexpensively.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, dass die Legierung 0,04 bis 0,22 Gew.-% Stickstoff enthält.According to the invention, the above object is achieved in that the alloy Contains 0.04 to 0.22% by weight of nitrogen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass der Stickstoffgehalt sowohl der Lochkorrosion und als auch der Spaltkorrosion des Mantelrohrs entgegenwirkt, was darauf zurückgeführt werden kann, dass der Stickstoffgehalt das Gamma-Gebiet des Gefüges erweitert und damit das Austenit-Gefüge stabilisiert. Dies ist insbesondere bei Rohrheizkörpern wesentlich, die in Wasser, beispielsweise in einem Kochendwassertopf oder in einem Warmwasserspeicher, zum Einsatz kommen.Studies have shown that the nitrogen content of both Pitting corrosion and crevice corrosion of the casing pipe counteracts what can be attributed to the fact that the Nitrogen content expands the gamma region of the structure and thus the austenite structure is stabilized. This is particularly the case with Tubular heaters essential in water, for example in a Boiling water pot or in a hot water tank, for use come.
Das Mantelrohr wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass es aus Stahlblech gerollt und anschließend an der Naht verschweißt wird. Der Stickstoffanteil unterdrückt beim Schweißen die Ausscheidung von Chromkarbiden im Stahl, die die Korrosionsbeständigkeit des Mantelrohrs deutlich herabsetzen würden. Der Chromanteil wird somit kaum durch Karbidbildung gebunden; vielmehr bildet er an der Oberfläche des Mantelrohrs Chromoxide, die die Oberfläche in gewünschter Weise schützen.The jacket tube is preferably made by making it Sheet steel is rolled and then welded to the seam. The Nitrogen content suppresses the excretion of Chromium carbides in the steel, which the corrosion resistance of the Would significantly reduce the casing pipe. The chrome portion is thus hardly bound by carbide formation; rather it forms at the Surface of the casing tube chrome oxides, which the surface in Protect as desired.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung enthält die Legierung etwa 0,12 bis 0,22 Gew.-% Stickstoff.In a preferred embodiment of the invention, the alloy contains approximately 0.12 to 0.22 wt% nitrogen.
Die Legierung enthält höchstens 1 Gew.-% Silicium. Damit wird auf eine hohe Zunderbeständigkeit verzichtet. Eine solche wäre erwünscht, wenn der Rohrheizkörper in Luft oder oft in Luft betrieben werden soll. Bei einem Rohrheizkörper, der - wie hier - überwiegend in Wasser betrieben werden soll, kommt es auf eine hohe Zunderbeständigkeit nicht an.The alloy contains at most 1% by weight of silicon. This is a high scale resistance is dispensed with. Such would be desirable if the tubular heater should be operated in air or often in air. at a tubular heater, which - as here - operated mainly in water high scaling resistance is not important.
Ein hoher Silicium-Gehalt von beispielsweise 1 bis 4% würde zwar die Festigkeit und Elastizität des Mantelrohrs erhöhen, damit jedoch die Verformbarkeit beeinträchtigen. Der vorgesehene niedrige Silicium- Gehalt hat den Vorteil, dass sich das Mantelrohr auf einfache Weise plastisch in die für einen Rohrheizkörper übliche gewünschte Form, beispielsweise Haarnadelform, biegen lässt. Die leichte Verformbarkeit erleichtert auch das Walzen des Rohrheizkörpers, das üblicherweise vorgenommen wird, um das in ihn eingebrachte Füllmaterial zu verdichten.A high silicon content of 1 to 4%, for example, would Increase the strength and elasticity of the casing tube, but the Affect deformability. The proposed low silicon Salary has the advantage that the jacket pipe is easy plastically in the shape desired for a tubular heating element, for example hairpin shape, can bend. The easy deformability also facilitates the rolling of the tubular heater, which is usually is made to fill material introduced into it compacted.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung enthält die Legierung 4 bis 5 Gew.-% Molybdän. Der Molybdän-Anteil unterstützt die Beständigkeit des Mantelrohrs gegen Lochkorrosion und Spaltkorrosion sowie gegen Spannungsrisskorrosion.In a preferred embodiment of the invention, the alloy contains 4 to 5% by weight of molybdenum. The molybdenum content supports the durability the casing pipe against pitting and crevice corrosion as well as against Stress corrosion cracking.
Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Stahllegierung für das Mantelrohr preiswert auf dem Markt erhältlich ist und sich vergleichsweise einfach zu dem Rohrheizkörper formen lässt, so dass dieser trotz hoher Korrosionsbeständigkeit preisgünstig ist.Studies have shown that a steel alloy for the Jacketed pipe is inexpensive and available on the market comparatively easy to form the tubular heater, so that this is inexpensive despite high corrosion resistance.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen: Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the following description. In the Show drawing:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Rohrheizkörpers mit Mantelrohr und Fig. 1 shows a cross section of a tubular heater with jacket tube and
Fig. 2 eine Aufsicht eines Rohrheizkörpers. Fig. 2 is a plan view of a tubular heater.
Ein Rohrheizkörper 1 weist ein Mantelrohr 2 auf, in dem eine Heizleiter-
Drahtwendel 3 in eine thermisch leitende, elektrisch isolierende Masse
4, insbesondere Magnesiumoxid-Masse, eingebettet ist. Das Mantelrohr
2 besteht aus einer Stahllegierung mit:
Si: ≦ 1,0%
Cr: 16,5 bis 21%
Mo: 4 bis 5%
Ni: 12,5 bis 26%
N: 0,04 bis 0,22%.A tubular heating element 1 has a jacket tube 2 , in which a heating conductor wire coil 3 is embedded in a thermally conductive, electrically insulating mass 4 , in particular magnesium oxide mass. The casing tube 2 consists of a steel alloy with:
Si: ≦ 1.0%
Cr: 16.5 to 21%
Mon: 4 to 5%
Ni: 12.5 to 26%
N: 0.04 to 0.22%.
Untersuchungen haben gezeigt, dass für das Mantelrohr 2 insbesondere
eine erste Stahllegierung mit der Nr. 1.4439 (X2CrNiMoN 17-13-5) nach
"Stahlschlüssel", Verlag Stahlschlüssel Wegst GmbH, 1998, einsetzbar
ist, die enthält:
C: ≦ 0,03%
Si: ≦ 1,0%
Mn: ≦ 2,0%
P: 0,045%
S: 0,025%
Cr: 16,5 bis 18,5%
Mo: 4,0 bis 5,0%
Ni: 12,5 bis 14,5%
N: 0,12 bis 0,22%.Investigations have shown that, in particular, a first steel alloy with the number 1.4439 (X2CrNiMoN 17-13-5 ) according to " Stahlkey ", Verlag StahlKey Wegst GmbH, 1998, can be used for the casing tube 2 , which contains:
C: ≦ 0.03%
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P: 0.045%
S: 0.025%
Cr: 16.5 to 18.5%
Mo: 4.0 to 5.0%
Ni: 12.5 to 14.5%
N: 0.12 to 0.22%.
Das Mantelrohr 2 kann alternativ aus einer zweiten Stahllegierung mit
der Nr. 1.4539 (X1NiCrMoCuN 25-20-5) bestehen, die enthält:
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Mn: ≦ 2,0%
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S: 0,015%
Cr: 19,0 bis 21,0%
Mo: 4,0 bis 5,0%
Ni: 24,0 bis 26,0%
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Cu: 1,0 bis 2,0%.The casing tube 2 can alternatively consist of a second steel alloy with the number 1.4539 (X1NiCrMoCuN 25-20-5 ), which contains:
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P: 0.03%
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Ni: 24.0 to 26.0%
N: 0.04 to 0.15%
Cu: 1.0 to 2.0%.
Diese Stahllegierungen sind für andere Einsatzzwecke auf dem Markt erhältlich.These steel alloys are on the market for other uses available.
Das Mantelrohr 2 wird aus einem planen Blechstreifen der genannten Stahlsorte gerollt und anschließend an der Naht 5 verschweißt. Danach wird in üblicher Weise die Heizleiter-Drahtwendel 3 eingeführt, wonach die Masse 4 eingefüllt wird. Anschließend wird die Masse 4 durch Walzen des Mantelrohrs 2 verdichtet. Danach wird dann das Mantelrohr 2 geglüht und in die Gestalt des Rohrheizkörpers 1 (vgl. Fig. 2) gebogen.The casing tube 2 is rolled from a flat sheet metal strip of the type of steel mentioned and then welded to the seam 5 . Thereafter, the heating wire coil 3 is inserted in the usual way, after which the mass 4 is filled. The mass 4 is then compressed by rolling the casing tube 2 . Then the jacket tube 2 is then annealed and bent into the shape of the tubular heater 1 (see FIG. 2).
Der so hergestellte Rohrheizkörper hat sich bei preiswerter Herstellung sehr korrosionsfest gezeigt und eignet sich vor allem im Betrieb in Wasser, speziell bei einem Kochendwassertopf, Kochendwasserbereiter, Warmwasserspeicher, Dampferzeuger oder Durchlauferhitzer.The tubular heater produced in this way has an inexpensive manufacture shown very corrosion-resistant and is particularly suitable for use in Water, especially in a boiling water pot, Boiling water heater, hot water tank, steam generator or Heater.
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