DE1558439B1

DE1558439B1 - Verwendung einer eisenlegierung fuer oxydations und zund erbbestaendige teile

Info

Publication number: DE1558439B1
Application number: DE19671558439
Authority: DE
Inventors: Hartley Sidney Benjamin; Lowe Edward James
Original assignee: Albright and Wilson Mfg Ltd
Current assignee: Albright and Wilson Mfg Ltd
Priority date: 1966-05-09
Filing date: 1967-04-27
Publication date: 1972-02-03
Also published as: US3533758A; LU53616A1; GB1193061A; CH497536A; BE698133A; NL6706398A; AT294163B

Description

werden die Legierungen, die 6 bis 9 °/₀ Phosphor enthalten, bevorzugt. Wenn jedoch eine größere Festigkeit oder leichteres Gießen erforderlich ist, kann der Phosphorgehalt herabgesetzt werden, wobei man Legierungen erhält, die z. B. 2,5 bis 5 Gewichtsprozent Phosphor enthalten. Es ist erwünscht, daß die Legierungen andere Elemente als Eisen und Phosphor in einer Gesamtmenge von weniger als 10 Gewichtsprozent, z. B. 2 bis 7 Gewichtsprozent, enthalten. Zu anderen Elementen, welche vorhanden sein können, gehören Kohlenstoff, Silicium, Vanadium, Chrom, Mangan, Kobalt und Nickel. Der Siliciumgehalt ist normalerweise 1 bis 5,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise nicht größer als der, der erhalten wird, wenn Ferrophosphor in einen üblichen Graueisenguß eingearbeitet wird, z. B. bis 3 %. Die Gesamtmenge von Silicium und Phosphor ist weniger als 15 Gewichtsprozent, da bei höheren Anteilen die Zusammensetzung aufhört, eine Legierung von freiem Eisen zu sein und aus einer Mischung von Eisenphosphiden und/oder Eisensiliciden besteht. Der Kohlenstoffgehalt ist vorzugsweise geringer als 5 Gewichtsprozent und am meisten bevorzugt weniger als 3°/₀. In typischen Fällen ist die Menge des Kohlenstoffes 1,5 bis 2,5 Gewichtsprozent. Andere verträgliche Metalle sind üblicherweise in einer Menge von 0 bis 5 Gewichtsprozent vorhanden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen können bequem hergestellt werden, indem Ferrophosphor zu geschmolzenem Eisen oder eine andere Eisenlegierung, die als Hauptanteil Eisen enthält, hinzugegeben wird oder indem Eisen und Ferrophosphor zusammengeschmolzen werden. Wahlweise kann auch elementarer Phosphor direkt zu einem geschmolzenen Eisen oder einer Eisenlegierung hinzugegeben werden. Das Eisen kann eine Schmelze sein, wie sie für die Herstellung von gewöhnlichem Gußeisen, z. B. Grauguß, brauchbar ist.

Der Ausdruck »Ferrophosphor«, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Eisen-Phosphor-Zusammensetzung, die als Nebenprodukt beim elektrischen Reduktionsverfahren für die Herstellung von Phosphor erhalten wird, und besteht aus einer Mischung von Eisenphosphiden. Gewöhnlicher Ferrophosphor enthält als Hauptanteil Eisen, 20 bis 30 Gewichtsprozent Phosphor und andere Elemente (wie z. B. Silicium, Vanadium, Chrom, Mangan, Kobalt und Nickel) in einer Gesamtmenge von weniger als 15%.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen sind von besonderem Wert bei der Konstruktion von Wärmespeichern. In der älteren Patentanmeldung P 14 54 256.4-24 ist die Verwendung von Ferrophosphor zur Konstruktion von Wärmespeichern vorgeschlagen, wobei gefunden wurde, daß Ferrophosphor eine ungewöhnlich hohe Wärmekapazität hat. Ferrophosphor hat jedoch den Nachteil, daß es wegen seiner Sprödigkeit und geringen Druckfestigkeit schwierig ist, genügend feste, selbsttragende Gußstücke für die übliche Verwendung in Wärmespeicherkernen herzustellen. Bisher hat es sich als notwendig erwiesen, körnigen Ferrophosphor mit einem keramischen Bindemittel, wie feuerfestem Ton, zu sintern, um ein Material zu erhalten, das für diese Verbindungen genügend fest ist. Dies hatte den Nachteil, daß der erhaltene zusammengesetzte Körper eine beträchtlich herabgesetzte Wärmekapazität hatte, so daß die Wärmereservoire unzweckmäßig sperrig waren, wenn sie eine geeignete Wärmespeicherung schafften. Dies ist ein Nachteil besonders für Heizöfen in Wohnräumen. Keramische Materialien und die zusammengesetzten Körper haben eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, wodurch Lagerung und Wiedergewinnung von Wärme verhindert werden.

Es wurde auch vorgeschlagen, gewöhnliches Gußeisen zur Herstellung von Wärmespeichern zu verwenden. Gußeisen hat jedoch zwei schwerwiegende Nachteile. Erstens hat es eine unerwünscht niedrige Wärmekapazität. Zweitens erleidet Gußeisen oxydatione Korrosion und Zündern bei den normalen Betriebstemperaturen von Wärmespeichern. Diese Korrosion begrenzt den brauchbaren Temperaturbereich, in welchem es möglich ist, Gußeisen zu verwenden.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß die gemäß der Erfindung verwendeten Legierungen eine bedeutend größere Wärmekapazität in ihrem brauchbaren Bereich haben als normales Gußeisen oder als keramische Materialien, die bisher vorgeschlagen wurden. Daher ist es möglich, Legierungen gemäß der Erfindung zu verwenden, um wirksame Haushaltswärmespeicher zu konstruieren, die schlanker und weniger sperrig sind als die bisher verfügbaren. Zusätzlich wurde gefunden, daß die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen einen stark verbesserten Widerstand gegen Hochtemperaturkorrosion besitzen. Dies ist überraschend, da sie chemisch freies Eisen enthalten und es deshalb zu erwarten gewesen wäre, daß sie leicht korrodieren.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen sind wesentlich fester als Ferrophosphor und können leicht zu selbsttragenden Kernen für Wärmespeicher gegossen werden. Sie haben eine bedeutend größere Wärmeleitfähigkeit als feuerfester Ton oder keramische Zusammensetzungen, die körnigen Ferrophosphor enthalten, wie sie bisher verwendet wurden. Legierungen, wie sie nach vorliegender Erfindung verwendet werden, können zur Herstellung von Wärmereservoiren auf alle Arten verwendet werden, wie sie in der Patentanmeldung P 14 54 256.4-24 beschrieben und erläutert sind, d. h., die Legierung kann auch mit keramischem Material gesintert sein.

Legierungszusammensetzungen, wie sie gemäß der Erfindung verwendet werden, werden durch die folgenden Beispiele erläutert:

Beispiele 1 bis 4

Gußeisenschrott und Ferrophosphor, der 24,8% Phosphor enthält, werden in Ansätzen von 4,5 kg in einem Kohlenstofftiegel, der durch Induktion geheizt wird, geschmolzen.

Es wurden die folgenden Legierungen hergestellt:

% Phosphor .
% Kohlenstoff
% Silicium ...

	Beispiel	3
1	2	4,2
12,0	5,6	3,1
1,2	2,3	2,2
1,9	2,6

2,0

3,25 2,2

Der Rest auf 100 bestand in jedem Fall im wesentlichen aus Eisen mit weniger als 0,5% anderen Elementen. Die Legierungsproben wurden leicht zu Blöcken gegossen, die eine größere Druckfestigkeit als Ferrophosphor hatten. Es wurde gefunden, daß die Blöcke verhältnismäßig widerstandsfähig gegen Hochtemperaturkorrosion waren im Vergleich mit einem üblichen Grauguß.

Beispiele 5 bis 9

Ferrophosphor und Gußeisenschrott wurden in einem koksgeheizten Kupolofen geschmolzen. Die folgenden Legierungen wurden hergestellt:

% Phosphor .
% Kohlenstoff
°/₀ Silicium ..
% Chrom ...
% Mangan...

	6	Beispie	8
5	< < 5',6	•η	8,3
4,4	2,45	7,0	1,70
2,48	1,45	2,02	1,19
1,53	0,10	1,08	0,13
0,05	0,37	0,11	0,37
0,21	0,33

9,7

1,43

1,24

0,16

0,30 Der Rest bestand in jedem Fall im wesentlichen aus Eisen mit weniger als 0,2 % anderer Elemente.

Die Proben wurden leicht zu Blöcken gegossen, welche guten Widerstand gegen Hochtemperaturoxydation zeigten und besonders geeignet waren zur Verwendung bei der Herstellung ■ von Wärmespeicherkernen.

Beispiel 10

Die Legierung von Beispiel 8 wurde mit den drei am häufigsten verwendeten Wärmespeichermaterialien verglichen.

Legierung
Nr. 8

Gußeisen

Schamottestein

Magnesit

Wärmekapazität pro Volumeinheit, kcal/m^{3 0}F

Brauchbarer Temperaturbereich, ⁰C

Wärmekapazität pro Volumeinheit im brauchbaren Temperaturbereich, kcal/m³

577,61
50 bis 750

728 910

559,81
50 bis 600

554470

292,81 100 bis 700

315 950

404,95 100 bis 700

436 990

Es ist aus den obigen Zahlen ersichtlich, daß wesent- als in irgendeinem der anderen Materialien, die üblich mehr Wärme in einem gegebenen Volumen der er- 25 licherweise zum Aufbau von Wärmereservoiren verfindungsgemäßen Legierung gespeichert werden kann wendet werden.

Claims

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Eisen-Patentansprüche: Phosphor-Legierung, die aus 2 bis 15% Phosphor, 0 bis 10% Vanadium, Chrom, Mangan, Kobalt und

1. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung, Nickel, einschließlich Silicium, Kohlenstoff und herdie aus 2 bis 15 % Phosphor, 0 bis 10 % Vanadium, 5 stellungsbedingten Verunreinigungen, einzeln oder zu Chrom, Mangan, Kobalt und Nickel, einschließ- mehreren, Rest Eisen, besteht und bei der die Summe lieh Silicium, Kohlenstoff und herstellungsbeding- aus Silicium und Phosphor kleiner als 15% ist, zur ten Verunreinigungen, einzeln oder zu mehreren, Herstellung von Teilen, die oxydations- und zunder-Rest Eisen, besteht und bei der die Summe aus Si- beständig sein müssen.

licium und Phosphor kleiner als 15 % ist, zur Her- io Normales Gußeisen enthält kleine Mengen von Koh-

stellung von Teilen, die oxydations- und zünder- lenstoff, Phosphor, Silicium, Mangan und Spuren

beständig sein müssen. anderer Elemente. Ein Teil des Eisens ist in chemisch

2. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung gebundener Form als Carbid, Silicid oder Phosphid nach Anspruch 1, die jedoch 4,5 bis 10% Phosphor vorhanden, und die Hauptmenge der Legierung beenthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 15 steht aus chemisch freiem metallischem Eisen, welches

3. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung mit anderen Metallen legiert sein kann. Die Metallurgen nach Anspruch 1, die jedoch 6 bis 9 % Phosphor haben bisher sorgfältig darauf geachtet, daß die Anenthält, für den Zweck nach Anspruch 1. Wesenheit mehr als kleiner Mengen Phosphor in Guß-

4. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung eisen oder Stählen vermieden wird, da es von Eisennach Anspruch 1, die jedoch 2,5 bis 5 % Phosphor 20 legierungen, die mehr als ungefähr 0,2 bis 0,5 Gewichtsenthält, als Gußlegierung für den Zweck nach An- prozent Phosphor enthalten, bekannt ist, daß sie unerspruch 1. wünscht spröde sind, und es wird angenommen, daß die

5. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung Sprödigkeit mit steigendem Phosphorgehalt zunimmt, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jedoch Für bestimmte Spezialzwecke wurden Eisenlegieder Gesamtgehalt der anderen Legierungselemente 25 rangen empfohlen, die 0,5 bis 1 Gewichtsprozent 2 bis 7% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1. Phosphor enthalten, aber es wurde bisher niemals in

6. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung Betracht gezogen, daß eine Legierung von chemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit der Maß- freiem Eisen, die mehr als 1 Gewichtsprozent Phosgabe, daß der Siliciumgehalt 1 bis 5,5% beträgt, phor enthält, mit Erfolg bei der Herstellung von Gefür den Zweck nach Anspruch 1. 30 genständen angewendet werden könnte.

7. Verwendung einer Eisen-Phosphor-Legierung Die bestehenden Legierungen aus chemisch freiem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit der Maß- Eisen haben den Nachteil, daß sie zur Oxydation neigabe, daß der Siliciumgehalt 2 bis 3 % beträgt, für gen, besonders wenn sie bei hohen Temperaturen verden Zweck nach Anspruch 1. wendet werden, wie für Ofenteile, Feuerstangen,

8. Verwendung einer Legierung nach einem der 35 Wärmespeicher und ähnliche Anwendungen. Diese Ansprüche 1 bis 7, bei der der Kohlenstoffgehalt Oxydation ergibt Korrosion, Zunderbildung, und bei unter 5 % liegt, für den Zweck nach Anspruch 1. genügend hohen Temperaturen kann sogar eine pyro-

9. Verwendung einer Legierung nach einem der phore Verbrennung zumindest örtlich eintreten.
Ansprüche 1 bis 7, bei der der Kohlenstoffgehalt Mit der erfindungsgemäß verwendeten Eisen-Phosunter 3 % liegt, für den Zweck nach Anspruch 1. ₄₀ phor-Legierung werden dagegen Teile erhalten, die

10. Verwendung einer Legierung nach einem der sich für die Verwendung in Umgebungen eignen, die die Ansprüche 1 bis 9, bei der der Kohlenstoffgehalt Hochtemperaturoxydation von Gußeisen begünstigen. 1,5 bis 2,5% beträgt, für den Zweck nach An- Eine besonders bevorzugte Verwendungsform diespruch 1. ser Eisen-Phosphor-Legierung schafft einen Wärme-

11. Verwendung einer Legierung nach einem der 45 speicher, der ein Wärmereservoir hat, das zumindest Ansprüche 1 bis 10 als Wärmespeicherwerkstoff. teilweise aus der Eisen-Phosphor-Legierung besteht

12. Verwendung einer Legierung nach einem der und aus Mitteln, um ihm Wärme zuzuführen.
Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Gieß- Weitere Durchführungsformen der Erfindung schafkokillen. fen Gießkokillen (insbesondere Kokillen für die Ver-

13. Verwendung einer Legierung nach einem der 50 Wendung mit Nichteisenmetallen, wie Aluminium und Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Regene- Zink), Regenerativwärmeaustauscher, Schlackenpfanrativwärmeaustauschern. nen (für nichtbasische Schlacken), Feuerstangen, För-

14. Verwendung einer Legierung nach einem der dervorrichtungen in Tunnelofen, Heizplatten. Es wurde Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Schlacken- ebenfalls gefunden, daß die oben angegebenen Eisenpfannen für nichtbasische Schlacken. 55 Phosphor-Legierungen bei der Herstellung von Mühlen

15. Verwendung einer Legierung nach einem der und Mahlausrüstungen brauchbar sind. Zum Beispiel Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Feuer- können Drehmühlen oder Mühlen mit Drehantrieb stangen. hergestellt werden, die gegossene Kugeln, Stangen oder

16. Verwendung einer Legierung nach einem der andere Gegenstände enthalten, die aus der oben beAnsprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Förder- 60 schriebenen Eisen-Phosphor-Legierungen hergestellt Vorrichtungen in Tunnelöfen. sind.

17. Verwendung einer Legierung nach einem der Bevorzugte Legierungen für die Verwendung zur Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Heiz- Herstellung von Gegenständen gemäß der Erfindung platten. enthalten mehr als 4,5% und am meisten bevorzugt

18. Verwendung einer Legierung nach einem der 65 mehr als 6 Gewichtsprozent Phosphor, besonders für Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von gegossenen Anwendungsformen, bei welchen Widerstand gegen Kugeln und Stangen für Mahleinrichtungen. Zündern bei hoher Temperatur über längere Zeitdauer

ein wichtiger Faktor ist. Für diese Anwendungsformen