DE10035097A1 - Immersion heating element used for changing, maintaining and/or comparing the bath temperature of a molten metal comprises an inner inductor arranged in a refractory casing having a flat cross-section and closed on its base - Google Patents
Immersion heating element used for changing, maintaining and/or comparing the bath temperature of a molten metal comprises an inner inductor arranged in a refractory casing having a flat cross-section and closed on its baseInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Tauchheizelement zur Änderung (Heizung und Kühlung) und/oder der Einhaltung und/oder Vergleichmässigung der Badtemperatur einer Flüssigkeit oder Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze, wie zum Beispiel flüssigen Stahls, mit einem fluidgekühlten, zum Beispiel luftgekühlten Inneninduktor, der in einen bodenseitig geschlossenen feuerfesten Mantel eingesetzt ist, welcher zum Aufheizen zumindest bereichsweise induktiv ankoppelbar ist.The invention relates to an immersion heater for modification (Heating and cooling) and / or compliance and / or Equalization of the bath temperature of a liquid or Melt, especially a molten metal, such as liquid steel, with a fluid-cooled one, for example air-cooled internal inductor, which is in a bottom side closed refractory jacket is used, which for Heating can be coupled inductively at least in some areas.
Ein solches Tauchheizelement ist in der nicht vorveröffentli chen älteren deutschen Patentanmeldung 499 00 915.5 be schrieben. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen und/oder Halten der Temperatur einer Stahlschmelze beim Stranggiessen mittels eines in die Schmelze eingetauchten feuerfesten rohrförmigen Formteils, das eine innenliegende Induktionsspule (Wendel)austauschbar aufnimmt, vorgeschlagen. Die Induktionsspule ist fluidgekühlt, zum Beispiel luftge kühlt. Zum Aufheizen der Schmelze wird der Schmelze Wärme durch Wärmeleitung von der Wandung des Formteils übertragen, das seinerseits an das induzierte elektromagnetische Wechsel feld der Induktionsspule ankoppelt.Such an immersion heater is not pre-published in the Chen older German patent application 499 00 915.5 be wrote. There is a method and an apparatus for Setting and / or maintaining the temperature of a molten steel during continuous casting using a dipped in the melt refractory tubular molding, which is an internal one Induction coil (coil) interchangeably, proposed. The induction coil is fluid-cooled, for example air-cooled cools. To heat the melt, the melt becomes heat transferred by heat conduction from the wall of the molded part, which in turn is due to the induced electromagnetic change field of the induction coil.
Beim Stranggießen von Stahl ist es aus Qualitätsgründen des Stranges erforderlich, den flüssigen Stahl in einem vor gegebenen, möglichst engen Temperaturbereich aus einem Tundish in die Kokille abzustechen. Dazu muß der flüssige Stahl in dem Tundish über eine lange Zeitspanne auf einem Temperaturniveau gehalten werden. Abgesehen davon muß die vorgegebene Temperatur möglichst gleichmäßig in dem gesamten Schmelzenbad eingestellt und aufrechterhalten werden. Zur Lösung letzterer Problematik macht die oben genannte ältere Patentanmeldung keine Angaben.When casting steel continuously, it is due to quality reasons Stranges required the liquid steel in a pre given the narrowest possible temperature range from a tundish to cut into the mold. For this, the liquid steel in the Tundish over a long period of time at a temperature level being held. Apart from that, the specified temperature as evenly as possible in the entire melt pool be set and maintained. To solve the latter The above-mentioned older patent application is problematic not specified.
Die DE 197 52 548 A1 betrifft ein Verfahren zum Einstellen und Halten der Temperatur, insbesondere einer Stahlschmelze, in engen Temperaturgrenzen über die Gießzeit beim Stranggießen, wobei das Absinken der Temperatur durch Erwärmen kompensiert wird. Verbessert wird das Verfahren dadurch, dass die Temperatur der Schmelze am Auslauf des Verteilergefäßes gemessen, das Messergebnis mit der vorgegebenen unteren Temperaturgrenze verglichen und die Schmelze bei Erreichen oder Unterschreiten des Grenzwertes so lange erwärmt wird, bis die Temperatur wieder innerhalb des Sollwert-Bereiches liegt. Dabei wird auch eine Erwärmung der Schmelze durch eine induktiv arbeitende Heizvorrichtung erwähnt, ohne dass die hierfür erforderlichen Mittel bzw. eine entsprechende Vorrichtung beschrieben sind.DE 197 52 548 A1 relates to a method for setting and Keeping the temperature, especially a molten steel, in narrow temperature limits over the casting time during continuous casting, the drop in temperature being compensated for by heating becomes. The process is improved in that the Temperature of the melt at the outlet of the distribution vessel measured, the measurement result with the given lower Temperature limit compared and the melt when reached or the temperature falls below the limit until the temperature is again within the setpoint range. This also involves heating the melt through a mentioned inductive heating device without the necessary means or a corresponding one Device are described.
Zur Beeinflussung der Temperatur eines solchen Schmelzenbades ist die Übertragung von grossen Wärmemengen erforderlich. Hierfür eignen sich grundsätzlich induktiv beheizte feuerfeste Bauteile mit einer grossen Oberfläche für den Wärmeaustausch. Zum induktiven Aufheizen eines kanalförmigen, d. h. im wesentlichen rechteckförmigen feuerfesten Formteils wird gemäß der DE 195 26 976 A1 ein wendelförmiger Inneninduktor vorgeschlagen, der nach dem Aufheizen wieder aus dem Innenraum des Formteils herausgenommen wird. Hierbei handelt es sich um das Aufheizen des Formteils als solchem, nicht aber seinen Einsatz zum Beheizen einer Schmelze.To influence the temperature of such a molten bath the transfer of large amounts of heat is required. Basically, inductively heated refractories are suitable for this Components with a large surface for heat exchange. For inductive heating of a channel-shaped, i.e. H. in the essential rectangular refractory molding is according to DE 195 26 976 A1 a helical inner inductor suggested that after heating again from the interior the molded part is removed. This is heating the molded part as such, but not his Use to heat a melt.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tauchheizelement vor zuschlagen, das eine möglichst grosse Wärmeübertragungsfläche aufweist, um den Wirkungsgrad beim Aufheizen beziehungsweise Abkühlen der Flüssigkeit oder Schmelze zu verbessern. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Tauchheizelement derart auszugestalten und/oder einzusetzen, dass das in seiner Temperatur zu regelnde Flüssigkeits- oder Schmelzenbad ein möglichst gleichmässiges Temperaturprofil in einem vor gegebenen engen Temperaturbereich zumindest an der Abstich öffnung des die Flüssigkeit oder Schmelze enthaltenden Gefässes einstellt. Schliesslich ist es Aufgabe der Erfindung, ein sicheres Abgiessen der Flüssigkeit oder Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze aus einem Tundish zu ermöglichen, selbst wenn die Temperatur der Schmelze nur wenige Kelvin über Liquidus beträgt.Based on the aforementioned prior art, the Invention based on the object, an immersion heater slam that the largest possible heat transfer area has to the efficiency when heating respectively Cool the liquid or melt to improve it. Furthermore, it is an object of the invention to provide an immersion heating element to design and / or use so that in its Temperature controlled liquid or melt bath temperature profile as uniform as possible in one given narrow temperature range at least at the racking opening of the liquid or melt containing Vessel. Finally, it is the object of the invention safe pouring of the liquid or melt, especially a molten metal from a tundish allow even if the temperature of the melt only is a few Kelvin above liquidus.
Zur Lösung der Aufgaben wird mit der Erfindung ein Tauchhei zelement vorgeschlagen, dessen feuerfester Mantel einen flachen Querschnitt aufweist. "Flach" soll in diesem Zu sammenhang "nennenswert länger als breit" heißen. Trotz seiner verhältnismässig kompakten Bauweise hat das so gestaltete Tauchheizelement eine grosse Oberfläche als Wärmeübergangs fläche mit dem z. B. schmelzflüssigen Bad. Da der Wärmeübergang im Wesentlichen mittels Wärmeleitung erfolgt, bietet die große Wärmeübergangsfläche entscheidende Vorteile. Das schmale, steife Profil eines z. B. rechteckförmigen Tauchheizelementes ermöglicht eine dünnwandige Bauweise, die aus energetischen Gründen vorteilhaft ist.To solve the problems with the invention a diving zelement suggested whose refractory jacket a has flat cross section. "Flat" should be in this Zu context is called "appreciably longer than wide". Despite his it has a relatively compact design Immersion heating element has a large surface area as heat transfer area with the z. B. molten bath. Because the heat transfer is mainly done by means of heat conduction, the large one offers Heat transfer surface decisive advantages. The narrow, stiff profile of a z. B. rectangular immersion heater enables a thin-walled construction, which consists of energetic Reasons is advantageous.
Die Oberfläche und damit die Wärmeaustauschfläche des Tauchheizelementes lässt sich vorteilhafterweise mittels eines ovalen und insbesondere mittels eines brillenförmigen Querschnitts noch vergrössern und gegebenenfalls weiterhin mittels einer geeigneten Strukturierung der eingetauchten Oberfläche. Für eine zusätzliche Vergrösserung der Wärme übergangsfläche des Tauchheizelementes ist die Mantelober fläche gegebenenfalls mit einer Oberflächenstrukturierung zum Beispiel in der Form von Leitrippen und/oder Leitauskehlungen versehen.The surface and thus the heat exchange surface of the Immersion heating element can advantageously be by means of a oval and in particular by means of an eyeglass-shaped Increase cross-section and, if necessary, continue by means of a suitable structuring of the immersed Surface. For an additional increase in heat The transition surface of the immersion heating element is the upper shell if necessary with a surface structure for Example in the form of guide ribs and / or guide grooves Mistake.
Wenn diese Leitelemente schräg zur Längsachse des Tauchheiz elementes angeordnet sind, wird der Kontakt des anströmenden Mediums intensiviert und damit der Wärmeübergang.If these guide elements are at an angle to the longitudinal axis of the immersion heater element are arranged, the contact of the incoming Medium intensifies and with it the heat transfer.
Für eine möglichst gleichmässige Temperaturbeaufschlagung des Tauchheizelementes haben sich flache, in nur einer Ebene gewickelte oder geschleifte Inneninduktoren bewährt. Solche Induktoren sind zum Beispiel sogenannte Pfannenkuchenindukto ren, die aus einem rechteckig gewickelten metallenen Hohl profil hergestellt sind, zumeist aus Kupfer. Diese Induktoren zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad aus.For the most uniform possible temperature application of the Immersion heater elements are flat, in only one level wound or looped internal inductors have proven their worth. Such For example, inductors are so-called pan cake inductors ren, which consist of a rectangular wound metal hollow profile, mostly made of copper. These inductors are characterized by high electrical efficiency.
Konstruktiv besonders einfach sind Induktorscheifen, die aus einem U-förmigen Metallrohr bestehen.The construction of inductor loops made of is particularly simple consist of a U-shaped metal tube.
Eine vorteilhafte Kombination ist ein im Querschnitt etwa brillenförmiger feuerfester Mantel mit einer U-förmigen Induktorschleife, deren Schenkel angenähert zentrisch in den Querschnittserweiterungen des Mantels verlaufen, um eine gleichmässige Aufheizung oder Kühlung des Mantels zu er möglichen. Oberhalb des Badspiegels überkragen die Schenkel den Mantel, sodass sie einfach mit den Anschlüssen für die elektrische Stromquelle und die Luftkühlung versehen werden können.An advantageous combination is approximately in cross section glasses-shaped fireproof coat with a U-shaped Inductor loop, the legs of which are approximately centered in the Cross-sectional enlargements of the jacket extend by one uniform heating or cooling of the jacket possible. The legs protrude above the bath level the coat so that it’s easy to connect to the electrical power source and air cooling can.
Eine unkomplizierte und sichere Handhabung im Betrieb ermöglicht ein mit dem Mantel fest verbundener Induktor als Baueinheit.An uncomplicated and safe handling in operation enables an inductor firmly connected to the jacket as Unit.
Am einfachsten wird das Tauchheizelement als Baueinheit durch Einformen eines hinreichend stabilen Induktors bei der Herstellung des Mantels hergestellt. Der Induktor kann in den Mantel eingepresst, mittels einer feuerfesten Masse eingegos sen oder eingemörtelt werden.The easiest way to do this is to use the immersion heater as a structural unit Forming a sufficiently stable inductor at the Manufacture of the jacket made. The inductor can be used in the Coat pressed in, cast in by means of a refractory mass or mortar.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das feuerfeste Material zwischen Mantel und Induktor eine elektrische und/oder thermische Isolierung ist, um einerseits Kurzschlüsse zu verhindern und andererseits den Induktor vor der Strahlungs wärme des Mantels zu schützen. Der Mantel selbst kann aber auch eine innere isolierende Wandschicht aufweisen.It is advantageous if the refractory material an electrical and / or between jacket and inductor Thermal insulation is, on the one hand, to short circuits prevent and on the other hand the inductor before the radiation to protect the heat of the jacket. The coat itself can also have an inner insulating wall layer.
Wenn der Mantel isostatisch gepresst wird, bietet es sich an, als den bei diesem Pressverfahren erforderlichen Kern als vorgefertigtes Bauteil den in einen elektrisch und/oder thermischen Isolator eingepackten Induktor zu benutzen.If the coat is pressed isostatically, it makes sense as the core required in this pressing process as Prefabricated component in an electrical and / or to use thermal insulator wrapped inductor.
Insbesondere bei sehr breiten Tauchheizelementen ist eine Isolierung als vorgefertigte Schale von Vorteil. Wenn sie aus zwei Halbschalen hergestellt ist, kann der Induktor zwischen diese gegebenenfalls formschlüssig eingesetzt werden. Die Halbschalen, die zur Aufnahme des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeit oder Schmelze innenseitig Versteifungs- oder Stützungsprofile aufweisen können, dienen ggf. auch zur Führung oder Stabilisierung der Induktorwindungen.Especially with very wide immersion heating elements Insulation as a prefabricated shell is an advantage. If they are out two half shells is made, the inductor can be between these may be used in a form-fitting manner. The Half shells, which absorb the hydrostatic pressure of the Liquid or melt inside stiffening or Support profiles can also serve for Guiding or stabilizing the inductor turns.
Die abdichtend zusammengesetzen, zum Beispiel verkitteten Halbschalen mit dem eingebauten Induktor können dann lösbar fest in den Mantel des Tauchheizelementes eingesetzt sein.The sealing together, for example cemented Half shells with the built-in inductor can then be detached be firmly inserted into the jacket of the immersion heating element.
Bei der erfindungsgemässen Verwendung eines Tauchheizelements zur gewünschten Einstellung der Temperatur des Bades einer Flüssigkeit oder einer Schmelze, wie zum Beispiel einer Stahlschmelze in beispielsweise einem Tundish, wird das Tauchheizelement so tief wie möglich in das Bad eingetaucht und mehr oder weniger zur Strömung der Flüssigkeit oder Schmelze angestellt. Diese Srömung stellt sich beim Abstechen der Flüssigkeit oder Schmelze von selbst ein. Der mit elektrischer Energie durch den luftgekühlten Induktor beaufschlagte Mantel wird induktiv aufgeheizt und überträgt seine Wärmeenergie mittels im wesentlichen Wärmeleitung auf den ihn beispielsweise umströmenden Stahl. Die durch das Anstellen des Mantels bedingten unterschiedlichen Strömungs wege intensivieren den Wärmeaustausch. Einen gleichen Effekt hat eine Neigung des Tauchheizelementes im Bad gegen die Vertikale.When using an immersion heating element according to the invention for the desired setting of the temperature of the bath Liquid or a melt such as one Melting steel in a tundish, for example, will Immersion heater immersed as deep as possible in the bathroom and more or less to the flow of the liquid or Melt turned on. This flow arises when tapping the liquid or melt by itself. The one with electrical energy through the air-cooled inductor loaded jacket is inductively heated and transferred its thermal energy by means of essentially heat conduction the steel flowing around it, for example. The through that Different flow caused by the jacket paths intensify the heat exchange. The same effect has an inclination of the immersion heating element in the bathroom against the Vertical.
Die vorbeschriebenen Vorteile stellen sich auch bei einer erwünschten Erniedrigung der Badttemperatur ein, wenn das Tauchheizelement oder mehrere Tauchheizelemente in die Flüssigkeit oder Schmelze eingetaucht und gegebenenfalls zur Strömung der Schmelze im Winkel und/oder schräg zur Vertikalen angestellt wird oder werden. In diesem Fall wird die Strom versorgung des Induktors abgestellt aber die Luftkühlung mehr oder weniger beibehalten. Der im Verhältnis kältere Mantel kühlt dann die ihn umströmende Flüssigkeit oder Schmelze.The advantages described above also apply to one desired lowering of the bath temperature, if that Immersion heating element or several immersion heating elements in the Immersed liquid or melt and optionally for Flow of the melt at an angle and / or at an angle to the vertical is or will be employed. In this case the electricity Supply of the inductor turned off but the air cooling more or less. The colder coat then cools the liquid or melt flowing around it.
Besondere Vorteile haben das erfindungsgemässe Tauchheizel ement und seine Verwendung zur Einstellung einer vorgegebenen Stahlbadttemperatur in einem Tundish zur Vergleichmässigung der Badtemperatur, die üblicherweise sowohl in horizontaler wie in vertikaler Richtung differiert. Durch die vorgeschlage ne Mikro- und/oder Makro-Aussenstruktur des Mantels, der zum Beispiel auf seiner Außenseite gerichtete Vorsprünge und/oder Rippen und/oder Auskehlungen aufweist, kann die Stahlschmelze beim Anströmen des Mantels sowohl horizontal als auch vertikal abgelenkt werden, sodass ein Mischeffekt eintritt, der zu einer Vergleichmässigung der Badtemperatur führt. Dieser Mischeffekt kann durch das Anstellen des Tauchheizelementes im Winkel zur Strömung der Schmelze und/oder schräg zur Vertikalen noch verstärkt werden. The immersion heater according to the invention has particular advantages ement and its use to set a predetermined Steel bath temperature in a tundish for uniformity the bath temperature, which is usually both horizontal as differentiated in the vertical direction. By the suggestion ne micro and / or macro outer structure of the shell, which for Example projections and / or directed on its outside Has ribs and / or grooves, the steel melt when flowing against the jacket both horizontally and vertically be distracted, so that a mixing effect occurs that leads to a more even bath temperature. This Mixing effect can be done by turning on the immersion heater at an angle to the flow of the melt and / or at an angle to Verticals are reinforced.
Beim Einsatz mehrerer Tauchheizelemente können diese nebenein ander und/oder hintereinander versetzt quer zur Strömungs richtung der Schmelze angeordnet werden, wodurch der ange strebte Mischeffekt verstärkt wird.If several immersion heating elements are used, these can coexist other and / or successively offset across the flow direction of the melt are arranged, whereby the ange sought mixed effect is amplified.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further goals, features, advantages and possible applications the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. In doing so all described and / or illustrated features for itself or in any combination the subject of Invention, regardless of its summary in individual claims or their relationship.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Tundish mit der Anordnung von erfindungsgemässen Tauchheizel ementen, Fig. 1 is a perspective view of a tundish ementen with the arrangement of this invention Tauchheizel,
Fig. 2 ein erfindungsgemässes Tauchheizelement mit im Schnitt etwa brillenförmigem Mantel und U-förmigem Induktor in Draufsicht, Fig. 2 shows an inventive immersion heater with an average of about brillenförmigem coat and a U-shaped inductor in plan view,
Fig. 3 das Tauchheizelement gemäss Fig. 2 in Seiten ansicht,View Fig. 3, the immersion heater according to FIG. 2 in pages,
Fig. 4a bis 4d schematisch einen in einer Ebene gewickelten Induktor (Pfannenkucheninduktor) und seine An ordnung in einem Isolator und in einem recht eckförmigen Mantel, FIGS. 4a to 4d schematically a wound in a plane inductor (Pfannenkucheninduktor) and its of order in an insulator and in a right-corner-shaped casing,
Fig. 5 einen Monoblockstopfen eines Stopfenstangenver schlusses als Tauchheizelement, und Fig. 5 shows a monoblock plug of a stopper rod closure as immersion heater, and
Fig. 6 einen Rotor bzw. Stator eines Stopfendrehver schlusses als Tauchheizelement. Fig. 6 shows a rotor or stator of a Stopfendrehver circuit as an immersion heater.
Gemäss Fig. 1 weist ein Tundish 1 in der Nähe seiner einen Schmalseite 11 in einem Tundishdeckel 13 eine Einlauföffnung 12 für flüssigen Stahl 2 auf, der aus einer darüber an geordneten nicht dargestellten Pfanne geregelt abgestochen wird, so dass sich in dem Tundish 1 ein Stahlbad 21 von bestimmter Badhöhe 22 einstellt. In einem Tundishboden 14 ist nahe der der ersten Schmalseite 11 gegenüberliegenden Schmalseite 15 eine Abstichöffnung 16 vorgesehen, durch die flüssiger Stahl 2 in eine darunter angeordnete nicht dar gestellte Kokille fließt, wo er erstarrt und als Strang abgezogen wird (nicht dargestellt). Schon der in den Tundish 1 einfließende Stahl 2 kann verfahrensbedingt unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Hinzu kommt eine Abkühlung des Stahles 2 in dem Tundish 1 in Folge von Wärmeverlusten durch die Tundishwände 17, den Tundishdeckel 13 und den Tundishboden 14, die trotz guter Isolierungen unvermeidlich sind. Hinzu kommt, dass die Temperatur des Stahlbades 21 nicht homogen ist. Die Folge hiervon können Qualitätsminderungen des Stranges sein.According to Fig. 1 comprises a tundish 1 in the vicinity of its one short side 11 in a Tundishdeckel 13 an inlet opening 12 for liquid steel 2, which is tapped from a superimposed controlled to parent not shown pan so that in the tundish 1, a steel bath 21 sets 22 of certain bath height. In a tundish floor 14 , a tap opening 16 is provided near the narrow side 15 opposite the first narrow side 11 , through which liquid steel 2 flows into a mold, not shown, arranged below, where it solidifies and is drawn off as a strand (not shown). Even the steel 2 flowing into the tundish 1 can have different temperatures due to the process. In addition, there is a cooling of the steel 2 in the tundish 1 as a result of heat losses through the tundish walls 17 , the tundish cover 13 and the tundish base 14 , which are inevitable despite good insulation. In addition, the temperature of the steel bath 21 is not homogeneous. The consequence of this can be a reduction in the quality of the strand.
Wenn die Stahltemperatur einen bestimmten Sollwertbereich nicht einhält, ist ebenfalls mit Qualitätseinbußen zu rechnen. Kühlt der flüssige Stahl 2 zu sehr ab, so friert er in der Abstichöffnung 16 ein und unterbricht den Strangguss. Andererseits ist eine Überhitzung des flüssigen Stahls 2 nicht zuletzt aus energetischen Gründen unerwünscht. Für bestimmte Stahlsorten empfielt es sich jedoch, so dicht wie möglich an der Liquidustemperatur der Stahlsorte zu vergießen.If the steel temperature does not comply with a certain setpoint range, quality losses can also be expected. If the liquid steel 2 cools down too much, it freezes in the tap opening 16 and interrupts the continuous casting. On the other hand, overheating of the liquid steel 2 is not least undesirable for energy reasons. For certain types of steel, however, it is advisable to cast as close as possible to the liquidus temperature of the steel type.
Durch die Anordnung und den Betrieb von erfindungsgemäßen Tauchheizelemente 3, die vorzugsweise, wie am Beispiel der Fig. 1 dargestellt, in Strömungsrichtung vor der Abstichöffnung 16 vorgesehen sind, kann das Stahlbad 21 in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. Es ist möglich, Temperatur unterschiede im Stahlbad auszugleichen, sodass die Temperatur des flüssigen Stahls 2 in dem Einlauf der Abstichöffnung 16 bis 6 Kelvin und weniger über Liquidustemperatur abgesenkt werden kann, ohne dass der Stahl einfriert.The arrangement and operation of immersion heating elements 3 according to the invention, which are preferably provided in the flow direction upstream of the tap opening 16 , as shown in the example of FIG. 1, enables the steel bath 21 to be kept in a certain temperature range. It is possible to compensate for temperature differences in the steel bath, so that the temperature of the liquid steel 2 in the inlet of the tap opening can be reduced by 16 to 6 Kelvin and less above the liquidus temperature without the steel freezing.
Um die Temperatur des Stahlbades 21 zu regeln, ist es erforderlich, dass grosse Wärmemengen von den Tauchheizel ementen 3 auf den flüssigen Stahl übertragen werden. Zu diesem Zweck kommen Tauchheizelemente 3 mit grossen Wärmetauscher flächen zum Einsatz, die einen im wesentlichen länglichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.In order to regulate the temperature of the steel bath 21 , it is necessary that large amounts of heat are transferred from the immersion heating elements 3 to the liquid steel. For this purpose immersion heating elements 3 with large heat exchanger surfaces are used, which have an essentially elongated rectangular cross section.
Ein solches Tauchheizelement 3 zeigen die Fig. 2 und 3. Der langgestreckte, im Einsatz das Stahlbad 21 überkragende und ggf. bis zum Tundishboden 14 reichende feuerfeste Mantel 31 des Tauchheizelementes 3 weist mit seinem etwa brillenförmigen Querschnitt eine grosse Oberfläche auf. Der Mantel 31 hat an seinem einzutauchenden Ende einen geschlossenen Boden 32 und er ist an seinem gegenüberliegenden, das Stahlbad 21 über kragenden Ende offen. Mit dem Mantel 31 fest verbunden ist ein Inneninduktor 4, in diesem Falle ein einfaches U-förmiges Metallrohr (Induktorschleife 42), das in der Regel aus Kupfer besteht. Die Schenkel 43 der Induktorschleife 42 verlaufen etwa mittig in den brillenförmigen Erweiterungen des feuer festen Mantels 31, wodurch eine gleichmäßige induktive Aufheizung beziehungsweise Kühlung des Mantels 31 erreicht wird. Im geschlossenen Boden 32 des Mantels 31, der flach oder abgerundet ausgebildet sein kann, sind die beiden Schenkel 43 zum Beispiel mittels eines U-förmigen Quersteges 44 mitein ander verbunden. An ihren freien Enden überkragen die Schenkel 43 den Mantel 31 so, dass sie mit den elektrischen nicht dargestellten Anschlüssen und den Anschlüssen für die Luftkühlung, die mit 48 (Zuluft) und 49 (Abluft) gekenn zeichnet sind, versehen werden können. Such an immersion heating element 3 is shown in FIGS . 2 and 3. The elongated, fireproof jacket 31 of the immersion heating element 3 , which projects over the steel bath 21 in use and possibly reaches the tundish floor 14 , has a large surface area with its approximately spectacle-shaped cross section. The jacket 31 has a closed bottom 32 at its end to be immersed and it is open at its opposite end, which projects over the steel bath 21 . An inner inductor 4 , in this case a simple U-shaped metal tube (inductor loop 42 ), which is generally made of copper, is firmly connected to the jacket 31 . The legs 43 of the inductor loop 42 run approximately centrally in the spectacle-shaped extensions of the refractory jacket 31 , as a result of which the jacket 31 is uniformly heated or cooled inductively. In the closed bottom 32 of the jacket 31 , which can be flat or rounded, the two legs 43 are connected to each other, for example by means of a U-shaped crossbar 44 . At their free ends, the legs 43 protrude from the jacket 31 so that they can be provided with the electrical connections, not shown, and the connections for air cooling, which are marked with 48 (supply air) and 49 (exhaust air).
Zwischen dem Mantel 31 und der Induktorschleife 42 ist eine thermische hochtemperaturfeste Isolierung 33 vorgesehen, um die Induktorschleife 42 vor der Wärmeabstrahlung des aufge heizten Mantels 31 zu schützen. Die Isolierung 33 weist gleichermassen die Eigenschaften eines elektrischen Isolators auf, um Kurzschlüsse zwischen der Induktorschleife 42 und dem elektrisch leitfähigen Mantel 31 auszuschliessen.Between the jacket 31 and the inductor loop 42 , thermal insulation resistant to high temperatures 33 is provided in order to protect the inductor loop 42 from the heat radiation from the heated jacket 31 . The insulation 33 likewise has the properties of an electrical insulator in order to exclude short circuits between the inductor loop 42 and the electrically conductive jacket 31 .
Um das Tauchheizelement 3 durch eine feste Verbindung des feuerfesten Mantels 31 mit dem Induktor 4 herzustellen, wird in den vorgefertigten, beispielsweise isostatisch gepressten und anschliessend getemperten Mantel 31 der Induktor 4 eingesetzt und mit einer geeigneten feuerfesten Isolierung 33 versehen, zum Beispiel vergossen, vermörtelt oder verpresst. Auf diese Weise ist der Induktor 4 in dem Mantel 31 festge legt.To prepare the immersion heater 3 by a fixed connection of the refractory shell 31 with the inductor 4, the inductor 4 is used in the pre-made, for example, isostatically pressed and subsequently annealed casing 31 and provided with a suitable refractory insulation 33, shed, for example, mortared or pressed. In this way, the inductor 4 is festge in the jacket 31 .
In den Fig. 4a bis 4d ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines rechteckförmigen Tauchheizelementes 3 mit einem in einer Ebene gewickelten Pfannenkucheninduktor 41 dargestellt. Auch diese Bauweise ermöglicht einen Einsatz in dem flachen angenähert rechteckigen feuerfesten Mantel 31. Die erforderliche Isolierung 33 besteht aus zwei vorgefertigten, zum Beispiel gepressten und gebrannten Halbschalen 35 aus einem geeigneten temperaturbeständigen Material, in die der Induktor 4 eingesetzt wird, wonach sie zu einer dichten Schale 34 zusammengefügt werden. Eine verkittete Nut- und Feder verbindung hat sich dabei bewährt.In FIGS. 4a to 4d, another embodiment is a rectangular dip heating element 3 is shown having a wound in a plane Pfannenkucheninduktor 41st This design also enables use in the flat, approximately rectangular, refractory jacket 31 . The required insulation 33 consists of two prefabricated, for example pressed and fired, half-shells 35 made of a suitable temperature-resistant material, into which the inductor 4 is inserted, after which they are joined to form a tight shell 34 . A cemented tongue and groove connection has proven itself.
Schon bei der Herstellung werden auf der Innenseite der Halbschalen 35 Versteifungsrippen 36 angeformt, auf die zumindest ein Teil der Induktorwindungen 45 beim Einbau aufgeschoben werden. Durch die Versteifungsrippen 36 werden nicht nur der Induktor 4, sondern auch die Wände der Isolie rung 33 stabilisiert. Die aneinandergrenzenden Versteifungsrippen 36 fangen auch den Aussendruck ab, der auf Grund des ferrostatischen Druckes der Schmelze über den Mantel 31 auf die Wände der Isolierung 33 ausgeübt wird. In eingebautem Zustand ist die Schale 34 der Isolierung 33 formschlüssig lösbar mit dem Mantel 31 verbunden.Already during production 35 stiffening ribs 36 are formed on the inside of the half-shells, onto which at least some of the inductor turns 45 are pushed during installation. The stiffening ribs 36 not only stabilize the inductor 4 , but also the walls of the insulation 33 . The adjoining stiffening ribs 36 also absorb the external pressure which is exerted on the walls of the insulation 33 via the jacket 31 due to the ferrostatic pressure of the melt. In the installed state, the shell 34 of the insulation 33 is detachably connected to the jacket 31 .
Um die Temperatur des Stahlbades 21 in dem Tundish 1 vor der Abstichöffnung 16 auf ein vorgegebenes Temperaturfenster einzustellen und zu vergleichmässigen, wird folgendermassen verfahren: In den Tundish 1 werden entsprechend seiner Breite mehrere Tauchheizelemente 3, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwei Tauchheizelemente 3, quer vor der Abstichöffnung 16 installiert oder nach dem Füllen des Tundish 1 mit flüssigem Stahl 2 in das Stahlbad eingetaucht. Die rechteckigen, elliptischen oder brillenförmigen Tauchheizelemente 3 werden in einem Winkel bis quer gegen die Stahlströmung S im Tundish 1 angestellt, die sich vom Bereich der Einlauföffnung 12 zum Bereich der Abstichöffnung 16 ausbildet. Die Tauchheizelemente 3 können dabei in der Tiefe gestaffelt sein, mit einem Tauchheizelement 3 in der Mitte und links und rechts davon in Stömungsrichtung dahinter und seitlich versetzt, jeweils ein weiteres Tauchheizelement 3. Um die Stahlströmung S möglichst weit seitlich auszulenken, sind die Tauchheizelemente 3 überlappend angeordnet.In order to adjust the temperature of the steel bath 21 in the tundish 1 in front of the tap opening 16 to a predetermined temperature window and to make it uniform, the following procedure is followed: in the tundish 1 , a plurality of immersion heating elements 3 , in the exemplary embodiment of FIG. 1 two immersion heating elements 3 , are transversely aligned installed in front of the tap opening 16 or immersed in the steel bath after filling the tundish 1 with liquid steel 2 . The rectangular, elliptical or spectacle-shaped immersion heating elements 3 are positioned at an angle to the steel flow S in the tundish 1 , which is formed from the area of the inlet opening 12 to the area of the tap opening 16 . The immersion heating elements 3 can be staggered in depth, with an immersion heating element 3 in the middle and to the left and right of it in the flow direction behind and laterally offset, in each case a further immersion heating element 3 . In order to deflect the steel flow S laterally as far as possible, the immersion heating elements 3 are arranged to overlap.
Der feuerfeste Mantel 31 der Tauchheizelemente 3 wird induktiv aufgeheizt, wenn die Stahltemperatur des Stahlbades 21 unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Ist die Temperatur zu hoch, zum Beispiel beim Angiessen einer neuen Pfanne, so wird die elektrische Energie der Tauchheizelemente 3 abgestellt, nicht aber die Luftkühlung der Induktoren 4. Sie kann noch durch eine externe Kühlung verstärkt werden, zum Beispiel durch Kühlkanäle in dem Mantel 31 oder in der Isolierung 33. Die Kühlkanäle können aber auch in der Grenzschicht zwischen dem Mantel 31 und der Isolierung 33 als Auskehlung im Mantel und/oder der Isolierung vorgesehen sein, die dann beim Einsetzen der Isolierung in den Mantel 31 längsseitig geschlossen werden. In Abhängigkeit der herrschenden Tempera turverteilung vor den Tauchheizelementen 3 kann die Strömung von innen nach aussen oder von aussen nach innen abgelenkt werden, um unterschiedliche Temperaturen und/oder Temperatur verluste auszugleichen. Für einen besseren Wirkungsgrad des Wärmeüberganges kann die Oberfläche des feuerfesten Mantels 31 mit einer Aussenstruktur 37 versehen sein. Die wirksame Wärmetauscherfläche wird noch vergrössert durch Leitrippen oder Leitvorsprünge 38 oder auch durch Leitauskehlungen 39 auf oder in dem Mantel 31. Diese Außenstruktur 37 bzw. Leitelemente 38, 39 können die zusätzliche Funktion haben, die Stahlströmung S in vertikaler Richtung auszulenken, um Temperaturunterschiede in der Tiefe des Stahlbades 21 auszugleichen. Zu diesem Zweck sind sie in einem Winkel zum Badspiegel auf oder in dem Mantel 31 angeordnet.The fireproof jacket 31 of the immersion heating elements 3 is heated inductively when the steel temperature of the steel bath 21 drops below a predetermined value. If the temperature is too high, for example when pouring a new pan, the electrical energy of the immersion heating elements 3 is switched off, but not the air cooling of the inductors 4 . It can be reinforced by external cooling, for example by cooling channels in the jacket 31 or in the insulation 33 . However, the cooling channels can also be provided in the boundary layer between the jacket 31 and the insulation 33 as a groove in the jacket and / or the insulation, which are then closed on the longitudinal side when the insulation is inserted into the jacket 31 . Depending on the prevailing temperature distribution in front of the immersion heating elements 3 , the flow can be deflected from the inside out or from the outside in to compensate for different temperatures and / or temperature losses. For a better efficiency of the heat transfer, the surface of the refractory jacket 31 can be provided with an outer structure 37 . The effective heat exchanger area is further increased by guide ribs or guide projections 38 or also by guide grooves 39 on or in the jacket 31 . This outer structure 37 or guide elements 38 , 39 can have the additional function of deflecting the steel flow S in the vertical direction in order to compensate for temperature differences in the depth of the steel bath 21 . For this purpose, they are arranged at an angle to the bathroom mirror on or in the jacket 31 .
Den gleichen und/oder einen unter stützenden Effekt hat ein gegen die Stahlströmung schräg angestelltes Tauchheizelement 3.The same and / or a supporting effect has an immersion heating element 3 inclined against the steel flow.
Durch die genannten Maßnahmen lässt sich mittels erfindungs gemäßer Tauchheizelemente 3 ein vorgegebener Temperaturbereich in dem Stahlbad 21 zumindest vor dem Abstich gleichmässig einstellen, kältere Strähnen des Stahls, zum Beispiel im Bereich des Tundishbodens 14, können ausgeglichen werden, so dass es zu keinen Stahl- und/oder Tonerdeansätzen im Bereich der Abstichöffnung 16 oder des darüber anstehenden Monoblock stopfens 51 eines gegebenenfalls vorgesehenen Stopfenstangen verschlusses 5 kommt. Insgesamt kann die Temperatur des Stahlbades 21 im Tundish 1 sehr tief abgesenkt werden, da ein Einfrieren des flüssigen Stahls im Abstichbereich erschwert ist. By means of the measures mentioned, immersion heating elements 3 according to the invention allow a predetermined temperature range in the steel bath 21 to be set uniformly, at least before the tapping, colder strands of the steel, for example in the region of the tundish base 14 , can be compensated, so that there are no steel and / or alumina approaches in the region of the tap opening 16 or the monoblock stopper 51 above it, where appropriate a stopper rod closure 5 comes. Overall, the temperature of the steel bath 21 in the tundish 1 can be lowered very low, since it is difficult to freeze the liquid steel in the tapping area.
Wenn der Monoblockstopfen 51 eines an sich bekannten Stopfen stangenverschlusses 5 (Fig. 5) oder der in dem Stahlbad 21 stehende Rotor 61 bzw. Stator 62 eines an sich bekannten Drehstopfenverschlusses 6 (Fig. 6) mit einem luftgekühlten wendelförmigen Inneninduktor 4 ausgerüstet, als Tauchheizel ement 3 alleine oder besser in Kombination mit anderen, vorbeschriebenen Tauchheizelementen 3 verwendet wird, ist die Effizienz der Temperaturregelung besonders gross, da direkt im Auslaufbereich der Abstichöffnung 16 die Stahltemperatur beeinflusst werden kann. When the mono-block stopper 51 of a known stopper rod shutter 5 (Fig. 5) or the standing within the steel bath 21 rotor 61 and stator 62 of a per se known rotary plug closure 6 (Fig. 6) equipped with an air-cooled helical interior inductor 4, as Tauchheizel ement 3 alone or better in combination with other, described immersion heating elements 3 , the efficiency of the temperature control is particularly great, since the steel temperature can be influenced directly in the outlet area of the tap opening 16 .
11
Tundish
tundish
1111
erste Schmalseite des Tundish
first narrow side of the tundish
1212
Einlauföffnung
inlet opening
1313
Tundishdeckel
Tundishdeckel
1414
Tundishboden
Tundishboden
1515
zweite Schmalseite des Tundish
second narrow side of the tundish
1616
Abstichöffnung
tapping opening
1717
Tundishwände
Tundishwände
22
flüssiger Stahl
molten steel
2121
Stahlbad
Stahlbad
2222
Stahlbadhöhe
Stahlbadhöhe
33
Tauchheizelement
immersion heater
3131
feuerfester Mantel
fireproof coat
3232
Boden des feuerfesten Mantels
Bottom of the refractory jacket
3333
Isolierung
insulation
3434
Schale
Bowl
3535
Halbschale der Isolierung
Half shell of the insulation
3636
Versteifungsrippe/Stützvorsprünge
Stiffening rib / support projections
3737
Aussenstruktur
Outside structure
3838
Leitrippe, Leitvorsprung
Guide rib, guide ledge
3939
Leitauskehlung
Leitauskehlung
44
Inneninduktor
interior inductor
4141
Induktorspirale
Induktorspirale
4242
Induktorschleife
inductor
4343
Schenkel der Induktorschleife
Leg of the inductor loop
4444
Quersteg der Induktorschleife
Cross bar of the inductor loop
4545
Induktorwindungen
inductor windings
4646
Nut
groove
4747
Feder
feather
4848
Zuluft
supply air
4949
Abluft
exhaust
55
Stopfenstangenverschluss
Stopper rod closure
5151
Monoblockstopfen
Monoblock stoppers
66
Drehstopfenverschluss
Rotary plug closure
6161
Rotor
rotor
6262
Stator
S Strömung des flüssigen Stahls
stator
S flow of molten steel
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