DE19603607A1

DE19603607A1 - Mehrbereichsinduktoreinrichtung

Info

Publication number: DE19603607A1
Application number: DE19603607A
Authority: DE
Inventors: Raimund Dipl Ing Brueckner; Daniel Ing Grad Grimm; Steve Lee
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-04-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrbereichsinduktoreinrichtung zum induktiven Aufheizen wenigstens eines feuerfesten Formteils für den Ausguß von Schmelze, insbesondere Metallschmelze.

In der DE 38 42 690 A1 ist ein feuerfester Ausguß für eine Stranggießanlage mit einer Induktionsspule beschrieben. Die Ausgußinnenwand besteht aus einem mindestens bei Liquidus-Temperatur der Metallschmelze elektrisch leitfähigen, induktiv aufheizbaren keramischen Material.

Die DE 41 08 153 A1 zeigt eine Ausgußhülse eines metallurgischen Gefäßes, die durch einen Induktor aufheizbar ist. Sowohl bei der DE 38 42 690 A1 und der DE 41 08 153 A1 ist der Induktor als Außeninduktor ausgebildet, der den Ausguß außen umschließt. Eine Aufheizung eines dem Ausguß zugeordneten Stopfens ist in beiden Fällen nicht beschrieben. Der Stopfen wird oft durch eine separate Wärmequelle außerhalb des Gefäßes vorgeheizt. Dies ist umständlich.

In der Patentanmeldung P 195 26 970.5-24 ist ein Inneninduktor beschrieben, der in einen Eintauchausguß eines metallurgischen Gefäßes einschiebbar ist und der nach dem Aufheizen herausgezogen wird. Ein Rohrabschnitt aus feuerfestem keramischem Fasermaterial, der auf den Inneninduktor aufgeschoben ist, dient der Zentrierung des Inneninduktors im Eintauchausguß. Eine Möglichkeit zur Aufheizung eines dem Eintauchausguß zugeordneten Stopfens ist auch hier nicht angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mehrbereichsinduktoreinrichtung vorzuschlagen, mit der sich gleichzeitig verschiedene Bereiche des Ausgusses aufheizen lassen.

Obige Aufgabe ist dadurch gelöst, daß mindestens ein Inneninduktor und ein Außeninduktor zum Aufheizen des Ausgusses verwendet werden.

Durch die Mehrbereichsinduktoreinrichtung ist erreicht, daß bei einem feuerfesten Schmelzenausguß einerseits vorteilhaft von innen aufzuheizende Bereiche und andererseits vorteilhaft von außen aufzuheizende Bereiche induktiv so aufgeheizt werden können, daß die kritischen Zonen des Ausgusses vor dem Gießbeginn auf die für den Schmelzenausguß nötige Temperatur gebracht werden können. Das vor dem Gießbeginn nötige Aufheizen des Ausgusses ist damit wesentlich vereinfacht.

Die Mehrbereichsinduktoreinrichtung eignet sich zum Aufheizen der Formteile verschiedenster Ausgußsysteme; beispielsweise für Stopfen-Ausgußsysteme und Eintauchausgüsse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Mehrbereichsinduktoreinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilansicht eines metallurgischen Gefäßes mit mehreren Stopfen-Ausguß-Systemen, wobei zur zeichnerischen Vereinfachung zwei verschiedene Stopfen-Ausguß-Systeme am gleichen Gefäß dargestellt sind,

Fig. 2 eine einteilige Mehrbereichsinduktoreinrichtung bei einem der Stopfen-Ausguß-Systeme nach Fig. 1 schematisch und

Fig. 3 eine zweiteilige Mehrbereichsinduktoreinrichtung bei einem Eintauchausguß.

Ein metallurgisches Gefäß (1) weist, beispielsweise bei einer Stranggießanlage, mehrere gleiche Ausgüsse (2) auf. In Fig. 1 sind als Ausgüsse (2) ein Eintauchausguß (3) und ein Schattenrohr (4) mit Ausgußhülse (5) gezeigt. Jedem Ausguß (2) ist ein Stopfen (6) zugeordnet, der mittels eines Gestänges (7) von außerhalb des Gefäßes (1) beweglich ist. Der Stopfen (6) läßt sich mittels des Gestänges (7) kippen und/oder verschwenken und/oder aus dem Gefäß (1) herausziehen. Mittels des Stopfens (6) ist der Ausguß (2) zu öffnen bzw. zu verschließen.

Es ist ein Mehrbereichsinduktor (8) vorgesehen (vgl. Fig. 2). Dieser bildet eine vom Ausguß (2) und dem Stopfen (6) separate Baueinheit. Der Mehrbereichsinduktor (8) weist eine Induktionsspule mit einer Vielzahl von Windungen (9) auf. Die Induktionsspule ist selbst formstabil oder an einem formstabilen Träger gehalten. Die Induktionsspule ist an einen nicht näher dargestellten elektrischen Generator angeschlossen. Die Ausgüsse (2) und die Stopfen (6) bestehen aus einem Material, das induktiv aufheizbar ist.

Der Mehrbereichsinduktor (8) ist so gestaltet, daß er einen Außeninduktorbereich (10), in den der Stopfen (6) paßt, und einen Inneninduktorbereich (11) bildet, der in den Ausguß (2) paßt. Der Außeninduktorbereich (10) muß sich nicht über die gesamte im Gefäß (1) liegende Höhe des Stopfens (6) erstrecken. Es genügt wenn er den, dem Ausguß (2) zugewandten Kopfbereich (12) des Stopfens (6) umschließt. Der Inneninduktorbereich (11) erstreckt sich so tief in den Ausguß (2), wie dies zu dessen Aufheizen notwendig ist.

Zur Zentrierung des Außeninduktorbereichs (10) an dem Stopfen (6) ist am Außeninduktorbereich (10) eine Innenhülse (13) aus feuerfestem elektrisch und thermisch isolierendem Material angeordnet. Zur Zentrierung des Inneninduktorbereichs (11) in dem Ausguß (2) ist an dem Inneninduktorbereich (11) wenigstens eine Außenhülse (14) aus dem gleichen isolierenden Material angeordnet. Es kann auch genügen, nur die Innenhülse (13) oder die Außenhülse (14) bzw. die Außenhülsen (14) vorzusehen. Die Hülsen (13 bzw. 14) erleichtern das zentrierte Zusammenstecken und vermeiden einen direkten mechanischen Kontakt der Windungen (9) der Induktionsspule im Außeninduktorbereich (10) mit dem Stopfen (6) und im Inneninduktorbereich (11) mit dem Ausguß (2).

Dadurch ist eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Windungen (9) der Induktionsspule und dem Stopfen (6) bzw. dem Ausguß (2) vermieden. Außerdem bringen die Hülsen (13, 14) eine gewisse thermische Isolation, wodurch der Stopfen (6) bzw. der Ausguß (2) nicht zonal überhitzt werden.

Das Betriebsverfahren des beschriebenen Mehrbereichsinduktors (8) ist beispielsweise folgendes:
Bei mittels des Gestänges (7) von dem Ausguß (2) weggeschwenkten bzw. weggekippten Stopfens (6) wird der Mehrbereichsinduktor (8) mit seinem Inneninduktorbereich (11) in den Ausguß (2) eingeschoben. Mittels der bzw. den Außenhülsen (14) sitzt er dann zentriert und reibschlüssig oder formschlüssig im Ausguß (2). Anschließend wird der Stopfen (6) mit seinem Kopfbereich (12) in den Außeninduktorbereich (10) eingeschoben, oder auch mit einer Art Zangeninduktor von der Seite her umfaßt, wobei er von der Innenhülse (13), wenn diese vorgesehen ist, geführt ist. Es wird dann der Generator eingeschaltet, so daß der Mehrbereichsinduktor (8) gleichzeitig sowohl den Ausguß (2) als auch den Stopfen (6), zumindest in dessen Kopfbereich (12), aufheizt.

Nach dem Aufheizen wird der Stopfen (6) aus dem Außeninduktorbereich (10) herausbewegt und der Mehrbereichsinduktor (8) wird aus dem Gefäß (1) entfernt. Danach wird der vorgeheizte Stopfen (6) wieder eingesetzt.

Bei geeigneter reibschlüssiger Verbindung zwischen dem Stopfen (6) und der Innenhülse (13) ist es auch möglich, den Mehrbereichsinduktor (8) zusammen mit dem Stopfen (6) aus dem Gefäß (1) herauszuziehen.

Es ist auch möglich, das Betriebsverfahren so zu gestalten, daß zunächst der Mehrbereichsinduktor (8) mit seinem Außeninduktorbereich (10) außerhalb des Gefäßes (1) auf den Kopfbereich (12) des Stopfens (6) reibschlüssig aufgesteckt wird. Es wird dann der Inneninduktorbereich (11) durch entsprechende Führung des Stopfens (6) über das Gestänge (7) in den Ausguß (2) eingeführt. Nach dem induktiven Aufheizen des Ausgusses (2) und des Stopfens (6) mittels des Mehrbereichinduktors (8) wird der Mehrbereichsinduktor (8) dann mittels des Stopfens (6) aus dem Ausguß (2) herausgezogen und außerhalb des Gefäßes (1) vom vorgeheizten Stopfen (6) abgezogen.

Der vorgeheizte Stopfen (6) und der vorgeheizte Ausguß (2) halten im wesentlichen ihre Vorheiztemperatur bis zum Gießbeginn. Vorteilhafterweise wird jedem Ausguß (2) bzw. Stopfen (6) ein eigener Mehrbereichsinduktor (8) zugeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist einem ein feuerfestes Ausgußformteil bildenden Eintauchausguß (3) eine mehrteilige Mehrbereichsinduktoreinrichtung zugeordnet. Der Eintauchausguß (3) weist oberhalb eines Bodens (15) radiale Schmelzen-Austrittsöffnungen (16) auf. Oben kann am Eintauchausguß (3) ein Flansch (17) ausgebildet sein, wie es der Fall für sogenannte Rohrwechsler ist. Im oberen Bereich ist der Eintauchausguß (3) außen von einem metallischen Mantel (18) umschlossen. Der Mantel (18) steht einer induktiven Aufheizung des Eintauchausgusses (3) von außen entgegen. Die Austrittsöffnungen (16) behindern eine induktive Aufheizung des Bodenbereichs des Eintauchausgusses (3) von innen.

Die zweiteilige Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Fig. 3 besteht aus der Kombination eines Inneninduktors (19) und eines Außeninduktors (20). Der Inneninduktor (19) und der Außeninduktor (20) sind elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet.

Der Inneninduktor (19) bildet einteilig einen zylindrischen Induktorabschnitt (21), der in den Eintauchausguß (3) einschiebbar ist, und einen erweiterten Induktorabschnitt (22) als Außeninduktor, der bei in den Eintauchausguß (3) eingeschobenem Induktorabschnitt (21) auf dem Flansch (17) aufsitzt. Mittels des Induktorabschnitts (21) ist der rohrförmige, zylindrische Bereich des Eintauchausgusses (3) von innen beheizbar. Mittels des erweiterten Induktorabschnitts (22) ist der Flansch (17) von oben beheizbar.

Der Außeninduktor (20) ist als topfförmiger Platteninduktor ausgelegt und der Außenform des Bodens (15) des Eintauchausgusses (3) angepaßt. Mittels des Außeninduktors (20) ist der Boden (15) des Eintauchausgusses (3) direkt induktiv aufheizbar. Eine Aufheizung des Bodens (15) allein durch den Inneninduktor (19) wäre nur durch Wärmeleitung beschränkt möglich. Eine direkte Aufheizung des Bodens (15) und des angrenzenden Rohrabschnittes ist vorteilhaft, weil der vorgeheizte Eintauchausguß mit seinem Boden durch die Schlackenzone in das metallurgische Gefäß eingeführt wird, wobei ein unzureichend aufgeheizter Boden bei Gießbeginn zu einer Behinderung des Schmelzenausflusses führen würde.

Die Betriebsweise der Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Fig. 3 ist etwa folgende:
In den Eintauchausguß (3) wird der Inneninduktor (19) von oben eingeschoben, bis der Induktorabschnitt (22) isoliert, auf dem Flansch (17) aufsitzt, und der Eintauchausguß (3) wird mit seinem Boden (15) auf den Außeninduktor (20) aufgesetzt oder der Außeninduktor (20) wird über den Boden (15) geschoben, wobei immer zwischen Induktor und Feuerfestteil zumindest eine elektrische Isolierung (nicht dargestellt) vorgesehen ist.

Der Inneninduktor (19) und der Außeninduktor (20) können dabei mittels einer Vorrichtung, die gleichzeitig keramisch isoliert, so miteinander gekoppelt sein, daß der Eintauchausguß (3) einfach zwischen ihnen aufnehmbar ist.

Danach werden dann der Inneninduktor (19) und der Außeninduktor (20) eingeschaltet, wobei die verschiedenen Bereiche des Eintauchausgusses (3) gleichzeitig aufgeheizt werden; "gleichzeitig" besagt hier nur, daß das Aufheizen aller Bereiche des Eintauchausgusses (3) vor dem Gießbeginn erfolgt. Im Bedarfsfall kann der Inneninduktor (19) oder der Außeninduktor (20) zuerst eingeschaltet werden. Wesentlich ist, daß die Bereiche des Eintauchausgusses (3) vor dem Gießbeginn die notwendige Temperatur haben. Nach dem Aufheizen des Eintauchausgusses (3) wird dann die Mehrbereichsinduktoreinrichtung vom Eintauchausguß (3) entfernt und dieser wird in das metallurgische Gefäß eingesetzt.

Die Aufheizung des Eintauchausgusses (3) kann auch erfolgen, wenn dieser bereits am metallurgischen Gefäß angeordnet ist. Der Inneninduktor (19) wird in diesem Fall von oben in den Eintauchausguß (3) eingesetzt und der Außeninduktor (20) wird von unten an den Eintauchausguß (3) angesetzt.

Claims

1. Mehrbereichsinduktoreinrichtung zum induktiven Aufheizen wenigstens eines feuerfesten Formteils für den Ausguß von Schmelzen, insbesondere von Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Inneninduktor (11; 19) und ein Außeninduktor (10; 20) verwendet wird.

2. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und Außeninduktor einteilig als Innen- und Außeninduktorbereich (11, 10) ausgebildet ist.

3. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und Außeninduktor mehrteilig (19, 20) ausgebildet ist.

4. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination von Innen- und Außeninduktor (19, 20) vorgesehen ist.

5. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrteilige Innen- und Außeninduktor (19, 20) elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet ist.

6. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außeninduktor (20) ein Platteninduktor ist.

7. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Platteninduktor (20) topfförmig ausgebildet ist.

8. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Inneninduktor (11, 19) zylindrisch ausgebildet ist.

9. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außeninduktorbereich (10) dem Stopfen (6) eines Stopfen-Aus gußsystems (6, 2) und der Inneninduktorbereich (11) dem Ausguß (2) des Stopfen-Ausgußsystems (6, 2) angepaßt ist.

10. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Außeninduktorbereich (10) den Stopfen (6) nur in seinem dem Ausguß (2) zugewandten Kopfbereich (12) umschließt.

11. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung des einteiligen Mehrbereichsinduktors (8) wenigstens eine Hülse (13, 14) außen am Inneninduktorbereich (11) und/oder innen am Außeninduktorbereich (10) angeordnet ist.

12. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8 für einen Eintauchausguß, dadurch gekennzeichnet, daß der Inneninduktor (19) in den Eintauchausguß (3) einschiebbar ist und der Außeninduktor (20) außen an den Boden (15) des Eintauchausgusses (3) ansetzbar ist.

13. Mehrbereichsinduktoreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Inneninduktor (19) einen einem Flansch (17) des Eintauchausgusses (3) zugeordneten und auf ihn aufsetzbaren Induktorabschnitt (22) aufweist.