DE2451622A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen einer schwerschmelzbaren auskleidung - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen einer schwerschmelzbaren Auskleidung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen einer schwerschmelzbaren Auskleidung durch dielektrisches Erhitzen mittels Mikrowellen, die sich zum Auskleiden von Behältern oder Kanälen und dgl. für geschmolzenes Metall eignet.

Unter dem Ausdruck "Behälter für geschmolzenes Metall" oder "Kanal für geschmolzenes Metall" sind beispielsweise G-iesspfannen, Förderwagen oder Öfen zum Mischen von Roheisen, elektrische Öfen, Konverter, oder ähnliche Behälter zur Verwendung bei der Eisen- oder Stahlherstellung zu verstehen, oder die Abstichrinne oder der Gussteinauslauf für Absticheisen oder Stahl oder ähnliche Kanäle für die Eisen- oder Stahlherstellung. Diese Behälter und Rinnen weisen eine Aussenhülle aus einem Metallrahmen und eine innere, mit schwerschmelzbarem Material ausg.ekleidete Oberfläche auf. Diese schwerschmelzbare Auskleidung wird durch Zusammensetzen von schwerschmelzbaren gebrannten Steinen oder durch als Überzug.aufgebrachtes schwerschmelzbares Material hergestellt. In beiden Fällen ist eine

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beträchtliche Wassermenge vorhanden, z.B.. beim Fugenmörtel, im Falle der Verwendung von gebrannten Steinen oder in dem als Überzug aufgebrachten schwerschmelzbaren Material. Das schwerschmelzbare Material muss also vor dem Einbringen des geschmolzenen Metalls getrocknet werden.

Beim Trocknen der schwerschmelzbaren Auskleidung war es bisher üblich, eine Temperaturquelle, von mehreren hundert Grad Celsius mittels eines Gas- oder Ölbrenners und dgl. anzuwenden, womit die schwerschmelzbare Auskleidung auf mehr als 100⁰C erhitzt wurde und das in der Auskleidung vorhandene Wasser als Wasserdampf verdampfte.

Bei diesem Verfahren tritt selbstverständlich eine starke Temperaturänderung in dem beträchtliche Wassermengen enthaltenden schwerschmelzbaren Material oder ein starkes Temperaturgefälle auf, wodurch sich die Eigenschaften des Materials verschlechtern. Aus diesem Grund muss die Aussentermperatur an der Oberfläche der Auskleidung allmählich stufenweise erhöht werden, wodurch eine Verlängerung der Trockenzeit eintritt. Ausserdem muss ein verbesserter Brenner oder ein verbessertes Verbrennungsverfahren angewandt werden, um die Temperaturunterschiede möglichst gering zu halten.

Bei dem oben genannten Trockenverfahren unter Verwendung einer Flamme war es bisher unvermeidlich, dass Brüche in dem schwerschmelzbaren Material auftraten, wodurch eine Verschlechterung der Eigenschaften eintritt, gleichgültig, ob das Trocknen durch längeres allmähliches Erhitzen oder durch einheitliches Erhitzen erfolgte. Zusätzlich ist die Zunahmegeschwindigkeit der Temperatur beim üblichen Erhitzen mit einer Flamme sehr gering, da das Erhitzen bei einem adiabatischen Material erfolgt. Aus diesem Grund verdampft das Wasser an der Oberfläche des Materials in kurzer Zeit, während das im mittleren und unteren Teil des Materials vorhandene Wasser langsam diffundiert, so dass die Trocken-

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zeit mehr oder weniger lang dauert, je nach dem verwendeten Material und dessen Stärke.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

Die Erfindung schafft daher ein Verfahren zum Trocknen einer schwerschmelzbaren Auskleidung für Behälter oder Rinnen und dgl. für geschmolzenes Metall, bei welchem ein Hohlraum zwischen dem metallischen Rahmen des· Behälters oder der Rinne und einer metallischen Deckplatte zum Abdecken der Öffnung des Behälters oder der Rinne und dgl. geschaffen wird, und bei dem ein dielektrisches Erhitzen mit Mikrowellen unter Verwendung dieses Hohlraumes als Hohlraumresonator ausgeführt wird. Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Trocknen der schwerschmelzbaren Auskleidung für den Behälter oder die Rinne und dgl. für das geschmolzene Metall, bestehend aus einem metallischen Rahmen für den Behälter oder die Rinne, eine metallische Deckplatte zum Bedecken der öffnung des Behälters oder der Rinne, wobei der Rahmen und die Deckplatte den Hohlraumresonator bilden, einem Mikrowellengenerator und einem Abgasrohr in der Deckplatte und einer Vorrichtung zum Verhindern des Austritts der Mikrowellen in das Abgasrohr.

G-emäss einer Ausführungsform der Erfindung kann Heissluft in den Hohlraum während des dielektrischen Heizens eingeblasen werden. G-emäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann ein Blasrohr mit oder ohne einer Ventilationsführung vor-, gesehen sein.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung erfolgt das dielektrische Heizen mittels Mikrowellen, wodurch, unabhängig von dem angewendeten Material und dessen Stärke, das Wasser in dem schwerschmelzbaren Material direkt erhitzt und so in Wasserdampf überführt werden kann, der aus dem schwerschmelzbaren Material entweicht, so dass dieses vollständig trocknet.

Es ist bekannt, dass Wasser dielektrisch erhitzt werden kann. Bei der praktischen Ausführung des dielektrischen Erhitzens

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unter Verwendung von Mikrowellen gehen diese leicht durch das schwerschmelzbare Material ohne merkliche Wirkung durch das Material hindurch, wodurch Störungen von Radiowellen und nachteilige Wirkungen auf den menschlichen Körper eintreten. Aus diesem G-rund wurde das dielektrische Erhitzen praktisch nicht zum Trocknen von schwerschmelzbaren Auskleidungen für Behälter oder Rinnen und dgl. für geschmolzenes Metall angewendet.

Verschiedene Untersuchungen über die Anwendung von Mikrowellen im Rahmen der Erfindung ergaben, dass ein metallischer Rahmen, der die Aussenwand des Behälters oder der Rinne darstellt, das Hindurchgehen der Mikrowellen verhindert und hieraus wurde ein Verfahren zum Trocknen durch dielektrisches Erhitzen mit Mikrowellen entwickelt, wobei die Öffnungen des Behälters oder die Rinne und dgl., wie der Einlass oder Auslass für das geschmolzene Metall der Giesspfanne, alle mittels eines metallischen Deckels bedeckt werden, so dass der Hohlraum zwischen dem metallischen Rahmen und dem metallischen Deckel als Hohlraumresonator dient.

Der Hohlraum zwischen dem metallischen Material soll vorzugsweise so beschaffen sein, dass das Metall ein Austreten von Mikrowellen verhindert. Zum Trocknen des Materials ist es jedoch zweckmässig, einen Auslass zum Entweichen des Wasserdampfs zu schaffen. Dieser Auslass für den Wasserdampf soll so beschaffen sein, dass zwar der Wasserdampf, nicht aber die Mikrowellen hindurchgehen können. Bei der Erfindung ist ein Auslass

für den Wasserdampf oder ein Abgasrohr an einer bestimmten Stelle der metallischen Abdeckung vorgesehen, der einen Teil des Hohlraums darstellt, sowie eine Vorrichtung, um das Austreten der Mikrowellen zu verhindern, wie z.B. ein Metallmaschengitter oder eine .perforierte poröse Platte, eine metallische Schlitzplatte oder ein Bündel Metallröhren oder dgl., die in der Öffnung der Deckplatte angeordnet sind. Die Art der Anordnung dieser Vorrichtung oder die G-rösse der Maschen, des Lochs des Abstands zwischen den Schlitzen oder der Durchmesser des Röhrenbündels hängen von der Wellenlänge der Mikrowellen ab.

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Wahlweise kann die Torrichtung zum Verhindern des Austretens der Mikrowellen aus einem System zum magnetischen Ablenken der Mikrowellen "bestehen.

Der durch das Material eingeschlossene Zwischenraum wird als Hohlraumresonator verwendet. Sobald Mikrowellen durch den Mikrowellengenerator in diesem Hohlraumresonator oder auf der metallischen Deckplatte gebildet werden, wird das in der schwerschmelzbaren Auskleidung vorhandene Wasser rasch und einheitlich erhitzt und zu Wasserdampf verdampft, unabhängig von der Art des verwendeten Materials und dessen Stärke, wobei der Wasserdampf nach und nach von der Oberfläche des schwerschmelzbaren Materials verdampft und dieses damit trocknet. Auf diese Weise wird das Material getrocknet, indem man das dielektrische Erhitzen mit Mikrowellen eine bestimmte Zeit fortsetzt.

Palis ein permanentes Auskleiden mit schwerschmelzbarem Material erfolgt, bei dem ein Trocknen nicht unbedingt erforderlich ist, so verwendet man vorzugsweise eine Reflexionsplatte in Form einer Metallfolie,- einem Metallmaschengitter und dgl. auf der gesamten Oberfläche der permanenten Auskleidung oder zwischen der permanenten Auskleidung und der Verschleissauskleidung, wodurch der Wirkungsgrad des Trocknens erhöht wird.

Die Energie der Mikrowellen sollte vorzugsweise 5 KW/to (schwerschmelzbares Material)öder darüber betragen. Palls die Energie niedriger liegt, kann ein Gleichgewichtszustand mit der ausgetragenen Hitze eintreten, was natürlich unerwünscht ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen weiter erläutert:

Pig. 1 stellt eine graphische Gegenüberstellung der Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik dar.

Pig. b und 6 stellen vorzugsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung dar.

Wie aus Pig. 1 ersichtlich, kann das Trocknen innerhalb kurzer Zeit durch dielektrisches Erhitzen¹ mit Mikrowellen erfolgen.

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Wenn zusätzlich Heissluft in den Hohlraumresonator während des Trocknens eingeführt wird, so kann das Verdampfen des Wassers aus dem schwerschmelzbaren Material begünstigt werden. Dadurch wird die !Trockenzeit mittels dielektrischem Erhitzen durch Mikrowellen verkürzt und das Trocknen erfolgt wirtschaftlicher.

Die Temperatur der Heissluft soll der feststellbaren Hitze entsprechen, die nicht geringer als der Siedepunkt des Wassers ist, und z.B. wenigstens 100⁰C beträgt. Es ist jedoch nicht nötig, diese Temperatur sehr stark zu erhöhen und es genügen daher Temperaturen bis zu 300⁰O.

Die von dem Mikrowellengenerator erzeugten Mikrowellen werden zum Trocknen des schwerschmelzbaren Materials in dem Behälter oder der Rinne und dgl. verbraucht. Nach Beendigung des Trockenvorgangs werden die Mikrowellen von dem metallischen Material reflektiert und kehren dann zu dem Mikrowellengenerator zurück. In diesem Pail besteht jedoch das Problem, dass der Mikrowellengenerator beschädigt werden kann. Um dieses Problem zu lösen, ist ein Zirkulator in der Nähe des Mikrowellengenerators vorgesehen, durch welchen die Bewegung der Mikrowellen geregelt wird, so dass sie durch einen Isolator absorbiert werden. Wahlweise kann das Verfahren nur für eine bestimmte, vorher experimentell bestimmte Trockenzeit ausgeführt werden, oder der Endpunkt des Trocknens kann praktisch durch Messen der Temperatur des ausgetragenen Grases im Fall eines Zwangsaustrags öder durch Messen des Wassergehalts in der Atmosphäre erfolgen. In Pig. 2 ist eine Ausführungsfona der Erfindung dargestellt, bei welcher die schwerschmelzbare Auskleidung für eine Giesspfanne nach dem erfindungsgemässen Verfahren getrocknet wird. Eine schwerschmelzbare Auskleidung 3 ist in einer Eisenplatte 2 vorgesehen, die den Aussenmantel für die Giesspfanne 1 darstellt. Eine eiserne Deckplatte 4 ist auf der Giesspfanne 1 angebracht und auf dieser Platte 4 ist ein Mikrowellengenerator über einem Zirkulator 5 angeordnet. Ein ferromagnetisches Glied 7 dient zum Ablenken der Mikrowellen. Ein Isolator 8 dient zum Absorbieren von gestreuten Mikrowellen. Bei der obigen Deckplatte 4 ist eine Öffnung 9 vor-

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gesehen, auf welcher ein Abgasrohr 10 befestigt ist. Ein Maschengitter 11 ist ebenfalls in dieser Öffnung 9 vorgesehen.

Wenn ein elektrischer Strom durch den Generator 6 hindurchgeht, dient der durch die Eisenplatte 2 und die Deckplatte 4 umrandete Hohlraum als Hohlraumresonator, wodurch das in der schwerschraelzbaren Auskleidung 3 vorhandene Wasser durch das dielektrische Erhitzen mittels Mikrowellen verdampft und durch das Abgasrohr 10 ausgetragen wird. Wenn das Trocknen dem Ende zugeht, werden die gestreuten Mikrowellen durch den Isolator 8 über den Zirkulator 5 aufgefangen und absorbiert.

In Pig, 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, ~ bei welcher die schwerschmelzbare Auskleidung für den Behälter erfindungsgemäss getrocknet wird. Der Innenumfang der Eisenplatte 2, welche die Aussenwand des Behälters 12 darstellt, ist mit schwerschmelzbarem Material 3 ausgekleidet. Auf dem Behälter 12 befindet sich eine Deckplatte 4 aus Eisen, auf welcher mehrere Mikrowellengeneratoren 6 angebracht sind. Da die Länge des Behälters 12 grosser als dessen Breite ist, besteht die Gefahr, dass eine unterschiedliche Trocknung eintritt, falls das Trocknen nur eine kurze Zeit erfolgt. Dies ist der Grund, warum mehrere Mikrowellengeneratoren, im vorliegenden Fall drei Stück, angebracht sind. Vor den Generatoren 6 innerhalb der Deckplatte 4 ist eine Schutzplatte 13 aus Glas angebracht, um die Mikrowellengeneratoren vor Wasserdampf und dgl. zu schützen.

Auf jeder Seite der Deckplatte 4 sind Öffnungen 9 bzw. 9^f angebracht, auf welchen die Abgasrohre 10 bzw. das Blasrohr 10' angeordnet sind. Auch ein Maschendraht 11 ist auf diesen Öffnungen und 9' angebracht. Ein Abstichloch 14 zum Austragen des Stahls ist am Boden des Behälters 12 angebracht und durch einen eisernen Deckel 15 verschlossen. Palis elektrischer Strom durch die Mikrowellengeneratoren 6 über eine bestimmte Zeit hinweg geleitet wird, während Heissluft durch die Röhren 10 und 10* geleitet wird, wirkt der Hohlraum zwischen der Eisenplatte 2, der Deckplatte 4

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und dein Eisendeckel 15 als Hohlraumresonator, so dass das Wasser in der schwerschmelzbaren Auskleidung aufgrund des dielektrischen Brhitzens mittles Mikrowellen verdampft. Dabei tritt eine einheitliche und wirksame Trocknung ein.

In Pig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher ein Mikrowellengenerator 6 auf der metallischen Deckplatte 4 mittels eines Wellenführungsrohres 18 befestigt ist. Unter der Platte 4 ist eine Ventilationsführung 16 angeordnet. Diese kann aus einem wärmebeständigen Material bestehen·, das einen geringen Verlustkoeffizienten für Mikrowellen aufweist, wie z.B. aus Teflonharz, Glas, verschiedenen keramischen Stoffen, und dgl. Ein Fliessweg 20 kann durch die Aussenfläche der Führung 16 und die Fläche der Auskleidung 3 vorhanden sein, durch welche Heissluft wirksam in Berührung mit der Oberfläche der Auskleidung 3 gebracht werden kann.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einem länglichen Behälter 1 dargestellt. In diesem Fall sind die Blasröhren 10' auf jeder Seite des Behälters 1 angeordnet, zwischen, denen mehrere Abgasrohre 10 vorgesehen sind. Der Fliessweg 20 ist so ausgebildet, dass eine Verbindung zwischen den Abgasrohren 10 besteht. Ein Bündel Metallröhren mit kleinem Durchmesser wird in diesem Fall in der Nähe des Teils der Blasröhren 10* verwendet. Ziffer 17 bedeutet ein Stützgerüst. In Fig. 6 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher zwei Behälter 1, wie G-iesspfannen, gleichzeitig getrocknet werden und ein Verbindungsrohr 19 zwischen diesen angeordnet ist.

Beispiel

Eine ähnliche Giesspfanne, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wurde mit nicht geformten sehwerschmelzbarem Material (Wassergehalt 6,0$) vom Pyrophyllit- und Zircon-Typ ausgekleidet. Nach 24-stündigem Altern wurde das Trocknen jeweils in an sich bekannter Weise und nach dem erfindungsgemässen Verfahren ausge-

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führt. Die Ergebnisse sind in Pig. 1 graphisch dargestellt.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wurde ein Mikrowellengenerator mit 2450 MHz, 10 KW/to Leistung mit oder ohne einem Heisslufterzeuger bei 150 bis 20O⁰C angewendet.

Aus der graphischen Darstellung ergibt sich, dass das Trocknen nach dem erfindungsgemässen Verfahren etwa 1/5 Stunde kürzer als nach dem bekannten Verfahren erfolgt. Bei gleichzeitiger Anwendung von Heissluft wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein noch höherer Wirkungsgrad erzielt.

Nach dem Trocknen-ergab sich, dass die Eigenschaften des in bekannter Weise getrockneten schwerschmelzbaren Materials beträchtlich schlechter waren, mit einer Anzahl von leichten Rissen und einer kleinen Anzahl von grösseren Rissen von 10 mm oder darüber an der Oberfläche des Materials, während bei dem erfindungsgemässen Verfahren praktisch keine Veränderung bei dem schwerschmelzbaren Material eintrat und praktisch keine Risse an der Oberfläche des Materials auftraten.

Wie sich aus den obigen Ausführungen ergibt, bilden der Metallrahmen für.den Behälter oder die Rinne und dgl. für das geschmolzene Metall und die metallische Deckplatte den Hohlraum, der als Hohlraumresonator für das dielektrische Erhitzen mittles Mikrowellen nach dem erfindungsgemässen Verfahren, angewendet wird. Dabei wird das Wasser in der schwerschmelzbaren Auskleidung erhitzt und verdampft rasch und einheitlich, unabhängig von dem verwendeten Material oder dessen Stärke. Infolgedessen kann die schwerschmelzbare Auskleidung ohne weiteres innerhalb kürzester Zeit getrocknet werden.

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Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der als Hohlraumresonator verwendete Raum so ausgebildet, dass eine Venti-. lation oder Zirkulation' des Gases möglich ist, während die Mikrowellen abgeschaltet werden können. Infolgedessen besteht keine Gefahr oder Schwierigkeit bezüglich Einwirkung von elektrischen Wellen, auch nicht für das Bedienungspersonal bei dem Trockenverfahren. Insbesondere bei Zufuhr von Heissluft in das Innere des Hohlraumresonators kann .die Trockenzeit noch wirtschaftlicher verkürzt werden.

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Claims (10)

1. Pate η t a η s ρ r.ü ehe

   1J Verfahren zum Trocknen einer schwerschmelzharen Auskleidung für einen Behälter oder eine Rinne für geschmolzenes Material, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Hohlraum schafft, der aus dem Metallrahmen des Behälters oder der Rinne und einer metallischen Deckplatte zum Bedecken der Öffnung des Behälters oder der Rinne besteht und dielektrisch mittels Mikrowellen unter Verwendung des Hohlraums als Hohlraumresonator erhitzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich Heissluft mit einer Temperatur von 100 "bis 300⁰C in den als Hohlraumresonator dienenden Raum einbläst.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Mikrowellen erzeugt, indem man elektrischen Strom durch einen Mikrowellengenerator hindurchleitet. ■ "
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Isolator und einen Zirkulator in der Sähe des Mikrowellengenerators zu dessen Schutz anordnet.
5. 5* Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Mikrowellengenerator mit einer Leistung von wenigstens 5 KW/to schwersehmelzhares Material anwendet.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen metallischen Maschendraht oder eine perforierte Platte, eine metallische Schlitzplatte

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   oder ein Bündel Metallrohre in der Öffnung der Deckplatte anordnet.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch*" gekennzeichnet , dass eine Reflexionsplatte zwischen der permanenten Auskleidung und der Verschleissauskleidung des schwerschmelzbaren Materials angeordnet ist.
8. 8. Vorrichtung zum Trocknen einer schwerschmelzbaren Auskleidung für einen Behälter oder eine Rinne für schwerschmelzbares Metall, bestehend aus einem metallischen Rahmen (2) für den Behälter oder die Rinne (1), einer metallischen Deckplatte (4) zum Bedecken der Öffnung des Behälters oder der Rinne (1), wobei der Rahmen (2) und die Deckplatte (4) einen Hohlraumresonator bilden, einem Mikrowellengenerator (6) und ein Abgasrohr (10) in der Deckplatte (4-) und einer Vorrichtung zum Verhindern des Austretens der Mikrowellen aus dem Abgasrohr (10),
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckplatte (4) zusätzlich ein Blasrohr (10·) angeordnet ist.
10. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilationsführung im Inneren des Hohlraumresonators vorgesehen ist»

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