DE3637065A1 - Pfanne mit beheizungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießpfanne mit einer Einrichtung zur Pfannenbeheizung. Im Rahmen des Verfahrensablaufes von der Erzeugung einer Schmelze in einem Schmelzofen bis zum Vergießen der Schmelze einschließlich einer gegebenenfalls erforderlichen oder zweckmäßigen sekundär­ metallurgischen Behandlung der Schmelze ist es eine bestehende Anforderung, die Gießpfannen heizbar auszu­ gestalten. Im einzelnen soll damit ein Ausgleich von Temperaturverlusten erreicht werden, welche durch eine Nachbehandlung der Schmelze, beispielsweise durch Zulegierung oder durch den Abstich selbst, eintreten; weiterhin ist es das Ziel der Pfannenbeheizung, die erforderliche Abstichtemperatur des Schmelzofens herabzusetzen und/oder im Verfahrensablauf eine exakte Einstellung der Gieß­ temperatur vorzunehmen. Auch im Hinblick auf das Warm­ halten einer Schmelzcharge über einen längeren Zeitraum, wie dies beispielsweise beim Gießen größerer Gießstücke erforderlich ist, ist eine Pfannenbeheizung zweckmäßig, welche zudem eine allgemeine Temperaturhomogenisierung im Schmelz-Gieß-Ablauf ermöglicht.

Im Rahmen dieser Zielsetzung sind verschiedene Beheizungs­ methoden für die Durchführung einer Pfannenheizung bekannt­ geworden, welche jede für sich mit besonderen Nachteilen behaftet sind. So ist es bekannt, eine Temperaturerhöhung in der Schmelze durch Verbrennung von Aluminium unter Sauerstoffzufuhr durchzuführen; abgesehen von den außer­ ordentlich hohen Kosten dafür führt diese Heizmethode auch zu Verunreinigungen der Stahlschmelze durch Ein­ schlüsse, was die Qualität der Gießprodukte mindert.

Es ist weiterhin bekannt, auch Gießpfannen mit einer Lichtbogenheizung zu versehen; besonders bei kleinen Pfannen führt aber der erforderliche Teilkreisdurchmesser der Elektroden zu nur geringen Abständen zwischen Elek­ troden und dem feuerfesten Verschleißfutter der Pfannen­ wandung, wodurch der Verschleiß des Futters außerordent­ lich groß ist.

Eine weitere bekannte Maßnahme besteht in einer induktiven Beheizung der Pfanne, welche allerdings einen Mindest­ badspiegel voraussetzt, um einen vertretbaren Wirkungsgrad dieser Beheizung sicherzustellen. Hiermit ist zunächst auch der Nachteil verbunden, daß für diese Beheizungsart spezielle Pfannen erforderlich sind; hinzu kommt, daß ein Mindestbadspiegel insbesondere bei Chargenteilungen sowie wechselweisem VD/VOD-Betrieb oft nicht einzuhalten ist.

Da alle diese Maßnahmen für eine Gießpfannenbeheizung nicht geeignet sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gießpfannenbeheizung zur Verfügung zu stellen, welche im Bedarfsfall bei guter Handhabung leicht einsetzbar ist, eine besondere konstruktive Vor­ bereitung der Pfanne nicht erfordert und schließlich keinen schädigenden Einfluß auf die Pfanne selbst bzw. die zu heizende Schmelze aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung vorangestellt sind. Danach wird auf die Pfanne ein hori­ zontal angeordneter Graphitstab mit einem darüber liegenden Strahlungsschild angeordnet, so daß sich eine Beheizung der Pfanne durch Wärmestrahlung ergibt.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind dabei Graphitstab und Strahlungsschild in einem Aufsatzring gehaltert, der auf dem oberen Pfannenrand aufgesetzt wird.

Die Erfindung läßt sich weiterhin besonders vorteilhaft in Kombination mit einer sogenannten Vakuum-Gießpfanne anwenden, welche einen vakuumdichten Deckel aufweist, indem Graphitstab und Strahlungsschild in einem Zwischen­ ring gehalten sind, der im Bedarfsfall zwischen Pfanne und Vakuum-Deckel eingesetzt wird.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, nicht nur den Heizstab, sondern auch den Strahlungsschild aus Graphit auszubilden, um auf diese Weise die Strahlungs­ wärme in die Pfanne zu leiten bzw. im Falle der Vakuum- Pfanne den Vakuum-Deckel zu schützen. In gleichem Sinn kann auch der Aufsatz- oder Zwischenring selbst aus Graphit bestehen.

Weitere Ausführungsbeispiele haben die Halterung des Stabes in dem Ring, dessen Vorspannung sowie die Berück­ sichtigung des Dehnungsverhaltens des Stabes im Heizzu­ stand zum Gegenstand.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß nun eine Beheizung der Pfanne mit oder ohne Inhalt lediglich durch Wärmestrahlung erfolgt, wobei der Strahlungsschild als Reflektor zur besseren Ausnutzung der Strahlung dient. Damit ist eine unmittelbare, insbesondere chemische Beeinflussung der Schmelze sowie der betreffenden Teile der Pfanne ausgeschlossen; Auswirkungen auf Pfannenver­ schleiß und Schmelzezusammensetzung ergeben sich somit nicht.

Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß an der Pfanne im Hinblick auf den Einsatz der Graphitstabbeheizung keine besonderen konstruktiven Veränderungen zu treffen sind. Sowohl die offene Gießpfanne wie auch die Vakuum- Gießpfanne erhalten lediglich einen Ring als Halterung für die Heizelemente. Somit ist die Beheizung nicht an bestimmte Pfannen oder Betriebspunkte gebunden, sondern kann lediglich abhängig von der zur Verfügung stehenden Stromversorgung an beliebigen Orten im Stahlwerk oder in der Gießerei erfolgen. Von weiterem Vorteil ist, daß eine entsprechende Behandlung in der Abstich- bzw. Gießpfanne ohne einen Wechsel des Behandlungsgefäßes erfolgen kann. Dabei ist das Beheizen der Pfanne alter­ nativ unter Vakuum, in einer Inertatmosphäre oder bei Überdruck möglich.

Weiterhin ergibt sich in vorteilhafter Weise, daß mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Heizaggregat sowohl eine in der Pfanne befindliche Schmelze als auch die Feuerfestauskleidung von neu zugestellten bzw. leeren Pfannen mit ein- und derselben Heizeinrichtung aufgeheizt oder warmgehalten werden kann. Da insbesondere das Auf­ heizen von leeren Pfannen in einer Inertatmosphäre er­ folgen kann, ist die Aufnahme von Wasserstoff aus der atmosphärischen Luft, wie sie bei einer Pfannenaufheizung mit Brennern nach dem Stand der Technik gegeben ist, ausgeschlossen; letzteres erweist sich besonders bei dolomitisch zugestellten Pfannen und in Anwendungsbe­ reichen mit hoher atmosphärischer Luftfeuchtigkeit als vorteilhaft.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine offene Gießpfanne mit Graphitstabbeheizung im Schnitt,

Fig. 2 eine Vakuum-Gießpfanne mit Graphitstabbeheizung im Schnitt.

Eine Gießpfanne 10 weist in ihrem oberen Bereich einen Flanschring 11 auf, auf welchen ein Aufsatzring 12 auf­ gesetzt ist. Dieser Aufsatzring 12 weist zwei einander gegenüberliegende Stutzen 13 auf, durch welche ein Graphit­ stab 14 geschoben und darin gelagert ist. Zur Halterung des Graphitstabes 14 sind an dessen beiden Enden je ein Halteblock 15 vorgesehen, welche in die Stutzen 13 des Ringes 12 einführbar sind und darin ruhen. Auf dem Ring 12 erhebt sich mit Abstand über dem Graphit­ stab 14 ein Strahlungsschild 16, welcher die Pfanne 10 deckelartig übergreift und für eine Ableitung der vom Graphitstab 14 abgegebenen Wärme in das Pfanneninnere sorgt. Sowohl Aufsatzring 12 als auch Strahlungsschild 16 können bei entsprechender Fertigung vollständig gleich­ falls aus Graphit bestehen.

Wie nicht weiter dargestellt, sind in den Halteblöcken 15 die elektrischen Anschlüsse für den Graphitstab 14 enthalten, und zwar in Form von Kontaktköpfen mittels Graphitkalotten und Kupferkontaktstücken, mittels welcher der Kontakt zwischen der Hochstromzufuhr und dem Graphit­ stab 14 hergestellt wird. In den Halteblöcken 16 befindet sich ferner eine aus einstellbaren Federelementen be­ stehende Vorspanneinrichtung für den Stab 14, um einen einwandfreien Kontaktübergang zu gewährleisten, sowie eine Ausgleichsanordnung zur Kompensation der bei Er­ wärmung des Graphitstabes 14 bei diesem eintretenden Längenänderung.

Die elektrische Anschließung des Graphitstabes 14 erfolgt bevorzugt an Gleichstrom, alternativ auch an Wechselstrom. Der Anschluß sekundärseitig ist dabei immer einphasig ausgebildet, wogegen primärseitig ein ein- oder mehrphasiger Anschluß verwirklicht wird, so daß sich insgesamt eine Graphitstabwiderstandsheizung ergibt. Die elektrische Leistungszufuhr ist über Spannungsstufen oder auch stufen­ los so regelbar, daß eine beliebige Heizleistung im Rahmen der installierten Kapazität eingestellt werden kann. Im Zusammenwirken mit einer automatischen Temperatur­ messung, und zwar sowohl der Schmelze als auch der Pfannen­ wandung, ist auch eine automatische Regelung der Auf­ heizgeschwindigkeit sowie bei Vorwahl bestimmter Heiz­ kriterien des Beheizungsablaufes möglich.

Eine praktische Ausführung der Graphitstabbeheizung ergibt sich für eine kleinere Gießpfanne mit etwa 10 Tonnen zu folgenden Werten. Bei einer Stablänge von 1200 mm und einem Stabdurchmesser von 90 mm des Graphitstabes 14 ergibt sich eine Oberflächentemperatur des Heizstabes von etwa 2000° C bei einem Stromdurchfluß von 13 000 A, was einer installierten Heizleistung von 500 kW bei 50 V Versorgungsspannung entspricht.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich nicht wesentlich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1; hierbei ist die Gießpfanne 10 als Vakuum-Gieß­ pfanne ausgebildet, und zwar mit einem Vakuum-Unterkasten 20 und einem Vakuumdeckel 21, welcher mittels eines besonderen Dichtungssystems 22 auf der Gießpfanne 10 auflagert. Der Deckel 21 weist einen Legierungsstutzen 23, einen Zentralstutzen 23 a sowie einen zu einer nicht dargestellten Vakuumpumpe führenden Absaugstutzen 24 auf.

Zwischen dem Deckel 21 und der Gießpfanne 10 ist nun der Ring 12 als Zwischenring eingesetzt, wobei der Zwischen­ ring 12 als Halter für Graphitstab 14 und Strahlungsschild 16 an seinem oberen Rand eine der Vakuum-Pfannendichtung 22 entsprechende Dichtung 25 aufweisen muß, auf welche dann der Deckel 21 aufsetzbar ist; insgesamt ist so die Vakuum-Dichtigkeit des Gesamtsystems erhalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Strahlungsschild 16 nicht nur der Wärmeverteilung, sondern auch dem Schutz des übergreifenden Vakuumdeckels 21. Aufgrund dieser baukastenartigen Einbindung der Pfannenbeheizung ist der Vorteil gegeben, daß die Vakuum-Pfanne wahlweise mit oder ohne Heizung betrieben werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (8)

1. Gießpfanne mit einer Einrichtung zur Pfannenbeheizung, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Pfannenbereich ein die Pfanne (10) übergreifender Graphitstab (14) mit entsprechend zugeordneten Kontaktköpfen (15) zur elektrischen Anbindung sowie darüber ein die Pfanne deckelartig übergreifender Strahlungsschild (16) angeordnet sind.

2. Gießpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Graphitstab (14) und Strahlungsschild (16) in einem auf den oberen Pfannenrand aufsetzbaren, dem Pfannenrand formmäßig angepaßten Aufsatzring (12) gehaltert sind.

3. Gießpfanne insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießpfanne (10) als vakuum­ dichtes Behandlungsgefäß mit einem Vakuumdeckel (21) versehen ist und daß der Graphitstab (14) mit Strahlungsschild (16) in einem Zwischenring (12) gehaltert ist, welcher vakuumdicht zwischen dem Pfannenrand und dem Vakuumdeckel (21) einsetzbar ist.

4. Gießpfanne nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsschild (16) aus Graphit ausgebildet ist.

5. Gießpfanne nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsschild und Aufsatz­ oder Zwischenring (12) aus Graphit bestehen.

6. Gießpfanne nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz- oder Zwischenring (12) einander gegenüberliegende Stutzen (13) zur Einführung und Halterung des Graphitstabes (14) mit Anschlußkalotten (15) aufweist.

7. Gießpfanne nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halterung (15) für den Graphitstab (14) einstellbare Federelemente zur Erzeugung einer Vorspannung vorgesehen sind.

8. Gießpfanne nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einseitig am Graphit­ stab (14) eine Kompensatoreinrichtung zum Ausgleich von wärmebedingten Längenänderungen des Stabes (14) vorgesehen ist.