DE3842690C2 - Feuerfeste Verbindung sowie Induktionsspule hierfür - Google Patents
Feuerfeste Verbindung sowie Induktionsspule hierfürInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Verbindung
zwischen einem eine Metallschmelze enthaltenden Gefäß und
einer Abzugsvorrichtung für die Metallschmelze, insbesondere
feuerfesten Ausguß für Stahlschmelze.
Bei derartigen Ausgüssen besteht insbesondere dann, wenn es
um das Stranggießen von Metallschmelze, z. B. Stahlschmelze,
in Kokillen für dünne Brammen geht, wegen der
verhältnismäßig geringen Querschnitte der Ausgüsse das
Problem des Einfrierens der metallschmelze und des
Zuschmierens aufgrund unerwünschter Ablagerungen, wie
Tonerdeablagerungen aus der Metallschmelze.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen feuerfesten
Ausguß der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem
die genannten Nachteile zuverlässig vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Ausgußinnenwandung ganz oder teilweise aus
bei mindestens Liquidus-Temperatur der Metallschmelze
elektrisch leitfähigem, mittels einer Primärspule induktiv
aufheizbaren keramischen Material besteht bzw. ein solches
Material aufweist.
Hierdurch ist es möglich, mittels der induktiven Aufheizung
in den erforderlichen Bereichen des Ausgusses, welcher z. B.
von der hindurchströmenden Metallschmelze bereits aufgeheizt
worden ist, ein Einfrieren der Metallschmelze bzw.
unerwünschte Ablagerungen auf wirtschaftliche Weise zu
vermeiden. Die erforderliche Leitfähigkeit sollte
zweckmäßigerweise mindestens bereits bei der Temperatur
einsetzen und darüber wenigstens bis zur Liquidus-Temperatur
der Metallschmelze oder darüber anhalten, auf welche die
Ausgußinnenwandung von der Metallschmelze selbst aufgeheizt
wird.
Es sind an sich Induktionsöfen bekannt, bei welchen die
Wandung der Heizkammer mittels einer diese umgebenden
Induktionsspule aufgeheizt wird (vgl. z. B. GB 2 121 028 A).
Es ist auch bei einer Vorrichtung zur Regelung des
Durchflusses einer Metallschmelze beim Stranggießen an sich
bekannt (vgl. EP 0 155 575 B1), eine elektromagnetische
Spule konzentrisch um das Gießrohr anzuordnen, um bei
elektrischer Beaufschlagung der Spule eine
elektromagnetische Einschnürung des Gießstrahles und damit
einen reduzierten Durchflußquerschnitt zu erreichen. Dabei
kann auch eine gewisse induktive Erwärmung der
Metallschmelze im Wirkungsbereich der nur mit geringem
Abstand um das Gießrohr angeordneten Spule eintreten.
Hierdurch ist jedoch ein Einfrieren der Metallschmelze und
eine unerwünschte Ablagerung von z. B. Tonerde auf der
Innenfläche der Ausgußwandung nicht zu vermeiden.
Mit der Erfindung werden die an sich bekannten
Induktionsspulen einer völlig neuen Anwendung zugeführt und
dadurch unerwünschtes Einfrieren von Metallschmelze in einem
feuerfesten Ausguß und unerwünschte Ablagerungen aus der
Metallschmelze dadurch zuverlässig vermieden, daß die
Ausgußwandung selbst induktiv auf die erforderliche
Temperatur aufgeheizt bzw. auf dieser gehalten wird, bei
welcher die gesamten nachteiligen Begleiterscheinungen
vermieden sind.
Unter bestimmten Voraussetzungen reicht es aus, wenn der
Ausguß nicht über seine gesamte Länge, sondern nur über
einen Längsabschnitt der Ausgußwandung aus dem elektrisch
leitfähigen keramischen Material besteht oder dieses
aufweist und die Induktionsspule diesem Längsabschnitt
zugeordnet ist. Bei besonders langen Ausgüssen kann es dabei
auch zweckmäßig sein, im Abstand voneinander zwei oder
mehrere derartiger Längsabschnitte folgen zu lassen, so daß
die Metallschmelze bei ihrem Durchfluß durch den Ausguß
immer wieder auf die erforderliche Temperatur gebracht wird,
bei welcher ein Einfrieren der Metallschmelze und eine
Ablagerung von z. B. Tonerde verhindert.
Als elektrisch leitfähiges, induktiv aufheizbares
keramisches Material bietet sich im Rahmen der Erfindung
insbesondere ein solches an, welches ZrO2 ist oder aufweist.
Derartige Materialien haben sich bereits als Ummantelung von
Induktionsspulen bewährt und weisen einen ausgezeichneten
Erosions- und Korrosionswiderstand gegen Metallschmelze auf.
Für eine wirksame thermische Kopplung von elektromagnetischer
Spule und dem elektrisch leitfähigen, induktiv aufheizbaren
keramischen Material ist es von Vorteil, wenn das ZrO2
mittels Y2O3, CaO und/oder MgO stabilisiert ist.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann auch
die Primärspule selbst aus keramischem Material bestehen,
was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn auf eine Kühlung
aus Energiegründen verzichtet werden soll.
Dabei kann die Primärspule vorteilhafterweise Bestandteil
der Ausgußwandung selbst, also beispielsweise in diese
eingebettet sein.
Wenn die Primärspule gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung hinsichtlich ihrer Leistung regelbar ist, kann die
Aufheiztemperatur zur Regelung der Temperatur der
Metallschmelze und/oder zur Verhinderung bzw. Beseitigung
von Ablagerungen aus der Metallschmelze verändert werden.
Für den hier vorliegenden Einsatzzweck sollte der
Frequenzbereich zweckmäßigerweise in einer Größenordnung von
3 bis 10 MHz liegen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen, mindestens
eine Primärspule aufweisenden Induktor zum Aufheizen
elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere elektrisch
leitfähigen, keramischen Materials bzw. daraus hergestellter
Bauteile. Er zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß
seine Spule aus elektrisch leitfähigem keramischen Material
besteht. Hierdurch wird die Aufgabe gelöst, auf
wirtschaftliche Weise eine Induktionsspule dauerhaft
betreiben zu können. Eine Kühlung ist wie bei metallenen
Spulen nicht erforderlich.
Eine solche Induktionsspule kann man nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung zum induktiven Aufheizen von
Bauteilen des elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere
von rohrförmigen Bauteilen, vorzugsweise von Verbindungen
zwischen einem Metallschmelze enthaltenden Gefäß und einer
Abzugsvorrichtung, wie feuerfesten Ausgüssen der oben
geschilderten Art anwenden. In solchen Fällen umschließt die
Spule vorzugsweise das Bauteil oder ist in dessen Wandung
integriert.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
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 sinnvoller Kombination den
Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren
Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen die Erfindung aufweisenden
feuerfesten Ausguß im Vertikalschnitt, und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung entsprechend Fig. 1 für
eine andere Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Ausgusses.
Der feuerfeste Ausguß für eine Stranggießanlage gemäß Fig. 1
hat eine Ausgußinnenwandung 1, welche einen Durchflußkanal 3
umschließt. Im Abstand ist die Ausgußinnenwandung 1, in
diesem Falle über ihre gesamte Länge L, von einer
Primärspule 4 umgeben. Die Primärspule 4 ihrerseits ist mit
einer metallischen Abschirmung 5 gegen Streustrahlung
versehen, welche gekühlt sein kann. Der von der Abschirmung
5 und der Außenwandfläche 6 der Ausgußinnenwandung 1
begrenzte Raum 7 kann von einem thermisch isolierenden
Material, beispielsweise einem ZrO2-Granulat ausgefüllt
sein. Die Primärspule 4 ist an eine frequenzabhängige
Stromquelle mit regelbarer Leistung anschließbar. Auf diese
Weise läßt sich die den Durchflußkanal 3 begrenzende
Innenwandfläche 2 der Ausgußinnenwandung 1 in dem
erforderlichen Maße geregelt aufheizen bzw. auf der
gewünschten Temperatur nach einer Aufheizung der Wandung
durch die hindurchströmende Metallschmelze halten, um ein
Einfrieren der Metallschmelze zu vermeiden. Die Innenwandung
2 kann eine gegenüber der Stahlschmelze elektrisch
isolierende Schicht bzw. Umhüllung aufweisen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 erstreckt sich die
Primärspule 4 ebenfalls über die gesamte Länge L der
Ausgußinnenwandung 1, im Gegensatz zu Fig. 1 ist sie jedoch
in die stärker ausgebildete Ausgußinnenwandung 1 selbst
eingebettet. Die gegebenenfalls gekühlte metallene
Abschirmung 5 liegt hier unmittelbar an der Außenwandfläche
6 der Ausgußinnenwandung 1 an. Auch bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 2 kann die Innenwandung 2 eine gegenüber der
Stahlschmelze elektrisch isolierende Schicht bzw. Umhüllung
aufweisen.
Die Primärspule 4 kann so angeordnet sein, daß ihr
induzierendes Magnetfeld parallel bzw. senkrecht zur Achse
des Ausgusses gerichtet ist.
In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen kann die
Primärspule 4 selbst aus elektrisch leitfähigem keramischen
Material bestehen, so daß eine Kühlung der Spule selbst
entbehrlich ist. Eine mit einer solchen Spule 4
ausgestattete Anordnung ist auch für andere Aufheizzwecke
einsetzbar.
1
Ausgußinnenwandung
2
Innenwandung
3
Durchflußkanal
4
Primärspule
5
Abschirmung
6
Außenwandfläche
7
Raum
L Längenabschnitt
L Längenabschnitt
Claims (12)
1. Feuerfeste Verbindung zwischen einem eine
Metallschmelze enthaltenden Gefäß und einer
Abzugsvorrichtung für die Metallschmelze, insbesondere
feuerfester Ausguß für Stahlschmelze,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgußinnenwandung (1) ganz oder teilweise aus bei
mindestens Liquidus-Temperatur der Metallschmelze
elektrisch leitfähigem, mittels einer Primärspule (4)
induktiv aufheizbaren keramischen Material besteht bzw.
ein solches Material aufweist.
2. Feuerfeste Verbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Längenabschnitt (L) der Ausgußinnenwandung (1) aus
dem elektrisch leitfähigen keramischen Material besteht
oder dieses aufweist und dieser Längenabschnitt (L)
induzierbar ist.
3. Feuerfester Verbindung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrisch leitfähige keramische Material ZrO2
ist oder aufweist.
4. Feuerfeste Verbindung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das ZrO2 stabilisiert ist mittels CaO oder MgO oder
insbesondere Y2O3.
5. Feuerfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärspule (4) aus elektrisch leitfähigem
keramischen Material besteht.
6. Feuerfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärspule (4) Bestandteil der
Ausgußinnenwandung (1) ist.
7. Feuerfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leistungsabgabe der Primärspule (4) mittels
einer frequenzabhängigen Stromquelle regelbar ist.
8. Feuerfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz der Stromquelle in einer Größenordnung
von 3 bis 10 MHz liegt.
9. Induktionsspule zum Aufheizen elektrisch leitfähigen
Materials, insbesondere elektrisch leitfähigen
keramischen Materials bzw. daraus bestehender Bauteile,
dadurch gekennzeichnet,
daß seine Primärspule (4) aus elektrisch leitfähigem
keramischen Material besteht.
10. Verwendung einer Induktionsspule nach Anspruch 9, zum
induktiven Aufheizen von Bauteilen aus elektrisch
leitfähigem Material, insbesondere von rohrförmigen
Bauteilen, vorzugsweise von Verbindungen zwischen einem
Metallschmelze enthaltenden Gefäß und einer
Abzugsvorrichtung für die Metallschmelze, wie feuerfesten
Ausgüssen nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
11. Verwendung nach Anspruch 9, zum induktiven Aufheizen
von Bauteilen aus elektrisch leitfähigem, insbesondere
rohrförmigem, Material und/oder eines darin enthaltenen
elektrisch leitfähigen Fluids, insbesondere
Metallschmelze.
12. Verwendung nach Anspruch 11, zum Bewegen, insbesondere
Transportieren des Fluids und/oder Mischen des Fluids.
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