DE4108153A1 - Refractory molded part and its use - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein feuerfestes Formteil, das mindestens zwei sich wenigstens teilweise umhüllende nichtmetallische Schalen aufweist.The invention relates to a fireproof molded part that at least two at least partially enveloping has non-metallic shells.
Derartige feuerfeste Formteile werden beispielsweise als Verschleißteile bei Ausgüssen von metallurgischen Gefäßen verwendet. Die innere Schale besteht gewöhnlich aus einer Keramik, die zwar widerstandsfähig gegen die Metallschmelze ist, jedoch nur eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Es kommt dadurch häufig schon beim Aufheizen des Formteils zu einer Rißbildung. Um die Rißbildung zu unterdrücken, ist die äußere Schale vorgesehen. Diese besteht aus einem Material hoher Temperaturwechselbeständigkeit.Such refractory moldings are, for example, as Wear parts when pouring metallurgical vessels used. The inner shell usually consists of one Ceramics that are resistant to the molten metal is, however, only a low resistance to temperature changes having. It often occurs when the Molding to cracking. To cracking too suppress, the outer shell is provided. These consists of a material with high thermal shock resistance.
In der DE 34 12 388 A1 ist ein Ausguß beschrieben, bei dem ein keramisches Gießrohr durch einen Blechmantel verstärkt und geschützt ist. Ein derartiger Blechmantel kann nicht verwendet werden, wenn das Formteil in eine elektrische Induktionsspule eingebaut wird, da er in dem elektromagnetischen Feld der Induktionsspule infolge von Wirbelströmen so erhitzt würde, daß er jegliche stabilisierende Wirkung verlöre. Außerdem würde der Mantel das elektromagnetische Feld in unerwünschter Weise gegen die innere Schale abschirmen. DE 34 12 388 A1 describes a spout in which a ceramic pouring tube reinforced by a sheet metal jacket and is protected. Such a sheet metal jacket cannot be used when the molded part is in an electrical induction coil is installed because it is in the electromagnetic field of Induction coil would be heated as a result of eddy currents that he would lose any stabilizing effect. Furthermore the mantle would make the electromagnetic field undesirable Shield way against the inner shell.
In der Europäischen Patentanmeldung 90 103 381 vom 22.02.1990 ist ein Ausguß beschrieben, bei dem in ein Tragteil ein Rohrteil eingesetzt ist. Beide Teile bestehen aus keramischem Material. Sie sind durch einen Schrumpfsitz verbunden.In European patent application 90 103 381 dated 22.02.1990 a spout is described in which in a Carrier part is a tubular part is used. Both parts exist made of ceramic material. You're through a shrink fit connected.
In der EP 02 98 373 A2 ist eine Ausgußhülse beschrieben, die in eine Induktionsspule eingebaut ist. In der Ausgußhülse ist ein Körper angeordnet, der das von der Induktionsspule ausgehende elektromagnetische Feld beeinflußt. Der Fluß der Metallschmelze läßt sich dabei durch den die Induktionsspule durchfließenden Strom unterbrechen und steuern. Eine gezielte Aufheizung der Ausgußhülse von einer Umgebungstemperatur in die Nähe einer Betriebstemperatur ist hier nicht beschrieben.EP 02 98 373 A2 describes a pouring sleeve which is built into an induction coil. In the pouring sleeve is a body arranged by the induction coil outgoing electromagnetic field is affected. The flow of the Molten metal can be made through the induction coil Interrupt and control current flowing through. A targeted heating of the pouring sleeve from a Ambient temperature is close to an operating temperature not described here.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formteil der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die innere Schale auf einfache Weise von einer Umgebungstemperatur in die Nähe ihrer Betriebstemperatur gebracht werden kann.The object of the invention is a molded part of the entry to propose the type mentioned, in which the inner shell easy way from an ambient temperature nearby their operating temperature can be brought.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem feuerfesten Formteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest eine der Schalen in einem elektromagnetischen Feld induktiv aufheizbar ist. Dadurch ist erreicht, daß die innere Schale langsam und gleichmäßig in die Nähe ihrer Betriebstemperatur vorgeheizt werden kann. Dies vermindert die Gefahr von Rißbildungen.According to the invention, the above task is for a refractory Molding of the type mentioned solved in that at least one of the shells in an electromagnetic field can be heated inductively. This ensures that the inner shell slowly and evenly near her Operating temperature can be preheated. This diminishes the risk of cracking.
Ist die äußere Schale induktiv aufheizbar, dann überträgt sie durch Wärmeleitung die Wärme auf die innere Schale. Ist die innere Schale selbst induktiv aufheizbar, dann wird sie direkt im elektromagnetischen Feld aufgeheizt. Die äußere Schale schirmt dabei das elektromagnetische Feld nicht ab, da sie aus einem nichtmetallischen Material besteht. Es ist auch möglich, daß sowohl die äußere Schale als auch die innere Schale induktiv aufheizbar sind. In diesem Fall unterstützen sich die genannten Wirkungen.If the outer shell can be heated inductively, then it transmits it conducts heat to the inner shell. Is the inner shell itself can be heated inductively, then it becomes heated directly in the electromagnetic field. The outer Shell does not shield the electromagnetic field, because it is made of a non-metallic material. It is also possible that both the outer shell and the inner shell can be heated inductively. In this case support the effects mentioned.
Durch die Steuerung des elektromagnetischen Feldes läßt sich die gewünschte Vorerwärmung zeitlich steuern.By controlling the electromagnetic field Schedule the desired preheating.
Das elektromagnetische Feld wird von einer Induktionsspule erzeugt, in die das Formteil eingesetzt ist. Zur Vorerwärmung ist keine zusätzliche Induktionsspule erforderlich, wenn diese ohnehin vorgesehen ist, um den Durchfluß einer Schmelze durch das Formteil zu steuern (vgl. EP 02 98 373 A2).The electromagnetic field is generated by an induction coil generated, in which the molded part is inserted. To Preheating is not an additional induction coil required if this is already provided to the To control the flow of a melt through the molded part (cf. EP 02 98 373 A2).
In Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Schale schon ab der Umgebungstemperatur in dem elektromagnetischen Feld induktiv aufheizbar. Die äußere Schale ist also schon bei Umgebungstemperatur an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule elektrisch angekoppelt. Dadurch ist gewährleistet, daß die gesamte Vorerwärmung von der Umgebungstemperatur bis in die Nähe der Betriebstemperatur durch die induktive Aufheizung erfolgen kann. Würde die äußere Schale erst bei einer höheren Temperatur an das elektromagnetische Feld ankoppeln, dann müßte sie mittels einer anderen Heizeinrichtung von der Umgebungstemperatur auf diese Temperatur gebracht werden. In an embodiment of the invention, the outer shell is already from the ambient temperature in the electromagnetic field can be heated inductively. So the outer shell is already with Ambient temperature to the electromagnetic field of the Induction coil electrically coupled. This is ensures that all of the preheating from the Ambient temperature close to the operating temperature can be done by inductive heating. Would outer shell only at a higher temperature couple the electromagnetic field, then it would have to be by means of another heater from the ambient temperature brought to this temperature.
Damit die äußere Schale stark genug erwärmt wird, um die innere Schale hinreichend zu erwärmen, nimmt sie in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung bei Raum- bzw. Umgebungstemperatur eine Leistung von 25 bis 40% der Leistungsaufnahme einer Schale aus ferritischem Stahl auf.So that the outer shell is heated sufficiently to the Warming up the inner shell sufficiently takes them in preferred embodiment of the invention in space or Ambient temperature a power of 25 to 40% of the Power consumption of a shell made of ferritic steel.
Die äußere Schale besteht beispielsweise aus mit Kohlenstoff gebundenem Aluminiumoxid oder aus Kohlenstoffasern oder einer Kohlenstoffolie. Sie kann geschlossen sein oder aus Bahnen mit Zwischenräumen besehen, beispielsweise als Wickelung. Es hat sich gezeigt, daß die äußere Schale dann zu der gewünschten Stabilisierung der inneren Schale führt und in der gewünschten Weise induktiv aufheizbar ist.The outer shell is made of carbon, for example bound aluminum oxide or carbon fibers or a carbon film. It can be closed or off View lanes with spaces, for example as Winding. It has been shown that the outer shell then leads to the desired stabilization of the inner shell and can be heated inductively in the desired manner.
In Weiterbildung der Erfindung ist die innere Schale zumindest ab einer Temperatur über 400°C in dem elektromagnetischen Feld induktiv aufheizbar. Die innere Schale koppelt also erst bei einer Temperatur über 400°C an das elektromagnetische Feld an. Oberhalb der genannten Temperatur wird dann die innere Schale bis zur Betriebstemperatur dadurch aufgeheizt, daß die innere Schale selbst induktiv aufgeheizt wird.In a further development of the invention is the inner shell at least from a temperature above 400 ° C in the electromagnetic field can be heated inductively. The inner one Shell therefore only couples at a temperature above 400 ° C the electromagnetic field. Above the above The inner shell is then brought up to the temperature Operating temperature is heated by the fact that the inner shell is even heated inductively.
Vorzugsweise besteht die innere Schale im wesentlichen aus verschleißfestem Zirkonoxid, das beispielsweise mit MgO, NaO oder YO stabilisiert oder teilstabilisiert ist.The inner shell preferably consists essentially of wear-resistant zirconium oxide, for example with MgO, NaO or YO is stabilized or partially stabilized.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims and the following description of embodiments. The drawing shows:
Fig. 1 ein Verwendungsbeispiel eines feuerfesten Formteils als Ausgußhülse an einem metallurgischen Gefäß innerhalb einer Induktionsspule, schematisch im Schnitt, Fig. 1 a usage example of a fireproof molded part as a spout on a metallurgical vessel within an induction coil, diagrammatically in section,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines feuerfesten Formteils als Ausgußhülse und Fig. 2 shows another embodiment of a refractory molded part as a pouring sleeve and
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel. Fig. 3 shows a third embodiment.
In den Boden 1 eines metallurgischen Gefäßes ist ein Lochstein 2 eingesetzt. An dem Lochstein 2 ist ein feuerfestes Formteil 3 als rohrförmige Ausgußhülse angeordnet. Diese ist von einer Induktionsspule 4 umschlossen.A perforated stone 2 is inserted into the bottom 1 of a metallurgical vessel. On the perforated brick 2 , a refractory molded part 3 is arranged as a tubular pouring sleeve. This is enclosed by an induction coil 4 .
In einem Auslaufkanal 5 der Ausgußhülse 3 ist ein Körper 6 angeordnet. Dieser führt dazu, daß im Zusammenwirken mit einem von der Induktionsspule 4 ausgehenden elektromagnetischen Feld, der Fluß der den Auslaufkanal 5 durchströmenden Metallschmelze zu steuern ist. Dies ist in der EP 02 68 373 A2 näher beschrieben.A body 6 is arranged in an outlet channel 5 of the pouring sleeve 3 . This leads to the fact that, in cooperation with an electromagnetic field emanating from the induction coil 4 , the flow of the molten metal flowing through the outlet channel 5 is to be controlled. This is described in more detail in EP 02 68 373 A2.
Die Ausgußhülse 3 ist ein Verschleißteil. Sie ist unabhängig von der Induktionsspule 4 auszuwechseln.The pouring sleeve 3 is a wearing part. It is to be replaced independently of the induction coil 4 .
Die Ausgußhülse 3 weist eine hülsenförmige innere Schale 7 auf. Diese besteht aus feuerfestem, keramischem Material, das verschleißfest gegen die Schmelze ist. Beispielsweise besteht die rohrförmige innere Schale 7 aus Zirkonoxid, das mittels MgO, NaO oder YO stabilisiert oder teilstabilisiert ist.The pouring sleeve 3 has a sleeve-shaped inner shell 7 . This consists of fire-resistant, ceramic material that is wear-resistant against the melt. For example, the tubular inner shell 7 consists of zirconium oxide, which is stabilized or partially stabilized by means of MgO, NaO or YO.
Die rohrförmige innere Schale 7 ist von einer rohrförmigen äußeren Schale 8 umschlossen. Die innere Schale 7 und die äußere Schale 8 bilden gemeinsam das Formteil 3. Die rohrförmige äußere Schale 8 besteht beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aus mit Kohlenstoff gebundenem Aluminiumoxid (Al#u2¢oO#u3#o). Die äußere Schale 8 ist auf die innere Schale 7 aufgeschrumpft oder aufgekittet. Sie ist gut wärmeleitend mit der inneren Schale 7 verbunden.The tubular inner shell 7 is enclosed by a tubular outer shell 8 . The inner shell 7 and the outer shell 8 together form the molded part 3 . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the tubular outer shell 8 consists of aluminum oxide bonded with carbon (Al # u2 ¢ oO # u3 # o). The outer shell 8 is shrunk or cemented onto the inner shell 7 . It is connected to the inner shell 7 with good thermal conductivity.
Die Längsachse des Formteils 3 ist mit L bezeichnet.The longitudinal axis of the molded part 3 is designated by L.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die innere Schale 7 wie bei Fig. 1 beschrieben aufgebaut. Die äußere Schale 8 ist von einem aus Kohlenstoffasern hergestellten Band 9 gebildet, das wendelförmig um die innere Schale 7 gewickelt ist. Zwischen den Rändern des Bandes 9 besteht ein Schlitz 10. Die Ränder können sich jedoch auch überlappen. Um das Band 9 an der inneren Schale 7 zu fixieren, sind Ringe 11, 12 vorgesehen. Das Band 9 könnte jedoch auch bei der Herstellung der inneren Schale 7 in diese eingegossen sein.In the embodiment according to FIG. 2, the inner shell 7 is constructed as described in FIG. 1. The outer shell 8 is formed by a band 9 made of carbon fibers, which is wound helically around the inner shell 7 . There is a slot 10 between the edges of the belt 9 . However, the edges can also overlap. In order to fix the band 9 to the inner shell 7 , rings 11 , 12 are provided. The band 9 could, however, also be cast into the inner shell 7 during the production thereof.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht die äußere Schale 8 aus einer wendelförmig um die innere Schale 7 gewickelten Schnur 13 aus Kohlenstoffasern. Die Enden der Schnur 13 können mit Ringen 11, 12 an der inneren Schale 7 gehalten sein. Die Schnur 13 kann auch bei der Herstellung der inneren Schale 7 in diese eingegossen werden.In the embodiment according to FIG. 3, the outer shell 8 consists of a cord 13 made of carbon fibers which is wound helically around the inner shell 7 . The ends of the cord 13 can be held on the inner shell 7 by rings 11 , 12 . The cord 13 can also be cast into the inner shell 7 during manufacture.
Bei den Ausführungsbeispielen ist das Material der äußeren Schale 8 so gewählt, daß sie schon bei Umgebungstemperatur durch die Induktionsspule 4 induktiv aufheizbar ist. Das Material der inneren Schale 7 ist ab einer Temperatur von etwa 800°C mittels der Induktionsspule 4 induktiv aufheizbar. In the exemplary embodiments, the material of the outer shell 8 is selected such that it can be inductively heated by the induction coil 4 even at ambient temperature. The material of the inner shell 7 can be heated inductively from a temperature of approximately 800 ° C. by means of the induction coil 4 .
Die Funktionsweise ist etwa folgende: Vor dem Betrieb, also bevor Schmelze durch den Auslaufkanal 5 fließengelassen wird, wenn also die Temperatur des Formteils 3 bei der Umgebungstemperatur liegt, wird die Induktionsspule 4 eingeschaltet. Dadurch erfolgt eine induktive Erwärmung der äußeren Schale 8. Durch Wärmeleitung geht die Temperaturerhöhung von der äußeren Schale 8 auf die innere Schale 7 über, so daß deren Temperatur allmählich und über ihren Umfang und ihre Länge gleichmäßig ansteigt. Eine Rißbildung in der inneren Schale 7 ist dabei trotz ihrer geringen Temperaturwechselbeständigkeit nicht zu befürchten.The mode of operation is approximately as follows: Before operation, that is to say before melt is allowed to flow through the outlet channel 5, that is to say when the temperature of the molded part 3 is at the ambient temperature, the induction coil 4 is switched on. This results in an inductive heating of the outer shell 8 . The increase in temperature passes from the outer shell 8 to the inner shell 7 by heat conduction, so that its temperature rises gradually and uniformly over its circumference and its length. Crack formation in the inner shell 7 is not to be feared despite its low resistance to temperature changes.
Ist die Temperatur, beispielsweise 800°C, erreicht, bei der auch die innere Schale 7 induktiv aufheizbar ist, dann erfolgt zusätzlich eine induktive Erwärmung der inneren Schale 7. Die Temperaturerhöhung setzt sich fort. Wenn danach die innere Schale 7 die Betriebstemperatur, also etwa die Temperatur der Schmelze erreicht, oder ihr nahekommt, dann braucht die Induktionsspule 4 das Formteil 3 nicht weiter zu erwärmen. Es kann nun das Auslassen der Schmelze eingeschaltet werden. Die innere Schale 7 erleidet dabei keinen Temperaturschock, der zu einer Rißbildung führen könnte.If the temperature, for example 800 ° C., is reached at which the inner shell 7 can also be heated inductively, then the inner shell 7 is additionally heated inductively. The temperature increase continues. If the inner shell 7 then reaches the operating temperature, that is to say the temperature of the melt, or comes close to it, then the induction coil 4 does not need to heat the molded part 3 any further. The melt outlet can now be switched on. The inner shell 7 does not suffer a temperature shock that could lead to cracking.
Der Fluß der auslaufenden Schmelze kann nun mittels der Induktionsspule 4 gesteuert werden. Auch während dieser Zeit wird zumindest die innere Schale 7 durch induktive Erwärmung auf der Betriebstemperatur gehalten. In jedem Fall stabilisiert die äußere Schale 8 die innere Schale 7 gegen eine Rißbildung. The flow of the emerging melt can now be controlled by means of the induction coil 4 . During this time too, at least the inner shell 7 is kept at the operating temperature by inductive heating. In any case, the outer shell 8 stabilizes the inner shell 7 against cracking.
Das Band 9 und die Schnur 13 aus Kohlenstoffasern haben eine hohe Zugfestigkeit und verhindern dadurch ein Aufweiten der inneren Schale 7 infolge von Rißbildungen. Bei der äußeren Schale 8 kommt es weniger darauf an, Sprünge der inneren Schale 7 auszuschließen. Es kommt darauf an, daß die äußere Schale 8, also das vorgefertigte Rohrteil (vgl. Figur) bzw. das Band 9 (vgl. Fig. 2) bzw. die Schnur 13 (vgl. Fig. 3) verhindert, daß Risse sich so weit öffnen, daß Schmelze durchtreten kann.The band 9 and the cord 13 made of carbon fibers have a high tensile strength and thereby prevent the inner shell 7 from expanding due to the formation of cracks. With the outer shell 8 , it is less important to rule out cracks in the inner shell 7 . It is important that the outer shell 8 , that is to say the prefabricated tubular part (cf. FIG. 1) or the band 9 (cf. FIG. 2) or the cord 13 (cf. FIG. 3), prevents cracks from occurring in this way open wide so that the melt can penetrate.
Günstig bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei den Fig. 2 und 3, ist auch, daß die Wandstärke der äußeren Schale 8 klein ist. Die Wandstärke der äußeren Schale 8 ist wesentlich kleiner als die der inneren Schale 7. Es kann deshalb eine Induktionsspule 4 mit relativ engem Innendurchmesser verwendet werden. Wäre die Wandstärke der äußeren Schale 8 wesentlich größer, dann müßte der Innendurchmesser der Induktionsspule 4 entsprechend größer sein. Dies würde die Induktionsspule 4 und ihre Steuerung sowie den Energiebedarf beträchtlich erhöhen.In the exemplary embodiments described, in particular in FIGS. 2 and 3, it is also advantageous that the wall thickness of the outer shell 8 is small. The wall thickness of the outer shell 8 is significantly smaller than that of the inner shell 7 . An induction coil 4 with a relatively narrow inner diameter can therefore be used. If the wall thickness of the outer shell 8 were significantly larger, then the inner diameter of the induction coil 4 would have to be correspondingly larger. This would considerably increase the induction coil 4 and its control as well as the energy requirement.
In den genannten Ausführungsbeispielen ist eine Ausgußhülse beschrieben. Die Erfindung läßt sich auch bei anderen Ausguß- und/oder Regelorganen für Metallschmelzengefäße verwenden.In the above embodiments there is a pouring sleeve described. The invention can also be used in others Pouring and / or regulating elements for molten metal vessels use.
Claims (16)
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Also Published As
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