DE4136066A1

DE4136066A1 - Ausgusseinrichtung fuer ein metallurgisches gefaess und verfahren zum oeffnen und schliessen einer ausgusshuelse

Info

Publication number: DE4136066A1
Application number: DE19914136066
Authority: DE
Inventors: Raimund 6272 Engenhahn De Brueckner
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1991-11-01
Publication date: 1993-05-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgußeinrichtung für ein metallurgisches Gefäß, die eine Ausgußhülse aus feuerfestem, keramischem Material und eine mit einer Kühlvorrichtung verbundene Induktionsspule aufweist, wobei die Ausgußhülse wenigstens teilweise in der Induktionsspule angeordnet ist und die Außenkontur der Ausgußhülse und die ihr im wesentlichen angepaßte Innenkontur der Induktionsspule kegelstumpfförmig sind.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Öffnen und Schließen einer Ausgußhülse eines metallurgischen Gefäßes, die zur Regelung des Schmelzenausflußes zumindest teilweise in einer Induktionsspule angeordnet ist, deren Kühlung nach dem Abschalten der elektrischen Energiequelle der Induktionsspule zum Abkühlen der Ausgußhülse verwendet wird.

Eine derartige Ausgußeinrichtung ist in der DE-AS 12 00 481 beschrieben. Die Induktionsspule ist der Ausgußhülse fest zugeordnet. Zur Kühlung besteht die Induktionsspule aus hohlen, kühlmitteldurchflossenen Leitern. Mittels der Induktionsspule wird die Schmelze im Bereich der Ausgußhülse im fließfähigen Zustand gehalten. Im stromlosen Zustand der Induktionsspule kann die Kühlung der Induktionsspule verwendet werden, um die Schmelze in der Ausgußhülse einzufrieren. Da eine unveränderbare Zuordnung der Induktionsspule und der Ausgußhülse besteht, ist die Induktionsspule nicht an die beim Aufschmelzen einerseits und beim Einfrieren der Schmelze andererseits unterschiedlichen Forderungen anpaßbar.

Die Kegelstumpfform bei der DE-AS 12 00 401 beruht auf der Verwendung eines konischen Stopfens als Verschlußkörper. Es ist nicht daran gedacht, auf einen beweglichen Verschlußkörper zu verzichten und den Schmelzenstrom mittels der Induktionsspule zu steuern.

In der EP 02 98 373 A2 ist eine Ausgußeinrichtung beschrieben, bei der in die Ausgußhülse ein Einsatzkörper eingebaut ist. Mittels der Induktionsspule soll der Schmelzenfluß gesteuert werden.

In der EP 01 55 575 A1 ist eine elektromagnetische Durchflußregulierung bei einem metallurgischen Gefäß beschrieben. Die Induktionsspule soll die Regulierung des Schmelzenflußes bis zum Abstoppen ermöglichen. Um einen erstarrten Metallpfropfen aufzuschmelzen, ist vorgeschlagen, die Induktionsspule bis zu dem Metallpfropfen zu verschieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgußeinrichtung und ein Verfahren zur Verbesserung des Wechsels zwischen Aufheizen und Abkühlen der Ausgußhülse vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Ausgußeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ausgußhülse und die Induktionsspule längs ihrer gemeinsamen Mittelachse gegeneinander so verschieblich angeordnet sind, daß ein zwischen der Innenkontur der Induktionsspule und der Außenkontur der Ausgußhülse bestehender Spalt in einer Verschiebestellung kleiner als in einer anderen Verschiebestellung ist.

In der einen Verschiebestellung, in der der Spalt größer ist, steht die Induktionsspule zum induktiven Aufschmelzen eines in der Ausgußhülse befindlichen Metallpfropfens zur Verfügung. Der in diesem Fall größere Spalt bildet eine Wärmeisolation zwischen der Ausgußhülse und der Induktionsspule.

In der anderen Verschiebestellung, in der der Spalt kleiner ist, steht die Induktionsspule, wenn mittels ihrer Kühlvorrichtung die Schmelze in der Ausgußhülse eingefroren werden soll. Der in diesem Fall kleinere Spalt ist so groß, daß die Induktionsspule durch die heiße Ausgußhülse nicht beschädigt wird und so klein, daß die Kühlung, der in diesem Falle stromlosen Induktionsspule auf die Ausgußhülse und damit die Schmelze wirkt. Der kleinere Spalt kann auch Null sein. In diesem Fall steht in dieser Verschiebestellung die Innenkontur der Induktionsspule in wärmeleitender Verbindung mit der Ausgußhülse. In der anderen Verschiebestellung besteht zwischen der Innenkontur der Induktionsspule und der Außenkontur der Ausgußhülse ein wärmeisolierender Spalt.

Durch die Wahl der Konizität der kegelstumpfförmigen Gestalt im Zusammenhang mit dem Hub zwischen den beiden Verschiebestellungen ist es baulich einfach, die Größe der Spalte in gewünschter Weise zu bemessen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß zum Einfrieren der Schmelze die Induktionsspule an der Ausgußhülse zur Anlage gebracht wird und zum erneuten Aufschmelzen der Schmelze die Induktionsspule außer Kontakt von der Ausgußhülse gebracht und die elektrische Energiequelle eingeschaltet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Ausgußeinrichtung schematisch.

Im Boden 1 eines metallurgischen Gefäßes sitzt ein Auslaßstein 2, dessen Öffnung 3 in einen Kanal 4 einer Ausgußhülse 5 mündet. Die Ausgußhülse 5 weist eine kegelstumpfförmige Außenkontur 6 auf, die sich zum Gefäßboden 1 hin verjüngt.

Um die Außenkontur 6 erstreckt sich eine Induktionsspule 7. Deren Innenkontur 8 ist wie die Außenkontur 6 der Ausgußhülse 5 kegelstumpfförmig. Die Windungen der Induktionsspule 7 sind in ihrem Inneren 9 hohl, so daß durch sie ein Kühlmittel hindurchleitbar ist. Vorzugsweise weisen die Windungen ein etwa rechteckförmiges Profil auf, das innenseitig auf der Innenkontur 8 liegt.

Die Induktionsspule 7 ist auf einem Träger 10 angebracht, der durch Verstellmittel, beispielsweise Schrauben 11, parallel zur Mittelachse M in Richtung des Pfeiles P höhenverstellbar ist. Dadurch ist die Induktionsspule 7 relativ zur Ausgußhülse 5 verschieblich.

Die Verstellmittel 11 stützen sich an einem Gehäuse 12 ab, das auch die Ausgußhülse 5 trägt und an dem Boden 1 befestigt ist.

Die Ausgußhülse 5 besteht aus einem feuerfesten, keramischen Material hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Ausgußhülse 5 muß nicht an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule 7 ankoppeln. Das elektromagnetische Feld wirkt dann direkt auf die Schmelze im Kanal 4. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Ausgußhülse 5 an das elektromagnetische Feld ankoppelt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß sie ganz oder teilweise aus Zirkonoxid besteht. In diesem Fall erfolgt die Erhitzung der Schmelze durch Wärmeübertragung.

In den Kanal 4 ist ein Einsatzkörper 13 eingebaut. Dieser teilt den Schmelzenfluß in mehrere Teilströme.

Die Ausgußhülse 5 kann einteilig sein. Beim Ausführungsbeispiel ist die Ausgußhülse 5 zweiteilig. Sie besteht aus einem Kern 14 und einem Mantel 15. Der Mantel 15 bildet die Außenkontur 6. Der Mantel 15 weist im Vergleich zum Kern 14 eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auf und hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Im Bedarfsfall kann der Mantel 15 so ausgelegt sein, daß er an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule 7 ankoppelt.

Hierfür kann für ihn Zirkonoxid verwendet werden. Dieses führt je nach Frequenz der elektrischen Energiequelle und der Art der Stabilisierung des Zirkonoxids zu einer induktiven Ankopplung.

In der Figur ist die Induktionsspule 7 in ihrer oberen Verschiebestellung gezeigt. In dieser besteht zwischen der Innenkontur 8 der Induktionsspule 7 und der Außenkontur 6 der Ausgußhülse 5 ein vergleichsweise großer Spalt 16. Die Induktionsspule 7 berührt also die Ausgußhülse 5 nicht. Der Spalt 16 bildet eine Wärmeisolierung.

Mittels der Verstellmittel 11 läßt sich die Induktionsspule 7 in ihre untere Verschiebestellung bringen. Die unterste Verschiebestellung ist erreicht, wenn die Innenkontur 8 der Induktionsspule 7 an der Außenkontur 6 der Ausgußhülse 5 anliegt. Diese Anlage soll möglichst gleichmäßig sein. In dieser Verschiebestellung besteht eine direkte wärmeleitende Verbindung zwischen den - gekühlten - Windungen der Induktionsspule 7 und der Ausgußhülse 5.

Die Konizität der kegelstumpfförmigen Außenkontur 6 und Innenkontur 8 ist im Zusammenhang mit dem Hub zwischen der oberen Verschiebestellung und der unteren Verschiebestellung so gewählt, daß sich in der oberen Verschiebestellung ein für Wärmeisolierung hinreichend großer Spalt 16 ergibt.

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist etwa folgende:

In der oberen Verschiebestellung ist die Induktionsspule 7 an eine nicht dargestellte elektrische Energiequelle angeschaltet, also stromdurchflossen. Gleichzeitig ist die Induktionsspule 7 vom Kühlmedium durchströmt. Durch das elektromagnetische Feld wird ein in dem Kanal 4 stehender, zum Absperren des Kanals 4 gewollter Metallpfropfen direkt oder indirekt aufgeschmolzen. Direkt wird er aufgeschmolzen, wenn das elektromagnetische Feld auf dem Metallpfropfen wirkt, dieser also induktiv ankoppelt. Indirekt - über Wärmeleitung - wird er aufgeschmolzen, wenn die Ausgußhülse 5 oder der Mantel 15 an das elektromagnetische Feld induktiv ankoppeln. Nach dem Aufschmelzen des Metallpfropfens setzt der Schmelzenstrom ein. Dieser läßt sich bei direkter induktiver Ankopplung der Schmelze an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule 7 steuern.

Soll der Schmelzenstrom unterbrochen werden, dann wird gegebenenfalls dieser zunächst auf einen kleinen Durchflußwert gesteuert. Es wird dann die Induktionsspule in ihre untere Verschiebestellung gebracht. Die elektrische Energiequelle bzw. das elektromagnetische Feld wird abgeschaltet. Die vom Kühlmedium durchströmten Windungen wirken jetzt durch Wärmeleitung durch die Ausgußhülse 5 auf die Schmelze, so daß diese sicher einfriert und einen den Kanal 4 absperrenden Metallpfropfen bildet. Dieser Metallpfropfen bleibt aufrechterhalten, bis die Induktionsspule 7 wieder in ihre obere Verschiebestellung gebracht wird und die elektrische Energiequelle eingeschaltet wird.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die kegelstumpfförmige Gestaltung auch so angeordnet sein, daß sie sich nach unten verjüngt. Die Verstellmittel sind vorzugsweise so gestaltet, daß die Verstellung mittels eines einzigen Antriebs möglich ist.

Claims

1. Ausgußeinrichtung für ein metallurgisches Gefäß, die eine Ausgußhülse aus feuerfestem, keramischem Material und eine mit einer Kühlvorrichtung verbundene Induktionsspule aufweist, wobei die Ausgußhülse wenigstens teilweise in der Induktionsspule angeordnet ist und die Außenkontur der Ausgußhülse und die ihr im wesentlichen angepaßte Innenkontur der Induktionsspule kegelstumpfförmig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgußhülse (5) und die Induktionsspule (7) längs ihrer gemeinsamen Mittelachse (M) gegeneinander so verschieblich angeordnet sind, daß ein zwischen der Innenkontur (8) der Induktionsspule (7) und der Außenkontur (6) der Ausgußhülse (5) bestehender Spalt in einer Verschiebestellung kleiner als in einer anderen Verschiebestellung ist.

2. Ausgußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (8) der Induktionsspule (7) in der einen Verschiebestellung in wärmeleitender Verbindung mit der Ausgußhülse (5) steht und in der anderen Verschiebestellung zwischen der Innenkontur (8) der Induktionsspule (7) und der Außenkontur (6) der Ausgußhülse (5) ein wärmeisolierender Spalt (16) besteht.

3. Ausgußeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (7) mittels einer Verstelleinrichtung (11) gegenüber der Ausgußhülse (5) verschieblich ist.

4. Ausgußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außenkontur (6) der Ausgußhülse (5) und die Innenkontur (8) der Induktionsspule (7) zum Gefäß hin verjüngen.

5. Ausgußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste, keramische Material der Ausgußhülse (5) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

6. Ausgußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgußhülse (5) mindestens zweiteilig aufgebaut ist und vorzugsweise ein Innenteil (14) und einen äußeren Mantel (15) aufweist.

7. Ausgußeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (15) eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweist.

8. Ausgußeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (15) eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat.

9. Verfahren zum Öffnen und Schließen einer Ausgußhülse eines metallurgischen Gefäßes, die zur Regelung des Schmelzenausflusses zumindest teilweise in einer Induktionsspule angeordnet ist, deren Kühlung nach dem Abschalten der elektrischen Energiequelle der Induktionsspule zum Abkühlen der Ausgußhülse verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einfrieren der Schmelze die Induktionsspule (7) an der Ausgußhülse (5) zur Anlage gebracht wird und zum erneuten Aufschmelzen der Schmelze die Induktionsspule (7) außer Kontakt von der Ausgußhülse (5) gebracht und die elektrische Energiequelle eingeschaltet wird.