DE4428297A1 - Feuerfeste Düse und Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze aus einem Gefäß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Düse zum Vergießen einer Metallschmelze aus einem Gefäß mit einem verschleißfesten Kern, der mit einer Ausgußöffnung versehen ist, und mit einem diesen umgebenden Mantel, der ab Raumtemperatur induktiv aufheizbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze mit dieser Düse.

In der DE 41 08 153 A1 ist eine Ausgußhülse beschrieben, die an einem Lochstein eines metallurgischen Gefäßes angeordnet ist. Die Ausgußhülse besteht aus einer inneren und einer äußeren Schale. Die äußere Schale ist auf die innere Schale aufgeschrumpft oder aufgekittet. Sie ist gut wärmeleitend mit der inneren Schale verbunden. Die äußere Schale ist schon ab Umgebungstemperatur im elektromagnetischen Feld eines Induktors induktiv aufheizbar. Der Induktor ist unterhalb des Lochsteins angeordnet. In der Innenschale ist ein Körper angeordnet, mit dem die die Ausgußöffnung durchströmende Metallschmelze steuerbar ist. Da die Ausgußhülse unten am Lochstein angeordnet ist, kann im Lochstein Metallschmelze einfrieren, die dann durch die induktive Beheizung kaum aufschmelzbar ist.

Die DE 38 42 690 A1 beschreibt einen Ausguß für eine Stranggießanlage. Die Ausgußinnenwand besteht aus elektrisch leitfähigem Material und ist mittels eines Induktors aufheizbar. Bei einer Ausführung ist die Induktionsspule in die Ausgußinnenwand selbst eingebettet. Ein derartiger Aufbau ist aufwendig, da bei einem Verschleiß der Ausgußinnenwand auch die Induktionsspule mitausgetauscht werden muß.

In der FR-PS 1 525 154 ist eine Ausgußdüse beschrieben, die vor dem Vergießen innen eine Graphitschicht trägt. Diese ist mittels einer Induktionsspule aufheizbar. Im Gießbetrieb wird die Graphitschicht ausgewaschen.

Die FR 2 609 914 A1 zeigt eine Ausgußdüse, deren Außenteil induktiv aufheizbar ist. In das Außenteil sind mehrere die Ausgußöffnung bildende Ringe eingesetzt. Ein solcher Aufbau ist aufwendig. Der Induktor wirkt im wesentlichen in einem mittleren Bereich der Ausgußdüse. Oben und/oder unten eingefrorenes Metall läßt sich damit kaum aufschmelzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine feuerfeste Düse der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die sich als Verschleißteil einfach herstellen läßt und mit der sich das Verfahren, insbesondere das Angießen, sicher durchführen läßt.

Bei der erfindungsgemäßen Düse ist der Mantel um den vorgefertigten Kern geformt und verdichtet. Es wird also zunächst der Kern aus dem geeigneten verschleißfesten Material hergestellt. Anschließend wird um diesen Kern der Mantel aus einem schon bei Raumtemperatur an ein elektromagnetisches Feld ankoppelnden Material geformt und an dem Kern verdichtet. Anschließend wird der den Kern umschließende Mantel getempert bzw. gebrannt. Das Tempern bzw. Brennen des Kerns kann auch gleichzeitig mit dem Tempern bzw. Brennen des Mantels geschehen. Dadurch ist eine einfach aufgebaute Düse geschaffen, die aufgrund der einfachen Herstellung billig sein kann. Ein besonderer Vorteil dieser Düse besteht darin, daß zwischen dem Kern und dem Mantel keine Fuge besteht und der Mantel nicht mit dem Kern verkittet werden muß. Maßtoleranzen des Kerns wirken sich nicht negativ aus, da der Mantel direkt an den jeweiligen Kern angeformt wird.

Die fugenlose Verbindung zwischen dem Kern und dem Mantel hat auch den Vorteil, daß zwischen dem Mantel und dem Kern eine gute Wärmeübertragung stattfindet.

Vorzugsweise wird die feuerfeste Düse als Freilaufdüse in einen Lochstein des Bodens des Verteilergefäßes eingesetzt. Der Induktor, mit dem der Mantel induktiv aufheizbar ist, ist in dem Lochstein selbst angeordnet. Die Freilaufdüse muß dabei den Lochstein nach unten nicht überragen. Der Induktor beheizt den Mantel, der Wärme auf den Kern überträgt. Da der Induktor im Lochstein liegt, wird der Kern in diesem Bereich intensiv erwärmt. Günstig ist auch, daß der Induktor im Lochstein gegen eine von unten kommende Wärmestrahlung abgedeckt ist.

Beim Verschleiß der Düse wird diese aus dem Lochstein entfernt, in dem der Induktor verbleibt und es wird eine neue Düse eingesetzt.

Ein Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, aus einem Verteilergefäß, zeichnet sich dadurch aus, daß jeweils eine Düse in jeweils einen in den Boden des Verteilergefäßes eingebauten Induktor eingesetzt wird, daß zum Aufheizen der Düse und/oder Angießen der Induktor eingeschaltet wird, wobei der Mantel induktiv aufgeheizt wird, so daß der Kern durch Wärmeleitung auf Betriebstemperatur gebracht wird und gegebenenfalls einen in seine Ausgußöffnung eingesetzten und/oder eingefrorenen Metallpfropf aufschmilzt.

Der Metallpfropf ist ein an sich bekanntes Verschlußorgan einer Freilaufdüse. Nach dem Stand der Technik wird er zum Angießen mittels einer Sauerstofflanze ausgebrannt. Diese gefährliche Arbeit entfällt bei der Erfindung, da der Induktor direkt im Boden des Verteilergefäßes eingebaut ist und damit die Düse in einem Bereich aufheizt, in dem der Metallpfropf sitzt.

Während des Gießbetriebs muß der Induktor nicht notwendig mit seiner Maximalleistung arbeiten. Er kann im Bedarfsfalle eingeschaltet werden, um Anlagerungen in der Ausgußöffnung, beispielsweise eingefrorenen Stahl und/oder abgeschiedene Tonerde (Clogging), zu verhindern oder zu beseitigen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

Die Figur zeigt eine Freilaufdüse im Boden eines Verteilergefäßes. Bei Stranggußanlagen sind im Boden mehrere solcher Düsen angeordnet.

Im Boden 1 eines Verteilergefäßes sitzt ein Lochstein 2. In den Lochstein 2 ist als Induktor eine gekühlte Induktionsspule 3 eingebaut, deren Anschlüsse in der Figur nicht gezeigt sind. Der Lochstein 2 weist eine leicht konisch geformte Einsatzöffnung 4 für eine Freilaufdüse 5 auf. Die Freilaufdüse 5 besteht aus einem Kern 6, der eine zylindrische Ausgußöffnung 7 bildet, und einem Mantel 8. Die Ausgußöffnung 7 hat einen Durchmesser kleiner als 20 mm, vorzugsweise kleiner als 15 mm. Der Kern 6 weist im Bedarfsfall eine gewölbte Außenkontur 9 auf, so daß seine Wandstärke oben dicker als unten ist.

Der Kern 6 besteht aus einem verschleißfesten, feuerfesten Keramikmaterial, insbesondere aus Zirkonoxid. Dieses Material koppelt zumindest bei Raumtemperatur nicht an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule 3 an.

Auf dem Kern 6 sitzt fugenlos der Mantel 8. Der Mantel 8 besteht aus einem feuerfesten keramischen Material, das bereits bei Raumtemperatur an das elektromagnetische Feld der Induktionsspule 3 ankoppelt und auch bei der Betriebstemperatur angekoppelt bleibt. Der Mantel 8 besteht vorzugsweise aus harzgebundenem Aluminiumoxid.

Der Mantel 8 sitzt deswegen fugenlos auf dem Kern 6, weil er bei der Herstellung der Freilaufdüse 5 direkt um den vorgefertigten Kern 6 geformt und an diesem verdichtet ist. Der Mantel 8 paßt sich dabei ohne weiteres an die jeweilige Außenkontur 9 an. Zwischen dem Mantel 8 und dem Kern 6 besteht höchstens ein kleiner Wärmeübergangswiderstand.

Vor dem Angießen ist die Ausgußöffnung 7 durch einen strichliert dargestellten Metallpfropf 10 geschlossen. Zum Angießen wird der Induktor 3 eingeschaltet. Dadurch wird der Mantel 8 induktiv aufgeheizt. Durch Wärmeleitung wird der Kern 6 auf Betriebstemperatur gebracht. Der Metallpfropf 10 schmilzt dadurch auf, so daß die Ausgußöffnung 7 frei wird und Schmelze austritt.

Ist zu befürchten, daß sich im Gießbetrieb in der Ausgußöffnung 7 Anlagerungen bilden, kann der Induktor 3 eingeschaltet bleiben, so daß der Kern 6 heiß bleibt, was Anlagerungen verhindert. Es ist auch möglich, im Gießbetrieb den Induktor nur zeitweise einzuschalten.

Nach Verschleiß der Düse 5 wird diese aus dem Lochstein 2 entfernt und es wird eine neue Düse eingesetzt. An der in den Lochstein 2 geschützt eingegossenen Induktionsspule 3 brauchen hierbei keine Manipulationen vorgenommen werden. Ein Düsenwechsel ist auf einfache Weise möglich und es besteht nicht die Gefahr, daß die Induktionsspule 3 bei einem Düsenwechsel beschädigt wird.

Claims (7)

1. Feuerfeste Düse zum Vergießen einer Metallschmelze aus einem Gefäß mit einem verschleißfesten Kern, der mit einer Ausgußöffnung versehen ist, und einem diesen umgebenden Mantel, der ab Raumtemperatur induktiv aufheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (8) um den vorgefertigten Kern (6) geformt und verdichtet ist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) aus Zirkonoxid besteht.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (8) aus einer kohlenstoffgebundenen Keramik besteht.

4. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgußöffnung (7) einen Durchmesser kleiner als 20 mm, vorzugsweise kleiner als 15 mm, aufweist.

5. Anordnung der feuerfesten Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche am Boden eines Verteilergefäßes, wobei die Düse (5) in einen Lochstein (2) des Bodens (1) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (3), mit dem der Mantel (8) induktiv aufheizbar ist, in dem Lochstein (2) angeordnet, insbesondere eingegossen, ist.

6. Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, aus einem Verteilergefäß, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Düse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in jeweils einen in den Boden (1) des Verteilergefäßes eingebauten Induktor (3) eingesetzt wird, daß zum Aufheizen der Düse (5) und/oder Angießen der Induktor (3) eingeschaltet wird, wobei der Mantel (8) induktiv aufgeheizt wird, so daß der Kern (6) durch Wärmeleitung auf Betriebstemperatur gebracht wird und gegebenenfalls einen in seine Ausgußöffnung (7) eingesetzten und/oder eingefrorenen Metallpfropf (10) aufschmilzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vergießens Anlagerungen in der Ausgußöffnung (7) durch Einschalten des Induktors (3) verhindert und/oder beseitigt werden.