EP0379647A2 - Feuerfeste Verbindung sowie Induktionsspule hierfür - Google Patents

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EP0379647A2
EP0379647A2 EP89119300A EP89119300A EP0379647A2 EP 0379647 A2 EP0379647 A2 EP 0379647A2 EP 89119300 A EP89119300 A EP 89119300A EP 89119300 A EP89119300 A EP 89119300A EP 0379647 A2 EP0379647 A2 EP 0379647A2
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EP
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electrically conductive
refractory
molten metal
ceramic material
primary coil
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/60—Pouring-nozzles with heating or cooling means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/367—Coil arrangements for melting furnaces

Definitions

  • the invention relates to a refractory connection between a vessel containing a molten metal and an extraction device for the molten metal, in particular a refractory spout for molten steel.
  • the object of the present invention is to provide a refractory spout of the type mentioned, in which the disadvantages mentioned are reliably avoided.
  • the spout inner wall consists entirely or partially of ceramic material which is electrically conductive at at least the liquidus temperature of the molten metal and can be inductively heated by means of a primary coil, or has such a material.
  • the required conductivity should expediently begin at least at the temperature and should at least continue until the liquidus temperature of the molten metal or above which the pouring inner wall is heated by the molten metal itself.
  • Induction furnaces are known per se in which the wall of the heating chamber is heated by means of an induction coil surrounding it (cf. e.g. GB 2 121 028 A).
  • the induction coils known per se are supplied with a completely new application and thereby undesirable freezing of molten metal in a refractory spout and undesirable deposits from the molten metal are reliably avoided by inductively heating the pouring wall to the required temperature or keeping it there , in which the entire adverse side effects are avoided.
  • the spout does not consist of the electrically conductive ceramic material over its entire length, but only over a longitudinal section of the spout wall, and if the induction coil is assigned to this longitudinal section.
  • inductively heatable ceramic material one which is or has ZrO2 is particularly suitable in the context of the invention. Such materials have already proven themselves as sheathing induction coils and have excellent erosion and corrosion resistance against molten metal.
  • the ZrO2 is stabilized by means of Y2O3, CaO and / or MgO.
  • the primary coil itself can also consist of ceramic material, which is particularly advantageous if cooling for energy reasons is to be dispensed with.
  • the primary coil can advantageously be part of the pouring wall itself, for example embedded in it.
  • the output of the primary coil can be regulated, the heating temperature can be changed to regulate the temperature of the molten metal and / or to prevent or remove deposits from the molten metal.
  • the frequency range should expediently be in the order of 3 to 10 MHz.
  • the invention relates to a novel, at least one primary coil inductor for heating electrically conductive material, in particular electrically conductive, ceramic material or components made therefrom. According to the invention, it is distinguished by the fact that its coil consists of an electrically conductive ceramic material. This solves the problem on economical way to operate an induction coil permanently. As with metal coils, cooling is not required.
  • Such an induction coil can be used according to a further proposal of the invention for inductively heating components of the electrically conductive material, in particular tubular components, preferably connections between a vessel containing molten metal and a withdrawal device, such as refractory spouts of the type described above.
  • the coil preferably encloses the component or is integrated in its wall.
  • the refractory spout for a continuous caster according to FIG. 1 has a spout inner wall 1 which encloses a flow channel 3. At a distance, the spout inner wall 1, in this case over its entire length L, is surrounded by a primary coil 4.
  • the primary coil 4 in turn is provided with a metallic shield 5 against stray radiation, which can be cooled.
  • the space 7 delimited by the shield 5 and the outer wall surface 6 of the pouring inner wall 1 can be filled with a thermally insulating material, for example a ZrO2 granulate.
  • the primary coil 4 can be connected to a frequency-dependent current source with controllable power.
  • the inner wall surface 2 of the spout inner wall 1 delimiting the flow channel 3 can be heated to the required extent in a controlled manner or can be kept at the desired temperature after the wall has been heated by the molten metal flowing through it, in order to avoid freezing of the molten metal.
  • the inner wall 2 can have a layer or casing that is electrically insulating from the molten steel.
  • the primary coil 4 also extends over the entire length L of the spout inner wall 1, in contrast to FIG. 1, however, it is embedded in the stronger spout inner wall 1 itself.
  • the optionally cooled metal shield 5 is here directly on the outer wall surface 6 of the inner wall 1.
  • the inner wall 2 can also have a layer or casing which is electrically insulating from the molten steel.
  • the primary coil 4 can be arranged such that its inducing magnetic field is directed parallel or perpendicular to the axis of the spout.
  • the primary coil 4 itself can consist of electrically conductive ceramic material, so that cooling of the coil itself is unnecessary.
  • An arrangement equipped with such a coil 4 can also be used for other heating purposes.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Verbindung zwischen einem eine Metallschmelze enthaltenden Gefäß und einer Abzugsvorrichtung für die Metallschmelze, insbesondere feuerfester Ausguß für Stahlschmelze. Zur Vermeidung eines Einfrierens der Metallschmelze und von Ablagerungen von Bestandteilen der Metallschmelze auf der Innenwandfläche (2) der Ausgußwandung wird erfindungsgemäß im wesentlichen vorgeschlagen, daß die Ausgußinnenwandung (1) ganz oder teilweise aus bei wenigstens Liquidus-Temperatur der Metallschmelze elektrisch leitfähigem, mittels einer Induktionsspule (4) induktiv aufheizbarem keramischen Material besteht bzw. ein solches Material aufweist. Die Erfindung bezieht sich auch auf die besondere Ausgestaltung einer hierfür, aber auch in anderem Zusammenhang wirtschaftlich einsetzbaren Induktionsspule (4).

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:
    • Figur 1 schematisch einen die Erfindugn aufweisenden feuerfesten Ausguß im Vertikalschnitt, und
    • Figur 2 eine Schnittdarstellung entsprechend Figur 1 für eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausgusses.
  • Der feuerfeste Ausguß für eine Stranggießanlage gemäß Figur 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 fequenzabhängige 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 Figur 2 erstreckt sich die Primärspule 4 ebenfalls über die gesamte Länge L der Ausgußinnenwandung 1, im Gegensatz zu Figur 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 Außgußinnenwandung 1 an. Auch bei der Ausführungsform gemäß Figur 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.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1 Ausgußinnenwandung
    • 2 Innenwandung
    • 3 Durchflußkanal
    • 4 Primärspule
    • 5 Abschirmung
    • 6 Außenwandfläche
    • 7 Raum
    • 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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