EP0755741A1 - Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils - Google Patents

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EP0755741A1
EP0755741A1 EP96110900A EP96110900A EP0755741A1 EP 0755741 A1 EP0755741 A1 EP 0755741A1 EP 96110900 A EP96110900 A EP 96110900A EP 96110900 A EP96110900 A EP 96110900A EP 0755741 A1 EP0755741 A1 EP 0755741A1
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EP
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interior
induction coil
molded part
pipe section
pipe sections
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Raimund Brückner
Rüdiger Dr. Grau
Daniel Grimm
Steve Lee
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/60—Pouring-nozzles with heating or cooling means

Definitions

  • the invention relates to a method for inductively heating a refractory molded part which has a tubular interior. Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.
  • Such molded parts are in particular part of a melt outlet device in a metallurgical vessel. They are preheated in order to prevent the melt flowing through it from cooling down, in particular freezing it.
  • DE 38 42 690 A1 shows a refractory spout for a continuous caster.
  • the spout is surrounded on the outside by an induction coil with which the inner outer wall can be heated inductively in a controlled manner.
  • the coil is part of the pouring component. This is complex and expensive, which is particularly important because such refractory pouring molded parts are wearing parts.
  • Fireproof molded parts in particular immersion spouts, are usually heated by means of gas burners. This has the disadvantage that it can burn out the carbon, which is a material component of the molded part. It is also unfavorable that there is an uneven temperature distribution in the molded part during heating. For example, temperature differences of about 400 K were found. It also takes a considerable amount of time to heat up.
  • the object of the invention is to enable rapid and uniform heating of the refractory molded part.
  • the above object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by introducing an internal inductor into the interior, by heating the molded part by means of the internal inductor and then removing the internal inductor from the interior.
  • a rapid and uniform heating of the refractory component takes place, which is, for example, an immersion spout or a tube of a tube-in-tube outlet system with which the melt outflow can be interrupted and / or controlled or regulated.
  • the invention achieves increased plant availability because freezing problems are avoided.
  • the method and the device are suitable not only for heating during casting, but also for heating during interruptions in casting in order to keep the molded part at a suitable temperature.
  • a device for carrying out the method is characterized in that the internal inductor is formed from a cooled, predominantly helical induction coil.
  • the figure shows an immersion nozzle for a metallurgical vessel with an internal inductor inserted.
  • An immersion nozzle (immersion pouring tube), which is known in its form, is a refractory molded part (1) made of a ceramic, carbon-containing material, which can be inductively coupled to an alternating electrical field, resulting in heating.
  • the immersion spout has a tubular, cylindrical interior (2).
  • the immersion spout is provided with a metallic outer jacket (3) in an outer partial area.
  • the metallic outer jacket (3) therefore shields electromagnetic fields from the immersion spout, so that the immersion spout would not be able to be heated uniformly with an external induction coil.
  • an internal inductor (4) is inserted into the tubular, cylindrical interior (2).
  • the inner inductor (4) has a cooled, helical induction coil (5) which is connected to a generator (6).
  • the dimensions of the induction coil (5), in particular their length, are adapted to the interior (2) such that they extend as far as possible over the entire length of the interior (2).
  • their diameter is adapted to the diameter of the interior (2).
  • the interior (2) is electrically and / or thermally insulated from the induction coil (5) with a layer (13), for example a ceramic glaze, so that the immersion spout does not come into contact with live parts and / or there is no zonal overheating.
  • a layer (13) for example a ceramic glaze
  • the outer surface of the induction coil (5) is electrically and / or thermally insulated from the surfaces of the interior (2) by means of a pipe section (7).
  • induction coil (5) it is also advantageous to adapt the induction coil (5) to different geometries or wall thicknesses in such a way that there are different distances between the induction coil (5) and the surfaces of the areas to be heated. With this measure, different energy densities are generated in the molded part (1), which improves the uniformity of the heating with different wall thicknesses.
  • the pipe section (7) is to be designed accordingly.
  • the pipe section (7) also serves to center the induction coil (5) in the interior (2).
  • the pipe section (7) is slid onto the induction coil (5) so that it can be replaced if necessary.
  • the outside diameter of the pipe section (7) is adapted to the inside diameter of the interior (2) in such a way that it can easily be inserted into the interior (2) and pulled out of the interior (2) with the induction coil (5).
  • the design can also be such that the pipe section (7) is first inserted into the interior (2) and then the induction coil (5) is inserted into the pipe section (7).
  • the pipe section (7) has a flange (8) at the top to limit insertion. In the exemplary embodiment, it is closed at the bottom by a base (9).
  • the induction coil (5) is provided with an additional turn (11) above the flange (8).
  • the pipe section (7) consists of a highly heat-resistant, ceramic fiber or foam material.
  • tube section (7) extends over the entire length of the induction coil (5).
  • Two or more pipe sections can also be provided distributed over the length of the induction coil (5).
  • the pipe section (7) or the pipe sections need not be able to be pulled out of the interior (2). It is also possible to design the pipe section (7) or the pipe sections as a lining of the interior (2), which is then decomposed by the melt when used for the first time.
  • the immersion spout radiates heat to the outside, ie loses heat
  • it can be provided with an external insulation (12), preferably made of ceramic fiber material or ceramic foam. This improves the rapid and even heating of the immersion nozzle.
  • the inner inductor (4) with its tube section (7) is inserted into the interior (2) and the generator (6) is switched on. As a result, the immersion nozzle is heated inductively rapidly and substantially over its entire length. After reaching the target temperature, the inner inductor (4) is pulled out of the immersion spout. This is then pre-heated and ready for the casting operation.
  • the inner inductor (4) can be used for many heating processes on many immersion spouts. Its application is therefore independent of the wear of the immersion nozzle.
  • the pipe section (7) can, if it is worn, be pulled off the induction coil (5) and replaced with a new pipe section. In the case of different inside diameters of immersion spouts, pipe sections (7) with correspondingly different outside diameters can be kept ready. This makes it possible to insert the induction coil (5) coaxially centered, even with different interior diameters.

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines mit einem rohrförmigen Innenraum (2) versehenen feuerfesten Formteils (1), insbesondere für ein metallurgisches Gefäß, soll ein rasches, gleichmäßiges Aufheizen des Formteils (1) ermöglichen. Es ist hierfür in den Innenraum (2) ein Inneninduktor (4) einbringbar, mit dem das Formteil (1) von innen her aufheizbar ist und der dann aus dem Innenraum (2) herausnehmbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils, das einen rohrförmigen Innenraum aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Solche Formteile sind insbesondere Teil einer Schmelzenauslaßvorrichtung bei einem metallurgischen Gefäß. Sie werden vorgeheizt, um ein unerwünschtes Abkühlen der durchfließenden Schmelze, insbesondere deren Einfrieren, zu vermeiden.
  • In der DE 38 42 690 A1 ist ein feuerfester Ausguß für eine Stranggießanlage gezeigt. Der Ausgußkanal ist außen von einer Induktionsspule umgeben, mit der die innere Außenwand geregelt induktiv aufheizbar ist. Die Spule ist Bestandteil des Ausgußbauteils. Dieses ist dadurch aufwendig und teuer, was insbesondere ins Gewicht fällt, weil solche feuerfesten Ausguß-Formteile Verschleißteile sind.
  • Üblicherweise werden feuerfeste Ausguß-Formteile, insbesondere Eintauchausgüsse, mittels Gasbrennern aufgeheizt. Dies hat den Nachteil, daß es dabei zu einem Ausbrennen des Kohlenstoffs kommen kann, der Materialbestandteil des Formteils ist. Ungünstig ist dabei außerdem, daß es beim Aufheizen zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Formteil kommt. Es wurden beispielsweise Temperaturunterschiede von etwa 400 K festgestellt. Darüber hinaus nimmt das Aufheizen eine beträchtliche Zeit in Anspruch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein rasches und gleichmäßiges Aufheizen des feuerfesten Formteils zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in den Innenraum ein Inneninduktor eingebracht wird, daß mittels des Inneninduktors das Formteil aufgeheizt wird und danach der Inneninduktor aus dem Innenraum herausgenommen wird.
  • Dabei erfolgt ein rasches und gleichmäßiges Aufheizen des feuerfesten Bauteils, das beispielsweise ein Eintauchausguß oder ein Rohr eines Rohr-in-Rohr-Auslaßsystems ist, mit dem der Schmelzenausfluß unterbrechbar und/oder steuerbar bzw. regelbar ist.
  • Durch die Erfindung ist eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit erreicht, weil Einfrierprobleme vermieden werden. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich nicht nur zum Aufheizen beim Angießen, sondern auch zum Aufheizen bei Gießunterbrechungen, um das Formteil auf einer geeigneten Temperatur zu halten.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Inneninduktor aus einer gekühlten, vorwiegend wendelförmigen Induktionsspule gebildet ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
  • Die Figur zeigt einen Eintauchausguß für ein metallurgisches Gefäß mit einem eingesetzten Inneninduktor.
  • Ein in seiner Form an sich bekannter Eintauchausguß (Tauchgießrohr) ist ein feuerfestes Formteil (1) aus einem keramischen, kohlenstoffhaltigen Material, das induktiv an ein elektrisches Wechselfeld mit der Folge einer Aufheizung ankoppelbar ist. Der Eintauchausguß weist einen rohrförmigen, zylindrischen Innenraum (2) auf. Der Eintauchausguß ist in einem äußeren Teilbereich mit einem metallischen Außenmantel (3) versehen. Der metallische Außenmantel (3) schirmt also elektromagnetische Felder gegenüber dem Eintauchausguß ab, so daß der Eintauchausguß mit einer äußeren Induktionsspule nicht gleichmäßig aufheizbar wäre.
  • In dem in der Figur dargestellten Zustand ist in den rohrförmigen, zylindrischen Innenraum (2) ein Inneninduktor (4) eingeschoben. Der Inneninduktor (4) weist eine gekühlte, wendelförmige Induktionsspule (5) auf, die an einen Generator (6) angeschlossen ist. Die Induktionsspule (5) ist dabei in ihren Abmessungen, insbesondere in ihrer Länge dem Innenraum (2) so angepaßt, daß sie sich möglichst über die gesamte Länge des Innenraums (2) erstreckt. Außerdem ist ihr Durchmesser an den Durchmesser des Innenraumes (2) angepaßt.
  • Der Innenraum (2) ist gegenüber der Induktionsspule (5) mit einer Schicht (13), beispielsweise einer keramischen Glasur, elektrisch und/oder thermisch isoliert damit der Eintauchausguß nicht mit elektrische Spannung führenden Teilen in Berührung kommt und/oder keine zonale Überhitzung erfolgt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenfläche der Induktionsspule (5) mittels eines Rohrabschnitts (7) gegenüber den Oberflächen des Innenraumes (2) elektrisch und/oder thermisch isoliert.
  • Vorteilhaft ist auch, die Induktionsspule (5) unterschiedlichen Geometrien oder Wandstärken anzupassen, dergestalt, daß verschiedene Abstände zwischen der Induktionsspule (5) und den Oberflächen der aufzuheizenden Bereiche bestehen. Mit dieser Maßnahme werden unterschiedliche Energiedichten im Formteil (1) erzeugt, was die Gleichmäßigkeit der Aufheizung bei unterschiedlichen Wandstärken verbessert. Der Rohrabschnitt (7) ist entsprechend zu gestalten.
  • Der Rohrabschnitt (7) dient auch der Zentrierung des Induktionsspule (5) im Innenraum (2). Der Rohrabschnitt (7) ist auf die Induktionsspule (5) reibschlüssig aufgeschoben, so daß er im Bedarfsfall auswechselbar ist. Der Außendurchmesser des Rohrabschnitts (7) ist so an den Innendurchmesser des Innenraums (2) angepaßt, daß er mit der Induktionsspule (5) leicht in den Innenraum (2) einschiebbar und aus dem Innenraum (2) herausziehbar ist. Die Gestaltung kann jedoch auch so getroffen sein, daß zunächst der Rohrabschnitt (7) in den Innenraum (2) und dann die Induktionsspule (5) in den Rohrabschnitt (7) einzuschieben ist.
  • Der Rohrabschnitt (7) weist oben zur Begrenzung des Einschiebens einen Flansch (8) auf. In dem Ausführungsbeispiel ist er unten durch einen Boden (9) verschlossen.
  • Um den Eintauchausguß auch in seinem erweiterten Kopfbereich (10) aufzuheizen, ist die Induktionsspule (5) oberhalb des Flansches (8) mit einer zusätzlichen Windung (11) versehen.
  • Der Rohrabschnitt (7) besteht aus einem hochhitzebeständigen, keramischen Faser- oder Schaummaterial.
  • Es ist nicht notwendig, daß der Rohrabschnitt (7) sich über die gesamte Länge der Induktionsspule (5) erstreckt. Es können auch zwei oder mehrere Rohrabschnitte an der Länge der Induktionsspule (5) verteilt vorgesehen sein.
  • Der Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte müssen nicht aus dem Innenraum (2) herausziehbar sein. Es ist auch möglich, den Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte als Auskleidung des Innenraums (2) zu gestalten, welche dann bei der ersten Verwendung durch die Schmelze zersetzt wird.
  • Um zu vermeiden, daß der Eintauchausguß beim Aufheizen Wärme nach außen abstrahlt, d.h. verliert, kann er mit einer Außenisolierung (12), vorzugsweise aus keramischem Fasermaterial oder keramischem Schaum versehen sein. Dies verbessert die rasche und gleichmäßige Aufheizung des Eintauchausgusses.
  • Soll der Eintauchausguß aufgeheizt werden, dann wird der Inneninduktor (4) mit seinem Rohrabschnitt (7) in den Innenraum (2) eingeschoben und der Generator (6) wird eingeschaltet. Dadurch wird der Eintauchausguß im wesentlichen über seine gesamte Länge rasch und gleichmäßig induktiv aufgeheizt. Nach Erreichen der Solltemperatur wird der Inneninduktor (4) aus dem Eintauchausguß herausgezogen. Dieser steht dann vorgeheizt für den Gießbetrieb bereit. Der Inneninduktor (4) läßt sich für viele Aufheizvorgänge an vielen Eintauchausgüssen verwenden. Seine Einsatzmöglichkeit ist dadurch vom Verschleiß des Eintauchausgusses unabhängig. Der Rohrabschnitt (7) läßt sich, wenn er verschlissen ist, von der Induktionsspule (5) abziehen und durch einen neuen Rohrabschnitt ersetzen. Bei unterschiedlichen Innendurchmessern von Eintauchausgüssen können Rohrabschnitte (7) mit entsprechend unterschiedlichen Außendurchmessern bereitgehalten werden. Es ist dadurch möglich, die Induktionsspule (5) auch bei unterschiedlichen Innenraumdurchmessern jeweils koaxial zentriert einzuschieben.

Claims (15)

  1. Verfahren zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils, das einen rohrförmigen Innenraum aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in den Innenraum (2) ein Inneninduktor (4) eingebracht wird, daß mittels des Inneninduktors (4) das Formteil (1) aufgeheizt wird und danach der Inneninduktor (4) aus dem Innenraum (2) herausgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Formteil (1) ein feuerfestes Tauchgießrohr ist.
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Inneninduktor (4) aus einer gekühlten, vorwiegend wendelförmigen Induktionsspule (5) gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abmessungen der Induktionsspule (5) den Abmessungen des Innenraums (2) des feuerfesten Formteils (1) angepaßt sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen der Induktionsspule (5) und dem Innenraum (2) eine elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht (13) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Abstand der Induktionsspule (5) von den Oberflächen der aufzuheizenden Bereiche des feuerfesten Formteils (1) so eingestellt ist, daß unterschiedliche Energiemengen übertragbar sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Induktionsspule (5) im Innenraum (2) des Formteils (1) zentriert ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Zentrierung mindestens ein Rohrabschnitt (7) die Induktionsspule (5) umfaßt, der die Induktionsspule (5) innerhalb des Innenraums (2) des Formteils (1) zentrisch ausrichtet.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte auf die Induktionsspule (5) aufschiebbar ist/sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte an der Induktionsspule (5) auswechselbar ist/sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte aus einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material besteht/bestehen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte aus einem hochhitzebeständigen, keramischen Fasermaterial oder keramischen Schaummaterial besteht/bestehen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rohrabschnitt (7) bzw. die Rohrabschnitte im Innenraum (2) des Formteils (1) zumindest als dessen teilweise Auskleidung angeordnet ist/sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auskleidung im Innenraum (2) des Formteils (1) nach dem Aufheizen zersetzt wird.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Formteil (1) eine Außenisolierung (12), vorzugsweise aus keramischem Fasermaterial oder keramischem Schaummaterial, aufweist.
EP96110900A 1995-07-25 1996-07-05 Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils Expired - Lifetime EP0755741B1 (de)

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