EP3097996A1 - Verfahren zum aufheizen einer ausgemauerten einrichtung und/oder eines gegenstands - Google Patents

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EP3097996A1
EP3097996A1 EP16171836.6A EP16171836A EP3097996A1 EP 3097996 A1 EP3097996 A1 EP 3097996A1 EP 16171836 A EP16171836 A EP 16171836A EP 3097996 A1 EP3097996 A1 EP 3097996A1
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EP
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lining
heating
temperature gradient
energy source
temperature
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EP16171836.6A
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Thanh Phong Bui
Fabian Krause
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SMS Group GmbH
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SMS Group GmbH
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Publication date
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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
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/005—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with heating or cooling means
    • B22D41/01—Heating means
    • B22D41/015—Heating means with external heating, i.e. the heat source not being a part of the ladle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0014—Devices for monitoring temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0021—Devices for monitoring linings for wear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0068—Containers
    • F27D2005/0075—Pots, e.g. slag pots, ladles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • F27D2099/004—Heating elements or systems using burners directed upon the charge, e.g. vertically

Definitions

  • the invention relates to a method for heating a bricked-up device according to the preamble of claim 1, and to a method for heating an article according to the preamble of claim 13.
  • Heating masonry from bricked-up equipment e.g. Pans in the field of steelmaking are conventionally made taking into account a predetermined temperature curve prescribed by the bricklaying industry.
  • Such predetermined temperature curves can be realized in practice by a suitable adjustment of the thermal performance of a burner or by the regulation of the air ratio of the burner.
  • DE 199 35 451 A1 shows a pan preheating system and pan preheating method in which the heat input rate to the pan is calculated and monitored over the entire preheat period.
  • the variable average slope representing the change in the heat supply rate with the lapse of time is calculated.
  • the variable average slope is corrected for unavoidable variations in the heat input rate measurements.
  • the change in the variable average slope is calculated with the passage of time, based on which the pan's operational readiness is then displayed, when this variable average slope falls below a set point criterion indicative of a fully preheated pan.
  • the technology according to DE 199 35 451 A1 thus serves to realize an accurate indication of when a refractory lining or lining a pan evenly warmed - and thus ready for use - is. However, specific parameters relating to the material of the lining of a ladle are not taken into account.
  • WO 2008/154595 A2 discloses a method for heating pans for steelmaking.
  • the temperature during the heating process is changed by controlling a burner of a heating unit based on measurements of the refractory material of the pan.
  • the heating unit comprises a valve mechanism with which a flame size of the burner of the heating unit during idling of the heating process can be varied.
  • a ladle heating system in which a temperature sensor is mounted in a ladle lid to measure the temperature inside the ladle.
  • the signal from the temperature sensor which indicates the temperature inside the ladle, is received by a controller.
  • the controller controls an energy source of the heating system so that the interior of the pan can be controlled by a preset temperature.
  • KR 20130075280 A discloses a heating system for a ladle comprising a lid, a burner, a photography device and an output part.
  • the burner heats the inner surface of an interior of a pan by directing a flame into the interior.
  • the photography device captures images of the interior surface of the interior of the pan to create thermal images of the interior interior surface and thereby calculate the interior surface temperature of the interior.
  • the output part outputs the thermal images and the surface temperature of the interior.
  • Fig. 6 shows a diagram of the prior art for a heating curve T B , in conjunction with a temperature gradient, which forms in the lining of a ladle when they are heated.
  • This temperature gradient is formed between a surface of the lining and a portion of the lining which is, for example, 10 mm from the surface.
  • the diagram of Fig. 6 illustrates that on the one hand, the heating curve T B increases linearly and uniformly, and on the other hand, the temperature gradient, as evidenced by the temperature curves with respect to the surface of the lining and a point, which as explained is about 10 mm from the surface increases, with increasing temperature of the power source increases.
  • the increase in this temperature gradient is due to the fact that the temperature increase within the lining (T inside ) in relation to the temperature increase at the surface of the lining (T surface ) "lags", or increases only with a delay. With such a temperature development within the lining a desired reduction of heating times is either limited or not possible.
  • the invention has the object, the heating of a bricked device or an object more efficient - namely with a shortened heating time to reach a predetermined target temperature - and at the same time to make gentle for the material of the lining or object.
  • the method of the present invention is for heating a bricked device in which the lining of the device is heated by an energy source.
  • the energy source is controlled during the heating of the lining until it reaches a predetermined target bricking temperature as a function or as a function of a predetermined target value for a temperature gradient which forms within the bricklaying or adjusts therein.
  • the predetermined setpoint value for this temperature gradient is determined taking into account at least one material characteristic value of the lining, wherein such a material characteristic value of the lining consists of a group of characteristic values formed from specific heat capacity c p , thermal conductivity ( ⁇ ), density ( ⁇ ) and / or maximum permissible thermal stress ( ⁇ Tmax ) is selected.
  • the invention is based on the essential finding that the heating of the lining of a bricked-up device takes place with knowledge or consideration of at least one material property or material characteristic value of the lining, namely specific heat capacity, thermal conductivity, density and / or maximum permissible thermal stress the lining.
  • the predetermined setpoint value for the temperature gradient can be determined, which must be adhered to for heating up the lining and serves as the basis for the control of the energy source. This makes it possible, the amount of energy, which is to be brought into the lining for their heating, to maximize in time.
  • a maximum allowable thermal stress is ensured according to the present invention reliably that when heating the lining maximum allowable thermal stresses within the lining are not exceeded and accordingly the stone material of the lining is not damaged.
  • the knowledge or consideration of a maximum allowable thermal stress for the material of the lining, in conjunction with a process control in which a maximum allowable thermal stress is not exceeded advantageously leads to a gentle material heating and to an increase in service life, eg for ladles or the like.
  • the heating curve for heating the lining depending on its thickness, e.g. of a radial thickness of the lining in a ladle or the like.
  • a temperature gradient generated therein can be detected during heating of the lining, which is then used as a control variable for controlling the energy source.
  • the detection of a temperature gradient that forms within the lining provides information about a temporally and locally local thermal condition of the lining. Based on this information, it is advantageously possible according to the present invention to regulate the energy source for heating the lining accordingly.
  • At least one sensor device is arranged for detecting the temperature gradient generated in the lining.
  • the energy source with such a sensor device is then metrologically via a Connected controlled system, wherein the energy source is controlled in dependence of the measured values of the sensor device and as a function of the predetermined setpoint value for the temperature gradient.
  • a type of sensor device disposed within the lining advantageously enables the provision of accurate information regarding the temporal and local local thermal state of the lining, which then permits suitable regulation of the energy source for heating the lining. This is particularly advantageous for determining the wear state of a ladle, or for unknown material values of a ladle or its lining.
  • the sensor device it is desirable that it also detects a temperature directly on a surface of the lining, which is adjacent to the action of the energy source, and for example, directly adjacent to a flame of a burner or the like. In this way, a temperature gradient can be detected by the sensor device for the lining, which adjusts during heating of the lining between a surface of the lining, which adjoins the action of the energy source, and an inner region of the lining.
  • the energy source can be controlled such that when heating the lining a temperature gradient generated therein assumes a constant value until reaching the target temperature for the lining.
  • the energy source can be controlled in such a way that, when the brick lining is heated, a temperature gradient generated therein does not exceed the predetermined target value for the temperature gradient. This advantageously ensures that damage to the material of the lining is avoided in any case, in particular in that the maximum permissible thermal stresses for the lining are not exceeded.
  • the energy source can be controlled such that during the heating of the lining a temperature gradient generated therein is at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95% of the predetermined setpoint for the temperature gradient. This advantageously ensures that the amount of energy that is to be introduced into the lining is maximized in time and the resulting heating time is reduced or minimized. In this way, the lining is supplied with the amount of energy that essentially "withstands" its material without being damaged.
  • the actual temperature gradient generated within the lining may either be constant, or alternatively may have a time-varying value.
  • the temperature gradient it is possible for the temperature gradient to have an arbitrary temporal change for the entire duration of the heating of the lining or for a portion of this period.
  • Such a temporal change of the temperature gradient is achieved by a suitable control of the energy source, wherein the temperature gradient that forms in the lining, either smaller than the corresponding predetermined setpoint is selected, or briefly greater than this setpoint.
  • the actual temperature gradient within the lining in one area between 40% and 120% of the predetermined setpoint for the temperature gradient fluctuates.
  • the control of the energy source for heating the lining takes place as a function of a database in which measured values relating to predetermined materials for the lining are stored.
  • a database in which measured values relating to predetermined materials for the lining are stored.
  • At least one temperature sensor is arranged in the interior of the bricked-up device, by which a temperature within the interior of the bricked-up device is measured during heating of the lining and corresponding data is then sent to the database.
  • the control of the energy source on the basis of data which have been determined by means of preliminary tests and stored in the database, it is also possible to calculate the data for controlling the energy source simultaneously, namely on the basis of the data of the sensor device (for determining a temperature gradient within the lining) and / or the temperature sensor (for determining a temperature in the interior of the bricked facility that is to be heated).
  • a bricked-up device which is intended or required to be heated may, for example, be an oven, a ladle, a converter, a distributor or the like.
  • this may be a burner with which a so-called pan fire for heating the lining of, for example, a ladle is generated.
  • the heating process for a bricked-out device is understood to be a tuned system of heat source and walled-up device to be heated, with the aim of achieving the fastest possible heating to the predetermined target temperature without, as already explained, the life of the heat to be heated Wall lining is reduced.
  • Another advantage of the method according to the present invention is that it can be implemented with existing technical facilities.
  • a suitable program-technical device is required, as explained, an energy source for heating the lining as a function of a to drive predetermined setpoint for the temperature gradient generated within the lining.
  • the invention also relates to a method for heating such an article to be heated, wherein the article is heated by an energy source.
  • the energy source is controlled during heating of the article until reaching its target temperature as a function of a predetermined setpoint for a temperature gradient formed within the article, the predetermined setpoint for that temperature gradient taking into account at least one material characteristic of the article formed from its specific heat capacity c p , thermal conductivity ⁇ , density ⁇ and / or maximum allowable thermal stress ⁇ Tmax is determined.
  • the temperature gradient formed during heating of the article therein may be detected by a suitable sensor device and then used as a controlled variable for driving the energy source.
  • the target time point at which the lining of the bricked-up device or the article to be heated is to reach the predetermined target temperature is displaced during heating, e.g. 30 minutes earlier or later.
  • the energy source suitably changed, so that then the heating process is adapted to the changed target time and the lining of the bricked-up device or the object to be heated then reach the predetermined or desired target temperature only at this modified target time.
  • the temperature gradient which is formed within the lining or the object to be heated, can be varied over time in order to achieve the desired target temperature, for example, in a shorter time.
  • Fig. 1 shows in principle greatly simplified components with which a method according to the present invention can be carried out.
  • "1" denotes a bricked-up device, which may be, for example, a ladle or the like. Without being limited thereto, the bricked-out device is always referred to as a ladle for the following explanation.
  • the ladle 1 comprises a lining 2, which can be heated in interaction with a power source 4 to a target temperature.
  • the energy source 4 may be a burner. In the following description - and without being limited thereto - the energy source 4 is always referred to only as a burner.
  • a heating of the lining 2 of the ladle 1 takes place in that a ladle fire 5 of the burner 4 is directed into an interior I of the ladle 1.
  • a cover device which may be connected to the burner 4 and closes the interior I of the ladle 1, not shown for simplicity.
  • the burner 4 is connected to a control device 6.
  • a control device 6 The meaning and operation of such a control device is explained below in detail.
  • At least one sensor device 8 is arranged, which has a first sensor 8a and a second sensor Sensor 8i has.
  • the first sensor 8a is attached to a surface 3 of the lining 2, the second sensor 8i being arranged inside the lining 2 and thus at a distance from the surface 3.
  • Both the sensor device 8 and the burner 4 are signal-wise connected to the control device 6, namely by respective data links 10, which in Fig. 1 symbolically and simplified are indicated by dashed lines.
  • These data links 10 may be realized, for example, by cable routes or by radio links.
  • the control of the burner 4 by the control device 6 takes place as a function of a predetermined setpoint for a temperature gradient, which forms within the lining in their heating process.
  • This predetermined setpoint for the temperature gradient is formed taking into account at least one material characteristic value of the lining from its specific Heat capacity c p , thermal conductivity ⁇ , density ⁇ and / or maximum allowable thermal stress ⁇ Tmax determined.
  • the signals of the sensor device 8, ie information for the temperature gradient, which is set within the lining 2 during heating by the burner 4, for the operation of the burner 4 as Controlled variable is used.
  • the temperature gradient generated within the lining 2 is simplified in principle in the diagram of FIG Fig. 2 represented by the temperature curve Ta of the first sensor 8a (on the surface 3 of the lining 2) and the temperature curve Ti of the second sensor 8b (at a location within the lining 2, namely spaced from the surface 3).
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the present invention and for carrying out the method according to the invention.
  • a database DB is provided, which is signal-technically connected to the control device 6.
  • measured values can be stored with respect to predetermined materials for the lining 2 of a particular ladle 1, which have been determined, for example, in preliminary tests.
  • the burner 4 can be suitably controlled or regulated by the control device 6 taking into consideration the entries in the database DB.
  • a temperature sensor 12 is arranged, which is connected by signal technology with the database DB.
  • temperature signals detected by the temperature sensor 12 with respect to the interior I of the ladle 1 may be suitably transmitted to the database DB and stored therein.
  • one Operation of the burner 4 also possible taking into account the information that has been determined by means of the temperature sensor 12 for the interior I of the ladle 1.
  • a method according to the present invention it is possible to significantly shorten the heating time for, for example, a ladle 1 or the like, thus achieving a predetermined target temperature for the lining 2 of the ladle 1 in a shorter time.
  • a target temperature Z to which a required heating is performed is indicated by a horizontal dotted line.
  • a heating time achieved by the present invention is represented by a solid line. In comparison, heating times according to the prior art are shown both by a dashed line and by a dotted line.
  • FIG. 4 illustrates that it is possible with the method according to the present invention, at least to halve or even reduce to a shorter time until now feasible heating times for ladles.
  • Fig. 5 Possible curves of a temperature gradient dT / dx are in Fig. 5 shown, namely in the lower part of it. Herein in each case with continuous solid line, dashed line and dash-dotted line different possible curves are symbolized for the temperature gradient. These curves are consistent with the temperature curves Ti and Ta Fig. 2 correlated during the heating of the lining 2 and in the upper figure of Fig. 5 are shown. Herein it is indicated that the heating is divided into three time periods or phases I, II and III.
  • the temperature gradient may assume a constant value during the heating phase II. Due to the process, the growth of the lining 2 for the temperature curve Ti in phase I results in a delayed increase, and in phase III a delayed decrease.
  • the energy source during the heating of the lining can be controlled such that the temperature gradient dT / dx in phase II assumes a constant value, namely runs horizontally, and thereby 100% of the predetermined setpoint (dT / dx) max .
  • the temperature gradient dT / dx varies over time during phase II.
  • the temperature gradient dT / dx may for a short time also assume a value greater than 100% of the predetermined desired value, for example for a desired shortening of the heating time. In exceptional cases, such exceeding of the predetermined target value is possible without causing the lining 2 damage.
  • Fig. 5 In the lower part of Fig. 5 is shown with the dashed line another alternative for the time course of the temperature gradient dT / dx, wherein in the phase II of the heating time, the temperature gradient dT / dx is continuously smaller than the predetermined target value (dT / dx) max selected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer ausgemauerten Einrichtung (1) bzw. eines Gegenstands, bei dem die Ausmauerung (2) der Einrichtung (1) bzw. der Gegenstand durch eine Energiequelle (4) erhitzt wird. Die Energiequelle (4) wird während des Aufheizens der Ausmauerung (2) bzw. des Gegenstands bis zum Erreichen von deren bzw. dessen Zieltemperatur als Funktion eines vorbestimmten Sollwertes für einen innerhalb der Ausmauerung bzw. des Gegenstands (2) erzeugten Temperaturgradienten gesteuert, wobei der vorbestimmte Sollwert für diesen Temperaturgradienten unter Berücksichtigung zumindest eines Material-Kennwertes gebildet aus spezifischer Wärmekapazität (C p ), Wärmeleitfähigkeit (»), Dichte (Á) und/oder maximal zulässiger thermischer Spannung (Ã Tmax ) bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer ausgemauerten Einrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Aufheizen eines Gegenstands nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.
  • Das Aufheizen des Mauerwerks von ausgemauerten Einrichtungen, z.B. Pfannen auf dem Gebiet der Stahlerzeugung, erfolgt herkömmlich unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Temperaturkurve, die von den Herstellern der Ausmauerung vorgeschrieben wird. Solche vorbestimmten Temperaturkurven können in der Praxis durch eine geeignete Einstellung der thermischen Leistung eines Brenners oder durch die Regulierung der Luftzahl des Brenners realisiert werden.
  • DE 199 35 451 A1 zeigt ein Pfannenvorwärmungssystem und ein Pfannenvorwärmungsverfahren, bei dem die Wärmezuführungsrate zu der Pfanne berechnet und über die gesamte Vorwärmungsperiode überwacht wird. Hierbei wird die veränderliche durchschnittliche Steigung, die die Änderung der Wärmezuführungsrate mit dem Ablauf der Zeit repräsentiert, berechnet. Weiters wird die veränderliche durchschnittliche Steigung in Bezug auf unvermeidbare Schwankungen bei den Messungen der Wärmezuführungsrate korrigiert. Schließlich wird die Änderung der veränderlichen durchschnittlichen Steigung mit dem Ablauf der Zeit errechnet, wobei auf Grundlage dessen dann die Betriebsbereitschaft der Pfanne angezeigt wird, wenn diese veränderliche durchschnittliche Steigung unter ein Sollwert-Kriterium fällt, das eine vollständig vorgewärmte Pfanne anzeigt. Die Technologie gemäß DE 199 35 451 A1 dient somit zur Realisierung einer genauen Anzeige, wann eine feuerfeste Auskleidung bzw. Ausmauerung einer Pfanne gleichmäßig durchgewärmt - und somit betriebsbereit - ist. Spezifische Parameter in Bezug auf das Material der Ausmauerung einer Pfanne werden hierbei jedoch nicht berücksichtigt.
  • WO 2008/154595 A2 offenbart ein Verfahren zum Aufheizen von Pfannen für die Stahlerzeugung. Die Temperatur beim Aufheizvorgang wird verändert, indem ein Brenner einer Aufheizeinheit auf Grundlage von Messungen des feuerfesten Materials der Pfanne kontrolliert wird. Zur Reduzierung von Wärmeverlusten und für ein effizientes Aufheizen umfasst die Aufheizeinheit einen Ventilmechanismus, mit dem eine Flammengröße des Brenners der Aufheizeinheit während eines Leerlaufs des Aufheizprozesses variiert werden kann.
  • Aus KR 20120009104 A ist ein Aufheizsystem für eine Gießpfanne bekannt, bei dem ein Temperatursensor in einem Pfannendeckel angebracht ist, um die Temperatur im Inneren der Pfanne zu messen. Das Signal von dem Temperatursensor, welches die Temperatur im Inneren der Gießpfanne anzeigt, wird von einem Regler empfangen. Der Regler steuert dann eine Energiequelle des Aufheizsystems, so dass das Innere der Pfanne durch eine voreingestellte Temperatur kontrolliert werden kann.
  • KR 20130075280 A offenbart ein Aufheizsystem für eine Gießpfanne, das einen Deckel, einen Brenner, eine Fotografie-Einrichtung und ein Ausgabeteil umfasst. Der Brenner heizt die Innenfläche eines Innenraums einer Pfanne auf, indem eine Flamme in den Innenraum gerichtet wird. Die Fotografie-Einrichtung nimmt Bilder von der Innenfläche des Innenraums der Pfanne auf, um thermische Bilder der Innenfläche des Innenraums zu erzeugen und damit die Temperatur der Innenfläche des Innenraums zu berechnen. Das Ausgabeteil gibt die thermischen Bilder und die Oberflächentemperatur des Innenraums aus.
  • Die obigen herkömmlich bekannten Verfahren zum Aufheizen von ausgemauerten Eirichtungen, unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Temperaturkurve wie vorstehend erläutert, unterliegen dem Nachteil, dass für vorgegebene Aufheiz- bzw. Temperaturkurven keine lokalen Temperaturgradienten für die Ausmauerung, in örtlicher oder zeitlicher Hinsicht, berücksichtigt werden. Insoweit sind hohe Sicherheitsbereiche für die Aufheizkurven vorzusehen, um in jedem Fall eine Schädigung der Ausmauerung zu vermeiden. Diese Sicherheitsbereiche führen dann nachteilig zu einer relativ langen Aufheizzeit, bis für die Ausmauerung eine Zieltemperatur erreicht wird.
  • Fig. 6 zeigt ein Diagramm nach dem Stand der Technik für eine Aufheizkurve TB, in Verbindung mit einem Temperaturgradienten, der sich in der Ausmauerung einer Gießpfanne bei deren Aufheizen ausbildet. Dieser Temperaturgradient wird gebildet zwischen einer Oberfläche der Ausmauerung und einem Abschnitt der Ausmauerung, der z.B. 10 mm von der Oberfläche beabstandet ist. Beim Aufheizen sind die größten Temperaturgradienten an der Innenseite der Ausmauerung zu erwarten. Das Diagramm von Fig. 6 verdeutlicht, dass einerseits die Aufheizkurve TB linear und gleichmäßig ansteigt, und andererseits der Temperaturgradient, ausweislich der Temperaturkurven bezüglich der Oberfläche der Ausmauerung und eine Stelle, die wie erläutert etwa 10 mm von der Oberfläche beabstandet ist, bei zunehmender Temperatur der Energiequelle zunimmt. Die Zunahme dieses Temperaturgradienten ist dadurch begründet, dass die Temperaturzunahme innerhalb der Ausmauerung (Tinnen) im Vergleich zur Temperaturzunahme an der Oberfläche der Ausmauerung (TOberfläche) "nacheilt", bzw. lediglich mit einer Verzögerung ansteigt. Mit einer solchen Temperaturentwicklung innerhalb der Ausmauerung ist eine gewünschte Verkürzung von Aufheizzeiten entweder nur eingeschränkt oder gar nicht möglich.
  • Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Aufheizen einer ausgemauerten Einrichtung bzw. eines Gegenstands effizienter - nämlich mit einer verkürzten Aufheizzeit bis zum Erreichen einer vorgegebenen Zieltemperatur - und gleichzeitig schonend für das Material der Ausmauerung bzw. Gegenstands zu gestalten.
  • Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung dient zum Aufheizen einer ausgemauerten Einrichtung, bei dem die Ausmauerung der Einrichtung durch eine Energiequelle erhitzt wird. Die Energiequelle wird während des Aufheizens der Ausmauerung bis zum Erreichen einer vorgegebenen Zieltemperatur der Ausmauerung als Funktion bzw. in Abhängigkeit eines vorbestimmten Sollwertes für einen Temperaturgradienten, der sich innerhalb der Ausmauerung bildet bzw. darin einstellt, gesteuert. Hierbei wird der vorbestimmte Sollwert für diesen Temperaturgradienten unter Berücksichtigung zumindest eines Material-Kennwertes der Ausmauerung bestimmt, wobei ein solcher Material-Kennwert der Ausmauerung aus einer Gruppe von Kennwerten gebildet aus spezifischer Wärmekapazität cp, Wärmeleitfähigkeit (λ), Dichte (ρ) und/oder maximal zulässige thermische Spannung (σTmax) gewählt wird.
  • Bezüglich des innerhalb der Ausmauerung gebildeten Temperaturgradienten und des entsprechenden vorbestimmten Sollwertes darf darauf hingewiesen werden, dass es sich hierbei um einen lokalen Gradienten handelt, der nachfolgend auch mit dT/dx bezeichnet wird.
  • Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass das Aufheizen der Ausmauerung einer ausgemauerten Einrichtung in Kenntnis bzw. unter Berücksichtigung von zumindest einer Materialeigenschaft bzw. eines Material-Kennwertes der Ausmauerung erfolgt, nämlich spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Dichte und/oder maximal zulässige thermische Spannung der Ausmauerung. Mit zumindest einem solchen Material-Kennwert kann der vorbestimmte Sollwert für den Temperaturgradienten bestimmt werden, der für das Aufheizen der Ausmauerung einzuhalten ist und als Grundlage für die Ansteuerung der Energiequelle dient. Hierdurch ist es möglich, die Energiemenge, die in die Ausmauerung zu deren Aufheizen einzubringen ist, zeitlich zu maximieren. Insbesondere für den Fall, dass ein solcher vorbestimmter Sollwert für den Temperaturgradienten auch unter Berücksichtigung einer maximal zulässigen thermischen Spannung bestimmt worden ist, wird nach der vorliegenden Erfindung zuverlässig gewährleistet, dass beim Aufheizen der Ausmauerung maximal zulässige thermische Spannungen innerhalb der Ausmauerung nicht überschritten werden und entsprechend das Steinmaterial der Ausmauerung nicht geschädigt wird. Anders ausgedrückt, führt die Kenntnis bzw. eine Berücksichtigung einer maximal zulässigen thermischen Spannung für das Material der Ausmauerung, in Verbindung mit einer Prozessführung, bei der eine maximal zulässige thermische Spannung nicht überschritten wird, vorteilhaft zu einer schonenden Materialaufheizung und zu einer Erhöhung von Standzeiten, z.B. für Gießpfannen oder dergleichen.
  • Ergänzend ist es möglich, die Aufheizkurve zum Aufheizen der Ausmauerung in Abhängigkeit von deren Dicke, z.B. von einer radialen Dicke der Ausmauerung in einer Gießpfanne oder dergleichen, einzustellen.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann beim Aufheizen der Ausmauerung ein darin erzeugter Temperaturgradient erfasst werden, der dann als Regelgröße für eine Ansteuerung der Energiequelle verwendet wird. Die Erfassung eines Temperaturgradienten, der sich innerhalb der Ausmauerung bildet, liefert eine Information über einen zeitlich und örtlich lokalen thermischen Zustand der Ausmauerung. Basierend auf dieser Information ist es nach der vorliegenden Erfindung vorteilhaft möglich, die Energiequelle zum Aufheizen der Ausmauerung entsprechend zu regeln.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Ausmauerung zumindest eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des in der Ausmauerung erzeugten Temperaturgradienten angeordnet ist. Hierbei ist dann die Energiequelle mit einer solchen Sensoreinrichtung messtechnisch über eine Regelstrecke verbunden, wobei die Energiequelle in Abhängigkeit der Messwerte der Sensoreinrichtung und als Funktion des vorbestimmten Sollwertes für den Temperaturgradienten geregelt wird. Eine solcher Art innerhalb der Ausmauerung angeordnete Sensoreinrichtung ermöglicht vorteilhaft die Bereitstellung von genauen Informationen bezüglich des zeitlich und örtlich lokalen thermischen Zustands der Ausmauerung, womit dann eine geeignete Regelung der Energiequelle zum Aufheizen der Ausmauerung möglich ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur Bestimmung des Verschleisszustands einer Gießpfanne, oder bei unbekannten Materialwerten einer Gießpfanne bzw. von deren Ausmauerung.
  • In Bezug auf die vorstehend genannte Sensoreinrichtung ist es zweckmäßig, dass mit ihr auch eine Temperatur direkt an einer Oberfläche der Ausmauerung erfasst wird, die an die Einwirkung der Energiequelle angrenzt, und beispielsweise direkt an eine Flamme eines Brenners oder dergleichen angrenzt. In dieser Weise kann durch die Sensoreinrichtung ein Temperaturgradient für die Ausmauerung erfasst werden, der sich beim Aufheizen der Ausmauerung zwischen einer Oberfläche der Ausmauerung, die an die Einwirkung der Energiequelle angrenzt, und einem inneren Bereich der Ausmauerung einstellt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Energiequelle derart gesteuert werden, dass beim Aufheizen der Ausmauerung ein darin erzeugter Temperaturgradient bis zum Erreichen der Zieltemperatur für die Ausmauerung einen konstanten Wert annimmt. Dies hat den Vorteil, dass das Aufheizen sowohl materialschonend als auch effizient, d.h. mit einer kurzen Aufheizzeit erfolgt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Energiequelle derart gesteuert werden, dass beim Aufheizen der Ausmauerung ein darin erzeugter Temperaturgradient den vorbestimmten Sollwert für den Temperaturgradienten nicht überschreitet. Hierdurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine Schädigung des Materials der Ausmauerung in jedem Fall vermieden wird, insbesondere dadurch, dass die maximal zulässigen thermischen Spannungen für die Ausmauerung nicht überschritten werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Energiequelle derart gesteuert werden, dass beim Aufheizen der Ausmauerung ein darin erzeugter Temperaturgradient zumindest 80%, vorzugsweise zumindest 90%, weiter vorzugsweise zumindest 95% des vorbestimmten Sollwerts für den Temperaturgradienten beträgt. Hierdurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass die Energiemenge, die in die Ausmauerung einzubringen ist, zeitlich maximiert ist und die daraus resultierende Aufheizzeit verringert bzw. minimiert ist. In dieser Weise wird der Ausmauerung im Wesentlichen genau die Energiemenge zugeführt, die deren Material "noch aushält", ohne dabei Schaden zu nehmen. Die Tatsache, dass in Folge der Steuerung bzw. Regelung der Energiequelle der innerhalb der Ausmauerung erzeugte Temperaturgradient ggf. nicht exakt 100% des entsprechenden vorbestimmten Sollwerts entspricht, sondern beispielsweise nur 80%, 90% oder zumindest 95% dieses vorbestimmten Sollwertes beträgt, kann als "Sicherheitsfaktor" verstanden werden, um beim Aufheizen der Ausmauerung auf der sicheren Seite zu liegen.
  • Es darf darauf hingewiesen werden, dass der tatsächliche Temperaturgradient, der innerhalb der Ausmauerung erzeugt wird, entweder konstant sein kann, oder alternativ einen zeitlich variablen Wert aufweisen kann. Hierbei ist es möglich, dass der Temperaturgradient für die gesamte Zeitdauer des Aufheizens der Ausmauerung oder für einen Teilbereich dieser Zeitdauer eine beliebige zeitliche Veränderung aufweisen kann. Eine solche zeitliche Veränderung des Temperaturgradienten wird durch eine geeignete Steuerung der Energiequelle erzielt, wobei der Temperaturgradient, der sich in der Ausmauerung bildet, entweder kleiner als der entsprechende vorbestimmte Sollwert gewählt wird, oder kurzzeitig auch größer als dieser Sollwert. Beispielsweise ist es möglich, dass der tatsächliche Temperaturgradient innerhalb der Ausmauerung in einem Bereich zwischen 40 % und 120 % des vorbestimmten Sollwertes für den Temperaturgradienten schwankt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerung der Energiequelle zum Aufheizen der Ausmauerung in Abhängigkeit von einer Datenbank erfolgt, in der Messwerte in Bezug auf vorbestimmte Materialien für die Ausmauerung gespeichert sind. Bezüglich einer solchen Datenbank darf darauf hingewiesen werden, dass hierin entsprechende Daten in Bezug auf das Material einer Ausmauerung einer konkreten ausgemauerten Einrichtung abgespeichert sind, wobei diese Daten beispielsweise in Vorversuchen ermittelt worden sind. Falls eine Steuereinrichtung für die Energiequelle signaltechnisch mit der Datenbank verbunden ist, ist es möglich, die Energiequelle geeignet in Abhängigkeit von Daten, die in der Datenbank gespeichert sind, anzusteuern.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Innenraum der ausgemauerten Einrichtung zumindest ein Temperatursensor angeordnet ist, durch den beim Aufheizen der Ausmauerung eine Temperatur innerhalb des Innenraums der ausgemauerten Einrichtung gemessen wird und entsprechende Daten dann an die Datenbank übersandt werden. Dies führt zu dem Vorteil, dass eine direkte Auswirkung der Energiequelle auf die Temperatur des Innenraums zusätzlich für das Aufheizen der Ausmauerung berücksichtigt wird.
  • Ergänzend oder alternativ zur Ansteuerung der Energiequelle auf Grundlage von Daten, die im Wege von Vorversuchen ermittelt und entsprechend in der Datenbank abgespeichert worden sind, ist es auch möglich, die Daten zur Ansteuerung der Energiequelle simultan zu berechnen, nämlich auf Grundlage der Daten der Sensoreinrichtung (zur Bestimmung eines Temperaturgradienten innerhalb der Ausmauerung) und/oder des Temperatursensors (zur Bestimmung einer Temperatur im Innenraum der ausgemauerten Einrichtung, die aufgeheizt werden soll).
  • Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann auf dem Gebiet der Stahlerzeugung eingesetzt werden. Für diesen Fall kann es sich bei einer ausgemauerten Einrichtung, für die ein Aufheizen vorgesehen bzw. notwendig ist, beispielsweise um einen Ofen, eine Pfanne, einen Konverter, einen Verteiler oder dergleichen handeln.
  • Bezüglich der Energiequelle darf darauf hingewiesen werden, dass es sich hierbei um einen Brenner handeln kann, mit dem ein sogenanntes Pfannenfeuer zum Aufheizen der Ausmauerung beispielsweise einer Gießpfanne erzeugt wird.
  • Durch ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, benötigte Aufheizzeiten für eine ausgemauerte Einrichtung beträchtlich zu vermindern, wobei gleichzeitig die Lebensdauer der Ausmauerung durch ein solch beschleunigtes Aufheizen nicht reduziert wird. Im Ergebnis lassen sich hierdurch Prozesszeiten beispielsweise auf dem Gebiet der Stahlerzeugung, wenn es sich bei der aufzuheizenden ausgemauerten Einrichtung um eine Gießpfanne oder dergleichen handelt, beträchtlich reduzieren. Im Sinne der Erfindung wird der Aufheizvorgang für eine ausgemauerte Einrichtung als ein abgestimmtes System aus Wärmequelle und aufzuheizender ausgemauerter Einrichtung verstanden, mit der Zielsetzung, ein möglichst schnelles Aufheizen auf die vorgegebene Zieltemperatur zu erreichen, ohne dass dabei - wie bereits erläutert - die Lebensdauer der aufzuheizenden Ausmauerung reduziert wird.
  • Ein weiterer Vorteil für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass dessen Implementierung mit bereits bestehenden technischen Einrichtungen erfolgen kann. Anders ausgedrückt, bedarf es zur Realisierung der Erfindung lediglich einer geeigneten programmtechnischen Einrichtung, um - wie erläutert - eine Energiequelle zum Aufheizen der Ausmauerung als Funktion eines vorbestimmten Sollwertes für den innerhalb der Ausmauerung erzeugten Temperaturgradienten anzusteuern.
  • Weitere Vorteile der Erfindung werden begründet durch:
    • Brennstoffeinsparung,
    • Erhöhung der Standzeit für die Ausmauerung einer ausgemauerten Einrichtung,
    • erhöhte Prozessflexibilität im Bereich der Stahlerzeugung, durch eine Reduzierung der notwendigen Aufheizzeit für ausgemauerte Einrichtungen, Öfen, Pfannen, Konverter, Verteiler oder dergleichen, und
    • Reduzierung der notwendigen Gesamtzahl von Pfannen wegen der soeben genannten höheren Prozessflexibilität.
  • Alternativ zur Anwendung auf dem Gebiet der Stahlerzeugung ist es auch möglich, die Erfindung allgemein zum Aufheizen eines Gegenstands einzusetzen, insbesondere eines Gegenstands aus wärmeempfindlichen Material, bei dem während des Aufheizen die Gefahr einer Bildung von Spannungsrissen besteht. Entsprechend betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Aufheizen eines solchen aufzuheizenden Gegenstands, bei dem der Gegenstand durch eine Energiequelle erhitzt wird. Die Energiequelle wird während des Aufheizens des Gegenstands bis zum Erreichen von dessen Zieltemperatur als Funktion eines vorbestimmten Sollwertes für einen innerhalb des Gegenstands gebildeten Temperaturgradienten gesteuert wird, wobei der vorbestimmte Sollwert für diesen Temperaturgradienten unter Berücksichtigung zumindest eines Material-Kennwertes des Gegenstands gebildet aus dessen spezifischer Wärmekapazität cp, Wärmeleitfähigkeit λ, Dichte ρ und/oder maximal zulässiger thermischer Spannung σTmax bestimmt wird. Zweckmäßigerweise kann der Temperaturgradient, der beim Aufheizen des Gegenstands darin gebildet wird, durch eine geeignete Sensoreinrichtung erfasst werden und dann als Regelgröße für eine Ansteuerung der Energiequelle verwendet wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufheizen eines Gegenstands entsprechen mutatis mutandis den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, auf eine Veränderung der Prozessituation geeignet zu reagieren. Beispielsweise kann der Fall eintreten, dass der Zielzeitpunkt, zu dem die Ausmauerung der ausgemauerten Einrichtung bzw. der aufzuheizende Gegenstand die vorbestimmte Zieltemperatur erreichen soll, während der Aufheizung verschoben wird, z.B. um 30 Minuten früher oder später. Entsprechend ist es möglich, die Energiequelle geeignet geändert anzusteuern, so dass dann der Aufheizvorgang an den geänderten Zielzeitpunkt angepasst wird und die Ausmauerung der ausgemauerten Einrichtung bzw. der aufzuheizende Gegenstand dann erst genau zu diesem geänderten Zielzeitpunkt die vorbestimmte bzw. gewünschte Zieltemperatur erreichen. Hierbei kann der Temperaturgradient, der innerhalb der Ausmauerung bzw. dem aufzuheizenden Gegenstand gebildet wird, zeitlich variiert werden, um beispielsweise in kürzerer Zeit die gewünschte Zieltemperatur zu erreichen.
  • Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine vereinfachte Prinzipdarstellung von Komponenten, zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 2
    ein Diagramm für einen Temperaturgradienten, der sich beim Aufheizen einer ausgemauerten Einrichtung darin bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens einstellt,
    Fig. 3
    eine vereinfachte Prinzipdarstellung von Komponenten nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig.4
    ein Diagramm zur Darstellung eines Aufheizverhaltens nach der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zu Aufheizverhalten nach dem Stand der Technik, und
    Fig. 5
    ein Diagramm zur Erläuterung eines Temperaturgradienten, zur Durchführung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt prinzipiell stark vereinfacht Komponenten, mit denen ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Mit "1" ist eine ausgemauerte Einrichtung bezeichnet, bei der es sich beispielsweise um eine Gießpfanne oder dergleichen handeln kann. Ohne darin eine Einschränkung zu sehen, wird für die nachfolgende Erläuterung die ausgemauerte Einrichtung stets als Gießpfanne bezeichnet.
  • Die Gießpfanne 1 umfasst eine Ausmauerung 2, die in Wechselwirkung mit einer Energiequelle 4 auf eine Zieltemperatur erhitzt werden kann. Bei der Energiequelle 4 kann es sich um einen Brenner handeln. In der nachfolgenden Beschreibung - und ohne darin eine Einschränkung zu sehen - wird die Energiequelle 4 stets nur als Brenner bezeichnet.
  • Ein Aufheizen der Ausmauerung 2 der Gießpfanne 1 erfolgt dadurch, dass ein Pfannenfeuer 5 des Brenners 4 in einen Innenraum I der Gießpfanne 1 gerichtet wird. In der Darstellung von Fig. 1 ist eine Deckeleinrichtung, die mit dem Brenner 4 verbunden sein kann und den Innenraum I der Gießpfanne 1 verschließt, zur Vereinfachung nicht gezeigt.
  • Der Brenner 4 ist mit einer Steuereinrichtung 6 verbunden. Die Bedeutung und die Funktionsweise einer solchen Steuereinrichtung ist nachfolgend noch im Detail erläutert.
  • Innerhalb der Ausmauerung 2 der Gießpfanne 1 ist zumindest eine Sensoreinrichtung 8 angeordnet, die einen ersten Sensor 8a und einen zweiten Sensor 8i aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der erste Sensor 8a an einer Oberfläche 3 der Ausmauerung 2 angebracht ist, wobei der zweite Sensor 8i innerhalb der Ausmauerung 2 und somit beabstandet zur Oberfläche 3 angeordnet ist. Jedenfalls ist es mittels der Sensoreinrichtung 8 und deren ersten Sensor 8a und zweiten Sensor 8i möglich, innerhalb der Ausmauerung 2 einen Temperaturgradienten, der sich beim Aufheizen der Ausmauerung darin bildet, zu erfassen.
  • Sowohl die Sensoreinrichtung 8 als auch der Brenner 4 sind signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 6 verbunden, nämlich durch jeweilige Datenverbindungen 10, die in Fig. 1 symbolisch und vereinfacht durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Diese Datenverbindungen 10 können beispielsweise durch Kabelstrecken oder durch Funkstrecken realisiert sein.
  • Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
    • Zum Aufheizen der Gießpfanne 1 und deren Ausmauerung 2 auf eine vorgegebene Zieltemperatur wird der Brenner 4 angrenzend zum Innenraum I der Gießpfanne 1 positioniert und durch die Steuereinrichtung 6 geeignet angesteuert. Das Pfannenfeuer 5 des Brenners 4 wird in den Innenraum I der Gießpfanne 1 gerichtet, in Folge dessen zunächst eine Oberfläche 3 der Ausmauerung 2 aufgeheizt wird und anschließend dieser Energieeintrag sukzessive in die Ausmauerung 2 hineinwirkt, um innerhalb der gesamten Ausmauerung 2 eine gleichmäßig hohe Temperatur zu erzeugen.
  • Die Ansteuerung des Brenners 4 durch die Steuereinrichtung 6 erfolgt als Funktion eines vorbestimmten Sollwertes für einen Temperaturgradienten, der sich innerhalb der Ausmauerung bei deren Aufheizvorgang bildet. Dieser vorbestimmte Sollwert für den Temperaturgradienten wird unter Berücksichtigung zumindest eines Material-Kennwertes der Ausmauerung gebildet aus deren spezifischer Wärmekapazität cp, Wärmeleitfähigkeit λ, Dichte ρ und/oder maximal zulässiger thermischer Spannung σTmax bestimmt.
  • Für die Ansteuerung des Brenners 4 durch die Steuereinrichtung 6 ist es zweckmäßig, wenn hierfür die Signale der Sensoreinrichtung 8, d.h. eine Information für den Temperaturgradienten, der sich innerhalb der Ausmauerung 2 beim Aufheizen durch den Brenner 4 einstellt, für den Betrieb des Brenners 4 als Regelgröße verwendet wird. In dieser Weise ist es möglich, den innerhalb der Ausmauerung 2 erzeugten Temperaturgradienten auf einem konstanten Wert zu halten. Ein solch konstanter Temperaturgradient ist prinzipiell vereinfacht in dem Diagramm von Fig. 2 dargestellt, nämlich durch die Temperaturkurve Ta des ersten Sensors 8a (an der Oberfläche 3 der Ausmauerung 2) und die Temperaturkurve Ti des zweiten Sensors 8b (an einer Stelle innerhalb der Ausmauerung 2, nämlich beabstandet von deren Oberfläche 3).
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform für die vorliegende Erfindung bzw. für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Vergleich zur Darstellung von Fig. 1 ist zusätzlich eine Datenbank DB vorgesehen, die signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 6 verbunden ist. In dieser Datenbank DB können Messwerte in Bezug auf vorbestimmte Materialien für die Ausmauerung 2 einer bestimmten Gießpfanne 1 gespeichert sein, die beispielsweise in Vorversuchen ermittelt worden sind. Entsprechend kann der Brenner 4 durch die Steuereinrichtung 6 unter Berücksichtigung der Einträge in der Datenbank DB geeignet gesteuert oder geregelt werden.
  • Zusätzlich kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 vorgesehen sein, dass in dem Innenraum I der Gießpfanne 1 ein Temperatursensor 12 angeordnet ist, der signaltechnisch mit der Datenbank DB verbunden ist. Somit können Temperatursignale, die von dem Temperatursensor 12 in Bezug auf den Innenraum I der Gießpfanne 1 erfasst werden, geeignet an die Datenbank DB übersandt und darin abgespeichert werden. Auf Grundlage dessen ist dann ein Betrieb des Brenners 4 auch unter Berücksichtigung der Informationen möglich, die mittels des Temperatursensors 12 für den Innenraum I der Gießpfanne 1 bestimmt worden sind.
  • Durch ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Aufheizzeit für beispielsweise eine Gießpfanne 1 oder dergleichen wesentlich zu verkürzen, um somit eine vorgegebene Zieltemperatur für die Ausmauerung 2 der Gießpfanne 1 in kürzerer Zeit zu erreichen. Eine solche beträchtliche Verkürzung der Aufheizzeit auf Grundlage der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Aufheizzeiten nach dem Stand der Technik ist symbolisch in dem Diagramm von Fig. 4 angedeutet. Hierin ist eine Zieltemperatur Z, bis zu der ein erforderliches Aufheizen durchgeführt wird, durch eine horizontal verlaufende gepunktete Linie angedeutet. Weiters ist in diesem Diagramm eine Aufheizzeit, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird, durch eine Volllinie dargestellt. Im Vergleich hierzu sind Aufheizzeiten nach dem Stand der Technik sowohl durch eine gestrichelte Linie als auch durch strichpunktierte Linie gezeigt.
  • Das Diagramm von Fig. 4 verdeutlicht, dass es mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung möglich ist, bislang realisierbare Aufheizzeiten für Gießpfannen zumindest zu halbieren oder noch weiter zu verkürzen.
  • Mögliche Verlaufskurven eines Temperaturgradienten dT/dx sind in Fig. 5 gezeigt, nämlich in der unteren Darstellung davon. Hierin sind jeweils mit durchgehender Volllinie, gestrichelter Linie und strichpunktierter Linie verschiedene mögliche Verlaufskurven für den Temperaturgradienten symbolisiert. Diese Verlaufskurven sind mit den Temperaturkurven Ti und Ta gemäß Fig. 2 korreliert, die sich während des Aufheizens der Ausmauerung 2 einstellen und in der oberen Abbildung von Fig. 5 gezeigt sind. Hierin ist angedeutet, dass sich das Aufheizen in drei Zeitbereiche bzw. Phasen I, II und III aufteilt.
  • Ausweislich der oberen Abbildung von Fig. 5 kann der Temperaturgradient während der Phase II des Aufheizens einen konstanten Wert annehmen. Prozessbedingt ergibt sich beim Aufheizen der Ausmauerung 2 für die Temperaturkurve Ti in der Phase I eine verzögerte Zunahme, und in der Phase III eine verzögerte Abnahme.
  • Ausweislich der unteren Darstellung von Fig. 5, nämlich gemäß der Variante mit durchgehender Volllinie, kann die Energiequelle während des Aufheizens der Ausmauerung derart gesteuert werden, dass der Temperaturgradient dT/dx in der Phase II einen konstanten Wert annimmt, nämlich horizontal verläuft, und hierbei 100 % des vorbestimmten Sollwertes (dT/dx)max beträgt. Alternativ hierzu, in Entsprechung der strichpunktierten Linie in der unteren Darstellung von Fig. 5, ist es auch möglich, dass der Temperaturgradient dT/dx während der Phase II zeitlich schwankt. Im Zuge dessen kann der Temperaturgradient dT/dx kurzzeitig auch einen Wert größer als 100 % des vorbestimmten Sollwertes annehmen, beispielsweise für eine gewünschte Verkürzung der Aufheizzeit. Im Ausnahmefall ist ein solches Überschreiten des vorbestimmten Sollwertes möglich, ohne dass dabei die Ausmauerung 2 Schaden nimmt.
  • In der unteren Darstellung von Fig. 5 ist mit der gestrichelten Linie eine weitere Alternative für den zeitlichen Verlauf des Temperaturgradienten dT/dx gezeigt, wobei in der Phase II der Aufheizzeit der Temperaturgradient dT/dx durchgehend kleiner als der vorbestimmte Sollwert (dT/dx)max gewählt ist.
  • Die Varianten für den Verlauf des Temperaturgradienten, die in der unteren Darstellung von Fig. 5 mit strichpunktierter bzw. gestrichelter Linie gezeigt sind, haben gemeinsam, dass der Verlauf des Temperaturgradienten dT/dx insbesondere während der Phase II des Aufheizens nicht konstant ist und zeitlich variabel sein kann.
  • Bei einer Anwendung der Erfindung auf dem Gebiet der Stahlerzeugung lassen sich durch das vorstehend genannte Verfahren - bedingt durch eine Maximierung des Wärmestroms, der in die Ausmauerung 2 eingebracht wird - die Prozesszeiten für das Aufheizen der Gießpfanne 1 reduzieren, bei gleichbleibender Lebensdauer der Ausmauerung, weil deren maximal zulässige thermische Spannungen eingehalten bzw. nicht überschritten werden. Ein weiteres Ergebnis einer solch schnelleren Aufheizung der Ausmauerung 2 besteht in einer erheblichen Reduktion der Verluste, die während der Aufheizphase in der Ausmauerung 2 auftreten. Schließlich ist es durch die Möglichkeit eines schnelleren Aufheizens auch möglich, das Temperaturniveau, auf dem eine Gießpfanne 1 zur Bereitschaft für einen nächstfolgenden Einsatz vorgehalten wird, vorteilhaft herabzusetzen, wodurch ein großes Energieeinsparungspotential begründet wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Aufheizen einer ausgemauerten Einrichtung (1), bei dem die Ausmauerung (2) der Einrichtung (1) durch eine Energiequelle (4) erhitzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Energiequelle (4) während des Aufheizens der Ausmauerung (2) bis zum Erreichen von deren Zieltemperatur als Funktion eines vorbestimmten Sollwertes für einen innerhalb der Ausmauerung (2) erzeugten Temperaturgradienten (dT/dx) gesteuert wird, wobei der vorbestimmte Sollwert für diesen Temperaturgradienten (dT/dx) unter Berücksichtigung zumindest eines Material-Kennwertes der Ausmauerung (2) gebildet aus spezifischer Wärmekapazität (cp), Wärmeleitfähigkeit (λ), Dichte (p) und/oder maximal zulässiger thermischer Spannung (σTmax) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufheizen der Ausmauerung (2) ein darin erzeugter Temperaturgradient (dT/dx) erfasst wird und als Regelgröße für eine Ansteuerung der Energiequelle (4) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ausmauerung (2) zumindest eine Sensoreinrichtung (8) zur Erfassung des darin erzeugten Temperaturgradienten (dT/dx) angeordnet ist, wobei die Energiequelle (4) mit der Sensoreinrichtung (8) messtechnisch über eine Regelstrecke verbunden ist und entsprechend in Abhängigkeit der Messwerte der Sensoreinrichtung (8) und als Funktion des vorbestimmten Sollwertes für den Temperaturgradienten geregelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Sensoreinrichtung (8) auch eine Temperatur erfasst wird, die an einer Oberfläche der Ausmauerung (2) angrenzend zu einer Einwirkung der Energiequelle (4), vorzugsweise angrenzend zu einer Flamme eines Brenners oder dergleichen, vorliegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (4) derart gesteuert wird, dass beim Aufheizen der Ausmauerung (2) ein darin erzeugter Temperaturgradient (dT/dx) einen konstanten Wert annimmt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (4) derart gesteuert wird, dass beim Aufheizen der Ausmauerung (2) ein darin erzeugter Temperaturgradient (dT/dx) zeitlich variabel ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (4) derart gesteuert wird, dass beim Aufheizen der Ausmauerung (2) ein darin erzeugter Temperaturgradient (dT/dx) den vorbestimmten Sollwert für den Temperaturgradienten nicht überschreitet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (4) derart gesteuert wird, dass beim Aufheizen der Ausmauerung (2) ein darin erzeugter Temperaturgradient (dT/dx) zumindest 80%, vorzugsweise zumindest 90%, weiter vorzugsweise zumindest 95% des vorbestimmten Sollwerts für den Temperaturgradienten beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Energiequelle (4) zum Aufheizen der Ausmauerung (2) in Abhängigkeit von einer Datenbank (DB) erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenbank Messwerte in Bezug auf vorbestimmte Materialien für die Ausmauerung (2) gespeichert sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zur Ansteuerung der Energiequelle (4) simultan berechnet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (I) der ausgemauerten Einrichtung (1) zumindest ein Temperatursensor angeordnet ist, durch den beim Aufheizen der Ausmauerung (2) eine Temperatur innerhalb des Innenraums (I) der ausgemauerten Einrichtung (1) gemessen und an die Datenbank (DB) übersandt wird.
  13. Verfahren zum Aufheizen eines aufzuheizenden Gegenstands, bei dem der Gegenstand durch eine Energiequelle (4) erhitzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Energiequelle (4) während des Aufheizens des Gegenstands bis zum Erreichen von dessen Zieltemperatur als Funktion eines vorbestimmten Sollwertes für einen innerhalb des Gegenstands gebildeten Temperaturgradienten (dT/dx) gesteuert wird, wobei der vorbestimmte Sollwert für diesen Temperaturgradienten unter Berücksichtigung zumindest eines Material-Kennwertes des Gegenstands gebildet aus dessen spezifischer Wärmekapazität (cp), Wärmeleitfähigkeit (λ), Dichte (ρ) und/oder maximal zulässiger thermischer Spannung (σTmax) bestimmt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufheizen des Gegenstands ein darin erzeugter Temperaturgradient (dT/dx) erfasst wird und als Regelgröße für eine Ansteuerung der Energiequelle (4) verwendet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen in Abhängigkeit eines vorbestimmten Zeitpunkts für die Zieltemperatur der Ausmauerung der ausgemauerten Einrichtung bzw. des aufzuheizenden Gegenstands erfolgt und hierzu die Energiequelle geeignet angesteuert wird.
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