Induktoranordnung
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Induktoranordnung an einem feuerfesten keramischen Ausguß eines Schmelzengefaßes.
Eine derartige Anordnung ist in der DE 44 28 297 A1 beschrieben. Dort ist der gekühlte Induktor in einen Lochstein eingebaut. Ein solcher Lochstein besteht gewöhnlich aus einem feuerfesten keramischen Material ohne besondere Eigenschaften zur Warmeisolation. Die Ausgußduse der DE 44 28 297 A1 sitzt im Lochstein und weist einen Mantel aus kohlenstoffgebundenem Aluminiumoxid um einen Kern auf Der Mantel soll induktiv aufgeheizt werden Eine Wärmeisolierung zwischen dem Mantel und dem im Lochstein angeordneten Induktor ist nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es. eine Induktoranordnuπg der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der der Induktor gegenüber dem Ausguß warmeisoliert
Erfindungsgemaß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Der Harzbinder der Isolierschicht ist im Betrieb zumindest in der Zwischenzone thermisch abgebaut und/oder carbonisiert. d h vom Harzbinder bleibt nach Wärmeeinwirkung gegebenenfalls nur ein Kohlenstoffgerust für das feuerfeste Material bestehen Dadurch sind gute Warmeisolationseigenschaften gegeben Gleichzeitig ist eine gewisse Elastizität bzw Formbarkeit geschaffen durch die unterschiedliche Wärmedehnungen des Induktors einerseits und des Ausgusses andererseits aufgenommen werden
Die Pyrolyse erfolgt beispielsweise bei Temperaturen zwischen 200°C und 1000°C vor allem zwischen 300°C und 800°C Treten an der Isolierschicht noch höhere Temperaturen beispielsweise großer als 1200°C auf dann versintert die Isolierschicht Derart hohe Temperaturen können in der an den Ausguß angrenzenden Zone entstehen wenn der Ausguß entsprechenα aufgeheizt ist Die versinterte Isolierschichtzone hat zwar keine gute warmeisolierende Wirkung, begünstigt jedoch die Auswechselbarkeit des Ausgusses aufgrund der harten, bruchigen Struktur der Versinterung und stellt eine Hemmung für das Eindringen von Schmelze dar
Die genannten hohen Temperaturen können auch auftreten wenn durch Risse oder Verschleiß Schmelze an die bzw in die Isolierschicht eintritt Die Isolierschicht versintert dann im Bereich der eingedrungenen Schmelze lokal, so daß die Schmelze wegen der Versinterungsstruktur nicht weiter, insbesondere nicht zum Induktor, vordringen kann Die Isolierschicht hat neben den Warmeisolationseigenschaften also auch Sicherheitseigenschaften
In der an den Induktor oder an eine den Induktor umgebenden Zwiscnenschicht angrenzenden Zone wird der organische Binder der Isolierschicht nicht oder nur wenig thermisch abgebaut und erst recht nicht versintert weil der Induktor mittels der Isolierschicht gegenüber dem Ausguß und der Schmelze
warmeisoliert ist und mittels eines Kuhlfluids gekühlt ist Seine Temperatur liegt unter 300 °C vorzugsweise unter 200 °C beispielsweise bei 100°C
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen und der folgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels Die Figur zeigt einen Ausguß mit Induktor am Boden eines Schmelzengefaßes im Schnitt
Ein Schmelzengefaß insbesondere metallurgisches Schmelzengefaß für Stahl, weist einen Boden 1 mit einem Mantel 2 auf In dem Boden 1 sitzt ein Lochstein 3 Unten im Lochstein 3 etwa im Hohenbereich des Mantels 2 ist ein hulsenformiger Ausguß 4 aus feuerfestem keramischem Material angeordnet Der Ausguß 4 ist von einem Induktor 5 umgeben der von einer Spule mit Hohlkammerprofil gebildet ist, wobei das Hohlkammerprofil von einem Kuhlfluid beispielsweise Luft oder Wasser durchstrombar ist Die Verwendung von Luft als Kuhlfluid ist bevorzugt weil bei der Verwendung von Wasser als Kuhlfluid bei Undichtigkeiten gefährliche Zustande zu befurchten sind Die Verwendung von Luft als Kuhlfluid ist wegen der unten naher beschriebenen guten Warmeisolationseigenschaften der Isolierschicht 6 möglich die zwischen dem Ausguß 4 und dem Induktor 5 vorgesehen ist
Der Induktor 5 dient dem induktiven Aufheizen des Ausgusses 4 wozu dieser aus einem induktiv ankoppelbaren keramischen Material besteht und/oder dem Nachheizen der durchfließenden Schmelze und/oder dem Aufschmelzen eines Schmelzenpfropfens im Ausguß 4 Wenn die Schmelze beispielsweise Stahlschmelze, bzw der Schmelzen pfropfen selbst an das elektromagnetische Feld des Induktors induktiv ankoppelt, kann der Ausguß 4 auch aus einem induktiv nicht ankoppelbaren Material bestehen
Unten am Boden 1 sind eine verschiebbare Wechselduse 7 und ein entsprechend verschiebbarer Blindkorper 8 vorgesehen Wenn die Wechselduse 7 - wie in der Figur gezeigt - unter den Ausguß 4 geschoben ist ist der Schmelzeπausfluß freigegeben Zum Sperren des Schmelzenausflusses wird der Blindkorper 8 anstelle der Wechselduse 7 unter den Ausguß 4 geschoben
Der metallische Boden 2 ist mittels einer elektromagnetischen Abschirmung 9 von dem elektromagnetischen Feld des Induktors 5 entkoppelt
Der Induktor 5 ist in die Isolierschicht 6 eingebettet die bis zum Ausguß 4 reicht Die Isolierschicht 6 besteht aus einem harzgebundenen feuerfesten Material das hauptsächlich MgO enthalt Der Harzbinder kann ein Phenolharz sein beispielsweise wird ein Material folgender Zusammensetzung verwendet
MgO 68 Gew -%
SιO2 19 Gew -%
Fe2O3 2 Gew -%
CaO 3 Gew -%
AI2O3 1 Gew -%
Phenolharz 8 Gew -%,
wobei bei einer Temperatur von etwa 800°C etwa 2 - 4 % Kohlenstoff verbleiben. Dieses verkokte Material hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine gewisse Elastizität bzw Formbarkeit. Das Material kann einen Faseranteil enthalten Einige der Bestandteile sind Sinterhilfsmittel
Die Isolierschicht 6 laßt sich beispielsweise in einer Saugform gegebenenfalls nach Einlegen des Induktors 5 oder des Ausgusses 4 durch Vakuumsaugen oder durch ein Spritzverfahren auftragen oder formen
Beim Beginn des Gießbetriebs wird der Ausguß 4 vom Induktor 5 beispielsweise auf 1500°C aufgeheizt Der Induktor 5 wird dabei mittels des ihn durchströmenden Kuhlfluids auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur beispielsweise etwa 100°C gehalten Dadurch stellt sich in der Isolierschicht 6 ein Temperaturgefalle ein Der organische Binder der Isolierschicht 6 wird dabei ausgehend von dem Ausguß 4 in Richtung des Induktors 5 thermisch abgebaut wobei diese Zersetzung jeweils bei örtlichen Temperaturen von etwa 200°C bis 1000°C erfolgt Beim Verkoken oder Carbonisieren wird der
Harzbinder pyrohsiert, so daß aus diesem nur ein Kohlenstoffgerust verbleibt
Im weiteren Verlauf wird die Isolierschicht 6 in der Umgebung des Ausgusses 4 wegen der dort herrschenden hohen Temperatur, beispielsweise 1500°C versintem Die Versinterung bleibt jedoch auf eine schmale Zone 10 beschrankt, weil sie aufgrund der aktiven Kühlung des Induktors 5 sich nicht weiter in Richtung des Induktors 5 ausweiten kann Im Endergebnis besteht also angrenzend an die versinterte Zone 10 eine entsinterte oder verkokte Zwischeπzone 11 Diese hat eine vergleichsweise kleine Wärmeleitfähigkeit und fuhrt damit zu einer hohen Warmeisolation Direkt beim Induktor 5 kann eine an diesen angrenzende Zone 12 bestehen, in der das Material der Isolierschicht 6 nicht oder nur wenig thermisch zersetzt und erst recht nicht versintert ist Es besteht also eine im Betrieb stabile, stationäre Zwischenzone 11 mit guten Warmeisolationseigenschaften
Die Zone 10 schwindet beim Versintem geringfügig und wird durch das Versintem hart und/oder spröde Dadurch ist das Entfernen des Ausgusses 4 im Verschleißfall erleichtert Ein neuer Ausguß 4 laßt sich dann beispielsweise mittels Kitt einsetzen
Treten im Betrieb infolge Verschleißes Risse oder Spalten im Lochstein 3 und/oder im Ausguß 4 und/oder zwischen diesen auf dann kann Schmelze in die Isolierschicht 6 eintreten Die eintretende Schmelze wird jedoch durch die versiπterte Zone 10 sofort am Weiterstromen gehindert oder fuhrt, soweit sie auf einen nichtversinterten Bereich trifft, aufgrund ihrer Temperatur sofort zu einer dortigen Versinterung, die ebenfalls ein weiteres Vordringen der Schmelze blockiert Die Schmelze kann also auch in solchen Verschleißfallen nicht bis zum Induktor 5 vordringen
In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels kann der inαuktiv ankoppelbare Ausguß 4 außen eine nicht induktiv ankoppeibare keramische Schicht tragen oder in ein nicht induktiv ankoppelbares keramisches Formteil eingesetzt sein Die Versinterung in der Zone 10 der Isolierschicht 6 erfolgt dann durch Wamneleitung durch diese induktiv nicht ankoppelbare Schicht bzw Formteil hindurch
In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels ist der Induktor nicht direkt in die Isolierschicht eingearbeitet sondern zwischen dem Induktor und der Isolierschicht ist eine keramische Zwischenschicht beispielsweise ein Mörtel oder Kitt angeordnet Die Kühlung der Isolierschicht im Bereich des Induktors zur Begrenzung der thermischen Zersetzung des Binderse in der Isolierschicht erfolgt hierbei durch die keramische Zwischenschicht über Warmeleitung
Die beschriebene Isolierschicht zwischen Induktor 5 und Ausguß 4 kann auch bei anderen als dem in der Figur dargestellten Ausgußsystemeπ oder Ausguß- Regelsystemen verwendet werden Insbesondere ist der Einsatz der Isolierschicht 6 auch möglich, wenn die den Induktor 5 aufnehmende Isolierschicht 6 nicht direkt an ein induktiv aufheizbares Formteil angrenzt sondern dieses Formteil nur indirekt aufgeheizt wird