DE19654402C1

DE19654402C1 - Induktoranordnung

Info

Publication number: DE19654402C1
Application number: DE1996154402
Authority: DE
Inventors: Raimund Brueckner; Daniel Grimm
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2016-12-31
Also published as: AU5309498A; WO1998029209A1; DE19781496D2

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktoranordnung an einem feuerfesten keramischen Ausguß eines Schmelzengefäßes.

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 Wärmeisolation. Die Ausgußdüse 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 Induktoranordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der der Induktor gegenüber dem Ausguß wärmeisoliert ist.

Erfindungsgemäß 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 Kohlenstoffgerüst für das feuerfeste Material bestehen. Dadurch sind gute Wärmeisolationseigenschaften 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 größer als 1200°C, auf, dann versintert die Isolierschicht. Derart hohe Temperaturen können in der an den Ausguß angrenzenden Zone entstehen, wenn der Ausguß entsprechend aufgeheizt ist. Die versinterte Isolierschichtzone hat zwar keine gute wärmeisolierende Wirkung, begünstigt jedoch die Auswechselbarkeit des Ausgusses aufgrund der harten, brüchigen 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 Wärmeisolationseigenschaften also auch Sicherheitseigenschaften.

In der an den Induktor oder an eine den Induktor umgebenden Zwischenschicht 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 wärmeisoliert ist und mittels eines Kühlfluids 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 Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt einen Ausguß mit Induktor am Boden eines Schmelzengefäßes im Schnitt.

Ein Schmelzengefäß, insbesondere metallurgisches Schmelzengefäß für Stahl, weist einen Boden 1 mit einem Mantel 2 auf. In dem Boden 1 sitz ein Lochstein 3. Unten im Lochstein 3, etwa im Höhenbereich des Mantels 2, ist ein hülsenförmiger 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 Kühlfluid, beispielsweise Luft oder Wasser, durchströmbar ist. Die Verwendung von Luft als Kühlfluid ist bevorzugt, weil bei der Verwendung von Wasser als Kühlfluid bei Undichtigkeiten gefährliche Zustände zu befürchten sind. Die Verwendung von Luft als Kühlfluid ist wegen der unten näher beschriebenen guten Wärmeisolationseigenschaften 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 Nach heizen der durchfließenden Schmelze und/oder dem Aufschmelzen eines Schmelzenpfropfens im Ausguß 4. Wenn die Schmelze, beispielsweise Stahlschmelze, bzw. der Schmelzenpfropfen 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 Wechseldüse 7 und ein entsprechend verschiebbarer Blindkörper 8 vorgesehen. Wenn die Wechseldüse 7 - wie in der Figur gezeigt - unter den Ausguß 4 geschoben ist, ist der Schmelzenausfluß freigegeben. Zum Sperren des Schmelzenausflusses wird der Blindkörper 8 anstelle der Wechseldüse 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 enthält. Der Harzbinder kann ein Phenolharz sein. Beispielsweise wird ein Material folgender Zusammensetzung verwendet:
MgO 68 Gew.-%
SiO₂ 19 Gew.-%
Fe₂O₃ 2 Gew.-%
CaO 3 Gew.-%
Al₂O₃ 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 läßt 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 Kühlfluids auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur, beispielsweise etwa 100°C, gehalten. Dadurch stellt sich in der Isolierschicht 6 ein Temperaturgefälle 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 pyrolisiert, so daß aus diesem nur ein Kohlenstoffgerüst verbleibt.

Im weiteren Verlauf wird die Isolierschicht 6 in der Umgebung des Ausgusses 4 wegen der dort herrschenden hohen Temperatur, beispielsweise 1500°C, versintern. Die Versinterung bleibt jedoch auf eine schmale Zone 10 beschränkt, 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 Zwischenzone 11. Diese hat eine vergleichsweise kleine Wärmeleitfähigkeit und führt damit zu einer hohen Wärmeisolation. 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 Wärmeisolationseigenschaften.

Die Zone 10 schwindet beim Versintern geringfügig und wird durch das Versintern hart und/oder spröde. Dadurch ist das Entfernen des Ausgusses 4 im Verschleißfall erleichtert. Ein neuer Ausguß 4 läßt 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 versinterte Zone 10 sofort am Weiterströmen gehindert oder führt, 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 Verschleißfällen nicht bis zum Induktor 5 vordringen.

In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann der induktiv ankoppelbare Ausguß 4 außen eine nicht induktiv ankoppelbare 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 Wärmeleitung durch diese induktiv nicht ankoppelbare Schicht bzw. Formteil hindurch.

In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Ausführungsbeispiels 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 Binders in der Isolierschicht erfolgt hierbei durch die keramische Zwischenschicht über Wärmeleitung.

Die beschriebene Isolierschicht zwischen Induktor 5 und Ausguß 4 kann auch bei anderen als dem in der Figur dargestellten Ausgußsystemen oder Ausguß-Re gelsystemen 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.

Claims

1. Induktoranordnung an einem feuerfesten keramischen Ausguß eines Schmelzengefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Induktor (5) und dem Ausguß (4) eine Wärme-Iso lierschicht (6) aus einem organisch gebundenen feuerfesten Material vorgesehen ist, daß das Material derart beschaffen ist, daß der organische Binder der Isolierschicht (6) bei Betriebstemperatur in einer Zwischenzone (11), die zwischen einer an den Bereich des Induktors (5) angrenzenden Zone (12) und einer an den Ausguß (4) angrenzenden Zone (10) liegt, thermisch abgebaut und/oder carbonisiert ist.

2. Induktoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Isolierschicht (6) derart beschaffen ist, daß es durch in es eindringende oder in Kontakt tretende Schmelze versintert.

3. Induktoranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material derart beschaffen ist, daß es in der an den Ausguß (4) angrenzenden Zone (10) durch die Temperatur des Ausgusses (4) versintert.

4. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Binder der Isolierschicht (6) in der an den Bereich des Induktors (5) angrenzenden Zone (12) ganz oder teilweise unzersetzt bleibt.

5. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (5) von einem Kühlfluid durchströmt ist.

6. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausguß (4) induktiv an den Induktor (5) ankoppelbar ist.

7. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Isolierschicht (6) angrenzende Ausguß (4) oder eine an die Isolierschicht (6) angrenzende Außenschicht des Ausgusses (4) induktiv nicht an den Induktor (5) ankoppelbar ist, wobei die Wärmeübertragung auf die Isolierschicht (6) durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung erfolgt.

8. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (6) als feuerfestes Material überwiegend MgO enthält.

9. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (6) Sinterhilfsmittel enthält.

10. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (6) als organischen Binder einen Harzbinder enthält.

11. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (6) als Harzbinder ein organisches, kohlenstoffhaltiges Bindemittel, insbesondere Phenolharz, enthält.