DE19654402C1 - Induktoranordnung - Google Patents
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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.
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 (11)
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.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1996154402 DE19654402C1 (de) | 1996-12-30 | 1996-12-30 | Induktoranordnung |
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- 1996-12-30 DE DE1996154402 patent/DE19654402C1/de not_active Expired - Fee Related
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1997
- 1997-11-28 WO PCT/DE1997/002785 patent/WO1998029209A1/de active Application Filing
- 1997-11-28 AU AU53094/98A patent/AU5309498A/en not_active Withdrawn
- 1997-11-28 DE DE19781496T patent/DE19781496D2/de not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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