EP0755740A1 - Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils - Google Patents

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EP0755740A1 EP96110899A EP96110899A EP0755740A1 EP 0755740 A1 EP0755740 A1 EP 0755740A1 EP 96110899 A EP96110899 A EP 96110899A EP 96110899 A EP96110899 A EP 96110899A EP 0755740 A1 EP0755740 A1 EP 0755740A1
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inner inductor
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Daniel Grimm
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/38—Coil arrangements specially adapted for fitting into hollow spaces of workpieces

Definitions

  • the invention relates to a method for inductively heating a refractory molded part which has a channel-shaped interior. Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.
  • Such molded parts are in particular part of a melt outlet device or melt feed device in a metallurgical vessel. They are preheated in order to prevent the melt flowing through it from cooling down, in particular freezing it.
  • DE 38 42 690 A1 shows a refractory spout for a continuous caster.
  • the spout is surrounded on the outside by an induction coil with which the inner outer wall can be heated inductively in a controlled manner.
  • the coil is part of the pouring component. This is complex and expensive, which is particularly important because such refractory pouring parts are wearing parts.
  • Fireproof pouring moldings are usually heated by means of gas burners. This has the disadvantage that it can burn out the carbon, which is a material component of the molded part. It is also unfavorable that there is an uneven temperature distribution in the molded part during heating. For example, temperature differences of about 400 K were observed. It also takes a considerable amount of time to heat up.
  • the object of the invention is to enable rapid and uniform heating of the refractory molded part.
  • the above object is achieved in a method of the type mentioned in the introduction that an internal inductor is introduced into the interior of the refractory molded part, that the molded part is heated by means of the internal inductor and then the internal inductor is removed from the internal space.
  • the refractory molded part is heated up rapidly and uniformly, which is, for example, a feed and metering system for a belt or twin roll caster, with which the melt outflow can be interrupted and / or controlled or regulated.
  • the invention achieves increased plant availability because freezing problems are avoided.
  • the method and the device are suitable not only for heating during casting, but also for heating during interruptions in casting in order to keep the molded part at a suitable temperature.
  • a device for performing the method is characterized in that the internal inductor is formed from one or more cooled induction coils.
  • the figure shows a fireproof molded part as a feed channel for a twin-roll caster with an internal inductor inserted.
  • a feed channel which is known in its form, is a refractory molded part (1) made of a ceramic, carbon-containing material, which can be inductively coupled to an alternating electrical field, which results in heating.
  • the feed channel has a channel-shaped interior (2) with a rectangular cross section.
  • the supply duct is provided in an outer partial area with a metallic outer jacket (3), as is often used when using so-called ETA changers.
  • the metallic outer jacket (3) therefore shields electromagnetic fields from the supply channel, so that the supply channel could not be heated uniformly with an external induction coil.
  • an inner inductor (4) is inserted into the interior (2) with a rectangular cross section.
  • the dimensions of the inner inductor (4), in particular its length, are adapted to the interior (2) so that it extends as far as possible over the entire length of the interior (2).
  • its outer geometry is adapted to the dimensions of the interior (2).
  • the internal inductor (4) has a number of cooled induction coils (5) which are connected to a generator (6).
  • the interior (2) is elastically and / or thermally insulated from the inner inductor (4) with a layer (12), for example a ceramic glaze, so that the refractory molded part (1) does not come into contact with parts carrying electrical voltage and / or no zonal overheating occurs.
  • the outer surface of the inner inductor (4) is electrically and / or thermally insulated from the surfaces of the inner space (2) by means of an insulation molding (7).
  • the inner inductor (4) is also advantageous to adapt the inner inductor (4) to different geometries or wall thicknesses such that there are different distances between the inner inductor (4) and the surfaces of the areas to be heated. With this measure, different energy densities are generated in the molded part (1), which improves the uniformity of the heating with different wall thicknesses.
  • the molded insulation part (7) is to be designed accordingly.
  • the molded insulation part (7) also serves to center the inner inductor (4) in the interior (2).
  • the molded insulation part (7) is slid onto the induction coil (5) so that it can be replaced if necessary.
  • the outer geometry of the molded insulation part (7) is adapted to the interior (2) in such a way that it can be easily inserted into the interior (2) and pulled out of the interior (2) with the interior inductor (4).
  • the design can also be such that first the molded insulation part (7) is inserted into the interior (2) and then the internal inductor (4) into the molded insulation part (7).
  • the molded insulation part (7) has a flange (8) at the top to limit insertion. It's open below. In other applications, e.g. in the case of supply ducts with lateral outflow openings, the insulation molded part (7) can be closed by means of a base.
  • the inner inductor (4) is provided with an additional turn (10) above the flange (8).
  • the molded insulation part (7) consists of a highly heat-resistant, ceramic fiber material or ceramic foam material.
  • molded insulation part (7) it is not necessary for the molded insulation part (7) to extend over the entire length of the internal inductor (4). Two or more molded insulation parts can also be provided distributed.
  • the molded insulation part (7) or the molded insulation parts need not be able to be pulled out of the interior (2). It is also possible to design the molded insulation part (7) or the molded insulation parts as the lining of the interior (2).
  • the supply duct radiates heat to the outside, ie loses heat
  • external insulation preferably made of ceramic fiber material or ceramic foam material. This improves the rapid and even heating of the feed channel.
  • the internal inductor (4) with the molded insulation part (7) is inserted into the interior (2) and the generator (6) is switched on.
  • the feed channel is inductively heated rapidly and uniformly over its entire cross section.
  • the internal inductor (4) is pulled out of the supply duct. This is then pre-heated and ready for the casting operation.
  • the inner inductor (4) can be used for many heating processes on many supply channels. Its use is therefore independent of the wear of the feed channel.
  • the insulation molded part (7), if it is worn, can be pulled off the inner inductor (4) and replaced by a new insulation molded part. In the case of different cross sections of supply channels, molded insulation parts (7) with correspondingly different dimensions can be kept ready. This makes it possible to insert the inner inductor (4) in a centered manner even with different interior geometries.

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines mit einem kanalförmigen Innenraum (2) versehenen feuerfesten Formteils (1), insbesondere eines Zufuhrkanals für einen Twin-Roll- oder Belt-Caster, sollen ein rasches, gleichmäßiges Aufheizen des Formteils (1) ermöglichen. Es ist hierfür in den Innenraum (2) ein Inneninduktor (4) einbringbar, mit dem das Formteil (1) von innen her aufheizbar ist und der dann aus dem Innenraum (2) herausnehmbar ist.

Description

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

Claims (16)

  1. Verfahren zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils, das einen kanalförmigen Innenraum mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in den Innenraum (2) ein Inneninduktor (4) eingebracht wird, daß mittels des Inneninduktors (4) das Formteil (1) aufgeheizt wird und danach der Inneninduktor (4) aus dem Innenraum (2) herausgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Formteil (1) ein feuerfester Zufuhrkanal für flüssiges Metall, insbesondere Stahl, in oder auf einen Metallschmelzensumpf ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Formteil (1) zumindest in einem Teilbereich einen metallischen Außenmantel (3) aufweist.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Inneninduktor (4) aus einer oder mehreren gekühlten Induktionsspulen (5) gebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abmessungen des Inneninduktors (4) den Abmessungen des Innenraums (2) des feuerfesten Formteils (1) angepaßt sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen dem Inneninduktor (4) und dem Innenraum (2) eine elektrisch und/oder thermisch isolierende Schicht (12) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Abstand des Inneninduktors (4) von den Oberflächen der aufzuheizenden Bereiche des feuerfesten Formteils (1) so eingestellt ist, daß unterschiedliche Energiemengen übertragbar sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Inneninduktor (4) im Innenraum (2) des Formteils (1) zentriert ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zentrierung / Abstände durch ein Isolationsformteil (7) aus einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material vorgegeben ist / sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Isolationsformteil (7) aus hochhitzebeständigem, keramischem Fasermaterial oder keramischem Schaummaterial ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Isolationsformteil (7) auf den Inneninduktor (4) aufschiebbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Isolationsformteil (7) am Inneninduktor (4) auswechselbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Isolationsformteil (7) und das feuerfeste Formteil (1) bzw. der Inneninduktor (4) nach dem Aufheizen einfach voneinander lösbar sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Isolationsformteil (7) im Innenraum (2) des Formteils (1) zumindest als dessen teilweise Auskleidung angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Isolationsformteil nach dem Aufheizen zerfällt.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Formteil (1) eine Außenisolierung (11), vorzugsweise aus keramischem Fasermaterial oder keramischem Schaummaterial, aufweist.
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