Giesspfanne oder Zwischenpfanne

Abstract

  Bei einer Giesspfanne oder Zwischenpfanne (tundish) zum induktiven Erwärmen und/oder Erschmelzen von metallischen Schmelzen, wie beispielsweise Stahl, besteht die Wand der Giesspfanne oder Zwischenpfanne aus einem inneren Teil (3) aus Futtermasse für die Wärmeisolation und einem äusseren Wandteil (7), welcher aufgebaut ist aus einer metallischen Armierung, die in der Futtermasse und/ oder Beton und/oder Zement und/oder keramischer Masse und eventuell Fasern eingebettet ist, wobei die Armierung aus axial zur Pfannenachse verlaufenden Drähten besteht, die ganz oder teilweise in einem oberen Kragen oder Flansch oder dergleichen der Pfanne befestigt sind. Diese Drähte enden an ihrem unteren Ende entweder ohne Kontakt mit metallisch leitenden Teilen oder sind über elektrisch nicht leitende Teile in einen unteren Kragen oder Flansch der Pfanne befestigt. Auf diese Weise wird verhindert, dass in der Wand geschlossene elektrisch leitende Kreisverbindungen entstehen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießpfanne oder Zwischenpfanne gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Unter Zwischenpfanne wird dabei eine Pfanne mit Bodenabfüllung verstanden ("tundish").

[0002] Bei induktiv beheizten Pfannen möchte man erreichen, daß ein möglichst hoher Anteil der Leistung der außerhalb der Pfanne angeordneten Induktionsspulen in der Schmelze umgesetzt wird, und man möchte vermeiden, daß ein großer Teil dieser Leistung in den Wänden der Pfanne, dem Futter usw. in Wärme umgesetzt wird. Würde man bei einer Pfanne mit metallischem, beispielsweise rostfreiem, Futter oder Mantel eine mit einphasigem, netzfrequentem Strom gespeiste Induktionsspule verwenden, so würden zu große Verluste im Mantel auftreten. Man möchte auch zu hohe Temperaturen an der Außenseite der Pfanne vermeiden, da hierdurch Schäden in der Umgebung, zum Beispiel an der Induktionsspule, auftreten können. Gleichzeitig möchte man die Abmessungen der Pfanne und ihrer Wände klein halten.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießpfanne oder eine Zwischenpfanne zu entwickeln, bei der durch das magnetische Feld der Induktionsspule in der Wand der Pfanne möglichst geringe Wärmeverluste verursacht werden, die Außenwand der Pfanne möglichst geringe Temperaturen annimmt und die Abmessungen der Pfanne möglichst klein gehalten werden können.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gleβpranne oaer zwischenpfanne gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

[0006] Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen,

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Gießpfanne,

Figur 2 eine Darstellung einer Gießpfanne nach der Erfindung ohne Induktionsspule,

Figur 3 einen Abschnitt des äußeren Wandteils der Gießpfanne,

Figur 4 eine alternative Ausführungsform gegenüber Figur 3,

Figur 5 die Verteilung der Tangentialspannung im aüßeren Wandteil der Gießpfanne,

Figur 6 eine alternative Ausführungsform einer Gießpfanne nach der Erfindung,

Figur 7A und B zwei Anwendungsbeispiele der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine Gießpfanne gemäß der Erfindung, deren Schmelzeninhalt durch das von einer Induktionsspule 1 - erzeugten magnetischen Feld erwärmt wird. Die Induktionsspule wird mit einphasigem, netzfrequentem Strom gespeist. Das von der Induktionsspule erzeugte Feld 2 ist durch Feldlinien in Figur 1 angedeutet, und man möchte erreichen, daß die Wände der Gießpfanne so wenig wie möglich durch dieses Feld erwärmt werden. Gleichzeitig sollen die Abmessungen der Wände und damit der Pfanne klein gehalten werden. Auch möchte man Risse oder dergleichen in der Gießpfanne vermeiden.

[0007] Der innere Teil 3 der Gießpfanne besteht in bekannter Weise aus einer wärmeisolierenden keramischen Masse, wie beispielsweise Al₂0₃ (siehe 4 in Figur 2), die von Schamottziegeln (5 in Figur 2) und Isolierziegeln (6 in Figur 2) umgeben sein kann. Es können jedoch für dieses innere Teil 3 alle Arten bekannter Futtermassen verwendet werden.

[0008] Radial außerhalb des inneren Teils 3 (Figur 1 und 2) ist ein äußerer Wandteil 7 angeordnet, auf den sich die Erfindung unmittelbar bezieht. Dieser Wandteil 7 besteht aus einer Armierung, die in Futtermasse und/oder Beton und/oder Zement oder keramische Masse sowie eventuell auch in Glasfasern (Isolierfasern) eingebettet ist.

[0009] Die Außentemperatur bei einer Stahlschmelze in der Gießpfanne kann 250 GradC und der Temperaturabfall durch das Wandteil 7 kann 110 Grad C betragen. Der Innendurchmesser des Wandteils 7 kann beispielsweise etwa 1 m betragen.

[0010] Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung eine Einzelheit des äußeren Wandteils 7, welches aus einem zu dem Wandteil 7 gehörenden Innenteil 8 aus A1₂0₃ und Zement und Außenteilen 9 aus Glasfasern und Zement besteht. In diese Massen ist die Armierung des äußeren Wandteils 7 eingebettet, und diese Armierung soll aus metallischem Material bestehen, um Brüche in dem spröden Material zu verhindern. Das Metall der Armierung soll unmagnetisch sein, jedoch ist dies nicht zwingend notwendig. Der spezifische elektrische Widerstand des Materials soll größer als der von elektrischem Leitungsmaterial sein. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient soll nahe dem für Beton/Zement geltenden liegen, damit in dem Beton/Zement keine Risse auftreten. Als Beispiel kann ein auf Nickel-Eisen basierendes Material genannt werden.

[0011] Die Armierung kann aus axial zur Pfannenachse verlaufenden Metallelementen 10 bestehen, die an dem Flansch oder Kragen 11 der Gießpfanne oder an einem anderen metallischen oberen Ring befestigt sind. Am unteren Ende dagegen sollen die Metallelemente ohne Anschlußstellen oder mit Unterbrechungen versehen sein, um die Entstehung geschlossener elektrischer Kreise beispielsweise von Flansch zu Flansch zu verhindern, da in diesen Kreisen durch ihre magnetische Verkettung mit dem Feld 2 unnötig Wärme entstehen würden.

[0012] Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform des äußeren Wandteils 7, wobei ebenfalls axiale Armierungselemente 10 der oben beschriebenen Art vorhanden sind. Zusätzlich sind konzentrisch verlaufende Drähte 12 in die Masse eingebettet, die jedoch keinen elektrischen Kontakt mit den Armierungselementen 10 haben. Auch diese Drähte sind aus dem obengenannten Grunde "abgeschnitten", d.h. nicht an ihren Enden zu geschlossenen Kreisen verbunden, oder mit einer elektrischen Unterbrechung versehen. Die Elemente (Drähte) 10 und 12 können unmagnetisch, notfalls aber auch magnetisch sein, und ihr Durchmesser beträgt ca. 1 bis 4 mm.

[0013] Die das Wandteil 7 bildende Schicht wird komprimiert, um eventuelle Poren zu beseitigen und eine bessere Festigkeit zu erhalten. Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Kompressionsdiagramms für eine Gießpfanne bei Betriebstemperatur. Die mechanische Spannung ist mit δ_t in MPa bezeichnet, und der Abstand, gerechnet von der Innenseite des Wandteils 7, ist in mm angegeben. Auf der Innenseite des Wandteils 7 ist eine Betonschicht 13 vorhanden, an die sich nach außen zunächst metallisch armierter Beton 14 und dann eine Glasfaserschicht 15 anschließt. Das Diagramm zeigt, wie die Spannungskurve 17 zur Außenfläche hin variiert.

[0014] Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit einer Induktionsspule 1, einem armierten äußeren Wandteil 7 und einem inneren Futterteil 3 sowie einem oberen Kragen oder Stahlteil 18. Der Boden 19 besteht aus Stahl, und die Pfanne kann beispielsweise in einer Zerstäubungsanlage verwendet werden. Das Umrühren durch die einphasig gespreizte Spule ist repulsiv (50 Hz), jedoch kann die Spule alternativ auch mehrphasig gespeist werden, wobei man ein motorisches Umrühren erhält. Bei höheren Feldstärken kann man dieselbe Badbewegung (in m/s) für sowohl repulsive wie motorische Umrührung erhalten.

[0015] Eine armierte Wand, wie sie vorstehend beschrieben wird, entsprechend dem Wandteil 7 kann auch bei einer Zwischenpfanne (tundish) (Figur 7A) verwendet werden, indem einer Seitenwand 24, innerhalb einer Induktionsspule 23, eine solche armierte Wand außerhalb eines üblichen Futters, entsprechend 3 in Figur 1, angebracht wird.

[0016] Als Beispiele für weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung können eine RH-Anlage oder eine DH-Anlage, siehe Figur 7B, oder eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen, siehe Figur 7A, genannt werden. Hier wird eine Gießpfanne ohne metallischen Mantel mit Außen- und Innenteilen (7 bzw.3 in Figur 1) und umgebender Induktionsspule 1 sowie mit Bodenabfüllöffnung 20 gezeigt. Als weitere Beispiele außer den vorgennaten können Pufferstationen (Warmhaltung bei Betriebsunterbrechung), Warmhaltung usw. genannt werden.

[0017] Um die RH-Anlage in Figur 7B kann eine Induktionsspule 22 angebracht werden, wobei ein Stück der Wand 21 innerhalb der Spule gemäß der Erfindung ausgeführt ist. Die metallische Armierung kann aus einem auf Ni-Fe basierenden Material, Titan oder einer anderen Legierung mit geeigneten physikalischen Eigenschaften, bestehen.

[0018] Das Grundmaterial des Wandteils 7, in welchem die Armierungselemente eingebettet sind, kann alternativ aus einem Metalloxyd, z.B. A1203, oder aus einem Silikat, verstärkt mit Fasern aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Glas, Bornitrid usw., sowie verbunden mit Zement, Phosphat, Siliziumester usw. bestehen.

[0019] Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedanken in vielfacher Weise variiert werden.

Ansprüche

1. Gießpfanne oder Zwischenpfanne (tundish) zum induktiven Erwärmen und/oder Erschmelzen von metallischen Schmelzen, wie beispielsweise Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Gießpfanne oder Zwischenpfanne aus einem inneren Teil (3) aus Futtermasse für die Wärmeisolation und einem äußeren Wandteil (7) besteht, welcher aufgebaut ist aus einer metallischen Armierung (10, 11), die in der Futtermasse (9) und/oder Beton und/oder Zement und/oder keramischer Masse und eventuell Fasern eingebettet ist, wobei die Armierung aus axial zur Pfannenachse verlaufenden Drähten (10) besteht, die ganz oder teilweise in einem oberen Kragen oder Flansch (11) oder dergleichen der Pfanne befestigt sind, und daß diese Drähte an ihrem unteren Ende entweder ohne Kontakt mit metallisch leitenden Teilen enden (abgeschnitten sind) oder über elektrisch nicht leitende Teile (Unterbrechungen) in einen unteren Kragen oder Flansch oder dergleichen befestigt sind.

2. Gießpfanne oder Zwischenpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung zusätzlich aus konzentrisch zur Pfannenache angeordneten Metalldrähten (12) besteht, die mit elektrisch nicht leitenden Unterbrechungen angeordnet sind.

3. Gießpfanne oder Zwischenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Wandteil (7) der Pfanne derart komprimiert hergestellt ist, daß die Porosität vermindert und die Festigkeit erhöht ist.

4. Gießpfanne oder Zwischenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Armierungen (10, 12) des außeren Wandteils (7) in einer Schicht eingebettet sind, die an ihrer Außenseite aus Glasfasern (9) und eventuell Zement oder Beton oder keramischer Masse besteht und auf ihrer Innenseite aus Futtermasse (8) und eventuell Zement oder Beton.

5. Zwischenpfanne nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung mit Futtermasse usw. in dem äußeren Teil einer Seitenwand, radial innerhalb einer induktiven Erwärmungs-/Umrührspule angeordnet ist.

6. Gießpfanne oder Zwischenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung aus einem metallischen Material mit einem Wärmeausdehnungskoefizienten besteht, der ungefähr gleich dem des keramischen Materials ist, in welchem die Armierung eingebettet ist.

7. Gießpfanne oder Zwischenpfanne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung aus Drähten aus magnetischem Stahl mit einem Durchmesser von ca. 1 mm besteht.

8. Gießpfanne oder Zwischenpfanne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Armierung aus einem auf Ni-Fe basierenden Material, Titan oder einer anderen geeigneten Legierung mit zweckmäßigen physikalischen Eigenschaften besteht.

Zeichnung