Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils, das einen rohrförmigen Innenraum aufweist, insbesondere eines Tauchgießrohres.

[0002] Solche Formteile sind insbesondere Teil einer Schmelzenauslassvorrichtung bei einem metallurgischen Gefäß. Sie werden vorgeheizt, um ein unerwünschtes Abkühlen der durchfließenden Schmelze, insbesondere deren Einfrieren, zu vermeiden.

[0003] Üblicherweise werden feuerfeste Ausguss-Formteile, insbesondere Eintauchausgüsse, mittels Gasbrennern aufgeheizt. Dies hat den Nachteil, dass es dabei zu einem Ausbrennen des Kohlenstoffs kommt, der Materialbestandteil des Formteils ist. Ungünstig ist dabei außerdem, dass es beim Aufheizen zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung in dem Formteil kommt. Es wurden bspw. Temperaturunterschiede von etwa 400 K festgestellt. Darüber hinaus nimmt das Aufheizen eine beträchtliche Zeit in Anspruch.

[0004] In der DE 38 42 690 A1 ist ein feuerfester Ausguss für eine Stranggießanlage gezeigt, dessen Ausgusskanal außen von einer Induktionsspule umgeben ist, 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 Ausguss-Formteile Verschleißteile sind.

[0005] Aus der EP 0 487 924 A3 ist ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Form- und/oder Profilkörpern für den Hochtemperaturbereich, insbesondere bei metallurgischen Stranggießanlagen bekannt, bei welchem eine keramische Mischung geformt und einer thermischen Behandlung unterworfen wird. Um den für die thermische Behandlung und eine Aufheizung des Form- und/oder Profilkörpers am Einsatzort nötigen Gesamtaufwand zu verringern, wird die thermische Behandlung zumindest teilweise am Einsatzort mittels einer Aufheizvorrichtung durchgeführt, mittels der am Einsatzort auch die Vorheizung des Form- und/oder Profilkörpers vorgenommen wird. Hierzu kann bspw. ein Induktor verwendet werden, in welchen der Formkörper eingesetzt wird. Die thermische Behandlung und Aufheizung kann dort auch mittels eines, insbesondere elektrischen, Heizelements der Aufheizvorrichtung durch Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung erfolgen, wobei das Heizelement den Form- und/oder Profilkörper umgreift und/oder in ihn eingesetzt ist.

[0006] Aus der US-PS 3 435 992 ist ein Form- und/oder Profilkörper als Tülle für einen Ausguss eines metallurischen Gefäßes bekannt. Danach wird am Einsatzort der Ausguss aufgeheizt, wofür eine elektrische Beheizung vorgesehen ist. Für den Fall, dass der Ausguss elektrisch leitfähig ist, kann die Erwärmung mittels einer Induktionsspule induktiv erfolgen. Es kann auch eine kapazitive bzw. dielektrische Beheizung des Ausgusses vorgesehen sein. Außerdem ist auch eine Widerstandsbeheizung möglich.

[0007] Aus der US-PS 1 607 264, der US-PS 2 227 866 und der US-PS 2 806 117 ist es an sich bekannt, Formteile, welche einen kanalförmigen Innenraum aufweisen, induktiv aufzuheizen, wobei in den Innenraum ein Inneninduktor eingebracht wird.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein rasches, sicheres und gleichmäßiges Aufheizen des feuerfesten Formteils zu er möglichen.

[0009] Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0010] Dabei erfolgt ein rasches und gleichmäßiges Aufheizen des feuerfesten Bauteils, das bspw. ein Eintauchausguss oder ein Rohr eines Rohr-in-Rohr-Auslasssystems ist, mit dem der Schmelzenausfluss unterbrechbar und/oder steuerbar bzw. regelbar ist. Ein äußerer Metallmantel des Formteils beeinträchtigt die Aufheizung nicht. Aufgrund der elektrischen und thermischen Isolierung der Induktionsspule gegenüber dem Formteil werden nicht nur elektrische Kurzschlüssse sondern auch eine Überhitzung des Inneninduktors vermieden. Durch die Erfindung ist eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit erreicht, weil Einfrierprobleme vermieden werden. Das Verfahren eignet sich nicht nur zum Aufheizen beim Angießen, sondern auch zum Aufheizen bei Gießunterbrechungen, um das Formteil auf einer geeigneten Temperatur zu halten.

[0011] Bei der Durchführung des Verfahrens wird als Inneninduktor vorzugsweise eine gekühlte, vorwiegend wendelförmige Induktionsspule verwendet.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

[0013] Die Figur zeigt einen Eintauchausguss für ein metallurgisches Gefäß mit einem erfindungegemäß eingesetzten Inneninduktor.

[0014] Ein in seiner Form an sich bekannter Eintauchausguss (Tauchgießrohr) ist ein feuerfestes Formteil 1 aus einem keramischen, kohlenstoffhaltigen Material, das induktiv an ein elektrisches Wechselfeld mit der Folge einer Aufheizung ankoppelbar ist. Der Eintauchausguss weist einen rohrförmigen, zylindrischen Innenraum 2 auf. Der Eintauchausguss ist in einem äußeren Teilbereich mit einem metallischen Außenmantel 3 versehen. Der metallische Außenmantel 3 schirmt elektromagnetische Felder gegenüber dem Eintauchausguss ab, so dass der Eintauchausguss mit einer äußeren Induktionsspule nicht gleichmäßig aufheizbar wäre.

[0015] In dem in der Figur dargestellten Zustand ist in den rohrförmigen, zylindrischen Innenraum 2 ein Inneninduktor 4 eingeschoben. Der Inneninduktor 4 weist eine gekühlte, wendelförmige Induktionsspule 5 auf, die an einen Generator 6 angeschlossen ist. Die Induktionsspule 5 ist dabei in ihren Abmessungen, insbesondere in ihrer Länge dem Innenraum 2 so angepasst, dass sie sich möglichst über die gesamte Länge des Innenraums 2 erstreckt. Außerdem ist ihr Durchmesser an den Durchmesser des Innenraumes 2 angepasst.

[0016] Die Oberfläche des Innenraums 2 ist gegenüber der Induktionsspule 5 mit einer Schicht 13, bspw. einer keramischen Glasur, elektrisch und thermisch isoliert, damit der Eintauchausguss nicht mit elektrische Spannung führenden Teilen in Berührung kommt und/oder keine zonale Überhitzung erfolgt.

[0017] Die Außenfläche der Induktionsspule 5 ist mittels eines Rohrabschnitts 7 gegenüber der Oberfläche des Innenraumes 2 elektrisch und thermisch isoliert.

[0018] Vorteilhaft ist auch, die Induktionsspule 5 unterschiedlichen Geometrien oder Wandstärken dergestalt anzupassen, dass verschiedene Abstände zwischen der Induktionsspule 5 und den Oberflächen der aufzuheizenden Bereiche bestehen. Mit dieser Maßnahme werden unterschiedliche Energiedichten in dem Formteil 1 erzeugt, was die Gleichmäßigkeit der Aufheizung bei unterschiedlichen Wandstärken verbessert. Der Rohrabschnitt 7 ist entsprechend zu gestalten.

[0019] Der Rohrabschnitt 7 dient auch der Zentrierung des Induktionsspule 5 im Innenraum 2. Der Rohrabschnitt 7 ist auf die Induktionsspule 5 reibschlüssig aufgeschoben, so dass er im Bedarfsfall auswechselbar ist. Der Außendurchmesser des Rohrabschnitts 7 ist so an den Innendurchmesser des Innenraums 2 angepasst, dass er mit der Induktionsspule 5 leicht in den Innenraum 2 einschiebbar und aus dem Innenraum 2 herausziehbar ist. Die Gestaltung kann jedoch auch so getroffen sein, dass zunächst der Rohrabschnitt 7 in den Innenraum 2 und dann die Induktionsspule 5 in den Rohrabschnitt 7 einzuschieben ist.

[0020] Der Rohrabschnitt 7 weist oben zur Begrenzung des Einschiebens einen Flansch 8 auf. In dem Ausführungsbeispiel ist er unten durch einen Boden 9 verschlossen.

[0021] Um den Eintauchausguss auch in seinem erweiterten Kopfbereich 10 aufzuheizen, ist die Induktionsspule 5 oberhalb des Flansches 8 mit einer zusätzlichen Windung 11 versehen.

[0022] Der Rohrabschnitt 7 besteht aus einem hochhitzebeständigen, keramischen Faser- oder Schaummaterial.

[0023] Es ist nicht notwendig, dass der Rohrabschnitt 7 sich über die gesamte Länge der Induktionsspule 5 erstreckt. Es können auch zwei oder mehrere Rohrabschnitte in der Länge der Induktionsspule 5 verteilt vorgesehen sein.

[0024] Der Rohrabschnitt 7 bzw. die Rohrabschnitte müssen nicht aus dem Innenraum 2 herausziehbar sein. Es ist auch möglich, den Rohrabschnitt 7 bzw. die Rohrabschnitte als Auskleidung des Innenraums 2 zu gestalten, welche dann bei der ersten Verwendung durch die Schmelze zersetzt wird.

[0025] Um zu vermeiden, dass der Eintauchausguss beim Aufheizen Wärme nach außen abstrahlt, d.h. verliert, kann er mit einer Außenisolierung 12, vorzugsweise aus keramischem Fasermaterial oder keramischem Schaum versehen sein. Dies verbessert die rasche und gleichmäßige Aufheizung des Eintauchausgusses.

[0026] Soll der Eintauchausguss aufgeheizt werden, dann wird der Inneninduktor 4 mit seinem Rohrabschnitt 7 in den Innenraum 2 eingeschoben und der Generator 6 wird eingeschaltet. Dadurch wird der Eintauchausguss im Wesentlichen über seine gesamte Länge rasch und gleichmäßig induktiv aufgeheizt. Nach Erreichen der Solltemperatur wird der Inneninduktor 4 aus dem Eintauchausguss herausgezogen. Dieser steht dann vorgeheizt für den Gießbetrieb bereit. Der Inneninduktor 4 lässt sich für viele Aufheizvorgänge an vielen Eintauchausgüssen verwenden. Seine Einsatzmöglichkeit ist dadurch vom Verschleiß des Eintauchausgusses unabhängig. Der Rohrabschnitt 7 lässt sich, wenn er verschlissen ist, von der Induktionsspule 5 abziehen und durch einen neuen Rohrabschnitt ersetzen. Bei unterschiedlichen Innendurchmessern von Eintauchausgüssen können Rohrabschnitte 7 mit entsprechend unterschiedlichen Außendurchmessern bereitgehalten werden. Es ist dadurch möglich, die Induktionsspule 5 auch bei unterschiedlichen Innenraumdurchmessern jeweils koaxial zentriert einzuschieben.

Ansprüche

1. Verfahren zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils, das einen rohrförmigen Innenraum aufweist, und wobei in den Innenraum (2) ein Inneninduktor (4) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet dass zwischen dem Inneninduktor (4) und dem Formteil (1) eine elektrisch und thermisch isolierende Schicht (13) und/oder mindestens ein elektrisch und thermisch isolierender Rohrabschnitt (7) vorgesehen 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 feuersfestes Tauchgießrohr ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Inneninduktor (4) eine gekühlte, vorwiegend wendelförmige Induktionsspule (5) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Induktionsspule (5) den Abmessungen des Innenraums (2) des feuerfesten Formteils (1) angepasst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Induktionsspule (5) von den Oberflächen der aufzuheizenden Bereiche des feuerfesten Formteils (1) so eingestellt wird, dass unterschiedliche Energiemengen übertragen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (5) in dem Innenraum (2) des Formteils (1) zentriert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zentrierung der mindestens eine Rohrabschnitt (7) dient, welcher die Induktionsspule (5) umfasst und innerhalb des Innenraums (2) des Formteils (1) zentrisch ausrichtet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rohrabschnitt (7) auf die Induktionsspule (5) aufgeschoben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rohrabschnitt (7) an der Induktionsspule (5) auswechselbar ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rohrabschnitt (7) aus einem hochhitzebeständigen, keramischen Fasermaterial oder keramischen Schaummaterial besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rohrabschnitt (7) als zumindest teilweise Auskleidung des Innenraums (2) angeordnet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung nach dem Aufheizen zersetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (1) mit einer Außenisolierung (12), vorzugsweise aus keramischem Fasermaterial oder keramischem Schaummaterial, versehen wird.

Claims

1. Method for induction heating of a refractory article comprising a tube-shaped interior, and where an interior inductor (4) is introduced in the inner space (2), characterized in that between the interior inductor (4) and the article (1) an electrically and thermically insulating layer (13) and/or at least an electrically or thermically insulating tube section (7) are provided, that by means of the interior inductor (4) the article (1) is heated up and that thereafter the interior inductor (4) is taken out of the interior (2).

2. Method according to claim 1, characterized in that the article (1) is a refractory pouring spout.

3. Method according to claim 2, characterized in that as the interior inductor (4) a cooled, predominantly spiral induction coil (5) is used.

4. Method according to claim 2 or 3, characterized in that the dimensions of the induction coil (5) are adapted to the dimensions of the interior (2) of the refractory article (1).

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the distance of the induction coil (5) from the surfaces of the regions of the refractory article (1) to be heated up is adapted so that different amounts of energy are transmitted.

6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the induction coil (5) is centered in the inner space the article (1).

7. Method according to claim 6, characterized in that for the centering serves at least one tube section (7), which inculdes the induction coil (5) and centrically aligns within the inner space (2) of the article (1).

8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one tube section (7) is slid onto the induction coil (5).

9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one tube section (7) at the induction coil (5) is exchangeable.

10. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one tube section (7) consists of a highly refractory, ceramic fibre material or ceramic foam material.

11. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the at least one tube section (7) is arranged as at least partial lining of the interior (2).

12. Method according to claim 11, characterized in that the lining is decomposed after heating.

13. Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the article (1) is provided with an outer insulation (12), preferably of ceramic fibre material or ceramic foam material.

Revendications

1. Procédé de chauffage inductif d'une pièce réfractaire présentant un espace intérieur tubulaire, un inducteur intérieur (4) étant introduit dans l'espace intérieur (2), caractérisé en ce qu'il est prévu entre l'inducteur intérieur (4) et la pièce (1) une couche thermiquement et électriquement isolante (13) et / ou au moins une section de tube (7) thermiquement et électriquement isolante et en ce que la pièce (1) est chauffée au moyen de l'inducteur intérieur (4) et qu'après cela l'inducteur intérieur (4) est retiré de l'espace intérieur (2).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce (1) est un tube plongeur réfractaire.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une bobine d'induction (5) refroidie, de forme générale hélicoïdale est utilisée comme inducteur intérieur (4).

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les dimensions de la bobine d'induction (5) sont ajustées aux dimensions de l'espace intérieur (2) de la pièce réfractaire (1).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la distance entre la bobine d'induction (5) et les surfaces de la zone à chauffer de la pièce réfractaire (1) est réglée de sorte que des quantités d'énergie différentes sont transmises.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bobine d'induction (5) est centrée dans l'espace intérieur (2) de la pièce (1).

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section de tube (7) au moins, laquelle contient la bobine d'induction (5) et la centre à l'intérieur de l'espace intérieur (2) de la pièce (1), sert pour le centrage.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la section de tube (7) au moins est enfilée sur la bobine d'induction (5).

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la section de tube (7) au moins sur la bobine d'induction (5) est échangeable.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la section de tube (7) au moins se compose d'un matériau de fibres en céramique hautement réfractaire ou d'un matériau mousseux en céramique.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la section de tube (7) au moins est disposée comme revêtement au moins partiel de l'espace intérieur (2).

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le revêtement est décomposé après le chauffage.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la pièce (1) est munie d'une isolation extérieure (12), de préférence en matériau de fibres en céramique ou de matériau mousseux en céramique.

Zeichnung