DE10035097A1 - Heizvorrichtung mit Inneninduktor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tauchheizelement zur Änderung (Heizung oder Kühlung) und/oder der Einhaltung und/oder Vergleichmäßigung der Badtemperatur einer Schmelze oder Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze, wie zum Beispiel flüssigen Stahls, mit einem fluidgekühlten, zum Beispiel luftgekühlten Inneninduktor in einem bodenseitig geschlossenen feuerfesten Mantel, der zumindest bereichsweise induktiv ankoppelbar ist, wobei der Mantel einen flachen Querschnitt aufweist, sowie die Herstellung und Verwendung eines solchen Tauchheizelements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tauchheizelement zur Änderung (Heizung und Kühlung) und/oder der Einhaltung und/oder Vergleichmässigung der Badtemperatur einer Flüssigkeit oder Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze, wie zum Beispiel flüssigen Stahls, mit einem fluidgekühlten, zum Beispiel luftgekühlten Inneninduktor, der in einen bodenseitig geschlossenen feuerfesten Mantel eingesetzt ist, welcher zum Aufheizen zumindest bereichsweise induktiv ankoppelbar ist.

Ein solches Tauchheizelement ist in der nicht vorveröffentli­ chen älteren deutschen Patentanmeldung 499 00 915.5 be­ schrieben. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen und/oder Halten der Temperatur einer Stahlschmelze beim Stranggiessen mittels eines in die Schmelze eingetauchten feuerfesten rohrförmigen Formteils, das eine innenliegende Induktionsspule (Wendel)austauschbar aufnimmt, vorgeschlagen. Die Induktionsspule ist fluidgekühlt, zum Beispiel luftge­ kühlt. Zum Aufheizen der Schmelze wird der Schmelze Wärme durch Wärmeleitung von der Wandung des Formteils übertragen, das seinerseits an das induzierte elektromagnetische Wechsel­ feld der Induktionsspule ankoppelt.

Beim Stranggießen von Stahl ist es aus Qualitätsgründen des Stranges erforderlich, den flüssigen Stahl in einem vor­ gegebenen, möglichst engen Temperaturbereich aus einem Tundish in die Kokille abzustechen. Dazu muß der flüssige Stahl in dem Tundish über eine lange Zeitspanne auf einem Temperaturniveau gehalten werden. Abgesehen davon muß die vorgegebene Temperatur möglichst gleichmäßig in dem gesamten Schmelzenbad eingestellt und aufrechterhalten werden. Zur Lösung letzterer Problematik macht die oben genannte ältere Patentanmeldung keine Angaben.

Die DE 197 52 548 A1 betrifft ein Verfahren zum Einstellen und Halten der Temperatur, insbesondere einer Stahlschmelze, in engen Temperaturgrenzen über die Gießzeit beim Stranggießen, wobei das Absinken der Temperatur durch Erwärmen kompensiert wird. Verbessert wird das Verfahren dadurch, dass die Temperatur der Schmelze am Auslauf des Verteilergefäßes gemessen, das Messergebnis mit der vorgegebenen unteren Temperaturgrenze verglichen und die Schmelze bei Erreichen oder Unterschreiten des Grenzwertes so lange erwärmt wird, bis die Temperatur wieder innerhalb des Sollwert-Bereiches liegt. Dabei wird auch eine Erwärmung der Schmelze durch eine induktiv arbeitende Heizvorrichtung erwähnt, ohne dass die hierfür erforderlichen Mittel bzw. eine entsprechende Vorrichtung beschrieben sind.

Zur Beeinflussung der Temperatur eines solchen Schmelzenbades ist die Übertragung von grossen Wärmemengen erforderlich. Hierfür eignen sich grundsätzlich induktiv beheizte feuerfeste Bauteile mit einer grossen Oberfläche für den Wärmeaustausch. Zum induktiven Aufheizen eines kanalförmigen, d. h. im wesentlichen rechteckförmigen feuerfesten Formteils wird gemäß der DE 195 26 976 A1 ein wendelförmiger Inneninduktor vorgeschlagen, der nach dem Aufheizen wieder aus dem Innenraum des Formteils herausgenommen wird. Hierbei handelt es sich um das Aufheizen des Formteils als solchem, nicht aber seinen Einsatz zum Beheizen einer Schmelze.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tauchheizelement vor­ zuschlagen, das eine möglichst grosse Wärmeübertragungsfläche aufweist, um den Wirkungsgrad beim Aufheizen beziehungsweise Abkühlen der Flüssigkeit oder Schmelze zu verbessern. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Tauchheizelement derart auszugestalten und/oder einzusetzen, dass das in seiner Temperatur zu regelnde Flüssigkeits- oder Schmelzenbad ein möglichst gleichmässiges Temperaturprofil in einem vor­ gegebenen engen Temperaturbereich zumindest an der Abstich­ öffnung des die Flüssigkeit oder Schmelze enthaltenden Gefässes einstellt. Schliesslich ist es Aufgabe der Erfindung, ein sicheres Abgiessen der Flüssigkeit oder Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze aus einem Tundish zu ermöglichen, selbst wenn die Temperatur der Schmelze nur wenige Kelvin über Liquidus beträgt.

Zur Lösung der Aufgaben wird mit der Erfindung ein Tauchhei­ zelement vorgeschlagen, dessen feuerfester Mantel einen flachen Querschnitt aufweist. "Flach" soll in diesem Zu­ sammenhang "nennenswert länger als breit" heißen. Trotz seiner verhältnismässig kompakten Bauweise hat das so gestaltete Tauchheizelement eine grosse Oberfläche als Wärmeübergangs­ fläche mit dem z. B. schmelzflüssigen Bad. Da der Wärmeübergang im Wesentlichen mittels Wärmeleitung erfolgt, bietet die große Wärmeübergangsfläche entscheidende Vorteile. Das schmale, steife Profil eines z. B. rechteckförmigen Tauchheizelementes ermöglicht eine dünnwandige Bauweise, die aus energetischen Gründen vorteilhaft ist.

Die Oberfläche und damit die Wärmeaustauschfläche des Tauchheizelementes lässt sich vorteilhafterweise mittels eines ovalen und insbesondere mittels eines brillenförmigen Querschnitts noch vergrössern und gegebenenfalls weiterhin mittels einer geeigneten Strukturierung der eingetauchten Oberfläche. Für eine zusätzliche Vergrösserung der Wärme­ übergangsfläche des Tauchheizelementes ist die Mantelober­ fläche gegebenenfalls mit einer Oberflächenstrukturierung zum Beispiel in der Form von Leitrippen und/oder Leitauskehlungen versehen.

Wenn diese Leitelemente schräg zur Längsachse des Tauchheiz­ elementes angeordnet sind, wird der Kontakt des anströmenden Mediums intensiviert und damit der Wärmeübergang.

Für eine möglichst gleichmässige Temperaturbeaufschlagung des Tauchheizelementes haben sich flache, in nur einer Ebene gewickelte oder geschleifte Inneninduktoren bewährt. Solche Induktoren sind zum Beispiel sogenannte Pfannenkuchenindukto­ ren, die aus einem rechteckig gewickelten metallenen Hohl­ profil hergestellt sind, zumeist aus Kupfer. Diese Induktoren zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad aus.

Konstruktiv besonders einfach sind Induktorscheifen, die aus einem U-förmigen Metallrohr bestehen.

Eine vorteilhafte Kombination ist ein im Querschnitt etwa brillenförmiger feuerfester Mantel mit einer U-förmigen Induktorschleife, deren Schenkel angenähert zentrisch in den Querschnittserweiterungen des Mantels verlaufen, um eine gleichmässige Aufheizung oder Kühlung des Mantels zu er­ möglichen. Oberhalb des Badspiegels überkragen die Schenkel den Mantel, sodass sie einfach mit den Anschlüssen für die elektrische Stromquelle und die Luftkühlung versehen werden können.

Eine unkomplizierte und sichere Handhabung im Betrieb ermöglicht ein mit dem Mantel fest verbundener Induktor als Baueinheit.

Am einfachsten wird das Tauchheizelement als Baueinheit durch Einformen eines hinreichend stabilen Induktors bei der Herstellung des Mantels hergestellt. Der Induktor kann in den Mantel eingepresst, mittels einer feuerfesten Masse eingegos­ sen oder eingemörtelt werden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn das feuerfeste Material zwischen Mantel und Induktor eine elektrische und/oder thermische Isolierung ist, um einerseits Kurzschlüsse zu verhindern und andererseits den Induktor vor der Strahlungs­ wärme des Mantels zu schützen. Der Mantel selbst kann aber auch eine innere isolierende Wandschicht aufweisen.

Wenn der Mantel isostatisch gepresst wird, bietet es sich an, als den bei diesem Pressverfahren erforderlichen Kern als vorgefertigtes Bauteil den in einen elektrisch und/oder thermischen Isolator eingepackten Induktor zu benutzen.

Insbesondere bei sehr breiten Tauchheizelementen ist eine Isolierung als vorgefertigte Schale von Vorteil. Wenn sie aus zwei Halbschalen hergestellt ist, kann der Induktor zwischen diese gegebenenfalls formschlüssig eingesetzt werden. Die Halbschalen, die zur Aufnahme des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeit oder Schmelze innenseitig Versteifungs- oder Stützungsprofile aufweisen können, dienen ggf. auch zur Führung oder Stabilisierung der Induktorwindungen.

Die abdichtend zusammengesetzen, zum Beispiel verkitteten Halbschalen mit dem eingebauten Induktor können dann lösbar fest in den Mantel des Tauchheizelementes eingesetzt sein.

Bei der erfindungsgemässen Verwendung eines Tauchheizelements zur gewünschten Einstellung der Temperatur des Bades einer Flüssigkeit oder einer Schmelze, wie zum Beispiel einer Stahlschmelze in beispielsweise einem Tundish, wird das Tauchheizelement so tief wie möglich in das Bad eingetaucht und mehr oder weniger zur Strömung der Flüssigkeit oder Schmelze angestellt. Diese Srömung stellt sich beim Abstechen der Flüssigkeit oder Schmelze von selbst ein. Der mit elektrischer Energie durch den luftgekühlten Induktor beaufschlagte Mantel wird induktiv aufgeheizt und überträgt seine Wärmeenergie mittels im wesentlichen Wärmeleitung auf den ihn beispielsweise umströmenden Stahl. Die durch das Anstellen des Mantels bedingten unterschiedlichen Strömungs­ wege intensivieren den Wärmeaustausch. Einen gleichen Effekt hat eine Neigung des Tauchheizelementes im Bad gegen die Vertikale.

Die vorbeschriebenen Vorteile stellen sich auch bei einer erwünschten Erniedrigung der Badttemperatur ein, wenn das Tauchheizelement oder mehrere Tauchheizelemente in die Flüssigkeit oder Schmelze eingetaucht und gegebenenfalls zur Strömung der Schmelze im Winkel und/oder schräg zur Vertikalen angestellt wird oder werden. In diesem Fall wird die Strom­ versorgung des Induktors abgestellt aber die Luftkühlung mehr oder weniger beibehalten. Der im Verhältnis kältere Mantel kühlt dann die ihn umströmende Flüssigkeit oder Schmelze.

Besondere Vorteile haben das erfindungsgemässe Tauchheizel­ ement und seine Verwendung zur Einstellung einer vorgegebenen Stahlbadttemperatur in einem Tundish zur Vergleichmässigung der Badtemperatur, die üblicherweise sowohl in horizontaler wie in vertikaler Richtung differiert. Durch die vorgeschlage­ ne Mikro- und/oder Makro-Aussenstruktur des Mantels, der zum Beispiel auf seiner Außenseite gerichtete Vorsprünge und/oder Rippen und/oder Auskehlungen aufweist, kann die Stahlschmelze beim Anströmen des Mantels sowohl horizontal als auch vertikal abgelenkt werden, sodass ein Mischeffekt eintritt, der zu einer Vergleichmässigung der Badtemperatur führt. Dieser Mischeffekt kann durch das Anstellen des Tauchheizelementes im Winkel zur Strömung der Schmelze und/oder schräg zur Vertikalen noch verstärkt werden.

Beim Einsatz mehrerer Tauchheizelemente können diese nebenein­ ander und/oder hintereinander versetzt quer zur Strömungs­ richtung der Schmelze angeordnet werden, wodurch der ange­ strebte Mischeffekt verstärkt wird.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Tundish mit der Anordnung von erfindungsgemässen Tauchheizel­ ementen,

Fig. 2 ein erfindungsgemässes Tauchheizelement mit im Schnitt etwa brillenförmigem Mantel und U-förmigem Induktor in Draufsicht,

Fig. 3 das Tauchheizelement gemäss Fig. 2 in Seiten­ ansicht,

Fig. 4a bis 4d schematisch einen in einer Ebene gewickelten Induktor (Pfannenkucheninduktor) und seine An­ ordnung in einem Isolator und in einem recht­ eckförmigen Mantel,

Fig. 5 einen Monoblockstopfen eines Stopfenstangenver­ schlusses als Tauchheizelement, und

Fig. 6 einen Rotor bzw. Stator eines Stopfendrehver­ schlusses als Tauchheizelement.

Gemäss Fig. 1 weist ein Tundish 1 in der Nähe seiner einen Schmalseite 11 in einem Tundishdeckel 13 eine Einlauföffnung 12 für flüssigen Stahl 2 auf, der aus einer darüber an­ geordneten nicht dargestellten Pfanne geregelt abgestochen wird, so dass sich in dem Tundish 1 ein Stahlbad 21 von bestimmter Badhöhe 22 einstellt. In einem Tundishboden 14 ist nahe der der ersten Schmalseite 11 gegenüberliegenden Schmalseite 15 eine Abstichöffnung 16 vorgesehen, durch die flüssiger Stahl 2 in eine darunter angeordnete nicht dar­ gestellte Kokille fließt, wo er erstarrt und als Strang abgezogen wird (nicht dargestellt). Schon der in den Tundish 1 einfließende Stahl 2 kann verfahrensbedingt unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Hinzu kommt eine Abkühlung des Stahles 2 in dem Tundish 1 in Folge von Wärmeverlusten durch die Tundishwände 17, den Tundishdeckel 13 und den Tundishboden 14, die trotz guter Isolierungen unvermeidlich sind. Hinzu kommt, dass die Temperatur des Stahlbades 21 nicht homogen ist. Die Folge hiervon können Qualitätsminderungen des Stranges sein.

Wenn die Stahltemperatur einen bestimmten Sollwertbereich nicht einhält, ist ebenfalls mit Qualitätseinbußen zu rechnen. Kühlt der flüssige Stahl 2 zu sehr ab, so friert er in der Abstichöffnung 16 ein und unterbricht den Strangguss. Andererseits ist eine Überhitzung des flüssigen Stahls 2 nicht zuletzt aus energetischen Gründen unerwünscht. Für bestimmte Stahlsorten empfielt es sich jedoch, so dicht wie möglich an der Liquidustemperatur der Stahlsorte zu vergießen.

Durch die Anordnung und den Betrieb von erfindungsgemäßen Tauchheizelemente 3, die vorzugsweise, wie am Beispiel der Fig. 1 dargestellt, in Strömungsrichtung vor der Abstichöffnung 16 vorgesehen sind, kann das Stahlbad 21 in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. Es ist möglich, Temperatur­ unterschiede im Stahlbad auszugleichen, sodass die Temperatur des flüssigen Stahls 2 in dem Einlauf der Abstichöffnung 16 bis 6 Kelvin und weniger über Liquidustemperatur abgesenkt werden kann, ohne dass der Stahl einfriert.

Um die Temperatur des Stahlbades 21 zu regeln, ist es erforderlich, dass grosse Wärmemengen von den Tauchheizel­ ementen 3 auf den flüssigen Stahl übertragen werden. Zu diesem Zweck kommen Tauchheizelemente 3 mit grossen Wärmetauscher­ flächen zum Einsatz, die einen im wesentlichen länglichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.

Ein solches Tauchheizelement 3 zeigen die Fig. 2 und 3. Der langgestreckte, im Einsatz das Stahlbad 21 überkragende und ggf. bis zum Tundishboden 14 reichende feuerfeste Mantel 31 des Tauchheizelementes 3 weist mit seinem etwa brillenförmigen Querschnitt eine grosse Oberfläche auf. Der Mantel 31 hat an seinem einzutauchenden Ende einen geschlossenen Boden 32 und er ist an seinem gegenüberliegenden, das Stahlbad 21 über­ kragenden Ende offen. Mit dem Mantel 31 fest verbunden ist ein Inneninduktor 4, in diesem Falle ein einfaches U-förmiges Metallrohr (Induktorschleife 42), das in der Regel aus Kupfer besteht. Die Schenkel 43 der Induktorschleife 42 verlaufen etwa mittig in den brillenförmigen Erweiterungen des feuer­ festen Mantels 31, wodurch eine gleichmäßige induktive Aufheizung beziehungsweise Kühlung des Mantels 31 erreicht wird. Im geschlossenen Boden 32 des Mantels 31, der flach oder abgerundet ausgebildet sein kann, sind die beiden Schenkel 43 zum Beispiel mittels eines U-förmigen Quersteges 44 mitein­ ander verbunden. An ihren freien Enden überkragen die Schenkel 43 den Mantel 31 so, dass sie mit den elektrischen nicht dargestellten Anschlüssen und den Anschlüssen für die Luftkühlung, die mit 48 (Zuluft) und 49 (Abluft) gekenn­ zeichnet sind, versehen werden können.

Zwischen dem Mantel 31 und der Induktorschleife 42 ist eine thermische hochtemperaturfeste Isolierung 33 vorgesehen, um die Induktorschleife 42 vor der Wärmeabstrahlung des aufge­ heizten Mantels 31 zu schützen. Die Isolierung 33 weist gleichermassen die Eigenschaften eines elektrischen Isolators auf, um Kurzschlüsse zwischen der Induktorschleife 42 und dem elektrisch leitfähigen Mantel 31 auszuschliessen.

Um das Tauchheizelement 3 durch eine feste Verbindung des feuerfesten Mantels 31 mit dem Induktor 4 herzustellen, wird in den vorgefertigten, beispielsweise isostatisch gepressten und anschliessend getemperten Mantel 31 der Induktor 4 eingesetzt und mit einer geeigneten feuerfesten Isolierung 33 versehen, zum Beispiel vergossen, vermörtelt oder verpresst. Auf diese Weise ist der Induktor 4 in dem Mantel 31 festge­ legt.

In den Fig. 4a bis 4d ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines rechteckförmigen Tauchheizelementes 3 mit einem in einer Ebene gewickelten Pfannenkucheninduktor 41 dargestellt. Auch diese Bauweise ermöglicht einen Einsatz in dem flachen angenähert rechteckigen feuerfesten Mantel 31. Die erforderliche Isolierung 33 besteht aus zwei vorgefertigten, zum Beispiel gepressten und gebrannten Halbschalen 35 aus einem geeigneten temperaturbeständigen Material, in die der Induktor 4 eingesetzt wird, wonach sie zu einer dichten Schale 34 zusammengefügt werden. Eine verkittete Nut- und Feder­ verbindung hat sich dabei bewährt.

Schon bei der Herstellung werden auf der Innenseite der Halbschalen 35 Versteifungsrippen 36 angeformt, auf die zumindest ein Teil der Induktorwindungen 45 beim Einbau aufgeschoben werden. Durch die Versteifungsrippen 36 werden nicht nur der Induktor 4, sondern auch die Wände der Isolie­ rung 33 stabilisiert. Die aneinandergrenzenden Versteifungsrippen 36 fangen auch den Aussendruck ab, der auf Grund des ferrostatischen Druckes der Schmelze über den Mantel 31 auf die Wände der Isolierung 33 ausgeübt wird. In eingebautem Zustand ist die Schale 34 der Isolierung 33 formschlüssig lösbar mit dem Mantel 31 verbunden.

Um die Temperatur des Stahlbades 21 in dem Tundish 1 vor der Abstichöffnung 16 auf ein vorgegebenes Temperaturfenster einzustellen und zu vergleichmässigen, wird folgendermassen verfahren: In den Tundish 1 werden entsprechend seiner Breite mehrere Tauchheizelemente 3, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwei Tauchheizelemente 3, quer vor der Abstichöffnung 16 installiert oder nach dem Füllen des Tundish 1 mit flüssigem Stahl 2 in das Stahlbad eingetaucht. Die rechteckigen, elliptischen oder brillenförmigen Tauchheizelemente 3 werden in einem Winkel bis quer gegen die Stahlströmung S im Tundish 1 angestellt, die sich vom Bereich der Einlauföffnung 12 zum Bereich der Abstichöffnung 16 ausbildet. Die Tauchheizelemente 3 können dabei in der Tiefe gestaffelt sein, mit einem Tauchheizelement 3 in der Mitte und links und rechts davon in Stömungsrichtung dahinter und seitlich versetzt, jeweils ein weiteres Tauchheizelement 3. Um die Stahlströmung S möglichst weit seitlich auszulenken, sind die Tauchheizelemente 3 überlappend angeordnet.

Der feuerfeste Mantel 31 der Tauchheizelemente 3 wird induktiv aufgeheizt, wenn die Stahltemperatur des Stahlbades 21 unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Ist die Temperatur zu hoch, zum Beispiel beim Angiessen einer neuen Pfanne, so wird die elektrische Energie der Tauchheizelemente 3 abgestellt, nicht aber die Luftkühlung der Induktoren 4. Sie kann noch durch eine externe Kühlung verstärkt werden, zum Beispiel durch Kühlkanäle in dem Mantel 31 oder in der Isolierung 33. Die Kühlkanäle können aber auch in der Grenzschicht zwischen dem Mantel 31 und der Isolierung 33 als Auskehlung im Mantel und/oder der Isolierung vorgesehen sein, die dann beim Einsetzen der Isolierung in den Mantel 31 längsseitig geschlossen werden. In Abhängigkeit der herrschenden Tempera­ turverteilung vor den Tauchheizelementen 3 kann die Strömung von innen nach aussen oder von aussen nach innen abgelenkt werden, um unterschiedliche Temperaturen und/oder Temperatur­ verluste auszugleichen. Für einen besseren Wirkungsgrad des Wärmeüberganges kann die Oberfläche des feuerfesten Mantels 31 mit einer Aussenstruktur 37 versehen sein. Die wirksame Wärmetauscherfläche wird noch vergrössert durch Leitrippen oder Leitvorsprünge 38 oder auch durch Leitauskehlungen 39 auf oder in dem Mantel 31. Diese Außenstruktur 37 bzw. Leitelemente 38, 39 können die zusätzliche Funktion haben, die Stahlströmung S in vertikaler Richtung auszulenken, um Temperaturunterschiede in der Tiefe des Stahlbades 21 auszugleichen. Zu diesem Zweck sind sie in einem Winkel zum Badspiegel auf oder in dem Mantel 31 angeordnet.

Den gleichen und/oder einen unter stützenden Effekt hat ein gegen die Stahlströmung schräg angestelltes Tauchheizelement 3.

Durch die genannten Maßnahmen lässt sich mittels erfindungs­ gemäßer Tauchheizelemente 3 ein vorgegebener Temperaturbereich in dem Stahlbad 21 zumindest vor dem Abstich gleichmässig einstellen, kältere Strähnen des Stahls, zum Beispiel im Bereich des Tundishbodens 14, können ausgeglichen werden, so dass es zu keinen Stahl- und/oder Tonerdeansätzen im Bereich der Abstichöffnung 16 oder des darüber anstehenden Monoblock­ stopfens 51 eines gegebenenfalls vorgesehenen Stopfenstangen­ verschlusses 5 kommt. Insgesamt kann die Temperatur des Stahlbades 21 im Tundish 1 sehr tief abgesenkt werden, da ein Einfrieren des flüssigen Stahls im Abstichbereich erschwert ist.

Wenn der Monoblockstopfen 51 eines an sich bekannten Stopfen­ stangenverschlusses 5 (Fig. 5) oder der in dem Stahlbad 21 stehende Rotor 61 bzw. Stator 62 eines an sich bekannten Drehstopfenverschlusses 6 (Fig. 6) mit einem luftgekühlten wendelförmigen Inneninduktor 4 ausgerüstet, als Tauchheizel­ ement 3 alleine oder besser in Kombination mit anderen, vorbeschriebenen Tauchheizelementen 3 verwendet wird, ist die Effizienz der Temperaturregelung besonders gross, da direkt im Auslaufbereich der Abstichöffnung 16 die Stahltemperatur beeinflusst werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Tundish

11

erste Schmalseite des Tundish

12

Einlauföffnung

13

Tundishdeckel

14

Tundishboden

15

zweite Schmalseite des Tundish

16

Abstichöffnung

17

Tundishwände

2

flüssiger Stahl

21

Stahlbad

22

Stahlbadhöhe

3

Tauchheizelement

31

feuerfester Mantel

32

Boden des feuerfesten Mantels

33

Isolierung

34

Schale

35

Halbschale der Isolierung

36

Versteifungsrippe/Stützvorsprünge

37

Aussenstruktur

38

Leitrippe, Leitvorsprung

39

Leitauskehlung

4

Inneninduktor

41

Induktorspirale

42

Induktorschleife

43

Schenkel der Induktorschleife

44

Quersteg der Induktorschleife

45

Induktorwindungen

46

Nut

47

Feder

48

Zuluft

49

Abluft

5

Stopfenstangenverschluss

51

Monoblockstopfen

6

Drehstopfenverschluss

61

Rotor

62

Stator
S Strömung des flüssigen Stahls

Claims (22)

1. Tauchheizelement zur Änderung (Heizung oder Kühlung) und/oder der Einhaltung und/oder Vergleichmäßigung der Badtemperatur einer Flüssigkeit oder Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze, wie zum Beispiel flüssigen Stahls (2), mit einem fluidgekühlten, zum Beispiel luftgekühlten Innenin­ duktor (4) in einem bodenseitig geschlossenen feuerfesten Mantel (31), der zumindest bereichsweise induktiv ankoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (31) einen flachen Querschnitt aufweist.

2. Tauchheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (31) einen angenähert rechteckförmigen oder ovalen oder brillenförmigen Querschnitt aufweist.

3. Tauchheizelement nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (31) eine Aussenstruktur (37) aufweist.

4. Tauchheizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Mantels (31) Leitrippen bzw. Leitvorsprünge (38) und/oder Leitauskehlungen (39) aufweist.

5. Tauchheizelement nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenstruktur (37) und/oder die Leitrippen oder Leitvorsprünge (38) oder die Leitauskehlungen (39) des Mantels (31) schräg zu seiner Längsachse verlaufen.

6. Tauchheizelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) in oder angenähert in einer Ebene gewickelt oder geschleift ist.

7. Tauchheizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) von einer hohlen Induktorspirale (41) (Pfannenkucheninduktor) gebildet ist.

8. Tauchheizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) von einer z. B. U-Rohr-förmigen Induktorschleife (42) gebildet ist.

9. Tauchheizelement mit einem im Querschnitt etwa brillen­ förmigen Mantel (31) und einer Induktorschleife (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (43) einer Induktorschleife (42) angenähert zentrisch im Bereich der Querschnittserweiterungen des Mantels (31) verlaufen, dass die Schenkel (43) im Bereich des geschlossenen Bodens (32) des Mantels (31) mittels eines Quersteges (44) verbunden sind sowie den Mantel (31) an ihrem anderen Ende überkragen.

10. Tauchheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) mit dem Mantel (31) fest verbunden ist.

11. Tauchheizelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) mit dem Mantel (31) formschlüssig lösbar verbunden ist.

12. Tauchheizelement nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Inneninduktor (4) in den Mantel (31) eingeformt, zum Beispiel eingepresst, eingegossen oder eingemörtelt ist.

13. Tauchheizelement nach den Ansprüchen 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) in eine elektrische und/oder thermische Isolierung (33) eingeformt oder eingepackt sowie in den Mantel (31) eingeformt ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Tauchheizelements (3) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) in eine elektrische und/oder thermische Isolierung (33) eingepackt oder eingeformt und nach Verfestigung der Isolie­ rung (33) als Kern zum Pressen, beispielsweise zum iso­ statischen Pressen, des Mantels (31) eingesetzt wird.

15. Tauchheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Inneninduktor (4) in eine elektrisch und/oder thermisch isolierende Schale (34) eingepackt ist.

16. Tauchheizelement nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Schale (34) aus zwei Halbschalen (35) besteht und der Inneninduktor (4) dazwischen formschlüssig eingesetzt ist.

17. Tauchheizelement nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Halbschalen (35) zur Führung und Halterung von Induktorwindungen (45) und zur Aufnahme des hydro­ statischen Druckes innenseitig Versteifungsrippen und/oder Stützvorsprünge (36) aufweisen.

18. Verwendung eines Tauchheizelementes (3) oder mehrerer Tauchheizelemente (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erhöhung und/oder Einhaltung und/oder Vergleichmässigung der Badtemperatur einer Flüssigkeit oder Schmelze, zum Beispiel von flüssigem Stahl (2), in Einem Gefäß, zum Beispiel in einem Tundish (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchheizelement (3) oder die mehreren Tauchheizelemente (3) in die Flüssigkeit oder Schmelze eingetaucht wird bzw. werden, wobei das Tauchheizelement oder die Tauchheizelemente (3) quer oder in einem Winkel zu der Strömung (S) der Flüssigkeit oder Schmelze und/oder schräg zu der Vertikalen in dem Gefäß, z. B. Tundish (1), angestellt wird oder werden, und dass der Mantel (31) des Tauchheizelementes (3) oder der Tauchheizelemente (3) induktiv aufgeheizt wird.

19. Verwendung eines Tauchheizelementes (3) oder mehrerer Tauchheizelemente (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Erniedrigung und/oder Einhaltung und/oder Vergleichmässigung der Badtemperatur einer Flüssigkeit oder Schmelze, zum Beispiel von flüssigem Stahl (2), in einem Gefäß, zum Beispiel in einem Tundish (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchheizelement (3) oder die mehreren Tauchheizelemente (3) in die Flüssigkeit oder Schmelze eingetaucht wird oder werden, wobei das Tauchheizelement oder die Tauchheizelemente (3) quer oder in einem Winkel zu der Strömung (S) der Flüssigkeit oder Schmelze und/oder schräg zu der Vertikalen in dem Tundish (1) angestellt wird oder werden und dass der Inneninduktor (4) des Tauchheizelements (3) oder einiger bis sämtlicher Tauchheizel­ emente (3) bei verringerter oder abgeschalteter Heizleistung weiter gekühlt wird.

20. Verwendung eines Tauchheizelements (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (31) eine Aussenstruktur (37) und/oder Leitrippen und/oder Leitvorsprünge (38) und/oder Leitauskehlungen (39) derart aufweist, dass ein Teil der den Mantel (21) an­ strömenden und umströmenden Flüssigkeit oder Schmelze, zum Beispiel flüssigen Stahls (2), in vertikaler Richtung abgelenkt wird.

21. Verwendung mehrerer Tauchheizelemente (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchheizelemente (3) in dem Bad in Richtung der Strömung (S) der Flüssigkeit oder Schmelze, zum Beispiel flüssigen Stahls (2), derart mit sich gegebenenfalls überlappenden Mantel­ flächen gegebenenfalls versetzt angeordnet sind, dass ein Teil der sie anströmenden und umströmenden Flüssigkeit oder Schmelze, zum Beispiel flüssigen Stahls (2), in horizontaler Richtung abgelenkt wird.

22. Verwendung eines induktiv ankoppelbaren Monoblockstopfens (51) eines an sich bekannten Stopfenstangenverschlusses (5) oder eines induktiv ankoppelbaren Rotors (61) beziehungsweise Stators (62) eines an sich bekannten Drehstopfenverschlusses (6) mit einem fluidgekühlten, z. B. luftgekühlten Inneninduktor (4) als Tauchheizelement (3), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Tauchheizelement(e) (3) in Einem Bad in Richtung der Strömung (S) der Flüssigkeit oder der Schmelze, zum Beispiel flüssigen Stahls (2), mit sich überlappenden Mantelflächen versetzt angeordnet sind.