WO2024013216A1 - Method for heating, drying and/or sintering a metallurgical vessel and arrangement thereof - Google Patents
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- WO2024013216A1 WO2024013216A1 PCT/EP2023/069278 EP2023069278W WO2024013216A1 WO 2024013216 A1 WO2024013216 A1 WO 2024013216A1 EP 2023069278 W EP2023069278 W EP 2023069278W WO 2024013216 A1 WO2024013216 A1 WO 2024013216A1
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- F27D2001/1605—Repairing linings
- F27D2001/161—Hot repair
Definitions
- the invention relates to a method for heating, drying and/or sintering a metallurgical vessel which is provided with a fireproof lining inside.
- the invention further relates to an arrangement with a metallurgical vessel, which is provided inside with a fireproof lining, and a device for heating, drying and/or sintering the metallurgical vessel under vacuum.
- gas burners for drying and sintering the linings and wear linings of metallurgical vessels in the atmosphere, in particular using natural gas or coke oven gas or blast furnace gas as fuel gas. It is used in the delivery area, in the workshop or in the production plant at the corresponding system.
- a reflective cap is placed on the vessel, which is fitted with pore burners to heat the inside of the vessel.
- the Pore burners can also be arranged on a rod-shaped structure that is inserted into the interior of the vessel.
- inductive heaters or induction coils in containers is sometimes not applicable for drying and heating due to the formation of condensation. Furthermore, application may be excluded due to certain materials, for example austenitic steel. Furthermore, such heaters require an anti-magnetic container Reduction of losses, which results in high manufacturing and material costs when producing the containers.
- the invention is based on the task of developing a method of the type mentioned at the outset and a corresponding arrangement in such a way that the disadvantages mentioned are avoided. Accordingly, the heating, drying and/or sintering of a metallurgical vessel should be able to be carried out in the most ecological way possible without the use of gas. Electricity should be used in such a way that heating, drying and sintering can take place under vacuum as efficiently as possible.
- the solution to this problem by the invention is characterized in that a carrier element is inserted into the interior of the vessel, which is provided on its outer circumference with a number of electrical heating elements, and that the electrical heating elements are used for heating, drying and /or sintering can be supplied with electrical energy.
- a negative pressure is generated at least temporarily inside the vessel during heating, drying and/or sintering.
- the temperature can be measured at a defined location on the fireproof lining, with the electrical heating elements being operated by a control device in such a way that the temperature at the defined location on the fireproof lining follows a predetermined time course.
- the temperature can be measured at the defined location of the refractory lining using a temperature sensor, in particular using a thermocouple, using a pyrometer or using an infrared measuring device.
- the electrical heating elements preferably heat the temperature of the refractory lining to a value between 200 °C and 1,600 °C.
- the proposed arrangement with a metallurgical vessel and a device for heating, drying and/or sintering the metallurgical vessel is characterized according to the invention in that the device has a carrier element which is provided on its outer circumference with a number of electrical heating elements.
- the carrier element is preferably arranged on a lifting and/or pivoting mechanism. This means that it can be easily inserted or lifted into the interior of the vessel together with the heating elements.
- the carrier element has a substantially cylindrical outer circumference which carries the electrical heating elements; the lower end region can also be provided with electrical heating elements.
- the electrical heating elements are preferably designed as electric resistance radiation heaters. They can be designed based on metallic heating conductors.
- a plurality of individual electrical heating elements is preferably provided, although only one of these heating elements can also be present.
- the proposed solution makes it possible to dispense with the use of gas for heating, drying or sintering a metallurgical vessel. Rather, this is done using electrical energy, which can preferably be produced economically as “green electricity”.
- the invention is preferably used in metallurgical vessels that are lined with refractory material and are intended for melting and storing metallic melts (for ferrous or non-ferrous alloys).
- the electrical heating elements used are preferably designed as resistance radiant heaters. In particular, they can have metallic heating conductors.
- the permanent lining or the wear lining of the fireproof lining (lining) of the metallurgical vessel is preferably dried or sintered. This can be done in delivery or in the preparation workshop.
- electrical resistance radiation heaters are used for the task of drying and sintering brick linings and linings as well as preheating containers before use in the melting and casting operation with liquid hot melts, preferably under vacuum.
- electrical resistance radiation heaters are used for the task of removing bound water from brick linings, permanent and temporary linings as well as the preheating of containers before use in the casting operation with liquid hot melts, preferably under vacuum.
- the “cooking” of the melt and the resulting adhesion to refractory materials caused by metal splashes in the melting furnaces can be prevented according to the invention (due to a lack of water, there is no dissociation of hydrogen and oxygen at temperatures above 1,000 ° C).
- the elements of the resistance radiant heating are preferably attached in a form-fitting manner to the lateral surface of a prefabricated support element and connected to an electrical supply source so that the heating can be heated to the required target temperature (up to 1,600 °C).
- Undesirable water emissions can be avoided, which otherwise arise from the burning of natural gas or coke oven gas or blast furnace gas and which are then absorbed by the refractory mass and later diffuse disadvantageously into the melt.
- a single electrical heating system can be provided for all of the tasks mentioned (drying, preheating, heating and removing water) from containers, especially under vacuum.
- FIG. 1 An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
- the only figure shows schematically the side view of a metallurgical vessel into which a device for heating, drying and/or sintering the interior of the vessel is inserted.
- the figure initially shows a schematic sketch of a metallurgical vessel 1, which is provided with a fireproof lining 2 on the inside.
- a device 5 for heating, drying and/or sintering is provided, which the figure shows in the state in which the device 5 has been moved into the vessel 1 in order to fulfill the stated purpose.
- the device 5 comprises a support element 3, which has a substantially cylindrical shape. Electric heating elements 4 are arranged on the outer circumference of the carrier element 3. These can be supplied with electrical energy via a transformer 10, as indicated in the figure.
- a lifting and/or pivoting mechanism 6 is present, to which the carrier element 3 is attached.
- a vacuum lid 6 is placed on the vessel 1.
- the interior of the vessel is evacuated using a vacuum pump 8.
- a water container 9 in which water can be collected which is removed from the interior of the vessel 1 by the evacuation.
- the moisture is removed with simultaneous drying and sintering of the permanent refractory lining of the vessel after the brick lining has been re-lined under vacuum.
- the electrical resistance radiant heating is operated via appropriate vacuum-compatible control devices, power circuits and converters.
- the drying of the brick lining is then carried out using appropriate control specifications, which are specified in accordance with a required time-temperature curve for the electrical resistance radiant heating.
- built-in temperature sensors preferably thermocouples
- that record the actual temperature of the container lining can be provided, thus forming a closed temperature control loop.
- the drying and sintering of a wear lining (also to remove moisture) is provided, which is additionally applied over the permanent lining or the brick lining.
- the electrical resistance radiant heating is operated via appropriate and vacuum-compatible control devices, power circuits and converters.
- the drying of the wear layer (via the heating of the brick lining carried out by the electrical resistance radiant heating) then takes place via appropriate control specifications for the electrical resistance radiant heating, which correspond to the required time-temperature curve.
- optional built-in temperature sensors in particular thermocouples
- the proposed method can be used for preheating and sintering the crucible of furnaces for vacuum induction metallurgy (VIM furnaces) or for the lining and the wear lining before the melting and casting operation.
- VIM furnaces vacuum induction metallurgy
- the electrical resistance radiant heating is operated via vacuum-compatible control devices, power circuits and converters.
- the preheating and sintering of the VIM crucible is then carried out using appropriate control specifications (these correspond again a required time and temperature curve) to the integrated electrical resistance radiant heating.
- built-in temperature sensors can also be provided here (preferably thermocouples, pyrometers or infrared measurements), which record the actual temperature of the lining of the container, the wear lining or a surface temperature of the same (ie indirect detection of the temperature of the wear lining), which in turn forms a closed temperature control loop becomes.
- a vacuum-compatible regulation or control of the drying and sintering of the lining of a container can therefore be carried out via at least one electrical heating element of an electrical resistance radiant heater placed in the container. Furthermore, the regulation or control of the drying and sintering of the wear lining of a container is possible via at least one electrical heating element of an electrical resistance radiation heater placed in the container. Finally, the regulation or control of the preheating and sintering of a container is possible via at least one electrical heating element of an electrical resistance radiation heater placed in the container.
- At least one element of an electrical resistance radiant heater is placed in the container for preheating and sintering the fireproof lining of a container.
- a control device is provided for adjusting the temperature of the melt in a container via electrical resistance radiation heating, in particular under vacuum.
- a regulating device or control device can also be provided for drying, preheating and sintering of the container via electrical resistance radiation heating, in particular under vacuum.
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Abstract
Description
Verfahren zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern eines metallurgischen Gefäßes und Anordnung hierzu Method for heating, drying and/or sintering a metallurgical vessel and arrangement therefor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern eines metallurgischen Gefäßes, welches in seinem Inneren mit einer feuerfesten Auskleidung versehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem metallurgischen Gefäß, welches in seinem Inneren mit einer feuerfesten Auskleidung versehen ist, und einer Vorrichtung zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern des metallurgischen Gefäßes unter Vakuum. The invention relates to a method for heating, drying and/or sintering a metallurgical vessel which is provided with a fireproof lining inside. The invention further relates to an arrangement with a metallurgical vessel, which is provided inside with a fireproof lining, and a device for heating, drying and/or sintering the metallurgical vessel under vacuum.
Bei der Erzeugung einer metallischen Schmelze in einem entsprechenden Ofen bis zum Vergießen derselben sowie der gegebenenfalls sich anschließenden sekundärmetallurgischen Behandlung der Schmelze besteht die Notwendigkeit, das metallurgische Gefäß beheizbar auszugestalten. Hiermit wird ein Ausgleich von Temperaturverlusten sichergestellt, die durch eine Nachbehandlung der Schmelze (z. B. in Form einer Zulegierung) eintreten. Eine solche Beheizung ist auch erforderlich, um die nötige Abstichtemperatur des Schmelzofens herabzusetzen bzw. im Verfahrensablauf eine genaue Einstellung der Gießtemperatur vornehmen zu können. When producing a metallic melt in a corresponding furnace until it is poured and the subsequent secondary metallurgical treatment of the melt, if necessary, there is a need to design the metallurgical vessel so that it can be heated. This ensures compensation for temperature losses that occur through post-treatment of the melt (e.g. in the form of an additional alloy). Such heating is also necessary in order to reduce the necessary tapping temperature of the melting furnace or to be able to set the casting temperature precisely during the process.
Hierzu ist es bekannt, Gasbrenner zur Trocknung und Sinterung von Ausmauerungen und Verschleißfuttern von metallurgischen Gefäßen unter Atmosphäre zu verwenden, insbesondere unter Nutzung von Erdgas oder Kokereigas bzw. Hochofengas als Brenngas. Der Einsatz erfolgt im Zustellbereich, in der Werkstatt oder im Produktionsbetrieb an der entsprechenden Anlage. For this purpose, it is known to use gas burners for drying and sintering the linings and wear linings of metallurgical vessels in the atmosphere, in particular using natural gas or coke oven gas or blast furnace gas as fuel gas. It is used in the delivery area, in the workshop or in the production plant at the corresponding system.
Eine solche Lösung offenbart die WO 2007/131721 A1. Hier wird ein reflektierender Verschlussdeckel auf das Gefäß aufgesetzt, welcher mit Porenbrennern versehen wird, um das Innere des Gefäßes zu erhitzen. Die Porenbrenner können auch an einer stabförmigen Konstruktion angeordnet sein, die ins Innere des Gefäßes eingeschoben wird. Such a solution is disclosed in WO 2007/131721 A1. Here, a reflective cap is placed on the vessel, which is fitted with pore burners to heat the inside of the vessel. The Pore burners can also be arranged on a rod-shaped structure that is inserted into the interior of the vessel.
Bekannt ist auch die Vakuumtrocknung und Sinterung von Feuerfestmatenalien mittels Strahlung durch Heizstäbe aus Siliziumkarbid. Aus der DE 36 37 065 A1 ist zu diesem Zweck vorgesehen, dass oberhalb des Gefäßes ein quer angeordneter Graphitstab positioniert wird, der mit elektrischer Energie versorgt wird. Ein oberhalb des Graphitstabs angeordneter Strahlungsschild reflektiert die entstehende Wärme ins Innere des Gefäßes. Die US 4 090 054 A sieht auch einen Graphitstab vor, der durch Beauftragung mit elektrischer Energie erhitzt wird, wobei der Stab ins Innere des Gefäßes eingeschoben wird. Also known is the vacuum drying and sintering of refractory materials using radiation from heating rods made of silicon carbide. For this purpose, DE 36 37 065 A1 provides that a transversely arranged graphite rod is positioned above the vessel and is supplied with electrical energy. A radiation shield arranged above the graphite rod reflects the resulting heat into the interior of the vessel. US 4,090,054 A also provides a graphite rod which is heated by applying electrical energy, the rod being inserted into the interior of the vessel.
Bei der Verwendung von Gasbrennern als Heizelement ergeben sich verschiedene Nachteile: Zunächst kommt es zu unerwünschten Wasser- Emissionen, die durch das Verbrennen von Erdgas oder Kokereigas bzw. von Hochofengas entstehen, die dann von der feuerfesten Masse aufgenommen werden und später in die Schmelze eindiffundieren. Hierdurch verschlechtert sich das Qualitätsniveau. Durch das Wasser besteht auch die Gefahr, dass die feuerfeste Masse Risse erleidet und entsprechend schneller verschleißt. Weiterhin kommt es zu unerwünschten CO2-Emissionen bei der Trocknung und der Vorwärmung von Behältern, die die Atmosphäre sowie die Umwelt belasten. Weiterhin besteht die Gefahr der Entstehung von sog. „Hot-Spots“, die am feuerfesten Material zu Rissen und in der Folge zu einem erhöhten Verschleiß führen. Schließlich bergen offene Flammen eine erhöhte Brandgefahr und können nicht unbeaufsichtigt bzw. unbeobachtet betrieben werden. There are various disadvantages when using gas burners as a heating element: First of all, there are undesirable water emissions that arise from the burning of natural gas or coke oven gas or blast furnace gas, which are then absorbed by the refractory mass and later diffuse into the melt. This causes the quality level to deteriorate. The water also runs the risk of the refractory material cracking and wearing out more quickly. Furthermore, there are undesirable CO2 emissions during the drying and preheating of containers, which pollute the atmosphere and the environment. There is also the risk of so-called “hot spots” forming, which lead to cracks in the refractory material and, as a result, to increased wear. Ultimately, open flames pose an increased risk of fire and cannot be operated unattended or unobserved.
Die Verwendung induktiver Heizungen bzw. von Induktionsspulen in Behältern ist wegen der Bildung von Kondenswasser für die Trocknung und Erwärmung teilweise nicht anwendbar. Ferner kann eine Anwendung wegen bestimmter Werkstoffe ausgeschlossen sein, beispielsweise bei austenitischem Stahl. Weiterhin erfordern solche Heizungen einen antimagnetischen Behälter zur Reduzierung der Verluste, was hohe Fertigungs- und Materialkosten bei der Herstellung der Behälter zur Folge hat. The use of inductive heaters or induction coils in containers is sometimes not applicable for drying and heating due to the formation of condensation. Furthermore, application may be excluded due to certain materials, for example austenitic steel. Furthermore, such heaters require an anti-magnetic container Reduction of losses, which results in high manufacturing and material costs when producing the containers.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Anordnung so fortzubilden, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Demgemäß soll das Beheizen, das Trocknen und/oder das Sintern eines metallurgischen Gefäßes in möglichst ökologischer Weise ohne Einsatz von Gas erfolgen können. Der Einsatz von Elektrizität soll so erfolgen, dass eine möglichst effiziente Beheizung, Trocknung bzw. Sinterung unter Vakuum stattfinden kann. The invention is based on the task of developing a method of the type mentioned at the outset and a corresponding arrangement in such a way that the disadvantages mentioned are avoided. Accordingly, the heating, drying and/or sintering of a metallurgical vessel should be able to be carried out in the most ecological way possible without the use of gas. Electricity should be used in such a way that heating, drying and sintering can take place under vacuum as efficiently as possible.
Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerelement ins Innere des Gefäßes eingefahren wird, welches an seinem äußeren Umfang mit einer Anzahl elektrischer Heizelemente versehen ist, und dass die elektrischen Heizelemente für eine vorgegebene Zeit zur Beheizung, Trocknung und/oder Sinterung mit elektrischer Energie versorgt werden. The solution to this problem by the invention is characterized in that a carrier element is inserted into the interior of the vessel, which is provided on its outer circumference with a number of electrical heating elements, and that the electrical heating elements are used for heating, drying and /or sintering can be supplied with electrical energy.
Bevorzugt wird zumindest zeitweise während der Beheizung, Trocknung und/oder Sinterung im Inneren des Gefäßes ein Unterdrück erzeugt. Preferably, a negative pressure is generated at least temporarily inside the vessel during heating, drying and/or sintering.
Dabei kann die Temperatur an einer definierten Stelle der feuerfesten Auskleidung gemessen werden, wobei die elektrischen Heizelemente durch eine Regelungseinrichtung so betrieben werden, dass die Temperatur an der definierten Stelle der feuerfesten Auskleidung einem vorgegebenen Zeitverlauf folgt. Die Temperatur kann dabei an der definierten Stelle der feuerfesten Auskleidung mittels eines Temperatursensors, insbesondere mittels eines Thermoelements, mittels eines Pyrometers oder mittels eines Infrarotmessgeräts, gemessen werden. The temperature can be measured at a defined location on the fireproof lining, with the electrical heating elements being operated by a control device in such a way that the temperature at the defined location on the fireproof lining follows a predetermined time course. The temperature can be measured at the defined location of the refractory lining using a temperature sensor, in particular using a thermocouple, using a pyrometer or using an infrared measuring device.
Die elektrischen Heizelemente erhitzen die Temperatur der feuerfesten Auskleidung bevorzugt auf einen Wert zwischen 200 °C und 1 .600 °C. Die vorgeschlagene Anordnung mit einem metallurgischen Gefäß und einer Vorrichtung zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern des metallurgischen Gefäßes zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Vorrichtung ein Trägerelement aufweist, welches an seinem äußeren Umfang mit einer Anzahl elektrischer Heizelemente versehen ist. The electrical heating elements preferably heat the temperature of the refractory lining to a value between 200 °C and 1,600 °C. The proposed arrangement with a metallurgical vessel and a device for heating, drying and/or sintering the metallurgical vessel is characterized according to the invention in that the device has a carrier element which is provided on its outer circumference with a number of electrical heating elements.
Das Trägerelement ist bevorzugt an einem Hebe- und/oder Schwenkmechanismus angeordnet. Damit kann es zusammen mit den Heizelementen ins Innere des Gefäßes in einfacher Weise eingeführt bzw. hineingehoben werden. The carrier element is preferably arranged on a lifting and/or pivoting mechanism. This means that it can be easily inserted or lifted into the interior of the vessel together with the heating elements.
Das Trägerelement hat gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung einen im Wesentlichen zylindrischen Außenumfang, der die elektrischen Heizelemente trägt; der untere Endbereich kann dabei auch mit elektrischen Heizelementen versehen sein. According to a preferred embodiment, the carrier element has a substantially cylindrical outer circumference which carries the electrical heating elements; the lower end region can also be provided with electrical heating elements.
Die elektrischen Heizelemente sind bevorzugt als Elektro-Widerstand-Strahlungs- heizungen ausgebildet. Sie können auf Basis metallischer Heizleiter gestaltet sein. The electrical heating elements are preferably designed as electric resistance radiation heaters. They can be designed based on metallic heating conductors.
Bevorzugt ist eine Vielzahl von einzelnen elektrischen Heizelementen vorgesehen, allerdings kann auch nur ein einziges dieser Heizelemente gegeben sein. A plurality of individual electrical heating elements is preferably provided, although only one of these heating elements can also be present.
Mit der vorgeschlagenen Lösung lässt sich insbesondere erreichen, dass auf den Einsatz von Gas für das Beheizen, Trocknen bzw. Sintern eines metallurgischen Gefäßes verzichtet werden kann. Dies erfolgt vielmehr mittels elektrischer Energie, die bevorzugt als „Grüner Strom“ ökonomisch hergestellt werden kann. In particular, the proposed solution makes it possible to dispense with the use of gas for heating, drying or sintering a metallurgical vessel. Rather, this is done using electrical energy, which can preferably be produced economically as “green electricity”.
Die Erfindung kommt bevorzugt bei metallurgischen Gefäßen zum Einsatz, die mit feuerfestem Material ausgekleidet sind und zum Schmelzen und zur Bevorratung von metallischen Schmelzen vorgesehen sind (für eisenhaltige oder nichteisenhaltige Legierungen). Die verwendeten elektrischen Heizelemente sind bevorzugt als Widerstand- Strahlungsheizungen ausgeführt. Sie können insbesondere metallische Heizleiter aufweisen. The invention is preferably used in metallurgical vessels that are lined with refractory material and are intended for melting and storing metallic melts (for ferrous or non-ferrous alloys). The electrical heating elements used are preferably designed as resistance radiant heaters. In particular, they can have metallic heating conductors.
Bevorzugt erfolgt eine Trocknung oder ein Sintern des Dauerfutters oder des Verschleißfutters der feuerfesten Ausmauerung (Auskleidung) des metallurgischen Gefäßes. Dies kann in der Zustellung oder in der Vorbereitungswerkstatt erfolgen. The permanent lining or the wear lining of the fireproof lining (lining) of the metallurgical vessel is preferably dried or sintered. This can be done in delivery or in the preparation workshop.
Möglich ist auch ein Vorwärmen des metallurgischen Gefäßes unmittelbar vor dem Schmelzen, Gießen bzw. Verdüsen. Dies kann dann an der entsprechenden Verarbeitungsanlage erfolgen. It is also possible to preheat the metallurgical vessel immediately before melting, casting or spraying. This can then be done at the appropriate processing facility.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt also eine Verwendung einer elektrischen Widerstand-Strahlungsheizungen für die Aufgabenstellung der Trocknung und Sinterung von Ausmauerungen und Verseh lei ßfuttern sowie die Vorwärmung von Behältern vor dem Einsatz in den Schmelz- und Gießbetrieb mit flüssigen heißen Schmelzen bevorzugt unter Vakuum. According to the present invention, electrical resistance radiation heaters are used for the task of drying and sintering brick linings and linings as well as preheating containers before use in the melting and casting operation with liquid hot melts, preferably under vacuum.
Weiterhin erfolgt die Verwendung von elektrischen Widerstand-Strahlungsheizungen für die Aufgabenstellung der Entfernung von gebundenem Wasser von Ausmauerungen, Dauer- und Verseh lei ßfuttern sowie die Vorwärmung von Behältern vor dem Einsatz in den Gießbetrieb mit flüssigen heißen Schmelzen, bevorzugt unter Vakuum. Furthermore, electrical resistance radiation heaters are used for the task of removing bound water from brick linings, permanent and temporary linings as well as the preheating of containers before use in the casting operation with liquid hot melts, preferably under vacuum.
Schließlich kann auch das „Kochen“ der Schmelze und die damit verursachten Anhaftungen an feuerfesten Materialien durch Metallspritzer in den Einschmelzöfen erfindungsgemäß verhindert werden (mangels Wasser findet keine Dissoziation von Wasserstoff und Sauerstoff bei Temperaturen über 1.000 °C statt). Die Elemente der Widerstand-Strahlungsheizung werden bevorzugt auf die Mantelfläche eines vorgefertigten Trägerelements formschlüssig angebracht und mit einer elektrischen Versorgungsquelle verbunden, so dass die Heizung auf die erforderliche Soll-Temperatur (bis zu 1.600 °C) erhitzt werden kann. Finally, the “cooking” of the melt and the resulting adhesion to refractory materials caused by metal splashes in the melting furnaces can be prevented according to the invention (due to a lack of water, there is no dissociation of hydrogen and oxygen at temperatures above 1,000 ° C). The elements of the resistance radiant heating are preferably attached in a form-fitting manner to the lateral surface of a prefabricated support element and connected to an electrical supply source so that the heating can be heated to the required target temperature (up to 1,600 °C).
Vorteilhaft ergibt sich somit eine Reduktion von Kohlendioxid durch eine mögliche Nutzung von klimaneutral erzeugter elektrischer Energie für die Trocknung, Vorwärmung und Sinterung des metallurgischen Gefäßes. This advantageously results in a reduction of carbon dioxide through the possible use of climate-neutrally generated electrical energy for drying, preheating and sintering of the metallurgical vessel.
Es können unerwünschte Wasser-Emissionen vermieden werden, die ansonsten durch das Verbrennen von Erdgas oder Kokereigas bzw. von Hochofengas entstehen und die dann von der feuerfesten Masse aufgenommen werden und später nachteilig in die Schmelze eindiffundieren. Undesirable water emissions can be avoided, which otherwise arise from the burning of natural gas or coke oven gas or blast furnace gas and which are then absorbed by the refractory mass and later diffuse disadvantageously into the melt.
Weiterhin werden „Hot-Spots“ durch den Brennfleck verhindert, die an dem feuerfesten Material zu Rissen und nachfolgend zu erhöhtem Verschleiß führen. Furthermore, “hot spots” are prevented by the focal spot, which lead to cracks in the refractory material and subsequently to increased wear.
Schließlich wird ein „Kochen“ der Schmelze und damit verursachte Anhaftungen am feuerfesten Material durch Metallspritzer in den Einschmelzöfen verhindert, da mangels Wasser keine Dissoziation von Wasserstoff und Sauerstoff bei Temperaturen über 1.000 °C stattfinden kann. Finally, “cooking” of the melt and the resulting adhesion to the refractory material caused by metal splashes in the melting furnaces is prevented because, due to a lack of water, dissociation of hydrogen and oxygen cannot take place at temperatures above 1,000 °C.
Dabei kann ein einziges elektrisches Heizsystems für alle genannten Aufgabenstellungen (Trocknen, Vorwärmen, Beheizen und Entfernen von Wasser) von Behältern insbesondere unter Vakuum vorgesehen werden. A single electrical heating system can be provided for all of the tasks mentioned (drying, preheating, heating and removing water) from containers, especially under vacuum.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch die Seitenansicht eines metallurgischen Gefäßes, in welches eine Vorrichtung zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern des Inneren des Gefäßes eingesetzt ist. In der Figur ist zunächst schematisch ein metallurgisches Gefäß 1 skizziert, welches innen mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen ist. Im Sinne der obigen Erläuterungen ist es zu den dort beschriebenen Zwecken sinnvoll bzw. erforderlich, dass das Innere des Gefäßes 1 erhitzt wird, womit ein Beheizen oder ein Trocknen des Gefäßes stattfindet bzw. ein Sintervorgang. Hierfür ist eine Vorrichtung 5 zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern vorgesehen, die die Figur in dem Zustand zeigt, in dem die Vorrichtung 5 in das Gefäß 1 eingefahren ist, um den genannten Zweck zu erfüllen. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The only figure shows schematically the side view of a metallurgical vessel into which a device for heating, drying and/or sintering the interior of the vessel is inserted. The figure initially shows a schematic sketch of a metallurgical vessel 1, which is provided with a fireproof lining 2 on the inside. In the sense of the above explanations, it is useful or necessary for the purposes described there that the interior of the vessel 1 is heated, which results in heating or drying of the vessel or a sintering process. For this purpose, a device 5 for heating, drying and/or sintering is provided, which the figure shows in the state in which the device 5 has been moved into the vessel 1 in order to fulfill the stated purpose.
Die Vorrichtung 5 umfasst ein Trägerelement 3, welches im Wesentlichen eine zylindrische Gestalt hat. Am äußeren Umfang des Trägerelements 3 sind elektrische Heizelemente 4 angeordnet. Diese können über einen Transformator 10 mit elektrischer Energie versorgt werden, wie es in der Figur angedeutet ist. The device 5 comprises a support element 3, which has a substantially cylindrical shape. Electric heating elements 4 are arranged on the outer circumference of the carrier element 3. These can be supplied with electrical energy via a transformer 10, as indicated in the figure.
Zum Verbringen des Trägerelements 3 samt Heizelementen 4 in das Innere des Gefäßes 1 ist ein Hebe- und/oder Schwenkmechanismus 6 vorhanden, an welchem das Trägerelement 3 befestigt ist. To move the carrier element 3 together with heating elements 4 into the interior of the vessel 1, a lifting and/or pivoting mechanism 6 is present, to which the carrier element 3 is attached.
Ist - wie in der Figur dargestellt - das Trägerelement 3 im Inneren des Gefäßes 1 platziert, wird ein Vakuumdeckel 6 auf das Gefäß 1 aufgesetzt. Mittels einer Vakuumpumpe 8 wird das Innere des Gefäßes evakuiert. Dargestellt ist auch ein Wasserbehälter 9, in dem Wasser aufgefangen werden kann, welches durch die Evakuation aus dem Inneren des Gefäßes 1 entfernt wird. If - as shown in the figure - the carrier element 3 is placed inside the vessel 1, a vacuum lid 6 is placed on the vessel 1. The interior of the vessel is evacuated using a vacuum pump 8. Also shown is a water container 9 in which water can be collected which is removed from the interior of the vessel 1 by the evacuation.
Die vorgeschlagene Anordnung wird sehr vorteilhaft insbesondere in den folgenden drei Anwendungsfällen (Betriebs- bzw. Gebrauchssituationen des metallurgischen Gefäßes) eingesetzt: The proposed arrangement is used very advantageously in particular in the following three applications (operational or use situations of the metallurgical vessel):
Zunächst ist der Entzug der Feuchtigkeit bei gleichzeitiger Trocknung und Sinterung der permanenten feuerfesten Auskleidung des Gefäßes nach einer durchgeführten Neuauskleidung der Ausmauerung unter Vakuum vorgesehen. Hierzu wird die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung über entsprechende vakuumkompatible Steuergeräte, Leistungsschaltungen und Umrichter betrieben. Die Trocknung der Ausmauerung erfolgt dann über entsprechende Steuerungsvorgaben, wobei diese entsprechend einem erforderlichen Zeit-Temperaturverlauf für die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung vorgegeben werden. Optional können eingebaute Temperatursensoren (vorzugsweise Thermoelemente), die die Ist-Temperatur der Ausmauerung des Behälters erfassen, vorgesehen werden und so ein geschlossener Temperaturregelkreis gebildet werden. First of all, the moisture is removed with simultaneous drying and sintering of the permanent refractory lining of the vessel after the brick lining has been re-lined under vacuum. For this purpose, the electrical resistance radiant heating is operated via appropriate vacuum-compatible control devices, power circuits and converters. The drying of the brick lining is then carried out using appropriate control specifications, which are specified in accordance with a required time-temperature curve for the electrical resistance radiant heating. Optionally, built-in temperature sensors (preferably thermocouples) that record the actual temperature of the container lining can be provided, thus forming a closed temperature control loop.
Ferner ist die Trocknung und Sinterung eines Verschleißfutters (ebenfalls zur Entziehung der Feuchtigkeit) vorgesehen, welches über dem Dauerfutter bzw. der Ausmauerung zusätzlich aufgetragen wird. Gleichermaßen wird hierbei die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung über entsprechende und vakuumkompatible Steuergeräte, Leistungsschaltungen und Umrichter betrieben. Die Trocknung der Verschleißschicht (über die durch die elektrische Widerstand- Strahlungsheizung durchgeführte Erwärmung der Ausmauerung) erfolgt dann wiederum über entsprechende Steuerungsvorgaben für die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung, die dem erforderlichen Zeit-Temperaturverlauf entsprechen. Auch hier können optional eingebaute Temperatursensoren (insbesondere Thermoelemente) vorgesehen werden, die die Ist-Temperatur der Ausmauerung des Behälters erfassen und somit einen geschlossenen Temperaturregelkreis bilden (indirekte Erfassung der Temperatur des Verschleißfutters). Furthermore, the drying and sintering of a wear lining (also to remove moisture) is provided, which is additionally applied over the permanent lining or the brick lining. At the same time, the electrical resistance radiant heating is operated via appropriate and vacuum-compatible control devices, power circuits and converters. The drying of the wear layer (via the heating of the brick lining carried out by the electrical resistance radiant heating) then takes place via appropriate control specifications for the electrical resistance radiant heating, which correspond to the required time-temperature curve. Here too, optional built-in temperature sensors (in particular thermocouples) can be provided, which record the actual temperature of the container lining and thus form a closed temperature control loop (indirect detection of the temperature of the wear lining).
Schließlich kann das vorgeschlagene Verfahren zur Vorwärmung und Sinterung des Schmelztiegels von Öfen für die Vakuum-Induktion-Metallurgie (VIM-Öfen) vorgesehen werden bzw. für die Ausmauerung und das Verschleißfutter vor dem Schmelz- und Gießbetrieb. Hierzu wird die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung wiederum über vakuumkompatible Steuergeräte, Leistungsschaltungen und Umrichter betrieben. Die Vorwärmung und Sinterung des VIM-Schmelztiegels erfolgt dann über entsprechende Steuerungsvorgaben (diese entsprechen wiederum einem erforderlichen Zeit- und Temperaturverlauf) an die integrierte elektrische Widerstand-Strahlungsheizung. Optional können auch hier wieder eingebaute Temperatursensoren vorgesehen werden (vorzugsweise Thermoelemente, Pyrometer oder Infrarotmessungen), die Ist-Temperatur der Ausmauerung des Behälters, des Verschleißfutters oder eine Oberflächentemperatur desselben erfassen (d. h. indirekte Erfassung der Temperatur des Verschleißfutters), womit wiederum ein geschlossener Temperaturregelkreis gebildet wird. Finally, the proposed method can be used for preheating and sintering the crucible of furnaces for vacuum induction metallurgy (VIM furnaces) or for the lining and the wear lining before the melting and casting operation. For this purpose, the electrical resistance radiant heating is operated via vacuum-compatible control devices, power circuits and converters. The preheating and sintering of the VIM crucible is then carried out using appropriate control specifications (these correspond again a required time and temperature curve) to the integrated electrical resistance radiant heating. Optionally, built-in temperature sensors can also be provided here (preferably thermocouples, pyrometers or infrared measurements), which record the actual temperature of the lining of the container, the wear lining or a surface temperature of the same (ie indirect detection of the temperature of the wear lining), which in turn forms a closed temperature control loop becomes.
Somit können eine vakuumkompatible Regelung oder Steuerung der Trocknung und der Sinterung der Ausmauerung eines Behälters über mindestens ein elektrisches Heizelement einer im Behälter platzierten elektrischen Widerstand- Strahlungsheizung erfolgen. Weiterhin ist die Regelung oder Steuerung der Trocknung und Sinterung des Verschleißfutters eines Behälters über mindestens ein elektrisches Heizelement einer im Behälter platzierten elektrischen Widerstand-Strahlungsheizung möglich. Schließlich ist die Regelung oder Steuerung der Vorwärmung und Sinterung eines Behälters über mindestens ein elektrisches Heizelement einer im Behälter platzierten elektrischen Widerstand-Strahlungsheizung möglich. A vacuum-compatible regulation or control of the drying and sintering of the lining of a container can therefore be carried out via at least one electrical heating element of an electrical resistance radiant heater placed in the container. Furthermore, the regulation or control of the drying and sintering of the wear lining of a container is possible via at least one electrical heating element of an electrical resistance radiation heater placed in the container. Finally, the regulation or control of the preheating and sintering of a container is possible via at least one electrical heating element of an electrical resistance radiation heater placed in the container.
Hierzu wird mindestens ein Element einer elektrischen Widerstand- Strahlungsheizung zum Vorwärmen und Sinterung der feuerfesten Ausmauerung eines Behälters im Behälter platziert. Bevorzugt ist eine Regelungseinrichtung zur Temperatureinstellung der Schmelze in einem Behälter über die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung insbesondere unter Vakuum vorgesehen. Schließlich kann auch eine Regelungseinrichtung bzw. Steuerungseinrichtung zur Trocknung, Vorwärmung und Sinterung des Behälters über die elektrische Widerstand-Strahlungsheizung insbesondere unter Vakuum vorgesehen werden. Bezugszeichenliste: 1 metallurgisches Gefäß For this purpose, at least one element of an electrical resistance radiant heater is placed in the container for preheating and sintering the fireproof lining of a container. Preferably, a control device is provided for adjusting the temperature of the melt in a container via electrical resistance radiation heating, in particular under vacuum. Finally, a regulating device or control device can also be provided for drying, preheating and sintering of the container via electrical resistance radiation heating, in particular under vacuum. List of reference symbols: 1 metallurgical vessel
2 feuerfeste Auskleidung 2 fireproof lining
3 Trägerelement 3 support element
4 elektrisches Heizelement 4 electric heating element
5 Vorrichtung zum Beheizen, Trocknen und/oder Sintern 6 Hebe- und/oder Schwenkmechanismus 5 Device for heating, drying and/or sintering 6 Lifting and/or pivoting mechanism
7 Vakuumdeckel 7 vacuum lids
8 Vakuumpumpe 8 vacuum pump
9 Wasserbehälter 9 water containers
10 Transformator 10 transformer
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