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Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille zum kontinuierlichen
Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen, mit einem trichterförmig in
Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei
miteinander verspannten Kokillenplatten, die gewölbte taschenförmige
Breitseitenwandabschnitte und im Abstand hierzu Kühlmittelkanäle aufweisen.
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Die Erstarrung des schmelzflüssigen Metalles geht einher mit einem Übergang der in
der Schmelze vorhandenen Wärme auf die Kokille, zu deren Schutz vor einer
frühzeitigen Schädigung Kühlmittelkanäle vorgesehen werden. Das hierdurch geführte
Kühlmittel soll den Zweck einer schnellen Wärmeabfuhr erfüllen, weshalb in der
Vergangenheit die Auffassung vertreten wurde, dass die Kühlkanäle möglichst nah
entlang der Kokilleninnenwand verlaufen sollen. Üblicherweise besitzen die nach dem
Stand der Technik bekannten Kühlmittelkanäle im Querschnitt ein U-Profil, das
dadurch erzeugt wird, dass von der Kaltseite her eine dem Basisschenkel des
U-Profiles entsprechend breite Nut gefräst und in diese Nut ein Füllstück aus Stahl
eingesetzt wird, dessen vordere Kontur so ausgebildet ist, dass hierdurch ein
gewünschtes U-Profil geschaffen wird. Wählt man die Außenlänge der Schenkel
dieses U-Profiles mit 20 mm und die Basis-Außenlänge mit 25 mm, beträgt die
Länge der Kühllinie im Kupfer (aus der Summe der drei Längen gebildet) 65 mm. Bei
dieser Konstruktion und einer "Schlitzbreite" des U-Profiles von 4 mm ergibt sich eine
vom Kühlmittel durchflossene Querschnittsfläche von 228 mm2. Von diesen
Kühlmittelkanälen sind mehrere parallellaufend in jeder Kokillenplatte angeordnet.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die gefertigte Bramme an der Oberfläche
Streifen aufweist, die darauf hindeuten, dass die Kühlung an der Gießseite des
Kokillenkörpers inhomogen ist. Diese Inhomogenität ist um so größer, je geringer der
Abstand der Kühlmittelkanäle von der Warmseite der Kokille gewählt wird.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, im Querschnitt kreisrunde Kühlbohrungen
in die Kokillenplatten einzubringen, jedoch erfordert dies ein maßgenaues Arbeiten,
um über die gesamte Länge der Warmseite einen konstanten Abstand der Bohrung
sowie einen gleichbleibenden Abstand der Bohrungen zueinander zu fertigen. Eine
Abweichung vom Soll-Verlauf dieser Bohrungen schafft nicht nur inhomogene
Kühlzonen, sondern ggf. auch einen zu geringen Abstand von der Kokilleninnenfläche
oder der Bohrungen zueinander, wodurch rißgefährdete Bereiche entstehen.
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Um einen besseren Wärmeabfluß zu gewährleisten und die Kühlmittelkanäle leicht
und sicher reproduzierbar fertigen zu können, wird in der DE 201 08 959.9 U1
vorgeschlagen, dass die Kühlmittelkanäle im Querschnitt zumindest im wesentlichen
rechteckig ausgebildet, parallel zueinander angeordnet und derart ausgerichtet sind,
dass die längeren Querschnittseiten dieser Rechtecke senkrecht oder zumindest im
wesentlichen senkrecht zur Warmseite der Kokillenplatte liegen. Mit dieser
Kühlkanalausgestaltung ist es zwar möglich, eine erhebliche Vergrößerung der Länge der
Kühllinien selbst dann zu schaffen, wenn der Gesamtquerschnitt gegenüber den
bisher verwendeten U-Profilen der Kühlmittelkanäle kleiner ist, jedoch besteht nach wie
vor noch eine Restinhomogenität der Kühlung auf der Kokillenkörpergießseite
(Warmseite).
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte
flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille im Hinblick auf einen verbesserten Wärmeabfluß
weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch die Stranggießkokille nach Anspruch 1 gelöst, die
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Kühlmittelkanäle jeweils im
wesentlichen über die gesamte Kokillenplattenbreite erstrecken. Dies bedeutet, dass
nicht, wie in den bisherigen Ausführungen zum Stand der Technik nebeneinander
liegende einzelne Kühlmittelkanäle pro Kokillenplatte verwendet werden, sondern nur
ein einziger Kühlmittelkanal vorhanden ist. Ein solcher Kühlmittelkanal erlaubt die
Führung des Kühlmittels, vorzugsweise von Wasser, über die komplette Breite der
Kokillenplatte. Hierdurch werden Kühlungsinhomogenitäten wirksam vermieden.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlmittelkanal an der Kaltseite der
Kokillenplatte angeordnet ist. Dies kann in einer weiteren Ausführungsform dadurch
realisiert werden, dass der Kühlmittelkanal nach außen durch eine lösbar
angeschraubte Abdeckung begrenzt ist, wobei alternativ oder additiv für den
Kühlmittelkanal geeignete Ausfräsungen an der Kokillenplattenaußenwand und/oder an der
Kokillenplatteninnenseite, die der Kokillenplattenaußenwand zugewandt ist,
vorgesehen sind. Diese Ausfräsungen erstrecken sich erfindungsgemäß bis auf einen
Randbereich, in dem eine Kühlung nicht erforderlich ist, im wesentlichen über die gesamte
Kokillenplattenbreite, so dass die von dem Stranggießmaterial an die
Kokillenplatteninnenseite (Warmseite) abgegebene Wärme in optimaler Weise über das
Kühlmittel abgeführt werden kann.
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Aus herstellungsbedingten Gründen ist der Kühlmittelkanal im Querschnitt zumindest
im wesentlichen rechteckig ausgebildet.
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Die Kokillenplatten können entweder zum unteren Ende hin verjüngt ausgebildet, d. h.
keilförmig sein, als auch mit Ausnahme des taschenförmigen Eingießbereiches
quaderförmig ausgebildet sein. Die quaderförmige Ausbildung hat zwar den Nachteil,
dass die Kokillenplatte entsprechend schwerer ist und mehr Kokillenplattenmaterial
aufzuwenden ist, jedoch steht dem der Vorteil gegenüber, dass der
Zerspanungsaufwand zur Kokillenplattenbearbeitung geringer ist. Vorzugsweise besteht das
Kokillenmaterial aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
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Zu der Anordnung des jeweiligen Kühlmittelkanals an der Kaltseite der Kokillenplatte
ist noch anzumerken, dass hiermit zwar die Wandstärke zwischen der warmen Seite
und den Kühlmittelkanälen vergrößert wird, jedoch wird dennoch die von der
Schmelze abgeführte Wärmemenge in zufriedenstellender Weise abgeführt. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile werden anhand der
Zeichnungen erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Kokillenplatte,
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch die Kokillenplatte gemäß Fig. 1
entlang der Linie II-II,
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Fig. 3a und b unterschiedliche Ausführungsformen von
Kokillenplattenquerschnittsansichten mit außen angeschraubten Abdeckungen,
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Fig. 4 Temperatur-/Wärmeübergangsprofile bei unterschiedlich dicken
Kokillenplatten,
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Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine konisch verjüngte Kokillenplatte
und
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Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine bis auf den Eingießbereich
quaderförmige Kokillenplatte.
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Eine Stranggießkokille besteht im wesentlichen mit zwei miteinander verspannten
Kokillenplatten, die mit ihren Innenflächen Breitseitenwände bilden. Im
Eingießbereich sind die Breitseitenwände taschenförmig gewölbt, so dass dort ein Tauchrohr
eingeführt werden kann. Die Schmalseitenwände besitzen eine deutlich kleinere
Breite als die Breitseitenwände. Die taschenförmige Eingießöffnung weist
vorzugsweise eine elliptische Querschnittskrümmung auf, die sich bis auf ein kleines Maß
von 2 cm bis 5 cm bis zum Wandbereich der Breitseite erstreckt. Im einzelnen wird
hierzu auf die DE-U1 201 02 524.8 beschriebene und dargestellte Ausführungsform
verwiesen. Die taschenförmigen Breitseitenwandabschnitte können im Längsschnitt
ein lineares oder nichtlineares Profil besitzen.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Kupfer-Kokillenplatte 10 mit einer
Außenwand 11, welche die Kaltseite bildet und einer Innenwand 12, welche die Warmseite
bildet. Im Eingießbereich ist eine taschenförmige Eingießöffnung 13 vorgesehen.
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Wie Fig. 2, 3a und 3b zeigen, können in unterschiedlicher Weise
Kühlmittelkanäle 14, 15 oder 16 realisiert werden, die vorzugsweise im Querschnitt rechteckig
ausgebildet sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 ist der Kühlmittelkanal 14 in
ein Vollmaterial eingefräst, was jedoch bearbeitungstechnisch aufwendig ist.
Alternativ hierzu besitzt entsprechend der Darstellung in Fig. 3a die Kokillenplatte 10 eine
Ausfräsung 15 an der Außenseite, welche als Grenze des Kühlmittelkanals 15 dient.
Über angedeutete Verschraubungen 17 ist eine Abdeckplatte 18 an der Kaltseite
befestigt, welche die gegenüberliegende Wandung für den Kühlmittelkanal 15 bildet.
Entsprechendes gilt auch für den Kühlmittelkanal 16, dort allerdings mit der
Maßgabe, dass die aufgeschraubte Abdeckplatte 19 eine entsprechend eingefräste
Ausnehmung enthält, wohingegen die Kokillenplatte 10 an der Kaltseite eben ausgebildet
ist.
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Der Wärmedurchgang durch ebene Metallplatten verschiedener Dicken W1, W2 oder
W3 ist Fig. 4 zu entnehmen. Auf der Warmseite 11 wird eine Temperatur T1
angenommen, der an der Kühlkanalwand eine niedrigere Temperatur T2 gegenübersteht,
die durch die Wärmeaufnahme und die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels
bestimmt wird. Je nach Dicke W1, W2 oder W3 der Metallplatte wird je nach
Wärmekapazität von dem Plattenmaterial eine größere oder geringere Wärmemenge
aufgenommen. Da die absoluten Temperaturwerte T1 und T2 vorgegeben sind, ergeben
sich unterschiedlich steile Temperatur-Gradientenlinien 20. Die Maße W1 bis W3
sind in entsprechender Weise auf den Abstand des Kühlmittelkanals 14, 15 oder 16
von der Warmseite 12 übertragbar, d. h. je nach Abstand ergibt sich ein
unterschiedlich steiler Temperaturgradient.
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Die Erfindung ist sowohl bei den in Fig. 5 im Längsschnitt dargestellten, sich zum
Kokillenende hin verjüngenden Kokillen 21 als auch bei den sich bis auf den
Eingießbereich 22 quaderförmigen Kokillenplatten 23, für die eine größere
Kokillenmaterialmenge aufzuwenden ist, anwendbar. Die taschenförmigen
Breitseitenwandabschnitte haben ein gerundetes, vorzugsweise elliptisches Querschnittsprofil und
ein lineares und nichtlineares Längsprofil, das konisch und/oder konvex bzw. aus
Teilpoligomzügen zusammengesetzt sein kann, um optimale Strömungsprofile des
Flüssigstranges zu erreichen.