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Die
Erfindung betrifft eine Kokillenplatte für eine Kokille
einer Stranggießanlage, mit einer Arbeitsfläche
zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall,
mit einer Kühlfläche zur Wärmeabgabe
an ein Kühlmedium, und mit einem einen ersten Wärmeleitkoeffizienten
aufweisenden Grundkörper.
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Beim
Gießen von Metallen und Legierungen werden zumindest in
großindustriellem Maßstab häufig Kokillen
eingesetzt, welche Kokillenplatten aufweisen. Die vorliegende Erfindung
betrifft insbesondere Kokillenplatten für Kokillen einer
Stranggießanlage, ist jedoch nicht ausschließlich
auf diese beschränkt. Kokillenplatten unterliegen in der
Regel einem hohen Verschleiß. Dieser ist einerseits zurückzuführen
auf das Temperaturregime in der Kokille, welches sich während
des Gießens von flüssigem Metall einstellt. Andererseits
kommt es durch das Erstarren des Metalls in der Kokille, beispielsweise beim
Stranggießen bzw. beim Knüppelstranggießen, zu
hohen mechanischen Anforderungen an die Arbeitsflächen
der Kokillenplatte. Denn an diesen reibt ein teilerstarrter Metallstrang
bzw. Knüppelstrang entlang, bevor dieser die Kokille verlässt.
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Um
eine Erstarrung des gegossenen Metalls in der Kokille zu ermöglichen,
werden die Kokillenplatten in der Regel aktiv gekühlt.
Dies erfolgt beispielsweise durch eine Wasserkühlung, welche
häufig auf der Rückseite der Kokillenplatte angeordnet
ist oder durch die Kokillenplatte verläuft. Als Grundkörper
für Kokillenplatten wird häufig Kupfer aufgrund seiner
hohen thermischen Leitfähigkeit eingesetzt. Die Wärmeleitfähigkeit
der Kokillenplatte beeinflusst maßgeblich die Erstarrung
des gegossenen Metalls in der Kokille, sowie das metallische Gefüge
des aus der Kokille abgezogenen Strangs.
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Um
qualitativ hochwertige Stränge gießen zu können,
muss die Temperatur der Arbeitsfläche der Kokillenplatte
innerhalb ei nes vorbestimmten Bereichs liegen. Ferner kommt es durch
den Verschleiß der Kokillenplatte auch zu einer Dickenabnahme
der Kokillenplatte, was ggf. die Temperatur der Arbeitsfläche
während des Betriebs beeinflusst. Außerdem darf
die Dicke der Kokillenplatte einen zulässigen Dickenbereich,
der größer ist als eine aus mechanischen Gründen
erforderliche Mindestdicke, nicht unterschreiten.
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Die
Wärmeleitfähigkeit der Kokillenplatte ist im Wesentlichen
beschränkt durch das verwendete Material, welches gleichzeitig
in hohem Maße temperaturbeständig und mechanisch
belastbar sein muss. Aufgrund der extremen Anforderungen an die
Kokillenplatte und des damit verbundenen Verschleißes ist
ein häufiger Wechsel von Kokillenplatten erforderlich.
Dies führt zu einer Kostenerhöhung durch Stillstandzeiten
der Kokille und Instandsetzungsmaßnahme für Kokillenplatten.
Daher wird versucht, die Lebensdauer der Kokillenplatte zu erhöhen
bzw. die Herstellungskosten für eine Kokillenplatte zu
verringern.
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Aus
der internationalen Anmeldung
WO 98/13157 ist
eine Stranggießkokille zum Gießen von Strängen,
vorzugsweise aus Stahl, bekannt. Diese besteht aus Kokillenplatten
und Wasserkasten, die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine
Wasserkühlung mit Hilfe von Wasserführungskanälen
aufgebaut ist. Die in hier vorgestellte Kokillenplatte ist einfacher
und kostengünstiger zu gestalten als herkömmliche
Kokillenplatten. Dadurch wird der Aufwand zur Herstellung der Kokillenplatten
und damit die Kosten gesenkt.
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Aus
der internationalen Anmeldung
WO 00/29146 ist
eine Kokillenplatte aus Kupfer einer Stranggießanlage bekannt,
mit einer im Betrieb der Stranggießanlage einer Metallschmelze
bzw. einem Teil erstarrten Metallstrang zugewandten Arbeitsfläche
und mindestens einer im Betrieb der Stranggießanlage ein
Kühlmedium kontaktierenden Kühlfläche, wobei
die Kokillenplatte eine Wärmeleitfähigkeit aufweist
und sich in eine Gießrichtung über eine Kokillenlänge
L erstreckt. Indem auf die Kühlfläche zumindest
in einem Teilbereich eine Schicht mit einer Schichtwärmeleitfähigkeit
aufgebracht ist und dass die Wärmeleitfähigkeit
der Schicht kleiner als die Wärmeleitfähigkeit
der Kokillenplatte ist, wird eine Kokillenplatte bereitgestellt,
welche öfter als bisher nachbearbeitbar ist, selbst wenn
bereits eine minimale zulässige Kupferwanddicke erreicht
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße
Kokillenplatte für eine Kokille einer Stranggießanlage
bereitzustellen, welche verbesserte Betriebseigenschaften in dem
beim Metallgießen vorliegenden Temperatur- und Druckregime aufweist.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße
Kokillenplatte, wobei im Grundkörper ein Wärmetransportelement
mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist,
welches größer als der erste Wärmeleitkoeffizient
ist.
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Bei
dem Wärmetransportelement handelt es sich um einen Festkörper,
also ein körperliches, festes, massives Bauelement. Bei
einer Verwendung von Kupfer als Grundmaterial für den Grundkörper, weist
das Wärmetransportelement einen Wärmeleitkoeffizienten
auf, der größer ist als derjenige von Kupfer,
welcher 380 W/Km beträgt. Die Arbeitsfläche der
Kokillenplatte ist jene Fläche, welche mit dem in die Kokille
gegossenem Metall in Kontakt steht. Als Kühlfläche
wird die in der Regel der Arbeitsfläche gegenüberliegende
Begrenzungsfläche der Kokillenplatte bezeichnet.
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Das
Wärmetransportelement bzw. die Mehrzahl von Wärmetransportelementen
bzw. das wenigstens eine Wärmetransportelement kann in
beliebiger Richtung, vorzugsweise in Richtung der Längsachse
der Kokillenplatte und/oder in Richtung der Querachse der Kokillenplatte,
d. h. senkrecht zur Arbeitsfläche angeordnet werden. Insbesondere
bei Anordnung des Wärmetransportelements senkrecht zur
Arbeitsfläche, kann ein erhöhter Wärmefluss
von Arbeitsfläche in Richtung Kühlfläche
bereitgestellt werden. Analog kann dies für einen Wärmetransport in Längsrichtung
der Kokillenplatte erfolgen, wenn das Wärmetransportelement
entsprechend angeordnet ist.
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Vorzugsweise
weist das Wärmetransportelement eine Härte auf,
die gleich oder größer ist als die Härte
des die Arbeitsfläche bildenden Materials. Wenigstens ein
Wärmetransportelement mit einer Härte größer
der des Grundkörpers ist vorzugsweise im Strangaustrittsbereich
der Kokillenplatte im Grundkörper angeordnet. Als Maß für
die Härte wird die Vickershärte genutzt. Die Härtebestimmung
nach Vickers ist der Norm DIN EN ISO 6507 zu entnehmen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt
das Wärmetransportelement bündig mit der Arbeitsfläche
ab. Dadurch wird das teilerstarrte Metall in der Kokille nicht durch
Unebenheiten der Kokillenplatte bzw. Unebenheiten der Arbeitsfläche beeinflusst.
Eine Vermeidung von Unebenheiten auf der Arbeitsfläche
ist für nachfolgende Prozessschritte von Vorteil. Denn
es wird eine ebene Arbeitsfläche, im Wesentlichen ohne
Vertiefungen und Erhöhung, bereitgestellt, wodurch keine
Unebenheiten auf das gegossene, teilerstarrte Metall übertragen
werden.
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Vorzugsweise
weisen insbesondere diejenigen Wärmetransportelemente eine
hohe Härte auf, die bündig abschließend
mit der Arbeitsfläche das bereits teilerstarrte Metall
kontaktieren. Dadurch kann der Verschleiß der Kokillenplatte
zusätzlich reduziert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Wärmetransportelement länglich ausgebildet und
ist im Grundkörper sich von der Arbeitsfläche
zur Kühlfläche erstreckend angeordnet. Durch eine
derartige Ausbildung und Anordnung des Wärmetransportelementes
wird eine besonders effiziente Übertragung der Wärme
aus dem in die Kokille gegossenen Metall zur Kühlfläche
bereitgestellt. Das Wärmetransportelement läuft
somit vollständig durch die Kokillenplatte. Aufgrund des
höheren Wärmeleitkoeffizienten des Wärmetransportelements gegenüber
dem Wärmeleitkoeffizienten des Grundmaterials kann eine
erhöhte Wärmemenge pro Zeiteinheit aus der Kokille
bzw. aus dem in der Kokille befindlichen gegossenen Metall abgeführt
werden. Dadurch wird es möglich, neue Metalle bzw. Legierungen
mittels eines Stranggießverfahrens zu erzeugen, da neue Temperaturverläufe
in der Kokille eingestellt werden können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das
Wärmetransportelement Diamant auf. Diamant besitzt einen
verglichen mit Kupfer sieben- bis achtfach höheren Wärmeleitkoeffizienten,
d. h. ca. 2400 W/Km. Ist das Wärmetransportelement vollständig
aus Diamant oder aus einer Diamant aufweisenden Legierung gefertigt,
so wird dadurch eine hohe thermische Leitfähigkeit des
Materials des Wärmetransportelements bei gleichermaßen hoher
Härte bereitgestellt. Alternativ können auch andere
Stoffe mit hohem Wärmeleitkoeffizienten zur Bildung des
Wärmetransportelements genutzt werden. Besonders vorteilhaft
ist die Nutzung von Kohlenstoffnanoröhrchen, welche einen
Wärmeleitkoeffizienten von ca. 6800 W/Km haben, d. h. der
ca. 3-mal höher ist, als der von Diamant. Durch ein Wärmetransportelement,
welches aus einem Stoff bzw. einem Stoffgemisch mit einem derartig
hohen Wärmeleitkoeffizienten gebildet ist, können
völlig neue Metalllegierungen, beispielsweise Stähle,
mittels einer erfindungsgemäßen Kokillenplatte
hergestellt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmetransportelement
zylindrisch ausgebildet und ist passgenau in einer entsprechenden
Bohrung im Grundkörper angeordnet. Eine zylindrische Form
des Wärmetransportelements ist, insbesondere für
die Fertigung einer solchen Kokillenplatte vorteilhaft. Eine Bohrung
zur Einpassung des zylindrischen Wärmetransportelements
in den Grundkörper kann einfach mittels eines Bohrers bereitgestellt
werden. Das Wärmetransportelement kann dann passgenau im
Grundkörper festgesetzt bzw. fixiert werden. Dies kann
insbesondere durch eine Presspassung geschehen.
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Bei
der Dimensionierung der Bohrung ist darauf zu achten, dass bei entsprechenden
Materialdehnungen, verursacht durch die aus dem gegossenen Metall
zugeführte Wärme, das Wärmetransportelement
weiterhin im Grundkörper festgesetzt ist. Zudem darf die
Wärmeausdehnung des Wärmetransportelements nicht
deutlich größer sein als die Wärmeausdehnung
des Grundkörpers. In diesem Fall kann es zu einer Beschädigung
des Grundkörpers oder des Wärmetransportelements
kommen. Vorzugsweise weisen also der Grundkörper und das
wenigstens eine Wärmetransportelement einen ähnlichen,
vorzugsweise einen im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wenigstens innerhalb des beim Metallgießens in der Kokille
auftretenden Temperaturbereichs auf.
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Als
Durchmesser für ein zylindrisch ausgebildetes Wärmetransportelement
können vorteilhaft 10 mm bis 100 mm vorgesehen werden.
Jedoch können auch darunterliegende sowie darüberliegende Durchmesser
für das zylindrische Wärmetransportelement vorgesehen
werden. Die Anzahl der Wärmetransportelemente pro Flächeneinheit
Arbeitsfläche können in Abhängigkeit
von dem in der Kokille verarbeiteten gegossenen Metall sowie in
Abhängigkeit des zur Verarbeitung eines bestimmten Metalls
erforderlichen Wärmeflusses bzw. der erforderlichen Wärmeabfuhr
eingestellt bzw. gewählt werden. Dabei ist auch der Durchmesser
der einzelnen Wärmetransportelemente zu berücksichtigen.
Insbesondere können im Grundkörper eine Mehrzahl
an Wärmetransportelementen angeordnet werden, wobei diese Mehrzahl
an Wärmetransportelementen unterschiedliche Durchmesser
aufweist. Auch kann eine variable Flächendichte der Wärmetransportelemente
pro Flächeneinheit Arbeitsfläche für
einen Grundkörper vorgesehen werden. Die zu treffende Auswahl
der Anzahl, der Durchmesser und der Flächendichte der Wärmetransportelemente
kann ebenfalls in Abhängigkeit von dem zu erwartenden auftretenden
Verschleiß oder dem zu gießenden Metall erfolgen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der
Grundkörper arbeitsflächenseitig wenigstens teilweise
eine Beschichtung auf. Vorzugsweise ist eine solche Beschichtung
derart ausgebildet, dass der Verschleiß der Arbeitsfläche
reduziert ist. Ebenfalls ist es möglich, eine Beschichtung vorzusehen,
welche eine im Wesentlichen gleiche Verschleißfestigkeit
bzw. Härte aufweist, wie ein Wärmetransportelement.
Insbesondere kann vorgesehen werden, dass ein Wärmetransportelement
die Beschichtung durchdringt und bündig mit der Beschichtung
abschließt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist
die Beschichtung als duktile metallische Matrix mit eingelagerten
Hartstoffpartikeln ausgebildet. Dadurch wird zum einen eine hohe
thermische Verschleißfestigkeit als auch eine hohe mechanische
Verschleißfestigkeit erreicht. Insbesondere kann als duktile
metallische Matrix eine Nickelmatrix oder eine Nickellegierungsmatrix,
insbesondere eine Nickelkobaltmatrix vorgesehen werden. Als Hartstoffpartikel
können bspw. Carbide, insbesondere Borcarbid, Siliziumcarbid
oder Wolframcarbid, vorgesehen werden, sowie Kohlenstoffmodifikation
mit hoher Härte wie beispielsweise Diamant oder Carbon-Nano-Tubes
oder Fullerene. Auch sind Zirkonoxid und Aluminiumtitanat als Hartstoffpartikel
verwendbar. Eine derartige duktile metallische Matrix mit eingelagerten
Hartstoffpartikeln kann vorzugsweise elektrolytisch auf dem Grundkörper
der Kokillenplatte abgeschieden werden. Besonders vorteilhaft ist
es, dass Wärmetransportelemente eine Härte aufweisen,
die im Wesentlichen gleich ist der Härte der Beschichtung.
Wärmetransportelemente und Beschichtung werden so gleichmäßig
abgenutzt und die Arbeitsfläche bleibt im Wesentlichen
eben.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in die Beschichtung
Farbpartikel eingelagert. Der Verschleiß der Kokillenplatte
führt zu einem Abtrag bzw. Abrieb der Schicht. Wird die
Farbe der Beschichtung bzw. der Farbpartikel derart gewählt,
dass die Farbe der Beschichtung von der Farbe des Grundkörpers
unterscheidbar ist, so kann festgestellt werden, wann die Beschichtung
verschlissen ist, bevor der Grundkörper angegriffen wird und
in seiner Dicke reduziert wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Beschichtung mehrere übereinander liegende Teilschichten
auf, wobei aneinander grenzende Teilschichten unterschiedliche Farben aufweisen.
Eine Beschichtung mit derartigen, farbigen Teilschichten kann dazu
verwendet werden, den Verschleiß einer Teilschicht frühzeitig
zu erkennen ohne den Grundkörper der Gefahr auszusetzen,
zu verschleißen. Hier können wenigstens zwei Teilschichten
der Beschichtung vorgesehen werden. Es kann jedoch auch eine Vielzahl
von Teilschichten mit jeweils unterschiedlichen Farben vorgesehen
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ragt ein
arbeitsflächenseitiges Ende des Wärmetransportelements
mit einem Überstand aus dem Grundkörper heraus.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn dies in Kombination mit
einer Beschichtung erfolgt. Somit kontaktiert eine Teilfläche des
Wärmetransportelements direkt das in die Kokille gegossene
Metall, andererseits ist der Grundkörper durch eine Beschichtung
geschützt. Vorzugsweise schließen Beschichtung
und Wärmetransportelement bündig arbeitsflächenseitig
ab. Vorzugsweise beträgt der Überstand eines Wärmetransportelements
aus dem Grundkörper 0,5 mm bis 5 mm. Denn für Überstände
in diesem Größenbereich können einfach
Schichtdicken bereitgestellt werden, so dass eine ebene Arbeitsfläche
entsteht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ragt ein
kühlflächenseitiges Ende des Wärmetransportelements
aus dem Grundkörper heraus. Dadurch wird die Oberfläche
zum Wärmeaustausch auf der Kühlseite vergrößert.
Folglich kann mehr Wärme pro Zeiteinheit aus dem Wärmetransportelement
abgeführt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
ragt das kühlflächenseitige Ende des Wärmetransportelements
in einen Kühlmittelkanal. Der Kühlmittelkanal
kann beispielsweise Bestandteil einer Wasserkühlung für
die Kokillenplatte sein. Dadurch wird der Wärmeabtransport
vom Wärmetransportelement zum Kühlmedium weiter
verbessert.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend anhand der
einzigen Figur genauer erläutert wird. Die einzige Figur
zeigt eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Kokillenplatte.
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Die
Figur zeigt eine Kokillenplatte 1 einer Kokille einer Stranggießanlage.
Die Kokillenplatte 1 weist einen Grundkörper 4 auf.
Der Grundkörper 4 besitzt bestimmte thermische
Eigenschaften, darunter auch einen Wärmeleitkoeffizienten
K1. Dieser resultiert aus dem für den Grundkörper 4 verwendeten Material.
Im Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 4 aus
Kupfer gefertigt.
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Ferner
ist auf dem Grundkörper 4 der Kokillenplatte 1 abschnittsweise
eine Beschichtung 7 aufgebracht. Die Beschichtung 7 besteht
aus zwei Teilschichten 8 bzw. 9, welche unterschiedliche
optische Eigenschaften, im Ausführungsbeispiel unterschiedliche
Farben, aufweisen. Darüber hinaus ist wenigstens die äußere
Teilschicht 9 derart ausgebildet, dass diese den thermischen
und mechanischen Verschleiß der Kokillenplatte 1 gegenüber
einer im Wesentlichen nur Kupfer aufweisenden Kokillenplatte reduziert.
Im Ausführungsbeispiel ist die äußere
Teilschicht 9 als duktile Nickelmatrix mit eingelagerten Borcabid-Partikeln
ausgebildet.
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Die äußere
Teilschicht 9 bildet in der Figur abschnittsweise die Arbeitsfläche 2 der
Kokillenplatte 1. Die Arbeitsfläche 2 ist
bei Betrieb der Kokille mit dem gegossenen Metall, welches in der
Regel verschiedene Phasenzustände aufweist – flüssig
und fest – in Kontakt.
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Im
Grundkörper 4 sind ferner Wärmetransportelemente 5 unterschiedlicher
Länge mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet.
Diese sind in für die Wärmetransportelemente 5 vorgesehene
Bohrungen 6 eingepasst. Die Wärmetransportelemente 5 weisen einen
Wärmeleitkoeffizienten K2 auf, der höher ist als der
Wärmeleitkoeffizient K1 des Grundkörpers 4.
Im Ausführungs beispiel sind die Wärmetransportelemente 5 aus
einem Diamantverbundwerkstoff gefertigt, welcher einen Wärmeleitkoeffizienten
von 2800 W/Km aufweist.
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Ferner
verlaufen die Wärmetransportelemente 5 im Ausführungsbeispiel
senkrecht zur Arbeitsfläche 2 in Richtung der
der Arbeitsfläche 2 gegenüberliegenden
Kühlfläche 3. Die Wärmetransportelemente 5 können
jedoch auch auf beliebig andere Weise im Grundkörper 4 angeordnet
sein. Insbesondere die in der Figur gezeigte Anordnung der Wärmetransportelemente 5 zeigt
einerseits gute Wärmeleiteigenschaften, andererseits weisen
die Wärmetransportelemente 5, welche senkrecht
zur Arbeitsfläche 2 von der Arbeitsfläche 2 zur
Kühlfläche 3 verlaufen, eine möglichst
geringe Länge auf. Dies führt zu Materialeinsparung
bei der Herstellung.
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An
der Kühlfläche 3 der Kokillenplatte 1 ist ein
Kühlmittelkanal 3' angeordnet, durch welchen ein Kühlmittel,
beispielsweise Wasser, fließt. Kühlmittelkanal 3' und
Kühlmittel bilden im Ausführungsbeispiel das Kühlmedium.
Mittels des Kühlmediums wird die vom gegossenen Metall
abgegebene und durch die Kokillenplatte geleitete Wärme
abgeführt.
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Kühlflächenseitige
Enden 12 der Wärmetransportelemente 5 schließen
im Ausführungsbeispiel entweder bündig mit der
Kühlfläche 3 ab, ragen in den Kühlmittelkanal 3' hinein
oder sind innerhalb des Grundkörpers 4 angeordnet
bzw. vom Grundkörper 4 halbseitig vollständig
umschlossen. Die halbseitig vollständig vom Grundkörper 4 umschlossenen Wärmetransportelemente 5 dienen
vorzugsweise der mechanischen Abriebsfestigkeit und nicht primär
der Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit der
Kokillenplatte 1. Dementsprechend sind wenigstens diese Wärmetransportelemente 5 vorzugsweise
aus einem härteren Material als der Grundkörper 4 gefertigt
und weisen die gleiche mechanische Abriebfestigkeit auf, wie die
an die Wärmetransportelemente 5 angrenzende Beschichtung 7.
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Arbeitsflächenseitig
schließen die Enden 10 der Wärmetransportelemente 5 bündig
mit der Beschichtung 7, insbesondere der äußeren
Teilschicht 9, ab. Dadurch wird eine ebene Arbeitsfläche 2 zur Verarbeitung
des gegossenen Metalls bereitgestellt.
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Die
Wärmetransportelemente 5 weisen daher einen arbeitsflächenseitigen Überstand 11 über den
Grundkörper 4 der Kokillenplatte 1 auf.
Da in der Figur die arbeitsflächenseitigen Enden 10 der
Wärmetransportelemente 5 bündig mit der
Beschichtung 7 abschließen, ist der Überstand 11 der
Wärmetransportelemente 5 über dem Grundkörper 4 gleich
der Schichtdicke der Beschichtung 7.
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Der Überstand 11 eines
Wärmetransportelements 5 über den Grundkörper 4 kann
beispielsweise auch geringer oder größer als die
Schichtdicke der Beschichtung 7 gewählt werden.
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Während
der Benutzung der Kokille in einer Stranggießanlage erfolgt
aufgrund der thermischen und mechanischen Beanspruchung der Arbeitsfläche 2 der
Kokillenplatte 1 ein Abtrag der arbeitsflächenseitigen
Enden 10 der Wärmetransportelemente 5 sowie
ein Abtrag der äußeren Teilschicht 9 der
Beschichtung 7. Da die Teilschichten 8 und 9 der
Beschichtung 7 unterschiedliche Farben aufweisen, ist es
durch eine geeignete Vorrichtung oder Inaugenscheinnahme möglich,
zu erkennen, ob die äußere Teilschicht 9 bereits
wenigstens abschnittsweise soweit abgetragen ist, dass die darunter
liegende Teilschicht 8 mit einer von der Farbe der Teilschicht 9 unterschiedlichen
Farbe zum Vorschein kommt. Eine derartige Verschleißkontrolle
erlaubt es einfach einzuschätzen, ob oder wie lange die
Kokillenplatte 1 noch betrieben werden kann. Insbesondere
kann bei unterschiedlichem Abtrag von Wärmetransportelementen 5 und
der Beschichtung 7, bei geeigneter Wahl der Schichtdicken
und Farben der Teilschichten, ein topologisches Profil bzw. Verschleißprofil
der Arbeitsfläche 2 abgeschätzt werden.
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Indem
die Beschichtung 7, insbesondere die äußerste
Teilschicht 9 der Beschichtung 7, als eine duktile
metallische Matrix mit eingelagerten Hartstoffpartikeln ausgebildet
ist, kann eine besonders widerstandsfähige Beschichtung 7 bereitgestellt
werden, die die Betriebsdauer der Kokillenplatte 1 erhöht.
Dabei weist die Beschichtung eine Schichtdicke von 1 μm
bis 1 mm, eine maximale Volumenkonzentration von Hartstoffpartikeln
von 40% Volumenprozent und Korngrößen der Hartstoffpartikel
von 50 nm bis 10 μm auf.
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Im
Strangaustrittsbereich der Kokillenplatte 1 – in
der Figur der untere Teilbereich der Kokillenplatte 1 – dominiert
in der Regel der mechanische Verschleiß aufgrund des an
der Arbeitsfläche 2 der Kokillenplatte 1 entlang
reibenden erstarrten Strangs. Im Strangaustrittsbereich sind die
Wärmetransportelemente 5 neben ihren thermischen
Eigenschaften auf die dort auftretende mechanische Beanspruchung
angepasst.
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Im
oberen Teil der Kokillenplatte 1 – in der Figur
der obere Teilbereich der Kokillenplatte 1 – dominiert
in der Regel die thermische Beanspruchung den Verschleiß der
Kokillenplatte 1. Daher sind im oberen Bereich der Kokillenplatte 1 die
Wärmetransportelemente 5 und deren Anordnung primär
auf die thermische Beanspruchung und die Wärmeleitung angepasst.
Insbesondere sind die Wärmetransportelemente 5 derart
angeordnet, dass wenigstens ein kühlflächenseitiges
Ende 12, d. h. wenigstens die Stirnfläche bzw.
Querschnittsfläche des Wärmetransportelements 5,
im Kontakt mit dem Kühlmittel im Kühlmittelkanal 3' steht.
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Eine
weitere Verbesserung der Kühlung der Kokillenplatte 1 bzw.
des gegossenen Metalls kann erreicht werden, wenn vorgesehen wird,
dass ein kühlflächenseitiges Ende 12 eines
Wärmetransportelements 5 innerhalb des vom Kühlmittel
durchflossenen Kühlmittelkanals 3' angeordnet
ist. Denn hier wird die Oberfläche zum Austausch von Wärme
des Wärmetransportelements 5 mit dem Kühlmittel
durch die im Kühlmittelkanal 3' befindliche Mantelfläche des
Wärmetransportelements 5 erhöht. Der Temperaturgradient
des gegossenen Metalls in der Kokille kann somit in Strangaustrittsrichtung
betragsmäßig erhöht werden.
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Insbesondere
kann der Temperaturgradient in der Kokille in Strangaustrittsrichtung
erhöht werden, wenn lediglich im mittleren Bereich der
Kokillenplatte 1 Wärmetransportelemente 5 vorgesehen
werden, deren kühlflächenseitiges Ende 12 in
den Kühlmittelkanal 3' hinein ragt, und darüber
hinaus im Wesentlichen keine Wärmetransportelemente 5 im
oberen Bereich der Kokillenplatte 1 vorhanden sind. Dadurch
kühlt das in die Kokille gegossene Metall im oberen Bereich
der Kokille kaum ab, im mittleren Bereich jedoch sehr stark. Eine
derartige Kokillenplatte ist nicht Gegenstand der gezeigten Figur,
fällt jedoch unter die Patentansprüche.
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Durch
die Bereitstellung einer Kokillenplatte 1 mit Wärmetransportelementen 5 können
deutlich höhere Wärmeabflüsse aus dem
gegossenen Metall bzw. von der Arbeitsfläche 2 zur
Kühlfläche 3 realisiert werden, wodurch
Stähle mit völlig neuen Eigenschaften hergestellt
werden können. Die durch die Wärmetransportelemente 5 verbesserte
Wärmeleitung wird vorteilhafterweise auch in den Erstarrungsmodellen
zur Berechnung der Erstarrung des Metallstranges genutzt.
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Die
Wärmetransportelemente 5 können alternativ
auch beliebig anders geformt sein und damit von einer zylindrischen
Form abweichen. Die Abmessungen der Wärmetransportelemente 5 kann
durch den Fachmann entsprechend der thermischen Erfordernisse gewählt
werden. Insbesondere können alle Wärmetransportelemente 5 derart
ausgestaltet sein, dass diese in den Kühlmittekanal 3' hineinragen.
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Bei
Verwendung eines anders als in der Figur ausgebildeten Kühlmediums,
kann die Anordnung der kühlflächenseitigen Enden 12 von
Wärmetransportelementen 5 vorzugsweise so angepasst werden,
dass eine verbesserte Kühlung gegenüber herkömmlichen
Kokillenplatten erzielt wird.
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Die
Anordnung der Wärmetransportelemente 5 in der
Figur lediglich als eine konkrete Möglichkeit von vielen
zur Ausführung der Erfindung zu verstehen. Dem Fachmann
steht es frei, die Wärmetransportelemente anders zu dimensionieren,
insbesondere in ihrem Durchmesser und in ihrer Länge, in ihrer
Verlaufsrichtung, in ihrer Flächendichte, usw.. Insbesondere
können alle Wärmetransportelemente, welche in
einem Grundkörper einer Kokillenplatte angeordnet sind,
einheitlich in ihrer Gestalt ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 98/13157 [0006]
- - WO 00/29146 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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