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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupferplatte für eine Stranggießkokille, insbesondere zur Verwendung in einer Stranggießkokille, sowie eine Stranggießkokille umfassend einen Wasserkasten mit zumindest einer in dem Wasserkasten angeordneten erfindungsgemäßen Kupferplatte.
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Stranggießkokillen zum kontinuierlichen Gießen eines Metallstrangs aus einer schmelzflüssigen metallischen Zusammensetzung, insbesondere eines Stahlstrangs, sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Solche Kokillen umfassen zum einen zwei einander gegenüberliegende und aus Kupferplatten gebildete Breitseitenwände, die einen trichterförmigen oder parallelwandigen Eingießbereich aufweisen, der sich in Gießrichtung bis zum Kokillenende erstreckt. Zwischen den beiden Breitseitenwänden weisen die Kokillen weiterhin zwei zueinander angeordnete Schmalseitenwände auf, die quer zur Gießrichtung verstellbar sind und über die die gewünschte Breite des Metallstrangs einstellbar ist.
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Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Kupferplatten sind in der Regel mit schlitzförmigen Kühlkanälen versehen, in welche zusätzlich Verdrängerstücke eingelegt werden können, um die notwendigen Durchflussgeschwindigkeit für das Kühlfluid sicher zu stellen. So ist beispielsweise aus der
WO 2010/015399 A1 eine Kupferplatte bekannt, die auf der Kühlflächenseite mehrere Kühlkanäle umfasst, die an die gewünschte Kühlwirkung abgemessene Querschnitte aufweisen.
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Bei besonders hoher thermischer Zyklusbelastung, wie sie beispielsweise bei hohen Gießgeschwindigkeiten oder ungünstigen Strömungsbedingungen in der Stranggießkokille auftreten können, sind die gängigen Kupferplatten einem schnelleren Verschleiß im Gießspiegelbereich ausgesetzt, der sich in Form einer vorzeitigen Rissermüdung des Gefüges zeigt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kupferplatte für eine Stranggießkokille bereitzustellen, insbesondere eine Kupferplatte bereitzustellen, die in thermisch besonders exponierten Zonen eine hohe lokal begrenzte Kühlintensität ermöglicht.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kupferplatte für eine Stranggießkokille mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Kupferplatte, die insbesondere zur Verwendung in einer Stranggießkokille vorgesehen ist, umfasst einen plattenförmigen Körper mit einer Heißflächen- und einer Kühlflächenseite, einer einlaufseitigen Stirnfläche und einer der einlaufseitigen Stirnfläche axial gegenüberliegend angeordneten auslaufseitigen Stirnfläche sowie einer ersten und einer zweiten Seitenfläche; einen auf der Heißflächenseite ausgebildeten halbtrichterförmigen Vertiefungsabschnitt, der von zwei, sich axial auf der Heißflächenseite erstreckenden, Randbereichen begrenzt ist; eine Vielzahl von schlitzförmig ausgebildeten Kühlkanälen, die auf der Kühlflächenseite ausgebildet sind und die sich axial zwischen der einlauf- und der auslaufseitigen Stirnfläche erstrecken; sowie jeweils eine in den Randbereichen der Heißflächenseite, vorzugsweise in einem Übergangsbereich vom Vertiefungsabschnitt zum Randbereich, ausgebildete und sich über zumindest einen Teil der axialen Länge des plattenförmigen Körpers erstreckende Intensivkühlzone, die jeweils durch eine Vielzahl von zueinander gestaffelten und in die einlaufseitige Stirnfläche eingebrachten Lochbohrungen ausgebildet ist.
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Durch das Einbringen der lokalen Intensivkühlzonen kann eine im Vergleich zu den benachbarten Kühlzonen höhere Kühlflächendichte erzielt werden. Hierdurch werden thermisch hoch belastete Bereiche der Kupferplatte intensiver gekühlt und somit spannungstechnisch entlastet. Die in Folge der hohen thermischen zyklischen Wechselbelastung lokale Entfestigung des Kupfergefüges kann deutlich verlangsamt werden, wodurch die Rissbildung verzögert und die Lebensdauer verlängert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Um eine besonders hohe Kühlflächendichte in den thermisch hoch belasteten Bereichen der Kupferplatte zu erzielen, sollten die Lochbohrungen innerhalb der die Intensivkühlzone bildenden Staffel besonders eng gestaffelt werden. Daher ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Mittenabstand zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Lochbohrungen mindestens dem 1,2-fachen des Durchmessers einer der beiden Lochbohrungen, und besonders bevorzugt maximal dem 2-fachen des Durchmessers einer der beiden Lochbohrungen, beträgt. Die Bohrungsdurchmesser der jeweiligen Lochbohrungen innerhalb einer Staffel können hierbei denselben Durchmesser aufweisen oder, sofern vorteilhaft, sich innerhalb einer Staffel unterscheiden.
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Durch die kreisrund ausgebildeten Lochbohrungen werden weiterhin die inneren Spannungsspitzen in dem aus Kupfer bestehenden plattenförmigen Körper reduziert. Dies ermöglicht gleichzeitig eine nähere Anordnung der Kühlbohrungsfront zur Heißflächenseite, wodurch unterschiedliche lokale Wärmeübergangskoeffizienten eingestellt werden können. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist daher vorgesehen, dass die Lochbohrungen der jeweiligen Staffel einen zu den beiden, der Intensivkühlzone direkt benachbarten und konventionell ausgebildeten, schlitzförmigen Kühlkanäle kleineren Abstand zu der Heißflächenseite aufweisen. Mit anderen Worten weisen die beiden zu der Intensivkühlzone direkt benachbarten schlitzförmigen Kühlkanäle einen zu der Heißflächenseite größeren Abstand auf als die zwischen diesen beiden Kühlkanälen angeordneten Lochbohrungen. Die Kupferplatte weist hierdurch spezielle Bereiche abweichender Wärmeübergangskoeffizienten im Gießspiegelbereich auf, mit dem Ziel, die Oberflächentemperatur der Heißflächenseite über die gesamte Breite der Kupferplatten zu vergleichmäßigen. In diesem Zusammenhang ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der plattenförmige Körper in einem die Intensivkühlzone aufweisenden Segment keine schlitzförmig ausgebildeten Kühlkanäle umfasst.
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Zum Verschließen der kreisrund ausgebildeten Lochbohrungen können kompakte wiederverschließbare Dichtstopfen verwendet werden, die eine mechanische Reinigung, beispielsweise mit Bürsten, und/oder eine chemische Reinigung dieser ermöglichen. Hierdurch können die sich in den Lochbohrungen abgelagerten Verschmutzungen entfernt werden, ohne die Kupferplatte vom Wasserkasten demontieren zu müssen.
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Für die Größe der jeweiligen Intensivkühlzone gilt in einer vorteilhaften Ausführungsvariante, dass diese eine Kühlflächenbedeckung F aufweist, die mindestens 50 % einer Breite B der Intensivkühlzone entspricht, wobei für die Kühlflächenbedeckung F gilt:
mit i = Anzahl der Lochbohrungen, und D = Durchmesser der Lochbohrung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weisen die Intensivkühlzonen bezogen auf die Gesamtbreite W des plattenförmigen Körpers einen Flächenanteil R von 0,1 bis 0,5 auf, wobei für diesen gilt:
mit j = Anzahl der Intensivkühlzonen, und W = Gesamtbreite des plattenförmigen Körpers.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Stranggießkokille umfassend einen Wasserkasten mit zumindest einer in dem Wasserkasten angeordnete erfindungsgemäßen Kupferplatte.
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Figurenbezeichnung
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kupferplatte in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 die in 1 gezeigte Ausführungsvariante der Kupferplatte in einer auf die einlaufseitige Stirnfläche bezogene Darstellung,
- 3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A,
- 4 eine Teildarstellung der Kühlflächenseite der Kupferplatte, und
- 5 eine Teildarstellung einer Stranggießkokille.
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In 1 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kupferplatte 1, insbesondere einer Dünnbrammenkupferplatte, in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, die zur Verwendung in einer Stranggießkokille 2 vorgesehen ist (siehe 5) und von einem plattenförmigen Körper 3 gebildet wird.
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Der plattenförmige Körper 3 weist eine Heißflächenseite 4, eine gegenüberliegend angeordnete Kühlflächenseite 5, eine einlaufseitige Stirnfläche 6, eine der einlaufseitigen Stirnfläche 6 axial gegenüberliegend angeordnete auslaufseitige Stirnfläche 7, sowie eine erste und eine zweite Seitenfläche 8, 9 auf.
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Auf der Heißflächenseite 4 des plattenförmigen Körpers 3 ist ein halbtrichterförmig ausgebildeter Vertiefungsabschnitt 10 ausgebildet, der von zwei, sich axial auf der Heißflächenseite 4 erstreckenden, Randbereichen 11, 12 begrenzt ist. Der halbtrichterförmige Vertiefungsabschnitt 10 bildet hierbei einen Teil eines Gießhohlraums 13 der Stranggießkokille 2, der sich in Gießrichtung entlang des Pfeils 14 bis zum Stranggießkokillenende bzw. bis zur auslaufseitigen Stirnfläche 7 der jeweiligen Kupferplatte 1 erstreckt (siehe 5). Insofern nimmt die Vertiefung des Vertiefungsabschnitts 10 ausgehend von der einlaufseitigen Stirnfläche 6 in Richtung der auslaufseitigen Stirnfläche 7 in Bezug auf die von den Randbereichen 11, 12 gebildete Ebene stetig ab und gleicht sich demnach dieser Ebene an (siehe 2).
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Weiterhin weist die Kupferplatte 1 bzw. der plattenförmige Körper 3 auf seiner Kühlflächenseite 4 eine Vielzahl von schlitzförmig ausgebildeten Kühlkanälen 15 auf, die sich axial zwischen der einlauf- und der auslaufseitigen Stirnfläche 6, 7 erstrecken und voneinander durch Stege 16 getrennt sind (4).
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kupferplatte 1 in einem Übergangsbereich 17, 18, der jeweils durch eine zwischen dem Vertiefungsabschnitt 10 und den jeweiligen Randbereichen 11, 12 angeordnete Übergangsfläche gebildet wird, jeweils eine sich über zumindest einen Teil der axialen Länge des plattenförmigen Körpers 3 erstreckende und auf der Heißflächenseite 4 angeordnete Intensivkühlzone 19 aufweist. Jede der beiden Intensivkühlzonen 19, 20 wird durch eine Vielzahl von zueinander gestaffelten Lochbohrungen 21, 22 gebildet, die als Tieflochbohrungen in die einlaufseitige Stirnfläche 6 des plattenförmigen Körpers 3 eingebracht sind.
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In 3 ist eine Schnittdarstellung der Kupferplatte 1 gemäß der Schnittlinie A-A für einen Teil der Kupferplatte 1 gezeigt. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, weist der plattenförmige Körper 3 bzw. die Kupferplatte 1 in einem die Intensivkühlzone 19 aufweisenden Segment keine schlitzförmig ausgebildeten Kühlkanäle 15 auf, sondern lediglich die jeweilige Staffel von Lochbohrungen 22, die in Bezug auf eine Erstreckung zwischen den beiden Seitenflächen 8, 9 zwischen den Kühlkanälen 15 in einer definierten Anordnung positioniert sind. So beträgt zum einen der Mittenabstand P zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Lochbohrungen 22 einer jeden Staffel mindestens dem 1,2-fachen des Durchmessers einer dieser beiden Lochbohrungen 22 und maximal dem 2-fachen des Durchmessers einer dieser beiden Lochbohrungen 22. Grundsätzlich ist hierbei vorgesehen, dass jede Lochbohrung 21, 22 einer jeden Staffel denselben Durchmesser aufweist. Sofern erforderlich können sich die Bohrungsdurchmesser innerhalb einer Staffel auch unterscheiden. Weiterhin weisen die Lochbohrungen 22 einen zu den beiden, der Intensivkühlzone 19 direkt benachbarten, schlitzförmigen Kühlkanälen 23, 24 kleineren Abstand zu der Heißflächenseite 4 auf, wie dies anhand der Pfeile 25, 26 symbolisiert wird. Hierdurch können spezielle Bereiche abweichender Wärmeübergangskoeffizienten erzeugt werden, mit dem Ziel die Oberflächentemperaturen über die gesamte Heißflächenseite 4 zu vergleichmäßigen.
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Für die Größe der jeweiligen Intensivkühlzone 19, 20 gilt, dass diese eine Kühlflächenbedeckung F aufweisen sollte, die mindestens 50 % einer Breite B der Intensivkühlzone 19, 20 entspricht, wobei für die Kühlflächenbedeckung F gilt:
mit i = Anzahl der Lochbohrungen 21, 22, und D = Durchmesser der Lochbohrung 21, 22. Weiterhin sollten die Intensivkühlzonen 19, 20 bezogen auf die Gesamtbreite W des plattenförmigen Körpers 3 einen Flächenanteil R von 0,1 bis 0,5 aufweisen, wobei für diesen gilt:
mit j = Anzahl der Intensivkühlzonen 19, 20, und W = Gesamtbreite des plattenförmigen Körpers 3.
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In 5 ist eine Teildarstellung einer Stranggießkokille 2 dargestellt, die zwei einander gegenüberliegend angeordnete Kupferplatten 1 in einem Wasserkasten 27 umfasst. Zwischen den beiden als Breitseitenwände ausgebildeten Kupferplatten 1 umfasst die Stranggießkokille 2 zudem zwei zueinander angeordnete Schmalseitenwände 28, 29, die in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante quer zur Gießrichtung verstellbar sind.
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Bezugszeichen
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- 1
- Kupferplatte
- 2
- Stranggießkokille
- 3
- plattenförmiger Körper
- 4
- Heißflächenseite
- 5
- Kühlflächenseite
- 6
- einlaufseitige Stirnfläche
- 7
- auslaufseitige Stirnfläche
- 8
- erste Seitenfläche
- 9
- zweite Seitenfläche
- 10
- Vertiefungsabschnitt
- 11
- Randbereich
- 12
- Randbereich
- 13
- Gießhohlraum
- 14
- Pfeil
- 15
- Kühlkanälen
- 16
- Stege
- 17
- Übergangsbereich / Übergangsfläche
- 18
- Übergangsbereich / Übergangsfläche
- 19
- Intensivkühlzone
- 20
- Intensivkühlzone
- 21
- Lochbohrungen
- 22
- Lochbohrungen
- 23
- Kühlkanal
- 24
- Kühlkanal
- 25
- Pfeil
- 26
- Pfeil
- 27
- Wasserkasten
- 28
- Schmalseitenwand
- 29
- Schmalseitenwand
- D
- Durchmesser
- P
- Mittenabstand
- W
- Gesamtbreite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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