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" Aus einem massiven Kokillenkörper mit Kühl-
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mtttelkanälen bestehende Kokille für das Elektroumschmelzen von Metallen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille für das Elektroumschmelzen von Metallen
zu Blöcken, insbesondere für das Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmeizelektroden,
bestehend aus einem dem Blockquerschnitt entsprechenden, im wesentlichz massiven
Kokillenkörper mit einer Vielzahl senkrechter Kühlmittelkanäle, die mit Sammelkanälen
in Verbindung stehen, welche den Kokille körper umgeben.
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Die Mehrzahl aller flüssigReitsgekühlten Metallkokillen für die Blockherstellung,
und zwar sowohl Standkokillen als auch Stranggießkokillen, besteht aus einem Doppelmantel
mit einem ringförmigen Hohlraum, der bis auf die Kühlmittelzu- und ableitungen allseitig
geschlossen ist. Es ist auch bekannt, in dem Hohlraum nicht nur einfache Wasserleitbleche
sondern auch komplizierte Formköprer unterzubringen, die das Kühlmittel auf vorbestimmten
Bahnen durch den Hohlraum leiten sollen. Beispielsweise besteht eine bekannte Kokille
für das Elektroschlacke-Umschmelzen aus einem inneren Kokillenmantel aus Kupfer,
der unter Bildung des ringförmigen Hohlraums von einem Außenmantel aus vorzugsweise
amagnetischem Stahl umgeben ist. Bei derartigen Kokillen ist im allgemeinen der
äußere Mantel das tragende Element, wobei erhebliche Dichtprobleme zwischen Innenmantel
und Außenmantel bestehen, da die Kokille beim Betrieb im allgemeinen elastisch verformt
wird.
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Darüberhinaus sind derartige Kokillen teuer in der Herstellung, da
beispielsweise bereits der aus Kupfer bestehende Innenmantel Schweißvorgänge bedingt,
insbesondere deswegen, weil er an seiner oberen Kante mit einem radialen, massiven
Kupferflansch versehen werden muß. Ein weiteres Problem liegt in der nahezu unkontrollierbaren
Ausbildung von Kühlmittelströmungen, die auch durch komplizierte Leichteinrichtungen
nur schwer beeinflußbar sind. Derartige Leiteinrichtungen machen aber einen Reinigungsvorgang
schwierig, und setzen mindestens eine vollständige Zerlegung der gesamten Kokille
voraus. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das für Kühlzwecke in der Regel verwendete
Wasser eine beträchtliche Menge an Verunreinigungen mit sich führt, insbesondere
aber Mineralsalze,
die sich in Form von Kesselstein an den Innenflächen
der Kokille abscheiden.
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Es ist auch bereits eine Kokille der eingangs beschriebenen Gattung
vorbekannt, bei der in einem aus Kupfer bestehenden hohizylindrischen Kokillenkörper
eine Vielzahl achsparalleler Bohrungen als Küfilmittelkanäle angeordnet ist. Die
Bohrungen durchdringen die obere und untere Stirnfläche des Kokillenkörpers und
sind am unteren Ende durch Schraubstopfen verschlossen. Bereits hierin liegt ein
Nachteil, da die Schraubstopfen bzw. deren Abdichtungen bei Stranggießkokillen dem
erheblichen Wärmeeinfluß des aus der Kokille austretenden Stranges ausgesetzt sind.
Bei der bekannten Lösung werden sämtliche Kühlmittelkanäle in einer und der gleichen
Richtung parallel vom Kühlmittel durchströmt. Die Zuleitung und Verteilung des Kühlmittels
geschieht durch einen Sammelkanal, die Rückführung durch einen zweiten Sammelkanal,
wobei die unteren Enden der Kühimittelkanäle über seitliche Anschlußstutzen und
außerhalb des Kokillenkörpers liegende Rohrleitungen mit dem zweiten Sammelkanal
verbunden sind. Eine solche Bauweise ist extrem aufwendig in der Herstellung und
empfindlich bei der Handhabung, zumal derartige Kokillen häufig gegen solche anderer
Abmessungen ausgetauscht werden müssen. Hinzu kommt die schlechte Reinigungsmöglichkeit.
Snsbesondere aber ist durch die Parallelität aller Strömungskanä.le die Strößungsgeschwindigkeit
bei gegebenem Durchsatz minimal; bei einer für einen hohen Wärmedurchgang erforderlichen
Strömungsgeschwindigkeit werden sehr große Wasserdurchsätze benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der eingangs
beschriebenen Gattung anzugeben, die einfach in der Herstellung, gefahrlos in der
Handhabung und leicht zu reinigen ist, sowie eine hohe Kühlwirkung bei geringem
Wasserdurchsatz aufweist Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs
angegebenen Kokille erfindungsgemäß dadurch, daß die kühlmittelkanäle am unteren
Ende als Sacklöcher ausgeftihrt und dort paarweise durch eine querliegende, nach
außen verschlossene Ausnehmung zu einem U-förmigen Kanal verbunden sind und-daß
die oberen Enden der Kühimittelkanäle mit den Sammelkanälen verbunden sind.
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Bereits bei der einfachsten AusfUhrungsform mit einer Mehrzahl derartiger
U-förmiger Kanäle sind diebeiden Kühlmittelkanäle eines U-förmigen Kanals strömungstechnisch
in Reihe geschaltet, während sämtliche U-förmigen Kanäle strömungstechnisch parallel
geschaltet sind. Bei gegebenem Kühlmitteldurchsatz und gegebenem Querschnitt der
Kühimittelkanäle läßt sich bereits auf diese einfache Weise eine Verdoppelung der
Strömungsgeschwindigkeit und eine entsprechende Erhöhung der Wärmedurchgangszahlen
erreichen. Dadurch, daß die Kühlmittelkanäle am unteren Ende als Sacklöcher ausgeführt
sind, ist die untere Stirnfläche des Kokillenkörpers glatt, und keine irgendwie
geartete Abdichtung ist einer hohen Wärmebelastung tnsbesondere beim Start durch
flüssige Schlacke ausgesetzt. Die paarweise Verbindung der Kuhlmittelkanäle durch
eine nach außen verschlossene, uerliegende Ausnehmung ist auf einfache Weise dadurch
herstellbar,
daß das Material des Kokillenkörpers zwischen den KUhlmittelkanälen
durch einen Fräsvorgang entfernt wird, wobei eine Durchbrechung der äußeren, nicht
aber der inneren Mantelfläche des Kokillenkörpers erfolgt. Diese Uffnung, die gleichzeitig
Bearbeitungsöffnung und Reinigungsöffnung ist, wird nach Vollendung der Kokille
durch eine Flanschplatte verschlossen. Es ist zweckmäßig die Verbindungskanäle im
Querschnitt größer als die Kühimittelkanäle zu machen, damit Druckverluste beim
Umlenken des Kühimittelstromes vermieden werden. Es ist dann nur noch erforderlich,
die oberen Enden der Kühlmittelkanäle mit den beiden Sammelkanälen zu verbinden,
um eine entsprechende Führung des Kühlmittels zu erzwingen.
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Der Erfindungsgegenstand zeichnet sich durch besonders niedrige Kosten
wegen des Wegfalls des Kühlmantels einerseits und des Wegfalls der außenliegenden
RUckführungsrohre andererseits aus.
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Der massive Kokillenkörper ist leicht herstellbar und braucht nur
durch einfache, spanabhebende Verfahren bearbeitet zu werden. Er besitzt von Haus
aus eine große Steifigkeit, so daß eine Verformung, insbesondere eine für die Abdichtungen
schädliche Verformung während des Betriebes ausgeschlossen ist. Außerdem ist eine
hohe Druckbeaufschlagung mit dem Kühlmedium bei hoher Strömungsgeschwindigkeit und
geringen Druckverlusten möglich. Die erfindungsgemäße Kokille ist leicht zu reinigen
und der Reinigungsvorgang selbst sowie dessen Ergebnis leicht zu kontrollieren.
Diese Eigenschaften einer Kokille sind besonders wichtig für die Herstellung von
Blöcken mit einem Durchmesser oberhalb 1000 mm. Der Erfindungsgegenstand entfaltet
aber auch bereits bei kleineren Abmessungen seine wesentlichen Vorteile.
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Bei spanabhebender Erzeugung der KUhlmittelkanäle durch Bohren gehen
diese von der oberen Stirnseite des Kokillenkörpers aus.
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Es ist dabei besonders vorteilhaft, sie dort durch einen gegen die
Stirnseite verspannten Ring gegebenenfalls unter Zwischenlage von Dichtungsmaterial
zu verschliessen. Bei einer derartig ausgebildeten Kokille lassen sich mehrere der
U-förmigen Kanäle gruppenweise in Reihe schalten, wobei sämtliche Gruppen wiederum
parallel geschaltet sind. Dies geschieht auf einfache Weise dadurch, daß benachbarte
U-förmige Kanäle durch eine in der oberen Stirnseite des Kokillenkörpers angeordnete
Ausnehmung miteinander in der eise verbunden sind, daß mindestens zwei U-förmige
Kanäle in Reihe geschaltet sind. Auch die in der oberen Stirnseite des Kokillenkörpers
angeordnete Ausnehmung wird dort zweckmäßig durch Herausfräsen eines Teils des Materials
des Kokillenkörpers erzeugt, wobei die Breite der Ausnehmung im wesentlichen dem
Durchmesser der Kühimittelkanäle entsprechen sollte.
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In jedem Falle ist die Kokille außen glatt, d.h. außerhalb der äußeren
Mantelfläche der Kokille befinden sich lediglich noch die als Wasserkästen ausgebildeten
Sammelkanäle sowie gegebenenfalls ein Flansch; mit dem die Kokille innerhalb einer
Schmelzanlage befestigbar ist. Eine Beschädigung der Kühlmittelkanäle während des
Transports bzw. des Umrüstens einer Schmelzanlage ist damit vollständig ausgeschlossen.
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Ein Ausführungsbeispiel des.Erfindungsgegenstandes sei nach-
folgend
anhand der Figuren 1 bis 3 näher läutert.
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Es zeigen; Figur 1 einen Schnitt entlang der Linie I - r durch den
Gegenstand von Figur 2, Figur 2 eine teilweise Seitenansicht einer Kokille in Richtung
X gemäß Figur 3, und Figur 3 einen Schnitt durch den Gegenstand gemäß Figur 2 entlang
der Linie II r - it.
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Figur 1 zeigt einen Kokillenlörper 10, der im vorliegenden Falle zur
Herstellung runder Blöcke als Hohlzylinder ausgebildet ist und eine innere Mantelfläche
11 und eine äuRere Mantelfläche 12 aufweist. Auf dem Umfang sind äquidistant mehrere
Kühlmittelkanäle 13 angeordnet, deren Achsen parallel zur Achse des Kokillenkörpers
10 verlaufen. Ein Teil der Kühlmittelkanäle 13 ist im Bereich des oberen Endes mit
radialen Anschußbohrungen 14 und 15 versehen, wobei die Anschlußbohrungen 14 für
die Zufuhr und die Anschlußbohrungen 15 für die Abfuhr des Kühlmittels dienen. Die
Anschlußbohrungen 14 und 15 stehen mit Sammelleitungen 16 und 17 in Verbindung,
die gemäß Figur 3 als Wasserkästen ausgefUhrt sind.
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Die Kühlmittelkanäle 13 gehen von einer oberen Stirnfläche 18 des
Kokillenkörpers 10 aus (Figur 2) und sind dort durch einen
gegen
die Stirnfläche verspannten Ring 19 verschlossen. Je zwei benachbarte, nicht mit
Anschlußbohrungen 14 oder 15 versehene Kühlmittelkanäle 13 sind durch eine In der
oberen Stirnfläche 18 des Kokillenkörpers 10 angeordnete Ausnehmung 20 miteinander
verbunden, die gleichfalls durch den Ring 19 nach oben hin verschlossen ist.
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Gemäß den Figuren 2- und 3 sind die Kühimittelkqnäle 13 an ihren unteren
Enden 21 als Sacklöcher ausgeführt und dort paarweise durch eine nach außen verschlossene,
querliegende Ausnehmung 22 zu einem U-förmigen Kanal verbunden. Gemäß Figur 3 münden
die oberen Enden der Kühimittelkanäle 13 über die Anschlußbohrungen 14 und 15 in
die Sammelleitungen 16 und 17 ein..Die Ausnehmungen 22 weisen eine in der äußeren
Mantelfläche 12 des Kokillenkörpers 10 liegende Uffnung auf, die durch eine zu Reinigungszwecken
abnehmbare Flanschplatte 23 verschlossen ist.
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Auf die angegebene Weise entsteht zwischen zwei Anschlußbohrungen
14 und 15 ein in Reihe geschaltetes, mäanderförmiges System von Kanälen, in denen
sich eine Strömung ausbildet, die in Figur 2 durch Pfeile angedeutet ist.
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Gemäß Figur 3 besitzt der Kokillenkörper 10 etwas unterhalb der Stirnfläche
18 einen radialen Flansch 24, mit der er auf einem Rahmenteil 25 einer Schmelzanlage
aufliegt, deren übrige Teile Stand der Technik und daher nicht dargestellt sind.
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Die Erfindung ist anhand einer zylindrischen Stranggießkokille
dargestellt.
Es versteht sich, daß das gleiche Prinzip naturgemäß auch für rechteckige oder quadratische
Kokillen anwendbar ist, solange der Kokillenkörper im wesentlichen ein geschlossenes
Ganzes darstellt. Der Erfindungsgegenstand ist für die Herstellung von Massivblöcken
ebenso geeignet, wie für die Herstellung von Hohlblöcken. in dem zuletzt genannten
Falle ist lediglich im Innern des Kokillenkörpers 10 ein Dorn angeordnet, welcher
den Blockhohlraum erzeugt.