Kokille oder Tiegel und Verfahren zum Beschichten von Wärmetauscheroberflächen einer Kokille oder eines Tiegels

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kokille oder einen Tiegel sowie ein Verfahren zum Beschichten von Wärmetauscheroberflächen einer Kokille oder eines Tiegels.

[0002] Zum Übertragen großer Wärmemengen werden häufig Wärmetauscher aus Kupfer oder Kupferlegierungen eingesetzt, da sie eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und sehr beständig gegenüber Korrosion sind. Häufig arbeiten die Wärmetauscher sekundärseitig nur unzureichend aufbereiteten Kühlwässern. Bei mangelhafter Wasseraufbereitung führen die Kühlwässer häufig starke Verschmutzungen mit sich, welche sich dann beispielsweise in Form von Mikroorganismen oder Kalk an den Wärmetauscheroberflächen anlagern und dadurch den Wirkungsgrad der Wärmetauscher reduzieren.

[0003] Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Kokille oder einen Tiegel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufzuzeigen, die mit einer Beschichtung versehen ist, welche die Ablagerung und das Anhaften von Partikeln oder das Aufwachsen von Schichten hemmt oder sogar verhindert, ferner soll ein Verfahren zum Aufbringen einer solchen Beschichtung auf eine Kokille oder einen Tiegels aufgezeigt werden.

[0004] Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch eine Kokille oder einen Tiegel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0005] Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Maßnahmen im Patentanspruch 8 gelöst.

[0006] Die Kokille oder der Tiegel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung weist Wärmetauscheroberflächen auf, die mit einem Kühlfluid beaufschlagt werden und die mit einer Nano-Beschichtung, insbesondere auf Basis einer nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Beschichtung, versehen ist, wobei die Nano-Beschichtung Schichtdicken zwischen 4 µm und 10 µm aufweist. Vorzugsweise ist die Nano-Beschichtung der Kokille oder des Tiegels eine Beschichtung, die im Wesentlichen auf Si-Ti-Al-Verbindungen basiert. Dabei kann die Beschichtung zusätzlich Mikropartikel aufweisen, welche die Wärmetauscheroberfläche vor mikrobiologischem Befall schützen. Geeignete Partikel sind z.B. Silber-Nanopartikel, die in die Schicht eingebaut werden und die Wärmetauscheroberfläche vor mikrobiologischem Befall schützen.

[0007] Das Aufbringen der Nano-Beschichtung erfolgt vorzugsweise durch Sprühen oder Lackieren/Bestreichen. Dabei kann das Lackieren auch durch einen Tauchvorgang, Dip-Coating genannt, erfolgen. Nach dem Aufbringen der Nano-Beschichtung auf die Wärmetauscheroberfläche transformiert sich die flüssige Nano-Beschichtung in eine feste Nano-Beschichtung, welche bei Temperaturen zwischen 100°C und 400 °C aushärtet. Die fertige Nano- oder auch Sol-Gel-Beschichtung weist eine glatte und geschlossene Oberfläche auf.

[0008] Beim Verfahren zum Aufbringen einer Nano-Beschichtung auf Wärmetauscheroberflächen einer Kokille oder eines Tiegels aus Kupfer oder einer Kupferlegierung erhalten die Wärmetauscheroberflächen in einem ersten Schritt durch Strahlen oder Schleifen eine Oberflächenrauheit zwischen 2 µm bis 5 µm. Dies ermöglicht eine optimale Haftung der Nano-Beschichtung auf der Wärmetauscheroberfläche. Anschließend werden die Wärmetauscheroberflächen entfettet und durch Besprühen, Bestreichen/Lackieren oder Eintauchen mit der Nano-Beschichtung auf Basis einer nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Beschichtung beschichtet. Die so aufgebrachte flüssige Nano-Beschichtung transformiert zu einer festen Nano-Beschichtung und wird bei Temperaturen zwischen 100°C und 400°C ausgehärtet, wobei die organischen Bestandteile entweichen.

[0009] Durch das Aufbringen der Nano-Beschichtung werden eventuell noch an der Wärmetauscheroberfläche der Kokille oder des Tiegels vorhandene Kavitäten verschlossen, so dass sich hier keine Ablagerungen mehr festsetzen können.

[0010] Die so erzeugten Nano-Beschichtungen zeichnen sich durch eine sehr geringe Dicke aus, so dass der Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit der Wärmetauscheroberfläche vernachlässigbar gering ist. Durch die geringe makroskopische Oberflächenrauheit können sich im Kühlwasser vorhandene Verschmutzungen oder Kalk nicht an den Wärmetauscheroberflächen der Kokille oder des Tiegels festsetzen, sondern werden durch die Strömung des Kühlwassers von der Oberfläche abgespült. Dies bewirkt eine Art selbstreinigenden Effekt, durch welchen sich die Standzeit der Kokillen oder Tiegel erhöht. Darüber hinaus ist die Nano-Beschichtung auf Basis keramischer oder glasartiger Werkstoffe auch gegenüber Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlwassers zwischen 12 und 14 m/s beständig.

Ansprüche

1. Kokille oder Tiegel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welche/r Wärmetauscheroberflächen aufweist, die mit einem Kühlfluid beaufschlagt werden und mit einer Nano-Beschichtung, insbesondere auf Basis einer nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Beschichtung, versehen ist, wobei die Nano-Beschichtung Schichtdicken zwischen 4 und 10 µm aufweist.

2. Kokille oder Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung im Wesentlichen auf Si-, Al-, Ti-Verbindungen basiert.

3. Kokille oder Tiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung Mikropartikel aufweist.

4. Kokille oder Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung eine Silberdotierung aufweist.

5. Kokille oder Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung durch Sprühen, Dip-Coating oder Bestreichen aufbringbar ist.

6. Kokille oder Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung bei Temperaturen zwischen 100 °C und 400 °C aushärtbar ist.

7. Kokille oder Tiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung eine glatte und geschlossene Oberfläche aufweist.

8. Verfahren zum Aufbringen einer Nano-Beschichtung auf Wärmetauscheroberflächen einer Kokille oder eines Tiegels aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, bei welchem die Wärmetauscheroberfläche in einem ersten Schritt durch Strahlen oder Schleifen eine Oberflächenrauheit zwischen 2 µm bis 5 µm erhält, entfettet wird, durch Besprühen, Bestreichen oder Dip-Coating mit der Nano-Beschichtung, die nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellt ist, beschichtet wird und bei welchem die Nano-Beschichtung bei Temperaturen zwischen 100°C und 400 °C ausgehärtet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Beschichtung bei Temperaturen über 500°C gesintert wird.