<Desc/Clms Page number 1>
Bogenstranggiessanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bogenstranggiessanlage mit der Durchlaufgiessform nachgeordneten Stütz-bzw. Umfuhrungsgerüsten und im Bereich der Horizontalen angeordneten
Transport-und Richtmaschinen, bestehend aus an den Strang anpressbaren Walzen mit Gegenwalzen, wobei vor und hinter dem Wendepunkt zur Horizontalen einzeln antreibbare Unterwalzen vorgesehen und die Oberwalzen unabhängig voneinander anstellbar sind.
Die bekannten Anlagen dieser Gattung sehen vor, den Giessstrang entsprechend der
Giessgeschwindigkeit und der Abkühlgeschwindigkeit aus der Kokille zu ziehen. Dabei kommt es auf
Grund der gewählten Vorrichtung zu einer verhältnismässig hohen Beanspruchung des Querschnittes, der im wesentlichen aus einer warmverformungsfähigen Schale und einem flüssigen Kern gebildet wird. Der Kern, in seiner Länge als Giesssumpf bezeichnet, reicht bei den meisten Bogengiessanlagen bis in die Reihe der Transport-und Richtmaschinen. Er ist von Keilform, die von der nahezu linearen Abkühlungsgeschwindigkeit herrührt. Die Sumpflänge lässt sich als Produkt aus Erstarrungszeit mal Stranggeschwindigkeit darstellen. Es ergeben sich für die verschiedenen Querschnittsformen naturgemäss verschiedene Sumpflängen.
In jedem Fall ist der Querschnittszustand des Stranges an den Treibwalzen ein Kriterium dessen, was dem Strang an Treibkräften übertragen werden darf. Beim Bogenstranggiessen wird mit dem Vorteil der niederen Anlagenbauhöhen die Schwierigkeit des Abbiegens des Stranges und dessen Zurückbiegen in die Gerade eingehandelt. Das Problem des Strangabbiegens stellt sich in einer besonderen Form dar, wenn die Forderung nach Leistungssteigerung gestellt wird. Die Tendenz neigt dazu, immer mehr Stranggiessmaterial zu verarbeiten und insbesondere resultiert eine solche Forderung auch aus der Notwendigkeit, die Stahlerzeugungsanlagen in ihrer vollen Kapazität auszunutzen. Analog dieser steigert sich auch der Inhalt der Giesspfannen.
Der Inhalt einer Giesspfanne kann jedoch nicht beliebig lange über der Stranggiesskokille gehalten werden, weil der Wärmeverlust und die Gefahr von Oxydation des flüssigen Stahles ständig zunehmen. Der Stranggussteil der Anlage stellt deshalb die Einrichtung dar, von der eine immer grössere Giessgeschwindigkeit gefordert wird. Es hat sich gezeigt, dass die Abkühlungsvorgänge nicht weiter forciert werden können, sondern dass einfach unter der schwierigen Bedienung gearbeitet werden muss, den Strang nächst dem Bereich der Warmverformbarkeit zu behandeln. Mit dieser Forderung wird vor allem das Transport-und Richtsystem der Anlage belastet, und es stellt sich damit die Aufgabe, einen unter der Warmverformbarkeitsgrenze liegenden Werkstoff einer verhältnismässig grösseren Beanspruchung als bisher aussetzen zu müssen.
Der Strang erleidet mit einer neu gebildeten Schale und einem ausgedehnten flüssigen Kern zunächst die Belastung durch das Abbiegen von der Vertikalen in den Bogen. In diesem Zustand wird die Innenseite des Bogens unter Druckspannung gesetzt und die Aussenseite gezogen, wie dies einer reinen Biegebeanspruchung entspricht. Die Aussenseite unterliegt dabei der Gefahr von Rissbildung, so dass dort die Kristalle überbeansprucht sind. Zwar lassen sich in der Praxis derartige Risse selten beobachten, man nimmt an, dass zumindest im Inneren des Stranges diese Risse wieder verschweissen. Beim Zurückbiegen vor dem Wendepunkt zur Horizontalen allerdings ergeben sich ganz neue Belastungsmomente. Während die Aussenseite entlastet wird, erfährt die Innenseite einen Abbau der
<Desc/Clms Page number 2>
Druckspannung.
Dieser Vorgang erfolgt nicht ohne äussere Einflüsse, d. h. es sind Kräfte notwendig, die diese Wirkung herbeiführen. Über all diesen Vorgängen lastet zudem die Kraft des Ausziehens der
Transportmaschine. Da sich diese Druckspannung von Kristall zu Kristall übertragen muss, bildet sich mit den Querkräften bzw. Biegemomenten eine überlagerungsspannung aus, der bestimmte Zonen des
Querschnittes nicht gewachsen sind. Daraus resultieren letzten Endes inhomogene Stellen oder weitestgehend auch die genannten Risse. Derartige Lockerstellen lassen sich zwar in der Richtmaschine mit grosser Wahrscheinlichkeit vermindern oder ganz eliminieren, jedoch nur dann, wenn die dafür geeignete Temperatur vorliegt. Für das einwandfreie Gelingen des Ausschaltens derartiger Stellen bietet jedoch der Richtvorgang keine ausreichende Gewähr.
Es empfiehlt sich, nicht nur dem Richten des
Stranges, sondern ebenso dem Transportvorgang grosse Beachtung zu schenken.
Beim Transportieren ist jedoch der insgesamt auftretende Ausziehwiderstand von wesentlicher Bedeutung. Beim Transport eines Stranges aus einer Durchlaufkokille sind während des Giessens Widerstände zu überwinden. Diese Widerstände werden durch unterschiedliche Ursachen hervorgerufen.
Zunächst entsteht eine Reibung zwischen Strangschale und Kokilleninnenflächen. Sodann tritt Reibung zwischen Strangoberfläche und Stütz- bzw. Führungseinrichtungen auf der Wegstrecke der Erstarrung des Stranges auf. Ferner entsteht Reibung in den Lagern von Stütz- und Führungsrollen auf der Wegstrecke der Erstarrung des Stranges. Hinzu kommt die Reibung in Lagern und Getrieben der angetriebenen Walzen durch den Transport des Stranges. Ein nicht zu vernachlässigender Anteil des Gesamtwiderstandes ist durch das Ausbauchen der Strangschale zwischen Stütz-und Führungswalzen auf der Wegstrecke der Erstarrung des Stranges gegeben.
Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Reibungsverhältnisse über die gesamte Erstarrungsstrecke gleichbleibend sind und keine Abweichungen hinsichtlich unterschiedlicher Abmessungen des Giessquerschnittes auftreten.
Die bekannten Lösungen beschäftigen sich kaum mit diesem Problem. Es ist bekannt, mittels paarweise angetriebener Transportwalzen so zu arbeiten, dass der Strang mehr oder weniger einer geringen Verformung unterworfen wird, wobei aus der hiezu notwendigen Anpresskraft die Transportkraft abgeleitet wird. Die Last der Zugbeanspruchung kann jedoch nur von der Strangschale getragen werden. Vom flüssigen Kern darf keine übertragung einer noch so geringen Zugkraft erwartet werden. Sollen deshalb Schäden an der Strangschale vermieden werden, so ist es notwendig, die Transportkraft so feinfühlig wie nur möglich auf die Strangschale zu übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Bogenstranggiessanlagen eine bessere Transportvorrichtung vorzuschlagen, wobei davon auszugehen ist, dass in modernen Stranggiessanlagen ein möglichst grosses erzeugtes Programm an Querschnitten bearbeitet werden soll.
Die zur Lösung der gestellten Aufgabe führende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei kleinem Biegeradius des Strangbogens zum Zweck einer den Strang durch die Anlage ziehenden Kraft die Anzahl der angetriebenen Unterwalzen der Richtmaschine grösser ist als die Anzahl der im Bereich des Strangbogens liegenden angetriebenen Transportwalzen, wohingegen bei grossem Biegeradius des Strangbogens zum Zweck einer den Strang durch die Anlage schiebenden Kraft die Anzahl der im Bereich des Strangbogens liegenden angetriebenen Transportwalzen grösser ist als die Anzahl der Unterwalzen der Richtmaschine.
Eine Stahlstranggiessanlage derzeitiger Bauart wird einesteils durch den Werkstoff bestimmt, der zu vergiessen ist, und andernteils durch die Abmessungen des Strangquerschnittes. Werkstoff und Abmessungen sind Kriterien für die Länge des Giesssumpfes und ausgehend von einer bestimmten Kühlwirkung für das Strangschalenwachstum. Die Empfindlichkeit des sich bildenden Gefüges erfordert Rücksichtnahme, welcher Bogenradius der Strangführung angewendet werden darf. Gleichermassen bedeutet die Grösse des Bogens die Grundlage für die Anlagenkostenrechnung. Bei der Wahl des Bogens wird man deshalb davon ausgehen, ob es möglich ist, mit dem vorgegebenen Bogen den Strang einwandfrei auszubringen. Für jede Bogenstranggiessanlage treten demnach zwei Grenzfälle auf, nämlich ein kleiner Bogen und ein relativ grosser Bogen.
Wenn der Bogenradius festliegt, ist man gezwungen, sämtliche Giessquerschnitte mit einer solchen Anlage zu verarbeiten.
Der kleinste Bogen, der rechnerisch aus metallurgischen Gründen gewählt wird, sichert eine geringe Anlagenbauhöhe. Er kann jedoch nicht verhindern, dass dadurch für alle Querschnitte eine Sumpfstrecke entsteht, die jeweils bis weit in die Richtmaschine reicht. Bezogen auf das Abkühlen des Stranges lässt sich bei einem kleinen Biegeradius so wenig die Abkühlgeschwindigkeit verändern wie bei einem grösseren Radius, gleiche Kühlintensitäten vorausgesetzt. Der Giesswerkstoff selbst bestimmt die metallurgisch mögliche Abkühlung, wenn eine ordnungsgemässe Gefügebildung ablaufen soll, d. h. wenn Ausschuss verhindert werden soll. Der Nachteil des kleinen Bogens besteht deshalb in jedem Fall darin, dass wegen der Kürze der Bogenstrecke im Bereich des Bogens eine geringe Strangschalenbildung
<Desc/Clms Page number 3>
hingenommen werden muss.
Der Giessstrang einer Bogenanlage mit geringstem Bogenradius muss also im
Bereich des Bogens äusserst behutsam behandelt werden. Das bedeutet, im kurzen Bogen kaum
Transportkräfte übertragen zu können.
Gemäss der Erfindung löst man diese Schwierigkeit dadurch, dass die Anzahl der angetriebenen
Unterwalzen der Richtmaschine grösser ist als die Walzen der Transportmaschine, deren Walzen jedoch trotzdem schon vor dem Wendepunkt zur Horizontalen anzusetzen sind. Im Bereich dünner
Strangschale stützt man deshalb den Strang im Bereich nach der Durchlaufgiessform und überträgt langsam sich steigernde Treibkräfte. Ein kleiner Biegeradius kann aber weder für alle Abmessungen noch für alle Werkstoffe verwendet werden. Obwohl geringe Bauhöhen stets anzustreben sind, lassen sich beispielsweise Brammenquerschnitte nicht schroff zweimal hinter der Durchlaufgiessform biegen.
Für solche Fälle ist es deshalb vorteilhaft, den relativ grossen Biegeradius vorzusehen. Dieser bringt aber eine grössere Bauhöhe mit sich, also analog höhere Anlagenkosten. Der Fachmann ist bestrebt, diese Mehrkosten wieder einzusparen.
Die Einsparung der Mehrkosten gelingt auf Grund der Erfindung. Danach sieht man bei grossem Biegeradius vor, dass die Zahl der angetriebenen Unterwalzen der Richtmaschine kleiner ist als die Zahl der angetriebenen Unterwalzen der Transportmaschine, wobei bereits vor dem Wendepunkt zur Horizontalen Transportwalzen angeordnet werden können. überraschenderweise liegen beim grösseren Biegeradius andere Verhältnisse des Strangschalenwachstums vor. Dieses ist, gemessen auf dieselbe horizontale Strecke von der Achse der Durchlaufgiessform bis zum Tangentenpunkt der Horizontalen wesentlich grösser als bei einem kleineren Biegeradius. Dadurch können die Transportwalzen vorverlegt werden, d. h. die Transportstrecke kann auf Kosten der Richtstrecke vergrössert werden.
Die Erfindung macht sich deshalb den Vorteil zunutze, die bei grösserem Bogenradius vorhandene dickere Strangschale fester anzufassen, so dass der Strang durch den Bogen bzw. durch die weitere Anlage geschoben wird.
Transportkräfte lassen sich bei entsprechend grösserer Bogenlänge (Sehnenlänge) auf eine Mehrzahl von Transportwalzen verteilen. Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, bei grösserem Bogen eine kleinere Richtkraftwirkung aufbringen zu müssen als bei kleinem Bogen, da der Strang weniger schroff zu biegen ist und weniger schroff zurückgebogen werden muss. Erforderlichenfalls kann jedoch auch eine Aufteilung der gesamten Transportkraft auf eine grössere Anzahl von Transportwalzenpaaren günstig sein, derart, dass eine Vielzahl von verhältnismässig kleinen Einzelkräften entsteht.
Solche kleinen Einzelkräfte beanspruchen die Strangschale nicht übermässig und stellen eine vorteilhafte Massnahme dar, einen teilweise im Querschnitt über der Warm-Verformbarkeitsgrenze liegenden Strant mit hoher Temperatur ohne Gefügeschäden transportieren und richten zu können.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert : Zum besseren Verständnis ist jeweils ein Beispiel für einen kleinen Biegeradius (Fig. l) und für einen grossen Biegeradius (Fig. 2) dargestellt, das Prinzip der Erfindung könnte jedoch auch an Hand einer einzigen Darstellung beschrieben werden. Beide Figuren stellen Seitenansichten der Bogenstranggiessanlage dar, wobei der Giessstrang mittels eines Achsenschnittes gezeigt ist.
Die angetriebenen Transportunterwalzen sind sinnbildlich mit einem Kreuz dargestellt, dessen gegenüberliegende Quadranten schwarz ausgefüllt gezeichnet sind.
Der in beiden Beispielen der Fig. l und 2 aus schwingenden Durchlaufgiessformen tretende Giessstrang-2-wird in einem weiter nicht dargestellten Führungs-bzw. Stützwalzengerüst geformt und ausserdem von aussen gekühlt. Gemäss Fig. l bildet der Bogen--2a--den Teil des Giessstranges, der mit Bezugnahme auf die Bogenlänge ein langsames Schalenwachstum aufweist. Die Durcherstarrung des Strangkernes--2b--, d. h. des flüssigen Teiles, ist deshalb erst bei--24--abgeschlossen. Wegen des geringen Strangschalenwachstums in dem relativ kurzen Strangbogen--2a-und in dessen
EMI3.1
Als wesentliches Merkmal der Erfindung fügt sich an die vor und im Wendepunkt-6angreifenden Transportwalzen--7--nachfolgend an der Horizontalen eine weitere Unterwalze - an, welcher die Stützwalze-10-gegenüberliegt, die ebenfalls mittels eines Kolbentriebwerkes an den Strang--2--so weit anstellbar ist, dass der Strang gerade in seiner vorgeschriebenen Bahn läuft, ohne jedoch eine Verformung notwendig zu machen. Anschliessend an
<Desc/Clms Page number 4>
diese Einheit der einzeln angetriebenen Transportunterwalzen--3, 7 und 9--folgen eine Reihe von auf die Stranglänge eingestellten Richtwalzen die verhindern, dass der Strang--2--seine ihm aufgezwungene Bogenform beibehält. Richtkräfte im Sinne einer anpressbaren Walze üben diese Walzen--11--nicht aus.
Die eigentliche Richtmaschine bildet deshalb ebenfalls einzeln angetriebene
Unterwalzen--12 bis 16--, denen jeweils einzelne anstellbare Richtwalzen-17 bis 21-- gegenüberliegen. Jede der Richtwalzen wird mittels eines Kolbentriebwerkes--5--derart an den
Strang --2-- gepresst, dass dieser nun endgültig geradlinig gestreckt verläuft. Dabei werden grössere
Kräfte angewendet als es notwendig ist, den Strang im Bogen --2a-- zu stützen.'
Die Grösse der Richtkräfte gestattet mittels der einzeln angetriebenen Unterwalzen--12 bis
16--, den Strang durch die Anlage zu ziehen.
Demgegenüber bietet das Gegenbeispiel in Fig. 2, bei welchem der Bogen--2a--im Radius wesentlich grösser gehalten ist, eine andere Aufteilung der Richt-und Transportkräfte. Im wesentlichen, übertragen die Transportunterwalzen--3--in einer grösseren Anzahl vor dem Wendepunkt--6zur Horizontalen die Transportkräfte, wobei wieder einzeln anstellbare Oberwalzen --4-- mit Kolbentriebwerken--5--in der gleichen Anzahl wie die Unterwalzen vorhanden sind. Die Transportstrecke zwischen Durchlaufgiessform und Horizontaler ist demnach vorverlegt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegen, wie bereits erläutert, der Punkt--24--der Durcherstarrung mit Bezugnahme auf Fig. l vor dem analogen.
In den Wendepunkt--6--zur Horizontalen rücken die Richtwalzen--11--auf, so dass nunmehr auch die Richtwalzen--12 bis 14-- näher an der Durchlaufgiessform--l--liegen. Die sich ergebende Anlagenlänge erfährt somit eine Kürzung.
Der Erfindungsgegenstand bietet deshalb die Möglichkeit, Stranggiessanlagen unterschiedlicher Radien in gleichmässiger Wirtschaftlichkeit für unterschiedliche Giessquerschnitte auszuführen. Die Bedeutung der Erfindung reicht deshalb von der Kostensenkung bis zu einer günstigen metallurgischen Behandlung, um auch den einzelnen Giessmaterialsorten gerecht zu werden.