DE10033307C2 - Verfahren und Einrichtung zum Gießen eines metallischen Endlosstranges - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Gießen eines metallischen EndlosstrangesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines metallischen Endlosstranges,
insbesondere aus Stahl, in einer Stranggießanlage mit einander gegenüberliegenden
Gerüstteilen, die mit Lagern bestückt sind, in denen Führungsrollen gelagert sind, und
mit Aktuatoren, mit denen die Maulweite der jeweils zugeordneten Rollen stufenlos
einstellbar ist, sowie eine hierzu erforderliche Stranggießeinrichtung.
Beim Stranggießen von Rechteckformaten wird die Maulweite, d. h. der lichte Abstand
zwischen zwei sich gegenüberliegenden Rollen, entsprechend dem Schrumpfverhalten
des zur Bramme oder zum Block geformten Stranges über die Maschinenlänge
eingestellt. Bei der sogenannten Softreduktion wird die Maulweite über das
Schrumpfverhalten des Stranges hinaus enger eingestellt, um im Bereich der
Resterstarrung eine Verbesserung der Innenqualität, insbesondere der Bramme zu
erreichen. Da die Position der Sumpfspitze, in der die Resterstarrung stattfindet, sich
während des Betriebes ändern kann, ist noch eine Anpassung des lichten
Rollenabstandes während des Gießprozeßes erwünscht.
Aus US 4131154 (EP 0 618 024) ist eine Strangführung an Stranggießanlagen für die
Erzeugung von Brammen, insbesondere nach dem Gießwalzverfahren bekannt, mit
unterschiedlichen Strangdicken einstellbaren, paarweise gegenüberliegenden Rollen,
die an durch Zuganker verbundenen Rahmen- oder Gerüstteilen der Strangführung
gelagert und bei denen im Kraftfluß zwischen oberen und unteren Rahmenteilen
Distanzstücke eingelegt sind. An den Rahmenteilen ist ein Ringkolben vorgesehen, der
kraftschlüssig das Distanzstück trägt und der Stellweg des Ringkolbens ist derart
bemessen, daß dieser im druckentlastenden Zustand die Gerüstteile auf einen Abstand
der Rollen fixiert, der der gewünschten Strangdicke entspricht. Die Strangführung ist
damit in der Lage, insbesondere beim Gießwalzen von Dünnbrammen im teilerstarrten
Bereich die Führungsrollen in drei definierte Positionen einzustellen.
Aus EP 0 545 104 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen von.
Brammen oder Blöcken in einer Stranggießanlage mit Soft-Reduction-Strecke bekannt,
die einzeln oder als Segment mittels Hydraulikzylinder gegeneinander anstellbare und
mittels Spindeln im lichten Abstand zueinander stufenlos einstellbare Rollen aufweist,
wobei die Spindeln lastreduziert auf ein gewünschtes Maulweitenmaß verfahren
werden.
Während im erstgenannten Dokument ausschließlich der Weg, also der Abstand der
Gerüstteile und damit mittelbar die lichte Weite der Rollen berücksichtigt wird, findet im
zweiten Dokument die zum Zusammendrücken des Stranges erforderliche Kraft bereits
eine Berücksichtigung. In einem Ausführungsbeispiel werden die als Spindeln
ausgestalteten Zuganker auf Druckmeßdosen abgestützt. In einem weiteren Beispiel
wird der Hydraulikdruck der Anstellzylinder erfaßt. Den beiden Ausführungsformen wird
aber ausschließlich die Kraft nur indirekt erfaßt, wobei regelmäßig noch ein
mathematisches Modell zugrundegelegt wird, um die Verhältnisse in der Strangschale
nachzubilden.
In dem System des Kraftflußes, das von der Rolle über seine gesamte Länge, die
Lager, in denen die Rollen geführt sind, die Gerüstteile, auf denen sich die Lager
abstützen und die Zuganker, die mechanisch oder hydraulisch bewegt werden, sind
eine Reihe von Fehlermöglichkeiten vorhanden, die Einfluß auf die auf den Strang
ausgeübte Kraft und damit auf seine Qualität besitzen.
Die Erfindung hat daher zum Ziel, ein Verfähren und eine entsprechende Einrichtung
zu schaffen, mit dem zur Herstellung von Brammen bzw. Blöcke höchster Qualität und
Formgenauigkeit die tatsächlichen Kraft- und Lageverhältnisse an der Kontaktfläche
zwischen Rolle und Strang erfaßt werden können.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und
des Vorrichtungsanspruchs 7. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird die in den für die Lagerung der Rollen vorgesehenen Lagern
auftretende Druckkraft erfaßt und einer Recheneinheit zugeführt. Bei
Brammenstranggießanlagen sind häufig geteilte Rollen eingesetzt, so daß mindestens
ein Mittenlager vorhanden ist.
Die in den Lagern erfaßten Meßwerte werden bezüglich ihrer Höhe verglichen und in
der Recheneinheit verarbeitet. Hierbei wird mindestens der höchste Wert als Leitgröße
zur Steuerung folgender für den Stranggießprozeß wesentlichen Maßnahmen
verwendet:
- - zur angepaßten Einstellung der Maulweite, d. h. zur gewollten lichten Weite der Rolle in Abhängigkeit ihrer Lage im Strangführungsgerüst und der Lage der aktuellen Position der Sumpfspitze
- - zur Regelung der Gießgeschwindigkeit
- - zur Beeinflussung der Kühlwassermenge und zwar einmal für die Kühlung der Rollen bzw. der Lager und/oder der Menge des Spritzkühlwassers
- - zur Einstellung der Schmelzenmengenzufuhr durch Berücksichtigung der Schmelzenhöhe im Tundish und insbesondere durch Einstellung der Abflußmenge aus dem Vorratsgefäß bzw. der Pfanne
- - zur Einstellung der Gießpulvermengenzufuhr
- - zur Anpassung der Kokillenoszillation.
Um das Gesamtsystem nicht instabil werden zu lassen, wird aus den angeführten
Einflußmöglichkeiten im wesentlichen ein Wert als Hauptsteuergröße ausgewählt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird neben der Druckkraft in den Lagern die
aktuelle Temperatur erfaßt.
Als weitere Sollvorgaben werden dem Rechner die Schmelzentemperatur, das
Stranggießformat, die Schmelzenqualität und die per automatischer Vorgabe ermittelte
Strangschalendicke zur Verfügung gestellt. Durch die schnelle und exakte Erfassung
der Verhältnisse im Nahbereich des Systems Bramme/Rolle können die in den Lagern
aufgenommenen Werte unmittelbar und in hoher Geschwindigkeit der Recheneinheit
zugespielt werden. Hier werden diese Meßwerte in einer vorteilhaften Ausgestaltung in
Abhängigkeit der Zeit und/oder der Position in ihrer Erfassung aufgenommen und hoch
aktuell zur Steuerung der einzelnen Aktuatoren verarbeitet.
Die Fülle der Daten ist beliebig einstellbar. Um die Datenflut einzudämmen und
dennoch den aktuellen Zustand nahezu komplett zu erfassen, wird in einer weiteren
vorteilhaften Ausgestaltung vorgeschlagen, die Meßwerte in Abhängigkeit der Rotation
der einzelnen Rollen getaktet dem Rechner zuzuführen. Als besonders vorteilhaft wird
eine Meßwertweitergabe alle 9 bis 12 Winkelgrade der sich drehenden Rolle
vorgesehen.
Unabhängig von den Meßwerten der Kraft und/oder der Temperatur kann die
Durchbiegung der einzelnen Gerüste, insbesondere des Unter- bzw. Oberjoches erfaßt
und bei der Bestimmung der effektiven Druckkraft in den Lagern berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung werden je Lager mindestens zwei Kraftelemente
installiert. Auf diese Weise wird es möglich, die exakte Lage des dort vorherrschenden
Kraftvektors zu erfassen.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die
Fig. 1 Die Draufsicht auf ein Gerüst
Fig. 2 Die Draufsicht auf ein Lager
Die Fig. 1 zeigt ein oberes Gerüst 11, welches über Zuganker 13, 14 mit einem
unteren Gerüstteil 12 verbunden ist. Im linken Teil der Figur ist der Zuganker 13
hydraulisch betätigt und dabei mit einem Aktuator 51 verbunden. Im rechten Teil der
Fig. 1 ist der Zuganker 14 mechanisch betätigbar und an einen Aktuator 52
angeschlossen.
Das obere Gerüstteil ist mit einer einteiligen Rolle 21 verbunden, die in Außerlagern 24
gelagert ist.
Das untere Gerüstteil weist eine sogenannte geteilte Rolle auf, mit einer ersten
geteilten Rolle 22 und einer zweiten geteilten Rolle 23. Die Rolle 22, 23 ist in
Außerlagern 24 und in einem Mittenlager 25 gelagert.
Zwischen den Rollen 21 und 22, 23 befindet sich eine Bramme B, die einen
Schalenkasten K aufweist, der die Schmelze S umhüllt.
In den Außenlagern 24 und im Mittenlager 25 sind Kraftmeßelemente 41 bzw. 42
vorgesehen, die über Meßleitungen 46 und 47 mit einer Recheneinheit 31 verbunden
sind.
Im Mittenlager 25 ist darüber hinaus ein Temperaturmeßelement 45 vorgesehen,
welches über eine Meßleitung 49 mit der Recheneinheit 31 verbunden ist. Weiterhin ist
im unteren Gerüst 12 ein zweites Kraftelement 44 angeordnet, das über eine
Meßleitung 48 an die Recheneinheit 31 angeschlossen ist.
Die Recheneinheit ist über Steuerleitungen 61 bis 67 zur Einstellung der Aktuatoren:
- - 51 bzw. 52 der Maulweite
- - 53 der Rollendrehzahl
- - 54 der Kühlwassermenge
- - 55 des Absperrelementes Schmelze
- - 56 der Oszillation
- - 57 des Absperrelementes Gießpulver
verbunden.
Im rechten oberen Teil ist skizzenhaft ein Vorratsbehälter 71 aufgeführt, an dessen
Boden ein Tauchausguß 22 angeordnet ist, über den die Schmelze S über ein
Absperrelement 73 steuerbar zu einer Kokille 74 geleitet wird. Die Kokille 74 wird über
eine Kokillenoszillation 75 zur Schwingung angeregt.
Der obere offene Teil der Kokille 74 ist mit einem Gießpulverbehälter 76 verbunden, an
dem ein Absperrelement 77 vorgesehen ist.
Die Fig. 2 zeigt das untere Gerüstteil 12, auf dem das Lager 24 oder 25 befestigt ist.
Die nicht weiter dargestellte Rolle 21-23 ist über einen Rollenzapfen 26 in
Wälzlagerrollen gelagert.
Im Gehäuse des Lagers 24 bzw. 25 sind am Umfang verteilt mindestens zwei
Kraftmeßelemente 42, 43 angeordnet. Diese Kraftmeßelemente sind regelmäßig aus
dem Meßstreifen ausgestaltet. Im vorliegenden Fall ist die Anlage auf 2 Uhr bzw.
10 Uhr eingestellt. In dieser Weise kann die exakte Lage des Kraftvektors erfaßt
werden.
Darüber hinaus im Lagergehäuse 24 bzw. 25 vom äußeren Rand beabstandet ein
Temperaturelement 45 angebracht.
11
oberes Gerüstteil
12
unteres Gerüstteil
13
Zuganker hydraulisch
14
Zuganker mechanisch
21
Rolle
22
1. geteilte Rolle
23
2. geteilte Rolle
24
Außenlager
25
Mittenlager
26
Rollenzapfen
27
Wälzlager rollen
31
Recheneinheit
32
Differenziereinheit
41
Kraftmeßelement Außenlager
42
Kraftmeßelement Mittenlager
43
2. Kraftmeßelement
44
2. Kraftmeßelement Gerüst
45
Temperaturmeßelement
46
Meßleitung
41
47
Meßleitung
42
48
Meßleitung
44
49
Meßleitung
45
51
Aktuator Maulweite 1
52
Aktuator Maulweite 2
53
Rollendrehzahl
54
Kühlwassermenge
55
Absperrelement Schmelze
56
Oszillation
57
Absperrelement Gießpulver
61
zum Aktuator
51
62
zum Aktuator
52
63
zum Aktuator
53
64
zum Aktuator
54
65
zum Aktuator
55
66
zum Aktuator
56
67
zum Aktuator
57
71
Vorratsbehälter
72
Tauchausguß
73
Absperrelement Schmelze
74
Kokille
75
Kokillenoszillation
76
Gießpulverbehälter
77
Absperrelement Gießpulver
B Bramme
K Schalenkasten
S Schmelze
B Bramme
K Schalenkasten
S Schmelze
Claims (12)
1. Verfahren zum Gießen eines metallischen Endlosstranges, insbesondere aus
Stahl, in einer Stranggießanlage mit einander gegenüberliegenden Gerüstteilen,
die mit Lagern bestückt sind, in denen Führungsrollen gelagert sind, und mit Aktuatoren,
mit denen die Maulweite der jeweils zugeordneten Rollen stufenlos einstellbar ist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) die in den Lagern auftretende Druckkraft wird erfaßt und einer Recheneinheit zugeführt,
- b) die einzelnen Meßwerte einer Rolle oder eines gegenüber angeordneten Rollenpaares werden bezüglich ihrer Krafthöhe verglichen und
- c) mindestens der relativ höchste Wert wird als Leitgröße zur Steuerung
der Maulweit
und/oder der Gießgeschwindigkeit- und/oder Kühlwassermenge
und/oder Schmelzenmengenzufuhr
Gießpulvermengenzufuhr
und/oder Kokillenoszillation
eingesetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich zur Druckkraft die in den Lagern herrschende Temperatur erfaßt und der
Recheneinheit zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Recheneinheit die erfaßten aktuellen Ist-Werte mit in Abhängigkeit der
Position der jeweiligen Rolle im Gerüst vorgebbaren Soll-Werten betreffend:
der Gießgeschwindigkeit
und/oder der Schmelzentemperatur
und/oder des Strangformates
und/oder der Strangschalendicke
und/oder der Schmelzenqualität
verglichen werden.
der Gießgeschwindigkeit
und/oder der Schmelzentemperatur
und/oder des Strangformates
und/oder der Strangschalendicke
und/oder der Schmelzenqualität
verglichen werden.
4. Verfahren nach einem der o. g. Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Recheneinheit der Trend der Meßwerte in Abhängigkeit der Zeit und/oder
der Position ihrer Erfassung aufgenommen und zur Steuerung verarbeitet wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der o. g. Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Meßwerte in Abhängigkeit der Rotation der einzelnen Rolle getaktet der
Recheneinheit zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Meßwertweitergabe alle 9 bis 12 Winkelgrade der sich drehenden Rolle
erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchbiegung der einzelnen Gerüste erfaßt und bei der Bestimmung der
effektiven Druckkraft in den Lagern berücksichtigt wird.
8. Stranggießeinrichtung zum Gießen von metallischen Endlossträngen,
insbesondere aus Stahl, mit einander gegenüberliegenden Gerüstteilen, die mit
Lagern bestückt sind, in denen Führungsrollen drehbar gelagert sind und
Aktuatoren, die mit Zugankerteilen zur stufenlosen Einstellung der Maulweite der
jeweils zugeordneten Rollen verbunden sind, und einer Recheneinheit, die meß-
und steuerungsmäßig mit Meß- und Steuerelementen verbunden ist,
zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Lagern (24, 25) Meßelemente (41-43) zur Erfassung der Druckkraft
vorgesehen sind.
9. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß je Lager (24, 25) mindestens zwei Kraftmeßelemente (41, 42 bzw. 43)
vorgesehen sind, die in der Weise im Lager (24, 25) verteilt sind, daß die exakte
Lage des Kraftvektors erfaßbar ist.
10. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zu den Kraftmeßelementen (41-43) in einzelnen Lagern (24, 25)
Temperaturmeßelemente (45) vorgesehen sind.
11. Stranggießeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßelemente (41-45) an den Lagern (24, 25) zur Erfassung der Kraft
bzw. Temperatur über Meßleitungen (46-49) mit der Recheneinheit (31)
verbunden sind, die über Steuerleitungen (61-66) in Verbindung steht mit
Aktuatoren zur:
Maulweitenverstellung (51, 52)
und/oder Rollendrehzahl (53)
und/oder Kühlwassermenge (54) der Rollenkühlung bzw. Spritzwasserkühlung
und/oder einem Absperrelement (55) zur Regulierung des Schmelzenzufluß
und/oder einem Absperrelement (57) zur Regulierung der Gießpulverzufuhr
und/oder zur Oszillation (56) der Kokille (74).
Maulweitenverstellung (51, 52)
und/oder Rollendrehzahl (53)
und/oder Kühlwassermenge (54) der Rollenkühlung bzw. Spritzwasserkühlung
und/oder einem Absperrelement (55) zur Regulierung des Schmelzenzufluß
und/oder einem Absperrelement (57) zur Regulierung der Gießpulverzufuhr
und/oder zur Oszillation (56) der Kokille (74).
12. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kraft- und/oder Wegelement (44) zur Erfassung der Durchbiegung des Gerüstes (11, 12) vorgesehen ist, welches mit der Recheneinheit (31) in Verbindung steht, und
daß im Rechner (31) eine Differenziereinheit (32) vorgesehen ist, die die Meßwerte der Kraftmeßelemente (41-43) in den Lagern (24, 25) und die Elemente (44) zur Erfassung der Durchbiegung der Gerüste (11, 12) berücksichtigt.
daß ein Kraft- und/oder Wegelement (44) zur Erfassung der Durchbiegung des Gerüstes (11, 12) vorgesehen ist, welches mit der Recheneinheit (31) in Verbindung steht, und
daß im Rechner (31) eine Differenziereinheit (32) vorgesehen ist, die die Meßwerte der Kraftmeßelemente (41-43) in den Lagern (24, 25) und die Elemente (44) zur Erfassung der Durchbiegung der Gerüste (11, 12) berücksichtigt.
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