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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer Anzahl
zusammenwirkender Walz- oder Rollenelemente einer Stranggießanlage.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Stranggießanlage.
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Moderne
Stranggießmaschinen
für Stahl
bestehen aus einer Kokille, in der eine zunächst relativ dünne Strangschale
entsteht, sowie aus einer Strangführung, innerhalb der die noch
empfindliche Strangschale von Rollen gestützt und mit Spritzwasser gekühlt wird.
Einige der Strangführungsrollen sind
angetrieben und fördern
den Strang, der währenddessen
durcherstarrt, kontinuierlich aus.
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Üblicherweise
sind jeweils mehrere Strangführungsrollen,
nämlich
etwa fünf
bis fünfzehn,
gruppenweise in Segmenten zusammengefasst. Auch die Kokille kann
mit ein bis drei Fußrollen
ausgestattet sein, die zusammen mit der Kokille gewechselt werden.
Je nach der Geometrie des gegossenen Strangquerschnitts sind die
Strangführungsrollen
entweder nur auf den Breitseiten (Los- und Festseite) angeordnet
(z. B. bei Dünnbrammenanlagen)
oder sie unterstützen
zumindest im oberen Bereich der Gießmaschine den gesamten Umfang
des Gießformats
(z. B. in Block- und Vorblockanlagen).
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Bei
solchen Stranggießanlagen
ist es erforderlich, eine Anzahl zusammenwirkender Rollenelemente
relativ zueinander möglichst
präzise
auszurichten, wobei die Rollenelemente im ausgerichteten Zustand
einen Gießbogenabschnitt
für den
zu gießenden
Metallstrang bilden.
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Um
die mechanischen Belastungen der Strangschale besonders im oberen
Bereich der Gießmaschine
möglichst
gering zu halten, müssen die
Kokille und die Strangführungsrollen
möglichst genau
zueinander ausgerichtet sein. Die angestrebte Genauigkeit liegt
dabei im Bereich von Zehntel Millimetern, weil ansonsten besonders
beim Übergang von
der Kokille zu den ersten Strangführungsrollen Innenrisse entstehen
können,
was die Produktqualität
negativ beeinflusst und die Gefahr von Durchbrüchen birgt.
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Während die
Strangführungsrollen
innerhalb eines Segments bereits vor dem Einbau in der Werkstatt
zueinander ausgerichtet werden können,
können
die Segmente untereinander erst in der Stranggießanlage ausgerichtet werden.
Damit es nicht zu größeren Abweichungen
bei den Übergängen von
einem Segment zum nächsten
bzw. von der Kokille oder den Fußrollen zum ersten Segment
kommt, werden verschiedene Verfahren angewendet.
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Bei
Kreisbogen- oder Senkrechtabbiegeanlagen werden dazu häufig Ausrichtlineale
verwendet. Der obere senkrechte Bereich einer Anlage bzw. reine
Senkrechtanlagen können
auch mit einem Lot ausgerichtet werden. In beiden Fällen besteht
die Schwierigkeit darin, innerhalb der Strangführung in beengten Platzverhältnissen
den Spalt zwischen dem Lineal bzw. dem Lot und der jeweiligen Strangführungsrolle
mit der notwendigen Genauigkeit zu bestimmen.
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Aus
der
DE 37 26 471 A1 ist
eine Lösung
bekannt, bei der zur Bestimmung des Verschleißes an Eingusskokillen für Stranggießanlagen
sowie zur Messung des Bahnfehlers der sich an die Kokille anschließenden Fußrollen
bzw. Strangrollen ein schablonenartiger Grundkörper in der Kokille in Stellung gebracht
wird, wobei eine unverschlissene Referenzfläche der Kokille als Anlagefläche und
damit als Basis für
die Ausrichtung eines Messgerätes
dient. Eine mit der Sollkontur der Gussbahn übereinstimmende Bezugsfläche dient
als Basis für
einen darauf verschieblichen Messkörper, der durch Längsverschiebung
ein Abtasten und damit ein Ausmessen der Kokille und der sich anschließenden Rollen
gestattet.
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Die
DE 27 20 116 A1 schlägt eine
Messeinrichtung zur Bestimmung der Lage der Strangführung in
einer Stranggießanlage
mit mindestens teilweise gebogener Strangführung vor, wobei an Messpunkten
der Strangführung
Lote anbringbar sind, die die Lage der Messpunkte in eine horizontale
Messebene projizieren. Dabei werden entlang der Strangführung an
mehreren Koordinaten-Messpunkten auf die Solldistanz zwischen dem
jeweiligen Messpunkt und der Messebene geeichte Lote eingebracht.
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Ferner
sind verschiedene Lösungen
bekannt, bei denen zur Vermessung der Lage von Rollen bzw. Walzen,
auch bei Stranggießanlagen,
Entfernungssensoren eingesetzt werden, die aus der Ermittlung diverser
Distanzen zwischen Messpunkten auf die Genauigkeit der Lage der
Rollen bzw. Walzen schließen.
Entsprechende Vorschläge
sind aus der
JP 62161447
A , aus der
JP
06307937 A , aus der
EP 0 868 649 B1 , aus der
EP 0 075 550 B1 , aus der
JP 04033758 A ,
aus der
JP 57039067
A , aus der
JP 04069509
A , aus der
JP
04022548 A , aus der
JP 59191555 A , aus der
JP 2000263193 A , aus der
US 5,771,100 und aus der
US 5,715,062 bekannt.
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Allen
vorbekannten Lösungen
ist gemein, dass es angesichts der räumlichen Enge in der Stranggießanlage
schwierig ist, in einfacher Weise eine genaue Lageortung der Walzen
bzw. Rollen unterhalb der Kokille vorzunehmen. Jedenfalls sind die vorgeschlagenen
und vorbekannten Messsystemen relativ aufwändig und damit teuer.
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Um
einen optimalen Abgleich der einzelnen Positionen eines Walz- oder
Rollenelements (Idealposition-Messung-Kontrolle) zu erreichen, ist
ein sehr hoher Aufwand erforderlich. Typischerweise dauert die Ausrichtung
aller Rollenelemente einer Stranggießanlage ca. zwei Wochen. Außerdem können fehlerhafte
Ausrichtungen nicht immer gänzlich vermieden
werden, was in der Folge Qualitätsprobleme
und Produktionseinschränkungen
verursacht. Entsprechend hoch sind die Folgekosten einer unzureichenden
Ausrichtung der einzelnen Rollenelemente der Stranggießanlage.
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Der
Erfindung liegt im Lichte der vorstehend beschriebenen Lösungen für das Ausrichten
der Walz- oder Rollenelemente einer Stranggießanlage die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so
fortzubilden, dass die genannten Nachteile behoben werden. Das Ausrichten
bzw. Nachrichten von Rollen und Walzen bzw. von Segmenten soll also
erheblich einfacher und dennoch in genauer Weise möglich sein.
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Diese
Aufgabe wird durch die Erfindung verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass
ein Messelement zur Messung des vertikalen Abstandes zu der Oberfläche eines
Walz- oder Rollenelements oder eines mit diesem verbundenen Referenzpunkts
bewegt wird, vorzugsweise in horizontaler Richtung, und der Abstand
zu einer Anzahl Walz- oder Rollenelementen bzw. Referenzpunkten
sowie die zugehörige
horizontale Position des Messelements ermittelt und gegebenenfalls
in einem Speichermittel abgespeichert wird. Eine Ausgestaltung der
Erfindung sieht vor, dass das Messelement keine horizontale lineare
Bewegung, sondern eine Schwenkbewegung um eine feste Position ausführt. Hierbei
kann aus der Kombination des gemessenen Abstandes mit dem jeweiligen
Schwenkwinkel auf die Position der Stranggießrollen zurückgeschlossen werden. Möglich ist
auch eine Kombination einer linearen Bewegung mit einer Schwenkbewegung.
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Bevorzugt
ist dabei vorgesehen, dass das Messelement auf oder oberhalb einer
Stranggießkokille
bewegt wird (Linearbewegung oder Winkelbewegung). In Abhängigkeit
des Messergebnisses kann eine Verstellung der Walz- oder Rollenelemente so
erfolgen, dass die gemessenen Abstände bestmöglich mit vorgegebenen Werten übereinstimmen.
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Die
erfindungsgemäße Stranggießanlage mit
einer Anzahl zusammenwirkender Walz- oder Rollenelemente zeichnet
sich erfindungsgemäß aus durch
ein verfahrbares Messelement zur Messung des vertikalen Abstandes
zu der Oberfläche
eines Walz- oder Rollenelements oder eines mit diesem verbundenen
Referenzpunkts, wobei das Messinstrument eine lineare Bewegung in
horizontaler Richtung und/oder eine Schwenkbewegung ausführt.
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Dabei
ist bevorzugt vorgesehen, dass das Messgerät ein Laser-Abstandssensor
oder alternativ ein Ultraschall-Abstandssensor ist.
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Mit
Vorteil ist das Messelement auf einer Linearführung angeordnet. Dabei erlaubt
die Linearführung
bevorzugt eine Positioniergenauigkeit des Messelements von mindestens
einem Zehntel Millimeter. Das Messelement ist bevorzugt auf oder
oberhalb der Stranggießkokille
angeordnet ist.
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Der
Erfindungsvorschlag kommt auch und bevorzugt zum Einsatz, wenn mehrere
Walz- oder Rollenelemente in einem Segment angeordnet sind.
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Das
Erfindungskonzept stellt also darauf ab, dass die Ausrichtung der
Segmente oder die Übergänge zwischen
den Segmenten bzw. von der Kokille zum ersten Segment von einem
Standpunkt außerhalb
der Strangführung überprüft werden
kann. Dazu wird ein Sensor auf einer Linearführung montiert und einmal oder
mehrmals senkrecht zur Gießrichtung quer über die
Kokille bewegt.
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Voraussetzung
ist es dabei, dass die Segmentrollen innerhalb eines Segments mit
hinreichender Genauigkeit zueinander ausgerichtet sind und dass
die Maulweite zuvor in jedem Segment richtig eingestellt wurde,
was in der Werkstatt bei der Herstellung des Segments erfolgt.
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Der
verwendete Sensor muss in der Lage sein, den Abstand zu einer Oberfläche einer
Walze bzw. Rolle mit einer Genauigkeit von mindestens einem Zehntel
Millimeter zu messen. Zumeist ist ein Messbereich von bis zu 20
Metern erforderlich, für die
Ausrichtung des oberen Bereichs der Stranggießmaschine genügt zumeist
ein Messbereich von 3 Metern. Wie oben erwähnt, sind berührungslos
arbeitende Sensoren, wie z. B. Laser-Abstandssensoren oder Ultraschallsensoren,
bevorzugt. Lasermesssysteme verfügen über ein
hochpräzises
Messsystem, das in der Lage ist, eine Abstandsmessung mit hoher Genauigkeit
vorzunehmen. Die Distanzen werden durch elektronische Distanzmessung
ermittelt. Dabei wird entweder die Laufzeit oder die Phasenverschiebung
eines ausgesandten und im Zielpunkt reflektierten Laserstrahles
gemessen. Das Licht der Trägerwelle
des Laserstrahls liegt meist im infraroten Bereich oder im nahen
Infrarot des Lichtspektrums. Die Reflexion des Laserstrahls im Zielpunkt
erfolgt entweder direkt an der Oberfläche des anvisierten Objekts
oder in einem anvisierten Prisma (Referenzpunkt). Die Messwertermittlung
hinsichtlich Richtung und Distanz erfolgt auf elektronischem Wege.
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Die
Genauigkeit der Messungen hängt
von der Genauigkeit der verwendeten Linearführung ab oder von der Genauigkeit,
mit welcher die Winkelposition des Messgerätes ermittelt werden kann.
Damit die Ausrichtung der Segmente mit einer Genauigkeit von wenigen
Zehntel Millimetern überprüft werden kann,
muss die Position des Sensors an jedem Ort ebenfalls mit einer Genauigkeit
mit mindestens einem Zehntel Millimeter bekannt sein. Entsprechende Linearmaßstäbe mit derartigen
Genauigkeitsanforderungen sind bekannt und verfügbar. Für eine Winkel messung stehen
hochgenaue Winkelsensoren oder Neigungsmessgeräte zur Verfügung.
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Mit
der vorgeschlagenen Vorgehensweise und Ausstattung ist es möglich, in
wesentlich vereinfachter und schnellerer Weise einzelne Walz- oder Rollenelemente
einer Stranggießvorrichtung
und namentlich deren Segmente zu justieren, so dass sie in einer
optimalen Position relativ zueinander zu liegen kommen.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine
Stranggießanlage
in der Seitenansicht mit der Darstellung einiger der Komponenten der
Anlage.
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In
der Figur ist eine Stranggießanlage 1 skizziert.
Flüssiges
metallisches Material tritt vertikal nach unten aus einer Kokille 6 aus
und wird entlang eines Gießbogenabschnitts 8 allmählich von
der Vertikalen V in die Horizontale H umgeleitet.
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Der
Gießbogenabschnitt 8 wird
durch eine Anzahl Rollenelemente 2, 3, 4 gebildet,
die so relativ zueinander ausgerichtet sind, dass sie den Gießbogenabschnitt 8 bilden.
Die mit Bezugsziffern bezeichneten und auch die nicht mit Bezugsziffern
bezeichneten Rollenelemente 2, 3, 4 sind
in nicht dargestellten Segmenten angeordnet, wobei eine Anzahl Segmente
zusammenwirkend aneinander angrenzend angeordnet sind. Direkt unterhalb
der Kokille 6 ist ein Paar Fußrollen 2 angeordnet.
Darunter befindet sich ein erstes Segment, das unter anderem die
Rollen 3 und 4 trägt. Die Rollenelemente 3 und 4 stellen
also Strangführungsrollen
dar, die den gegossenen Strang in die Horizontale H umlenken.
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Oberhalb
der Kokille 6 ist eine Linearführung 7 angeordnet
(die sich über
den skizzierten Bereich weiter nach rechts fortsetzen kann), die
waagrecht ausgerichtet ist, d. h. die Führung 7 erstreckt
sich in horizontale Richtung H. Auf einem auf der Linearführung 7 linear
beweglichen Schlitten ist ein Messgerät 5 in Form eines Laser-Abstandsmessers
angeordnet. Das Messgerät 5 ist
in der Lage, einen Abstand a zu messen, der zwischen dem Messgerät 5 und
der Oberfläche
eines Rollenelements 2, 3, 4 vorliegt.
Im Ausführungsbeispiel
ist dargestellt, wie das Messgerät 5 den
Abstand a misst, der zur Oberfläche
der Strangführungsrolle 4 vorliegt.
Dabei wird nicht nur der Abstand a, sondern auch die zugehörige horizontale
Position h ermittelt, die das Messgerät 5 in horizontale
Richtung H betrachtet von einem (willkürlich definierten) Nullpunkt
entfernt ist.
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Es
ergeben sich also für
alle Berührpunkte zwischen
einer Rolle 2, 3, 4 und dem gegossenen Metallstrang
Wertepaare (a, h) für
die Koordinaten der Berührpunkte.
Diese Koordinaten können
in einer nicht dargestellten Speichereinheit abgespeichert werden.
Dort können
auch die Soll-Werte für
die jeweiligen Koordinaten hinterlegt sein, so dass durch Vergleich
mit den Ist-Werten festgestellt werden kann, ob eine Abweichung
zwischen den gemessenen und den Soll-Werten vorliegt. Gegebenenfalls kann
auch die jeweilige Abweichung berechnet werden, so dass ein Nachjustieren
der entsprechenden Rollen vorgenommen werden kann.
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Aus
der Kenntnis der gemessenen Abstände a
vom Messgerät 5 (Sensor)
zu den Oberflächen
der Segmentrollen bzw. der Kokille 6 kombiniert mit der jeweiligen
Messposition und der Sollgeometrie der Stranggießmaschine (Anordnung und Abmessungen der
Kokille, Fußrollen
und Segmentrollen) lässt
sich also die Ausrichtung des Übergangs
von der Kokille 6 bzw. den Fußrollen 2 zum ersten
Segment und zwischen allen Segmenten, die von oben durch die Kokille 6 bzw.
bei ausgebauter Kokille 6 durch die Ausbauöffnung sichtbar
sind, überprüfen und
ggf. korrigieren. Wegen der Einfachheit der Messung und des Messaufbaus
kann diese Überprüfung sowohl
nach dem Austausch einzelner Segmente bei einem längeren Stillstand
als auch zwischen einzelnen Sequenzen durchgeführt werden.
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Die
bevorzugte Bauform für
die Messvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel
besteht darin, auf der Linearführung 7 einen
Laser-Abstandssensor zu montieren.
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Die
Linearführung 7 wird
reproduzierbar auf die Kokille 6 aufgesetzt und der Sensor 5 mindestens einmal
quer über
die Kokille 6 – also
in horizontale Richtung H – bewegt,
wozu nicht dargestellte Antriebsmittel zum Einsatz kommen. Aus den
ermittelten Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Werten kann die
Ausrichtung der Strangführung
und der Kokille festgestellt werden.
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Eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
des erfindungsgemäßen Konzepts
und der beschriebenen Messeinrichtung besteht darin, den Taper der Schmalseiten
von Brammen- oder Dünnbrammengießanlagen
vor dem Gießen
zu überprüfen und
einzustellen. Die geschieht nach dem Stand der Technik mit Inklinometern,
auf die bei Einsatz des erfindungsgemäßen Konzepts verzichtet werden
kann.
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- 1
- Stranggießanlage
- 2
- Walz-
oder Rollenelement (Fußrolle)
- 3
- Walz-
oder Rollenelement
- 4
- Walz-
oder Rollenelement
- 5
- Messgerät
- 6
- Stranggießkokille
- 7
- Linearführung
- 8
- Gießbogenabschnitt
- a
- Abstand
- H
- horizontale
Richtung
- V
- vertikale
Richtung
- h
- horizontale
Position