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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Metallstrangs in einer Stranggießanlage, wobei die Stranggießanlage eine Strangführung aufweist, die eine Anzahl von Strangführungssegmenten umfasst, wobei jedes Strangführungssegment auf beiden zu führenden Seiten des Metallstrangs einen Trägerrahmen aufweist, auf dem entlang der Förderrichtung aufeinander folgend eine Anzahl an Strangführungsrollen angeordnet sind. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Stranggießanlage.
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Das Stranggießen von metallischen Produkten ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die Umlenkung des gegossenen Stanges von seinem vertikalen Austritt unterhalb der Kokille in die Horizontale erfolgt mittels einer Strangführung. Die Strangführung ist aus einer Anzahl Strangführungssegmenten aufgebaut, die jeweils zwei zusammenwirkende Trägerrahmen aufweisen, die beiderseits des Metallstrangs angeordnet sind. Im Trägerrahmen sind Strangführungsrollen gelagert, die in eine Zustellrichtung senkrecht auf die Strangoberfläche angestellt werden können, um so in ihre richtige Lage gefahren zu werden, in der sie den Metallstrang kontaktieren und auf ihn eine (Umform-)Kraft aufbringen.
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Als Folge der Phasenumwandlung von flüssig nach fest kommt es bei der Erstarrung des gegossenen Materials zu einem Volumenschwund. Dieser Volumenschwund führt dazu, dass Schmelze vom Gießspiegel nach unten nachfließen muss. Die Geschwindigkeit der nachströmenden Schmelze (d. h. die sog. Sekundärströmung) kann bis zu 10% der Gießgeschwindigkeit betragen. Das Nachfließen von Schmelze führt zu unerwünschten Seigerungen. Es wird dabei angestrebt, durch Vermeidung dieser Sekundärströmung strömungsbedingte Seigerungen zu reduzieren.
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Durch die Reduzierung der Höhe des Strangquerschnitts kann die Sekundärströmung unterdrückt werden. Die Reduzierung der Höhe des Strangquerschnitts ist von der Zunahme der Strangschalendicke und somit von den Abkühlbedingungen des Stranges abhängig. Unter der Annahme, dass die Erstarrung dem Wurzel-t-Gesetz folgt, bedeutet dies, dass zu Beginn die Stranghöhe stark reduziert werden muss und mit zunehmender Erstarrungszeit die Reduzierung zurückgenommen werden muss. Jedoch erfolgt dies nur bis zu dem Ort, an dem keine Nachspeisung erfolgt (sog. Point of CMD – Critical Mushy Diameter). Ab hier muss die Reduzierung so eingestellt werden, dass keine Saugströmung (tertiäre Strömung) auftritt, die die Ursache für sog. V-Seigerungen ist. Die genaue Reduzierung der Stranghöhe über die Stranglänge kann mit Hilfe eines Erstarrungsmodells errechnet und als Sollwertvorgabe für die Führungssegmente genutzt werden.
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Dieses Vorgehen ist beispielsweise in dem Beitrag von
R. Thome et al., „Soft Reduction von Knüppeln auf der Stranggießanlage SO der Saarstahl AG" in „Stahl und Eisen", 127 (2007) Nr. 2, Seien 43 bis 50, beschrieben.
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Zur Simulationsrechnung bei der Erstarrung eines gegossenen Metallstrangs finden sich in der
WO 2010/051981 A1 nähere Hinweise. Wie ermittelte Daten bei der Regelung der Strangparameter regelungstechnisch umgesetzt werden können, wird in der
WO 2003/051588 A1 diskutiert. Speziell die Anstellung von Rollensegmenten in einer Stranggießanlage wird in der
WO 01/89742 A1 und in der
EP 1 125 657 B1 beschrieben.
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Mitunter schwierig ist es, bei der Anstellung eines Trägerrahmens mit seinen Strangführungsrollen mittels hydraulischer Linearaktuatoren – wie im Stand der Technik beschrieben – den Erstarrungsverlauf des Strangs optimal wiederzugeben. Fehlerhafte Anstellungen der Linearaktuatoren wirken sich hier direkt negativ aus.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine Stranggießanlage so fortzubilden, dass es möglich wird, den Erstarrungsverlauf des Strangs verbessert wiedergeben zu können.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung zeichnet sich verfahrensgemäß dadurch aus, dass zur Zustellung zumindest einer Anzahl von Strangführungsrollen in einer Zustellrichtung senkrecht auf die Oberfläche des Metallstrangs der Trägerrahmen einer Biegung unterzogen wird, die um eine Achse erfolgt, die senkrecht auf der Förderrichtung und senkrecht auf der Zustellrichtung steht Das auf den Trägerrahmen aufzubringende Biegemoment wird dabei bevorzugt erzeugt, indem in einem parallel zum Metallstrang verlaufenden benachbarten Teil des Trägerrahmens und in einem parallel zum Metallstrang verlaufender weiter vom Metallstrang entfernten Teil des Trägerrahmens definiert unterschiedliche Temperaturen aufrecht erhalten werden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass ein im Bereich des parallel zum Metallstrang verlaufenden, weiter vom Metallstrang entfernten Teils des Trägerrahmens angeordneter Fluidkanal von einem temperierten Medium durchströmt wird, um den Teil des Trägerrahmens auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
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Der Fluidkanal wird dabei insbesondere von Kühlwasser mit definierter Temperatur und/oder definiertem Volumenstrom durchströmt.
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Die Größe des auf den Trägerrahmen ausgeübten Biegemoments kann in Abhängigkeit der Ergebnisse einer Simulationsrechnung festgelegt werden, die den Stranggießprozess mathematisch abbildet.
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Der Trägerrahmen kann in Zustellrichtung zusätzlich durch Aktuatoren relativ zum Metallstrang in Zustellrichtung bewegt werden, um die Strangführungsrollen zum Metallstrang anzustellen.
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Die Biegung des Trägerrahmens kann gemessen und der die Biegung verursachende Parameter, insbesondere die Temperatur und/oder der Volumenstrom des Kühlwassers, im geschlossenen Regelkreis eingestellt werden, so dass eine gewünschte Biegung des Trägerrahmens erfolgt.
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Die vorgeschlagene Stranggießanlage, die eine Strangführung aufweist, die eine Anzahl von Strangführungssegmenten umfasst, wobei jedes Strangführungssegment auf beiden zu führenden Seiten des Metallstrangs einen Trägerrahmen aufweist, auf dem entlang der Förderrichtung aufeinander folgend eine Anzahl an Strangführungsrollen angeordnet sind, wobei die Strangführungsrollen in eine Zustellrichtung senkrecht auf die Oberfläche des Metallstrangs zugestellt werden können, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Mittel zur Ausübung eines Biegemoments auf den Trägerrahmen um eine Achse, die senkrecht auf der Förderrichtung und senkrecht auf der Zustellrichtung steht.
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Der Trägerrahmen weist dabei bevorzugt einen parallel zum Metallstrang verlaufenden benachbarten Teil und einen parallel zum Metallstrang verlaufenden weiter vom Metallstrang entfernten Teil auf, wobei im Bereich des parallel zum Metallstrang verlaufenden, weiter vom Metallstrang entfernten Teils des Trägerrahmens ein Fluidkanal angeordnet ist, der zur Durchströmung eines Fluids ausgebildet ist.
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Im Trägerrahmen kann mindestens ein Messelement zur Erfassung der Biegung des Trägerrahmens und/oder der Temperatur eines Bereichs des Trägerrahmens angeordnet sein. Als Messelement kommt besonders bevorzugt ein Lichtwellenleiter zum Einsatz.
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Durch Aufbringung des erläuterten Biegemoments auf den Trägerrahmen des Strangführungssegments und aufgrund der sich hieraus ergebenden Biegeverformung des Trägerrahmens bzw. des Segments kann der Erstarrungsverlauf des Metallstrangs besser wiedergegeben werden.
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Wie erläutert, wird bevorzugt als Moment zur Segmentverformung ein thermisches Moment genutzt, das sich durch einen Temperaturgradienten in Zustellrichtung im Trägerrahmen bzw. in den Traversen der Segmente einstellt. Durch gezielte Kühlung der Traverse kann das thermische Biegemoment gezielt beeinflusst werden.
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Unter weiterer Nutzung von hydraulisch anstellbaren Linearaktuatoren können – wie im Stand der Technik an sich bereits bekannt – die Strangführungssegmente in der Höhe des Strangquerschnitts variabel angestellt werden.
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Zur Kontrolle der Biegeverformung und der Temperatur in der Traverse können Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch einen gegossenen Metallstrang, der auf einer Seite von einem Strangführungssegment gestützt wird (das Strangführungssegment auf der anderen Seite des Metallstrangs ist nicht dargestellt),
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2a schematisch die Anstellung eines Strangführungssegments durch zwei Linearaktuatoren,
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2b schematisch die Überlagerung einer Anstellung infolge einer Biegeverformung des Trägerrahmens eines Strangführungssegments und der in 2a dargestellten Anstellung,
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3 schematisch die Seitenansicht eines geschnitten dargestellten Strangführungssegment,
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4 den Schnitt C-C gemäß 3 und
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5 ein Blockschaltbild für den in der Stranggießanlage stattfindenden Regelprozess.
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In 1 ist ein Metallstrang 1 skizziert, der in eine Förderrichtung F geführt wird. Der Metallstang 1 wird an seinen beiden Seiten 4 und 5 durch ein Strangführungssegment 3 geführt, von dem in 1 nur der untere Teil dargestellt ist; der obere Teil ist gespiegelt zum unteren Teil ausgeführt.
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Das Strangführungssegment 3, von dem in 3 also nur der untere Teil dargestellt ist, weist einen Trägerrahmen 6 auf, an dem, in Förderrichtung F aufeinanderfolgend, eine Anzahl Strangführungsrollen 7 drehbar angeordnet ist (es sind nur drei Strangführungsrollen angedeutet). Jede Strangführungsrolle 7 ist durch Lagerböcke 14 gelagert.
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Um die Strangführungsrollen 7 in die benötigte Position, gemessen in Zustellrichtung Z, zu bringen, wird der Trägerrahmen 6 mittels linear wirkenden Aktuatoren 11 und 12 (die in 1 nur sehr schematisch durch einen Pfeil angedeutet sind) eingestellt.
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Die in Förderrichtung F erste bzw. letzte Strangführungsrolle 7 wird demgemäß relativ zum Mitte des Metallstrangs 1 so positioniert, dass sich hier Einstellwerte p1 bzw. p2 ergeben.
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Durch die Anstellung der Aktuatoren 11, 12 kann – was in 2a zu sehen ist – die Kontaktebene K der Strangführungsrollen 7 schief angestellt werden, so dass eine definierte Dickenabnahme des Metallstrangs 1 erreicht werden kann, um die eingangs erwähnten Seigerungen zu vermeiden. Die Anstellung ergibt sich aus dem Wert Δp, der die Differenz der Einstellwerte p1 und p2 ist.
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Wesentlich ist nunmehr, dass zur Zustellung zumindest einer Anzahl von Strangführungsrollen 7 in Zustellrichtung senkrecht auf die Oberfläche des Metallstrangs 1 der Trägerrahmen 6 einer Biegung unterzogen wird. Die Achse A, um die die Biegung stattfindet, steht dabei sowohl senkrecht auf der Förderrichtung F als auch senkrecht auf der Zustellrichtung Z.
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Dies ist in 2b illustriert. Hier ist zu sehen, dass zusätzlich zur Anstellung Δp eine Anstellung Δz überlagert wird, die abhängig vom Ort – gesehen in Förderrichtung F – ist. An den Endbereichen des Trägerrahmens 6, wo derselbe durch die Aktuatoren 11 und 12 angestellt wird, ist die biegebedingte Anstellung Δz gleich Null. Allerdings ergeben sich zwischen den Endbereichen entsprechende Anstellungswerte ungleich Null.
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Die Kontaktfläche K ist hier nicht mehr eben, sondern passt sich dem Erstarrungsverlauf an.
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Hergestellt wird die Biegung auf den Trägerrahmen 6 um die Achse A gemäß dem Ausführungsbeispiel, indem in einem parallel zum Metallstrang 1 verlaufenden benachbarten Teil 8 – s. 1, 3 bzw. 4 – des Trägerrahmens 6 und in einem parallel zum Metallstrang 1 verlaufenden weiter vom Metallstrang 1 entfernten Teil 9 des Trägerrahmens 6 definiert unterschiedliche Temperaturen T1 bzw. T2 aufrecht erhalten werden.
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Erreicht wird dies dadurch, dass im vom Metallstrang 1 entfernteren Teil 9 des Trägerrahmens 6 ein Fluidkanal 10 angeordnet wird, der von Kühlwasser durchströmt wird. Der Volumenstrom des Kühlwasserdurchflusses ist mit dV/dt angegeben. Damit kann gezielt eine Differenz zwischen den Temperaturen T1 nahe dem Metallstrang 1 und T2 weiter entfernt von diesem aufrecht erhalten werden. Demgemäß biegt sich der Trägerrahmen 6 im Sinne der Biegelinie, wie sie in 2b dargestellt ist.
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Durch den Umstand, dass der dem Metallstrang 1 näher liegende Bereich 8 des Trägerrahmens heißer ist als der weiter entfernt liegende Bereich 9, der gekühlt ist, ergibt sich eine größere Ausdehnung im Trägerrahmen 6 im oberen Bereich als im unteren Bereich, so dass die in 2b dargestellte Wölbung des Trägerrahmens 6 auftritt.
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Aus 4 gehen noch einige weitere Details hervor, wie die Seitenführung 15, die an eine Traverse 16 angrenzt. Ferner ist ein sich senkrecht zur Förderrichtung F erstreckender Fluidkanal 17 zu erkennen, der ebenfalls von Kühlwasser durchströmt wird.
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Das Maß der Biegung um die Achse A, mit dem der Trägerrahmen 6 beaufschlagt wird, ist also abhängig von der aufrecht erhaltenen Differenz zwischen den Temperaturen T1 und T2, wobei diese Temperaturen wiederum abhängig sind von der Durchflussmenge an Kühlwasser pro Zeit (d. h. vom Volumenstrom) durch den Fluidkanal.
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Die Temperaturen sowie die sich ergebenden Spannungen (Dehnungen) im Material des Trägerrahmens 6 können besonders gut durch ein Messelement 13 in Form eines Lichtwellenleiters gemessen werden, der in 3 strichpunktiert angedeutet ist.
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In 5 ist das sich ergebende Regelschema für den Betrieb der Stranggießanlage und namentlich für die Regelung der Anstellpositionen der Segmente und der thermischen Segmentverformung skizziert.
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Die Stranggießanlage 2 liefert Prozessdaten P an ein Stranggießmodell 18. Das Stranggießmodell 18 kann das Temperaturfeld sowie das Strangschalenwachstum berechnen. Die Daten für das Strangschalenwachstum werden an ein Modell für die Ermittlung der Sekundärströmung 19 weitergeleitet Von dem Modell 19 werden Daten für die Brammenhöhe h ermittelt, bei denen die Sekundärströmung minimiert ist. Die Daten für die Brammenhöhe h werden von hier an ein Modell 20 für die Berechnung der Anstellungen pi der Segmente gegeben. Von hier aus gelangen die Anstellwerte pi zu einem Modell 21 für die thermische Segmentverformung. In diesem können die benötigten Volumenströme dV/dt ermittelt werden, die erforderlich sind, um den oben genannten Biegeeffekt zu erreichen, wobei hierbei die gegebenen Temperaturen für die warme Seite des Trägerrahmens sowie diejenige des Kühlwassers eingehen.
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Die so ermittelten Daten für die Anstellungen pi und den Volumenstrom dV/dt werden dann der Stranggießanlage 2 zugeleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallstrang
- 2
- Stranggießanlage
- 3
- Strangführungssegment
- 4
- zu führende Seite des Metallstrangs
- 5
- zu führende Seite des Metallstrangs
- 6
- Trägerrahmen
- 7
- Strangführungsrolle
- 8
- Teil des Trägerrahmens
- 9
- Teil des Trägerrahmens
- 10
- Fluidkanal
- 11
- Aktuator
- 12
- Aktuator
- 13
- Messelement
- 14
- Lagerbock
- 15
- Seitenführung
- 16
- Traverse
- 17
- Fluidkanal
- 18
- Stranggießmodell
- 19
- Modell für die Ermittlung der Sekundärströmung
- 20
- Modell für die Berechnung der Anstellung der Segmente
- 21
- Modell für die thermische Segmentverformung
- F
- Förderrichtung
- Z
- Zustellrichtung
- A
- Achse der Biegung
- T1
- Temperatur
- T2
- Temperatur
- dV/dt
- Volumenstrom
- p1
- Einstellwert
- p2
- Einstellwert
- Δp
- Differenzwert
- K
- Kontaktebene/Kontaktfläche
- Δz
- Anstellung
- P
- Prozessdaten
- h
- Brammenhöhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/051981 A1 [0006]
- WO 2003/051588 A1 [0006]
- WO 01/89742 A1 [0006]
- EP 1125657 B1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- R. Thome et al., „Soft Reduction von Knüppeln auf der Stranggießanlage SO der Saarstahl AG” in „Stahl und Eisen”, 127 (2007) Nr. 2, Seien 43 bis 50 [0005]
