-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stranggießeinrichtung zur Beeinflussung eines erstarrenden Strangs, insbesondere einer erstarrenden Bramme, wobei die Stranggießeinrichtung eine Strangführung umfasst, wobei die Strangführung mindestens eine Rolle umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung eines erstarrenden Strangs, insbesondere einer erstarrenden Bramme, mithilfe einer Stranggießeinrichtung.
-
Der Aufbau des Primärgefüges eines Werkstoffes und folglich dessen Eigenschaften lassen sich während der Erstarrung der Schmelze beeinflussen. Hierfür sind diverse Methoden bekannt. Beispielsweise kann eine Behandlung des erstarrenden Stranges mithilfe von elektromagnetischem Rühren stattfinden.
-
Aus der
WO 2013/170844 A1 ist ein Verfahren zur Beeinflussung der Erstarrung eines teilweise noch flüssigen Kernes von Brammen und Vorblöcken aus Stahl während des Stranggießens bekannt, wobei periodisch eine Kraft- bzw. Wegeinwirkung auf die Breitseiten des Stranges erfolgt.
-
Die technische Ausgestaltung von bekannten Methoden gestaltet sich jedoch häufig als schwierig und kostspielig, während viele bekannte Methoden keine optimale Gefügebeeinflussung erlauben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stranggießeinrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine vorteilhafte Beeinflussung eines aus der schmelzflüssigen Phase erstarrenden Strangs vorgenommen werden kann, wobei insbesondere Kosten gespart und/oder die Möglichkeiten und Wirkung der Beeinflussung verbessert werden können.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Stranggießeinrichtung zur Beeinflussung eines erstarrenden Strangs, insbesondere einer erstarrenden Bramme, wobei die Stranggießeinrichtung eine Strangführung umfasst, wobei die Strangführung mindestens eine Rolle umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strang führende Rolle in eine Schwingung oder Vibration versetzbar ist.
-
Erfindungsgemäß ist es dadurch möglich, dass mithilfe einer insbesondere exzentrisch gelagerten Rolle eine Manipulation bzw. Beeinflussung des Strangs, insbesondere einer Stahlbramme, bzw. dessen Eigenschaften während dem Erstarren des Strangs in einer Stranggießeinrichtung vorgenommen werden kann.
-
Die mechanischen Schwingungen bzw. Vibrationen, die als Ausführungsbeispiel z.B. über die Exzenterlagerung der Strangführungsrollen erzeugt werden, sollen dazu beitragen, eine grobe dendritische Erstarrung in eine feine globulitische Erstarrung der Schmelze zu überführen. Mithilfe der Exzenterlagerung ist es in vorteilhafter Weise möglich, über die Rolle eine Vibration bzw. Schwingung in den Strang einzutragen.
-
Entsprechend kann mithilfe der Schwingungsübertragung der insbesondere exzentrisch gelagerten Rolle in vorteilhafter Weise ein Energieeintrag erfolgen, der eine lokale Beeinflussung der Erstarrungsmechanismen und eine intensive Durchmischung der Restschmelze im nichterstarrten Bereich eines Stranges oder Gießabschnitts hervorruft. In Abhängigkeit der gewählten Schwingungsparameter lässt sich die Durchmischungsintensität in der Schmelze steuern. Dabei soll das Wachsen von stengelartigen, groben Dendriten an der Kristallisationsfront verhindert und die Bildung von lokalen, mit Legierungselementen hoch angereicherten Restschmelzefeldern verhindert werden. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die aufgrund der mechanischen Beeinflussung der Restschmelze entstehenden Kristallbruchstücke als Keime für die Entstehung neuer feiner Dendriten bzw. globulitischer Körner wirken. Weiterhin können durch Schwingungen in der Schmelze lokale Druckerhöhungen erzeugt werden, die eine lokale Unterkühlung vor der Kristallisationsfront und damit auch die Keimbildungsgeschwindigkeit erhöhen können. Als mögliche weitere Wirkmechanismen bei der Erstarrungs- und Gefügebeeinflussung sind beispielhaft zu nennen: eine Entgasungswirkung, eine Subkeimaktivierung, eine Verbesserung der Fließfähigkeit der Schmelze, eine Verringerung der Segregation der Legierungselemente, eine Kornfeinung des Gussgefüges etc.
-
Zudem ist es durch den insbesondere mit der Exzenterlagerung (und insbesondere durch den Eintrag einer Schwingung mithilfe der Exzenterlagerung) verbundenen Energieeintrag möglich, die Warmrissneigung im Strang zu reduzieren, dadurch, dass die mit Legierungselementen angereicherten interdendritischen Räume, die relativ zu ihrer Umgebung später erstarren, verfeinert werden.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rolle eine Exzenterlagerung aufweist, wobei die Strangführungsrolle mithilfe der Exzenterlagerung in Schwingung bzw. Vibration versetzbar ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, eine positive Gefügebeeinflussung, eine verminderte Warmrissneigung, eine gleichmäßigere Verteilung von Legierungselementen und feinere Einschlüsse und feinere Ausscheidungen, verbesserte mechanische Eigenschaften (Kennwerte sind beispielsweise die Streckgrenze, Zugfestigkeit, Dehnung, Korngrößenreduktion, Härte) und/oder eine geringere Porosität bzw. weniger Lunker zu erzielen. Die physikalische Behandlung von Metallschmelzen mittels einer über die Stütz- oder Treiberrollen eingebrachten Schwingung bzw. Vibration während der Erstarrung stellt daher eine besonders geeignete Methode zur Ausnutzung vorteilhafter Werkstoffeigenschaften dar. Ein Schwingungs- oder Vibrationseintrag mithilfe einer Exzenterlagerung einer Rolle kann hierbei vorteilhafterweise besonders kosteneffizient und zuverlässig ausgeführt werden. Mithilfe der Exzenterlagerung ist es denkbar, dass die Schwingung bzw. Vibration besonders vorteilhaft in einem definierten Umfang bzw. mit definierter Intensität direkt über die Rollen und die bereits erstarrte Strangschale in die flüssige Schmelze übertragbar ist, so dass andere negative Beeinflussungen des Gießprozesses ausgeschlossen werden können.
-
Hierdurch ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine besonders gleichmäßige Beaufschlagung eines großen Schmelzenvolumens mit mechanischen Schwingungen zu erzielen. Ein besonderer Vorteil ist die vergleichsweise einfache Anlagentechnik. Gemäß einer beispielhaft genannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Strangführung eine Vielzahl von Rollen mit jeweils einer Exzenterlagerung umfasst, wobei die Vielzahl der Rollen mithilfe der jeweiligen Exzenterlagerung in Schwingung versetzbar sind. Hierdurch ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine besonders gleichmäßige Beaufschlagung eines großen Schmelzenvolumens mit mechanischen Schwingungen zu erzielen. Ein besonderer Vorteil ist die vergleichsweise einfache Anlagentechnik.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Amplitude und/oder Frequenz der Schwingung oder Vibration, insbesondere mithilfe der Exzenterlagerung, unabhängig von einer Strangabzugsgeschwindigkeit des Strangs einstellbar ist. Über die Exzenterlagerung kann dabei besonders vorteilhaft die Amplitude und/oder die Frequenz der Schwingung eingestellt werden, ohne dabei die Abzugsgeschwindigkeit des Strangs verändern zu müssen. Somit ist eine besonders vorteilhafte und individuelle Beeinflussung der Erstarrung des Strangs möglich. Die optimalen Schwingungsparameter sind in Abhängigkeit von den Gießparametern der jeweils zu vergießenden Legierungsqualität einstellbar.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Amplitude der Schwingung oder Vibration zwischen (einschließlich) 0,1 mm bis (einschließlich) 20 mm ist, bevorzugt zwischen (einschließlich) 0,5 mm bis (einschließlich) 5 mm ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Frequenz der Schwingung oder Vibration zwischen (einschließlich) 1 Hz bis (einschließlich) 500 Hz ist, bevorzugt zwischen (einschließlich) 20 Hz bis (einschließlich) 100 Hz ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Zeitdauer einer Schwingungs- oder Vibrationsbehandlung eines Strangabschnitts des Strangs, insbesondere jedes Strangabschnitts des Strangs, von Anfang bis Ende der Strangerstarrung, zum Beispiel zwischen (einschließlich) 1 Minute und (einschließlich) 20 Minuten ist. Hierdurch ist es möglich, dass jeder Abschnitt des Strangs für die eingestellte Zeitdauer mit Vibrationen bzw. Schwingungen behandelt wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Motor mit einem Lagerzapfen, insbesondere der Exzenterlagerung, verbunden ist, wobei der Motor insbesondere zu einem Eintrag der Schwingung oder Vibration ausgebildet ist. Insbesondere kann derart eine definierte Rotation der Exzenterlagerung (bzw. des Exzenterlagers) erzielt werden. Als Motor kann beispielsweise ein drehzahlgesteuerter Elektroantrieb verwendet werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass ein weiterer Motor schwingungsentkoppelt mit der Rolle verbunden ist, insbesondere mithilfe eines Außenrings der Exzenterlagerung, wobei der weitere Motor insbesondere zur Einstellung einer Strangabzugsgeschwindigkeit des Strangs ausgebildet ist. Insbesondere ist es mithilfe des Motors und des weiteren Motors vorteilhafterweise denkbar, eine Frequenz und/oder Amplitude einer (insbesondere sinusförmigen) Rollenschwingung und damit die Vibration der Strangschale der noch zumindest teilweise flüssigen Schmelze unabhängig von der Strangabzugsgeschwindigkeit einzustellen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rolle eine Stütz- oder Treibrolle der Strangführung ist, wobei insbesondere die Vielzahl von Rollen Stütz- und/oder Treibrollen der Strangführung sind.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Strang in der Strangführung teilerstarrt ist. Der Strang weist dabei insbesondere eine Strangschale und einen flüssigen Kern auf. Es ist denkbar, dass die oben beschriebene Vibrationseinrichtung nach einer Kokille der Stranggießeinrichtung angeordnet ist.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beeinflussung eines erstarrenden Strangs, insbesondere einer erstarrenden Bramme, mithilfe einer Stranggießeinrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die den Strang führende Rolle in eine Schwingung oder Vibration versetzt wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist es vorgesehen, dass der Strang mithilfe der Strangführung transportiert wird, wobei die Rolle während des Transports des Strangs mithilfe der Exzenterlagerung in Schwingung oder Vibration versetzt wird.
-
Es ist bevorzugt denkbar, dass ein Stranggießen/Gießwalzen von Stahlbrammen mit einer Durchlaufkokille durchführbar ist, wobei der teilerstarrte, aus einer Strangschale und einem teilweise flüssigen Kern bestehende Strang (bzw. die Bramme) nach Austritt aus der Kokille während der Erstarrung zwischen einer größeren Anzahl einzelner, als Strangführung eng zusammenwirkender Rollen geführt wird.
-
Für das erfindungsgemäße Verfahren können die Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile Anwendung finden, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stranggießeinrichtung oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform der Stranggießeinrichtung beschrieben worden sind. Für die erfindungsgemäße Stranggießeinrichtung können die Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile Anwendung finden, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stranggießeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung einer führenden Rolle einer Stranggießeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine schematische Seitenansicht auf eine Exzenterlagerung, insbesondere auf einen ersten Lagerteil einer Exzenterlagerung, einer Stranggießführung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine schematische Seitenansicht auf eine Exzenterlagerung, insbesondere auf einen zweiten Lagerteil einer Exzenterlagerung, einer Stranggießführung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In 1 ist schematisch eine Stranggießeinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Stranggießeinrichtung 1 umfasst eine Strangführung 2, eine Kokille 6, eine Pfanne 7, einen Stopfen 8 und einen Verteiler 9. Die Strangführung 2 umfasst mindestens eine Rolle 3, typischerweise jedoch eine Vielzahl von Rollen 3, die zum Transport und/oder zur Stützung des Strangs 30 ausgebildet sind. Die Rolle 3 bzw. die Vielzahl von Rollen 3 weisen jeweils eine Exzenterlagerung 10 auf. Der Bereich, in welchem die exzentrisch gelagerten Rollen eingesetzt werden, wird auch als Behandlungsbereich bezeichnet und beginnt in 1 mit der zweiten führenden Rolle, die insbesondere in der Kreiszone 2` angeordnet ist. Prinzipiell ist es auch vorstellbar, dass der Behandlungsbereich bereits mit der ersten oder der dritten oder einer anderen führenden Rolle beginnt. Die Stranggießeinrichtung umfasst mindestens eine führende Rolle und eine Strangführung.
-
In 2 ist eine schematische Darstellung einer führenden Rolle 3 zur Beeinflussung eines erstarrenden Strangs 30, insbesondere einer erstarrenden Bramme, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Rolle 3 bzw. die Vielzahl von Rollen 3 weisen jeweils eine Exzenterlagerung 10 auf. Mithilfe dieser exzentrischen Lagerung der jeweiligen Rolle 3 kann eine Schwingung bzw. Vibration in die Rolle 3 eingebracht werden. Hierfür ist ein Motor 4 über eine Zapfenanbindung 12 mit einem Lagerzapfen 11 der Exzenterlagerung 10 in einem ersten Lagerteil 10` des Exzenterlagers verbunden. Somit ist der Motor 4 an den Exzenter der Lagerung angebunden. Das erste Lagerteil 10` ist hierbei an einem ersten axialen Ende der Rolle 3 angeordnet. Mithilfe des Motors 4 kann über die Anbindung an den Lagerzapfen 11 eine Schwingung in die Rolle 3 eingebracht werden. An einem dem ersten Ende der Rolle 3 gegenüberliegendem zweiten Ende der Rolle 3 ist ein zweites Lagerteil 10" der Exzenterlagerung 10 angeordnet. Die Lagerung (bzw. die Exzenterlagerung 10) umfasst einen Außenring 13. An dem Außenring einer Treiberrolle 13 ist eine Anbindung 15 angebracht, die wiederum in einer Kupplung 16 mündet bzw. mit einer Kupplung 16 verbunden ist. Die Kupplung 16 ist mit einem weiteren Motor 5 verbunden. Der weitere Motor 5 ist entsprechend mithilfe des Außenrings 13, der Anbindung 15 und der Kupplung 16 schwingungsentkoppelt mit der Rolle 3 verbunden. Mit dem weiteren Motor 5 kann somit eine Abzugsgeschwindigkeit des Strangs 30 bzw. der Bramme eingestellt werden. Unabhängig von dieser Abzugsgeschwindigkeit kann mithilfe des Motors 4 die Frequenz der Schwingung bzw. Vibration der Rolle 3 eingestellt werden. Auch die Amplitude der Schwingung kann mithilfe einer geeigneten Exzenterlagerung 10 eingestellt werden. Hierfür umfasst die Exzenterlagerung 10 beispielsweise zwei zueinander verstellbare Exzenterringe.
-
In 3 ist eine schematische Seitenansicht auf eine Exzenterlagerung 10, insbesondere auf einen ersten Lagerteil 10' einer Exzenterlagerung 10, einer Stranggießführung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Mithilfe des Lagerzapfens 11 wird die exzentrische Lagerung der Rolle 3 bewerkstelligt. Ferner umfasst die Lagerung ein inneres Lager 17 und ein äußeres Lager 18. Eine Verstellbarkeit der Exzenterringe kann derart bereitgestellt werden, wodurch eine Amplitudeneinstellung der mithilfe der Exzenterlagerung 10 in die Rolle 3 eingebrachten Schwingung ermöglicht wird. Beispielsweise kann die Amplitude vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 2 mm gewählt werden. Zur Erzeugung der Schwingung kann ein Motor 4 an den Lagerzapfen 11 angeschlossen sein. Durch den Motor 4 kann das Exzenterlager in eine definierte Rotation versetzt werden, was zu einer sinusförmigen Schwingung/Vibration der Rolle 3 führt.
-
In 4 ist eine schematische Seitenansicht auf eine Exzenterlagerung 10, insbesondere auf einen zweiten Lagerteil 10" einer Exzenterlagerung 10, einer Stranggießführung 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Lagerung umfasst dabei wie bereits in 3 gezeigt ein inneres Lager 17 und ein äußeres Lager 18. An einem Außenring 13 der Lagerung ist eine Anbindung 15 angeordnet, die beispielsweise vier Anbindungspunkte (aber auch eine beliebige andere Anzahl an Anbindungspunkten) am Außenring 13 umfassen kann. Mithilfe der Anbindung 15 kann eine Verbindung zwischen dem Außenring 13 und einem weiteren Motor 5 bereitgestellt werden. Der weitere Motor 5 kann dadurch eine Rotation der Rolle 3 bewirken, die eine Abzugsgeschwindigkeit des Strangs 30 festlegt. Mithilfe der in den 3 und 4 dargestellten Lagerung kann somit die Abzugsgeschwindigkeit unabhängig von der Vibration der Rolle 3 eingestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stranggießeinrichtung
- 2
- Strangführung
- 2'
- Kreiszone
- 3
- Rolle
- 4
- Motor
- 5
- weiterer Motor
- 6
- Kokille
- 7
- Pfanne
- 8
- Stopfen
- 9
- Verteiler
- 10
- Exzenterlagerung
- 10'
- erster Lagerteil
- 10"
- zweiter Lagerteil
- 11
- Lagerzapfen
- 12
- Zapfenanbindung
- 13
- Außenring
- 15
- Anbindung
- 16
- Kupplung
- 17
- inneres Lager
- 18
- äußeres Lager
- 30
- Strang
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
