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Die Erfindung betrifft ein Bogensegment im Bogenbereich einer Strangführungseinrichtung zum Führen und Umlenken eines gegossenen Gießstrangs aus Metall nach Verlassen einer Kokille in die Horizontale. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Strangführungseinrichtung mit einem derartigen Bogensegment.
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Strangführungseinrichtungen mit Bogensegmenten sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 009 136 A1 . Diese Patentanmeldung lehrt, dass jedes Bogensegment einen Oberrahmen und einen Unterrahmen aufweist, an dem jeweils eine Mehrzahl von Strangführungsrollen drehbar gelagert sind. Der Oberrahmen und der Unterrahmen sind derart miteinander verbunden, insbesondere gegeneinander angestellt, dass sich ihre jeweiligen Strangführungsrollen beabstandet zueinander gegenüberstehen und einen bogenförmigen Führungskanal aufspannen zum Durchleiten des Gießstrangs. Die einzelnen Strangführungsrollen an dem Oberrahmen und dem Unterrahmen können drehangetrieben sein oder nicht.
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Weiterhin ist es im Stand der Technik des Stranggießens bekannt, dass der Gießstrang nach Verlassen der Kokille insbesondere aufgrund eines sogenannten ferrostatischen Druckes, der im Inneren des noch nicht durcherstarrten Stranges herrscht, die Tendenz hat auszubeulen, d.h. auszubauchen, insbesondere dort, wo er im Bereich der Strangführung nicht z. B. durch Strangführungsrollen daran gehindert wird, also insbesondere in den Zwischenräumen zwischen zwei in Gießrichtung benachbarten Strangführungsrollen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Bogensegment und eine bekannte Strangführung mit einem derartigen Bogensegment dahingehend weiterzubilden, dass eine Ausbauchung des Gießstrangs im Bogenbereich der Strangführung reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird bezüglich des Bogensegmentes für den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist das erfindungsgemäße Bogensegment dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Strangführungsrollen an dem Oberrahmen und/oder dem Unterrahmen in Form einer Achsenrolle ausgebildet ist.
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Strangführungsrollen stützen den warmen Gießstrang auf seinen Breitseiten und werden typischerweise so dimensioniert, dass sie vorbestimmte Trag- oder Stützlasten zum Tragen des Gießstrangs innerhalb der Strangführungseinrichtung aufnehmen können und dass erforderliche Anstellkräfte über die Strangführungsrollen auf den Gießstrang aufgebracht werden können. Die Anstellkräfte sind insbesondere bei angetriebenen Strangführungsrollen groß genug zu dimensionieren zum Fördern des Gießstrangs innerhalb der Strangführungseinrichtung. Darüber hinaus sind die Anstellkräfte so zu dimensionieren, dass sie den ferrostatischen Kräften des noch nicht durcherstarrten Gießstranges senkrecht zur Oberfläche des Gießstrangs und damit einer Ausbauchung des Gießstrangs entgegenwirken können. Für diese und mögliche weitere Belastungen, wie z.B. Liquid-Core-Reduction und/oder Softreduction, müssen die Strangführungsrollen jeweils konstruktiv ausgelegt werden bzw. sein.
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Die beanspruchte Ausbildung von zumindest einer der Strangführungsrollen als Achsenrollen mit feststehender Achse bietet den Vorteil, dass sie im Vergleich zu der im Stand der Technik für Bogensegmente üblichen Zapfenrolle mit drehender Achse bei gleicher Belastung, siehe letzter Absatz, mit einem kleineren Außendurchmesser gebaut werden können. Hintergrund ist, dass die Einspannstelle für die feststehende Achse bei Achsenrollen besser Belastungen aufnehmen kann als die Lagerstelle für die drehende Achse bei Zapfenrollen.
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Der kleinere Rollendurchmesser wiederum bietet den Vorteil, dass die Abstände zwischen jeweils zwei in Gießrichtung benachbarten Strangführungsrollen an dem Oberrahmen und/oder dem Unterrahmen in Gießrichtung reduziert werden können. Dadurch kann die Anzahl von Strangführungsrollen an dem Ober- und/oder dem Unterrahmen erhöht werden gegenüber einer ausschließlichen Verwendung von Zapfenrollen. Die erforderlichen Trag- und Stützlasten und Anstellkräfte eines gesamten Segmentbereiches können dann über die größere Anzahl von Strangführungsrollen verteilt werden mit dem Vorteil, dass jede einzelne der Strangführungsrolle für eine geringere Belastung ausgelegt werden kann. Der kleinere (lichte) Rollenabstand und die erhöhte Anzahl von Strangführungsrollen führen zu einer verringerten Ausbauchung des Gießstrangs, d. h. zu einer verringerten Dehnung der Außen- und insbesondere der Innenfasern (Phasengrenze flüssig - fest) des noch warmen Gießstrangs im Bereich zwischen zwei benachbarten Strangführungsrollen. Dies ermöglicht eine verbesserte Oberflächen- und Innenqualität des Gießstrangs bei gleichzeitig höherer Gießgeschwindigkeit und damit höherer Produktivität.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Strangführungseinrichtung mit mindestens einem der erfindungsgemäßen Bogensegmente und mit vorzugsweise einer Kühleinrichtung für die Strangführungsrollen des Bogensegmentes gelöst. Die Vorteile dieser Strangführungseinrichtung entsprechen zunächst den oben mit Bezug auf das beanspruchte Bogensegment genannten Vorteilen.
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Die Erfindung kann Anwendung finden in Gießanlagen in Form von Bogenanlagen und Senkrechtabbiegeanlagen gleichermaßen. Entsprechende Lösungen der Aufgabe sind in den Ansprüchen 14 und 15 angegeben.
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Bogenanlagen besitzen typischerweise eine bogenförmige Kokille an die sich Bogensegmente in Gießrichtung anschließen. Die Strangführung besteht bei Bogenanlagen insofern nur aus Bogensegmenten. Senkrechtabbiegeanlagen haben dagegen eine vertikal ausgerichtete grade Kokille an die sich zunächst ein oder mehrere Vertikalsegmente in Gießrichtung anschließen, bevor sich an die Vertikalsegmente Bogensegmente anschließen. Die Strangführung bei Vertikalabbiegeanlagen besteht insofern sowohl aus Vertikalsegmenten wie auch aus Bogensegmenten. Die vorliegende Erfindung betrifft die Strangführungen und die Bogensegmente in Bogenanlagen und in Senkrechtabbiegeanlagen. Die Erfindung betrifft nicht die genannten Vertikalsegmente.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bogensegmentes und der erfindungsgemäßen Strangführung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung und insbesondere das Bogensegment gemäß Anspruch 1 gilt sowohl für ungeteilte wie auch für geteilte Strangführungsrollen gleichermaßen. In letztem Fall sind die Strangführungsrollen der Bogensegmente über ihre Gesamtballenlänge in eine Mehrzahl von Teilrollen unterteilt, wobei zwischen den Teilrollen jeweils Stützlager zu dem Ober- oder Unterrahmen vorgesehen sind. Der Begriff „Gesamtballenlänge“ schließt neben den Ballenlängen der Teilrollen auch die Breite der Stützlager mit ein.
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Der Beschreibung sind drei Figuren beigefügt, wobei
- 1 eine Strangführungseinrichtung, insbesondere auch mit Bogensegmenten gemäß der Erfindung;
- 2 eine Detailansicht der Bogensegmente gemäß 1; und
- 3 Zapfenrollen und Achsenrollen im Vergleich
zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschreiben. Gleiche technische Elemente sind dabei in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine Gießanlage 100 gemäß der Erfindung. Zu erkennen ist, dass eine Schmelze, insbesondere eine Stahlschmelze, typischerweise zunächst aus einer Gießpfanne 110 in einen Zwischenbehälter 120, typischerweise eine sogenannte Verteilerrinne, abgelassen wird, bevor die Schmelze aus dem Zwischenbehälter über ein Tauchrohr 130 in eine Kokille 140 gefüllt wird. In der Kokille 140 wird die zunächst noch flüssige Schmelze primär abgekühlt, so dass sich an den Wänden der Kokille eine sogenannte Strangschale ausbildet. Der auf diese Weise teilerstarrte Gießstrang 200 mit fester Strangschale aber noch flüssigem Kern wird sodann aus der Kokille 140 herausgezogen und mit Hilfe der segmentierten Strangführung 150 in die Horizontale umgelenkt. 1 zeigt am Beispiel einer sogenannten Bogenanlage, dass die Strangführung in Gießrichtung G hinter der Kokille 140 zunächst aus einem bogenförmigen Teil 150-1 und daran anschließend aus einem horizontalen Teil 150-II besteht. Beide Teile bestehen jeweils aus einer Mehrzahl von in Gießrichtung G hintereinander angeordneten sogenannten Segmenten, um den Gießstrang zu führen.
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Jedes Segment besteht aus einem Oberrahmen 162 und einem Unterrahmen 164 an denen jeweils eine vorzugsweise gleiche Mehrzahl von Strangführungsrollen 170 drehbar gelagert ist. Der Oberrahmen und der Unterrahmen 162, 164 sind derart miteinander verbunden, dass sich ihre jeweiligen Strangführungsrollen 170 beabstandet einander gegenüberstehen und einen Führungskanal aufspannen zum Durchleiten des Gießstrangs 200.
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Im oberen Verlauf, d.h. in Gießrichtung G hinter der Kokille 140 ist die Strangführung 150-1 bogenförmig, weil die Strangführungsrollen 170 dort einen bogenförmigen Führungskanal für den Gießstrang 200 vorgeben. Die dortigen Segmente werden deshalb auch als Bogensegmente 160 bezeichnet. 2 veranschaulicht zwei solche Bogensegmente 160 im Detail. Zu erkennen ist insbesondere der von den Bogensegmenten 160 aufgespannte bogenförmige Führungskanal, dessen Außenradius r dem Radius des Gießbogens entspricht. Die Bogensegmente 160 können angetriebene und/oder nicht-angetriebene Strangführungsrollen 170 aufweisen. Die Bogensegmente sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. In den 1 und 2 symbolisieren die weißen Strangführungsrollen, dass sie nicht angetrieben sind, während die durch ein Kreuz markierten Strangführungsrollen angetriebene Rollen symbolisieren.
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Im Auslauf der Strangführung bilden die Rollen der Strangführungssegmente demgegenüber einen horizontalen geraden Führungskanal. Die Segmente mit geradem Führungskanal sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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3 veranschaulicht zwei verschiedene Grundtypen von Strangführungsrollen, nämlich sogenannte Zapfenrollen, wie sie in der oberen Abbildung von 3 gezeigt sind, und sogenannte Achsenrollen, oder auch Mantelrollen genannt, wie sie in der unteren Abbildung von 3 gezeigt sind. Wie in 3 zu erkennen ist, besteht der Unterschied zwischen den beiden Rollentypen darin, dass bei der Zapfenrolle die Rollenachse und der Rollenballen einstückig ausgebildet sind, während die Achsenrolle mehrteilig ausgebildet ist. Bei der Achsenrolle gibt es typischerweise eine feststehende, d.h. nicht-rotierende Achse und auf dieser Drehachse ist ein Rollenmantel über ein Rollenlager drehbar gelagert.
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Die Zapfenrolle wird typischerweise als Antriebsrolle verwendet, weil ein an dem Zapfen der Zapfenrolle angreifendes Antriebsdrehmoment auch unmittelbar auf den Ballen der Zapfenrolle übertragen wird. Die Achsenrolle wird typischerweise nicht als angetriebene Rolle verwendet, weil ihre Achse, wie gesagt, typischerweise drehfest eingespannt ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine der Strangführungsrollen an dem Oberrahmen 162 und/oder dem Unterrahmen 164 in Form einer Achsenrolle ausgebildet ist. Bezüglich der Vorteile dieser Erfindung wird auf die obigen Ausführungen im allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist das Bogensegment 160 an seinem Oberrahmen 162 jeweils mindestens eine angetriebene und/oder nicht-angetriebene Strangführungsrolle 170 auf. Das gleiche gilt für den zugehörigen Unterrahmen 164. Für die jeweils angetriebenen Strangführungsrollen 170 sieht das erste Ausführungsbeispiel vor, diese jeweils in Form einer Zapfenrolle auszubilden. Von den nicht-angetriebenen Strangführungsrollen 170 sind zumindest einzelne, vorzugsweise mindestens drei, weiter vorzugsweise mindestens fünf, weiter vorzugsweise alle in Form von Achsenrollen ausgebildet. Die Ausbildung der angetriebenen Strangführungsrollen in Form von Zapfenrollen ist nach wie vor notwendig, um das Drehmoment einer Antriebseinrichtung über den Zapfen der Rolle auch auf den Ballen der Zapfenrolle zu übertragen. Bei den nicht-angetriebenen Strangführungsrollen entfällt das Erfordernis eines Drehantriebs und deshalb werden diese gemäß der vorliegenden Erfindung in Form Achsenrollen ausgebildet, um die damit verbundenen, zuvor beschriebenen Vorteile, insbesondere die reduzierten Rollenabstände a bei zwei in Gießrichtung nebeneinanderliegenden Strangführungsrollen auszunutzen zu können.
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Die angetriebenen Zapfenrollen können einen größeren Durchmesser aufweisen als die nicht-angetriebenen Achsenrollen.
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Weiterhin ist es im Hinblick auf eine geringe Bauhöhe der Strangführungseinrichtung vorteilhaft, wenn der Radius r des Gießbogens des Bogensegmentes kleiner oder gleich 7m ist. Der Gießbogen bemisst sich, wie in 2 gezeigt, von dem Mittelpunkt des Bogens der Strangführung bis zu der von den Außenseiten der Strangführungsrollen des Unterrahmens gebildeten Auflagefläche für den Gießstrang innerhalb der Strangführungseinrichtung.
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Weiterhin ist der lichte Abstand d zwischen den äußeren Oberflächen von jeweils 2 sich quer zur Gießrichtung G als Rollenpaar gegenüberstehenden Strangführungsrollen 170 an dem Oberrahmen 162 und dem Unterrahmen 164 kleiner gleich 210 mm.
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Weiter vorteilhafterweise sind bei dem erfindungsgemäßen Bogensegment jeweils mindestens 6, vorzugweise mindestens 7, weiter vorzugsweise mindestens 8 oder weiter vorzugsweise mindestens 9 Strangführungsrollen an dem Oberrahmen und dem Unterrahmen drehbar gelagert.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Strangführungsrollen des erfindungsgemäßen Bogensegmentes jeweils eine Gesamtballenlänge quer zur Gießrichtung von bis zu 2.400 mm aufweisen. Dadurch ist das erfindungsgemäße Bogensegment in die Lage versetzt, Gießstränge mit Breiten bis zu 2.350 mm, vorzugsweise bis zu 2.200 mm führen zu können.
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Die Strangführungseinrichtung verfügt typischerweise über eine Sekundärkühlungseinrichtung zum Kühlen des Gießstrangs. Die Düsen der Sekundärkühlungseinrichtung sind dann typischerweise jeweils zwischen zwei in Gießrichtung benachbarten Strangführungsrollen angeordnet und so ausgerichtet, dass Kühlmittel durch den Spalt zwischen den beiden benachbarten Strangführungsrollen auf den in der Strangführungseinrichtung geführten Gießstrang spritzen. Durch die Einbringung der Düsen der Sekundärkühlung zwischen benachbarten Strangführungsrollen ist ein Mindestmaß für den lichten Abstand a zwischen zwei in Gießrichtung benachbarten Strangführungsrollen erforderlich, der beispielsweise 40-50mm beträgt. Auf der Festseite des erfindungsgemäßen Bogensegmentes beträgt der lichte Abstand a maximal 50mm, vorzugsweise maximal 45mm.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung können diese Düsen der Sekundärkühlungseinrichtung jedoch auch dazu verwendet werden, die Strangführungsrollen von außen zu kühlen. Deshalb sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Düsen der Strangführungseinrichtung ausgebildet und ausgerichtet sind, Kühlmittel nicht nur auf den Gießstrang, sondern auch auf die Strangführungsrollen zu spritzen. Die Strangführungsrollen werden auf diese Weise von außen gekühlt. Dies gilt primär für die vorzugsweise als Achsenrollen ausgebildeten nicht-angetriebenen Strangführungsrollen, weil diese typischerweise, aber nicht zwingend notwendig, keine innere Kühlung aufweisen. Gleichermaßen kann diese Art der Kühlung auch für die erfindungsgemäß typischerweise als Zapfenrollen ausgebildeten angetriebenen Strangführungsrollen verwendet werden, unabhängig davon, ob die Zapfenrollen intern gekühlt werden oder nicht. Gegebenenfalls wirken dann sowohl die interne Kühlung wie auch die externe Kühlung durch die Düsen der Sekundärkühlungseinrichtung zusammen.
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In den Fällen, in denen die Strangführungseinrichtung keine Sekundärkühlungseinrichtung für den Gießstrang aufweist, steht die Sekundärkühlungseinrichtung auch nicht zur Kühlung der Strangführungsrollen zur Verfügung. In diesem Fall erfolgt die Kühlung des warmen Gießstrangs über den Kontakt zu den Strangführungsrollen und die herrschende Umgebungstemperatur. Hierdurch kann der (lichte) Abstand a zwischen zwei in Gießrichtung benachbarten Strangführungsrollen im Minimum theoretisch bis auf 0 mm auf der Fest- und der Losseite des Bogensegmentes reduziert werden. Das bedeutet vorteilhafterweise eine maximale Anzahl von Strangführungsrollen pro Bogensegment. Die Festseite des Bogensegmentes ist typischerweise auf der Bogenaußenseite gebildet durch die Unterrahmen 164, während die Losseite auf der Bogeninnenseite durch die Oberrahmen 162 gebildet ist.
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Insbesondere wenn keine Sekundärkühlung vorhanden ist, ist typischerweise eine Innenkühlung für die angetriebenen und/oder die nicht-angetriebenen Strangführungsrollen vorzusehen, d. h. unabhängig davon, ob es sich um Zapfenrollen oder Achsenrollen handelt.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Innenkühlung - und insbesondere wenn keine Sekundärkühlungseinrichtung vorgesehen ist - können die Strangführungsrollen auch durch die äußere Kühleinrichtung gekühlt werden, deren Düsen dann so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie Kühlmittel (nur) auf die Außenseiten der Strangführungsrollen 170 (und nicht direkt auf den Gießstrang) spritzen. Das gilt unabhängig davon, ob die Strangführungsrollen angetrieben sind oder nicht. Im Falle einer Innenkühlung wirkt die äußere Kühlung zusätzlich. Vorteilhafterweise kann die Kühleinrichtung, wenn sie lediglich - wie beschrieben - für eine äußere Kühlung der Strangführungsrollen vorgesehen ist, mit einer kleineren Kühlleistung ausgestattet sein als die Sekundärkühlungseinrichtung, die zum Kühlen des Gießstrangs ausgelegt ist. Die äußere Kühlung muss nur so dimensioniert werden, dass sie ausreicht, die Strangführungsrollen zu kühlen; sie muss nicht für eine Kühlung des Gießstrangs ausgelegt sein.
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Bezugszeichenliste:
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- 100
- Gießanlage
- 110
- Gießpfanne
- 120
- Zwischenbehälter
- 130
- Tauchrohr
- 140
- Kokille
- 150
- Strangführungseinrichtung
- 150-I
- bogenförmiger Teil der Strangführung
- 150-II
- horizontaler Teil der Strangführung
- 160
- Bogensegment
- 162
- Oberrahmen
- 164
- Unterrahmen
- 170
- Strangführungsrollen
- 200
- Gießstrang
- a
- lichter Abstand zwischen zwei in Gießrichtung nebeneinanderliegenden Rollen
- d
- lichter Abstand von zwei quer zur Gießrichtung gegenüberliegenden Rollen
- G
- Gießrichtung
- r
- Radius des Gießbogens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009136 A1 [0002]
