DE10302510A1 - Kokillenoszillation für hohe Gießgeschwindigkeit - Google Patents

Kokillenoszillation für hohe Gießgeschwindigkeit Download PDF

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Axel Stavenow
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Karl Dr. Hoen
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/053Means for oscillating the moulds

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben einer Kokille 1 in Oszillation, insbesondere mit für relativ hohe Gießgeschwindigkeiten erforderlichen Frequenz und Hubhöhe, wobei die Kokille 1 mit einem Stützelement 10 von unten her oszillierbar abgestützt wird und das Stützelement 10 in vertikale Oszillationsbewegung versetzt wird. Durch konstruktive Maßnahmen soll erreicht werden, dass sich die Richtung des Kraftangriffs 11 während der Oszillationsbewegung nicht umkehrt. Hierzu wird das zur Erzeugung der Oszillation vorgesehene Stützelement 10 durch mit diesem zusammenwirkbare Bauteile ergänzt, welche von außen eine zusätzliche Krafteinwirkung 12 auf die Kokille 1 aufbringen. Die Erfindung betrifft auch eine diesbezügliche Vorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben einer Kokille in Oszillation, insbesondere mit für relativ hohe Gießgeschwindigkeit erforderlichen Frequenz und Hubhöhe wobei die Kokille mit einem Stützelement von unten her oszillierbar abgestützt wird und das Stützelement (10) in vertikale Oszillationsbewegung versetzt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Die vertikale Osziallationsbewegung von Stranggießkokillen verhindert, daß der gegossene Strang mit der Kokillenoberfläche verklebt und dadurch die empfindliche Strangschale nach Verlassen der Kokille aufreißt. Hierfür muß die Geschwindigkeit der Kokille während der Abwärtsbewegung größer sein, als die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges, was als Negativ-Strip bezeichnet wird.
  • Für niedrige bzw. mittlere Gießgeschwindigkeiten kann diese Bedingung eingehalten werden, ohne daß während der Oszillationsbewegung hohe Beschleunigungen auftreten. Für höhere Geschwindigkeiten können dagegen die erforderlichen Beschleunigungen größer werden, als die Erdbeschleunigung g.
  • Sobald bei der Oszillation g erreicht wird, führt jedes mechanische Spiel im Antriebsstrang zu einem unkontrollierbaren, unberechenbaren Verhalten der Oszillation. Hierfür ist es unerheblich, ob ein solches Spiel konstruktionsbedingt vorhanden ist, beispielsweise durch Lagerspiel, oder ob es durch Verschleiß entsteht. Bei Vorhandensein von solchen losen Stellen ist in nachteiliger Weise nicht sichergestellt, daß der für die Gießsicherheit erforderliche Negativ-Strip realisiert wird. Als Folge der Reibkraft zwischen Strangschale und Kokille kann sich dieser nachteilige Zustand bereits einstellen, bevor die Beschleunigung der Oszillation rechnerisch den Wert für g von 9,81 m/s2 erreicht. Auch die vollständige oder teilweise Kompensation des Kokillengewichts, beispielsweise durch Federelemente, führt zu einer Umkehr der Kraftangriffsrichtung weit unterhalb von g.
  • Aus diesem Grund wird bisher der Betriebsbereich von Kokillenoszillationen durch eine Grenzbeschleunigung eingeschränkt, die unterhalb des theoretisch möglichen Wertes g liegt. Bei höheren Gießgeschwindigkeiten werden dadurch größere Oszillationsamplituden (wobei die Oszillationsfrequenz gesenkt wird) erforderlich, was tiefere Oszillationsmarken und schlechtere Oberflächenqualitäten der Gußstücke verursacht.
  • Eine Blockkokille mit einer Oszillationseinrichtung ist aus der DE-OS 22 48 066 bekannt. Hierbei müssen die die Kokillen tragenden Federn und die Antriebsaggregate für die Oszillation sehr groß dimensioniert werden, weil die gesamte Kokille, also die eigentlichen formgebenden Wände einschließlich des Kühlsystems getragen und bewegt werden müssen.
  • Aus der EP 0 468 607 A1 ist es bereits bekannt, die formgebenden Wände von dem gekühlten Halterahmen zu trennen, um eine Entlastung des Antriebes und möglichst gering dimensionierte Federelemente zu verwirklichen.
  • Andererseits ist aus der DE 35 43 790 C2 bereits ein gesteuertes hydraulisches Antriebssystem für Stranggießkokillen bekannt, mit dem eine verkantungsfreie Führung der Kokille gegenüber dem gegossenen Strang angestrebt wird.
  • Hierzu ist die Stranggießkokille an quer zur Gießrichtung sich erstreckenden, beidseitig eingespannten Federn gelagert und mit einem an einem Tragrahmen fest angeordneten, als Servo-Hydraulikzylinder ausgebildeten Oszillationsantrieb verbunden. Die Servo-Hydraulikzylinder sind in einer durch die Stranggießkokille gelegten Längsschnittebene seitlich neben der Stranggießkokille angeordnet und mit dem Tragrahmen spielfrei derart verbunden, daß die Stranggießkokille an den Federn in einem Punkt befestigt ist und die freien Enden der Federn mit dem Tragrahmen in fester Verbindung stehen.
  • Ein weiteres Dokument zum Stand der Technik, EP 0 953 391 A1 , beschreibt einen Hubtisch mit Oszillationsantrieb für eine Stranggießeinrichtung. Bei dieser Einrichtung ist der Hubtisch mit unterhalb seiner Tischebene verlaufenden Führungsblöcken ausgebildet, zwischen denen ein stationärer Spannblock angeordnet ist. Entlang der Kokillenschmalseiten sind unterhalb der Tischebene zu beiden Seiten des Spannblocks jeweils zwischen bzw. in diesem und dem zu ihm benachbarten Führungsblock im Abstand übereinander mindestens zwei einzelne, nachgiebig weiche Blattfedern eingespannt.
  • Ausgehend von dem hieraus erkennbaren Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, mittels konstruktiver Maßnahmen zu erreichen, daß sich die Richtung der resultierenden Gesamtkraft aus Gewichtskraft, Beschleunigungskraft und Reibkraft während einer Oszillationsbewegung nicht umkehrt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das zu Erzeugung der Oszilla tion vorgesehene Stützelement durch mit diesem zusammenwirkbare Bauteile ergänzt wird, welche von außen eine zusätzliche Kraft auf die Kokille aufbringen.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß als zusätzliche Bauteile Spreizfedern verwendet werden, welche die Kokille mit elastischer Reaktionskraft von oben her zur kraftschlüssigen Anlage gegen das Stützelement drücken und sie zusammen mit diesem in für hohe Gießgeschwindigkeiten erforderliche Oszillationsbewegungen versetzt.
  • Mit großem Vorteil wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kokillenantriebs erreicht, daß sich die Richtung der resultierenden Gesamtkraft aus Gewichtskraft, Beschleunigungskraft und Reibkraft während der Oszillationsbewegung nicht umkehrt. Damit wird die erstrebte Gießsicherheit für vergleichsweise hohe Gießgeschwindigkeiten gewährleistet.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Unteransprüchen des Verfahrens vorgesehen.
  • Danach kann die zusätzliche Kraft konstant einwirken, sie kann aber auch sich zeitlich bzw. nach Maßgabe von Position und Bewegungsrichtung der Kokillenoszillation ändern.
  • Weiterhin kann die Kraft mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, magnetisch oder elektromagnetisch aufgebracht werden.
  • Und schließlich kann die Kraft kontinuierlich wirken bzw. diskontinuierlich gesteuert oder geregelt werden beispielsweise durch eine dickenveränderliche Zwischenlage, die bevorzugt während des laufenden Betriebes hydraulisch verändert wird.
  • Eine Vorrichtung zum Antreiben einer Kokille in Oszillation mit einem von unten her oszillierbaren Stützelement für die Kokille zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, sieht erfindungsgemäß Mittel zum Aufbringen einer zusätzlichen Krafteinwirkung auf die Kokille im Zusammenwirken mit Oszillationsbewegungen des Stützelementes vor. In Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Mittel Spreizfederelemente, die sich einerseits nach unten gegen den Kokillentisch oder die Kokille, und nach oben gegen Elemente des Stahlbaus oder der Grundplatte abstützend zwischen diesen mit einstellbarer Spreizkraft eingespannt sind und damit von aussen und oben her eine zusätzliche Krafteinwirkung auf die Kokille aufbringen.
  • In Fortbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß das Mittel eine Stahlfeder ist, bzw. daß das Mittel eine Gummifeder mit einem inneren Luftpolster ist, deren Progression mit Hilfe des Luftdruckes einstellbar ist.
  • Dabei kann mit großem Vorteil der Innen-Luftdruck der Gummifeder während des laufenden Betriebes zur Regelung der Federprogression einstellbar sein.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
  • Die Figur zeigt:
  • Eine Vorrichtung zum Antreiben einer Kokille 1 in Oszillation, insbesondere mit einer für relativ hohe Gießgeschwindigkeiten erforderlichen Frequenz, wobei die Kokille 1 seitlich in einer Vertikalführung 6 geführt und mit einem Stützelement 10 von unten her oszillierbar abgestützt und das Stützelement 10 mit relativ hohen Beschleunigungen in vertikale Oszillationsbewegungen versetzt wird. Durch konstruktive Maßnahmen soll erreicht werden, daß sich die Richtung der resultierenden Gesamtkraft aus Gewichtskraft, Beschleunigungskraft und Reibkraft während der Oszillationsbewegung, nicht umkehrt. Dies wird dadurch erreicht, daß das als Mittel zur Erzeugung der Oszillation vorgesehene Stützelement 10 durch mit diesem zusammenwirkbare Bauteile ergänzt wird, welche von außen und oben her eine zusätzliche Krafteinwirkung 12 auf die Kokille 1 aufbringen.
  • Als zusätzliche Bauteile werden Spreizfedern 3 verwendet, welche mit vorgebbarer Spreizkraft zu beiden Seiten der Kokille 1, bevorzugt zu den Schmalseiten, zwischen den Kokillentisch 5 und Stahlbauelementen 2 des Stahlgerüstes der Kokille oder der Grundplatte 8 einspannbar sind und damit eine zusätzliche Rückstellkraft 12 von außen und oben her auf die Kokille 1 aufbringen. Die zusätzliche Krafteinwirkung 12 der Spreizfedern 3 auf den Kokillentisch 5 ist gleichbleibend. Es kann aber auch von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß die Spreizkraft der Spreizfedern 3 seitlich bzw. nach Maßgabe von Position und/oder Bewegungsrichtung der Kokillenoszillation geändert wird.
  • Der Kokillentisch 5 ist dabei mit Hilfe der Vertikalführung 6 im Lagerbock 7 in vertikaler Richtung oszillierbar geführt. Das Spreitzfederelement 3 kann wahlweise eine Stahl-Spiralfeder sein. Es kann aber auch eine Gummifeder mit einem inneren Luftpolster umfassen, deren Progression mit Hilfe des Luftdrucks einstellbar ist.
  • Insbesondere kann der Innen-Luftdruck der Gummi-Dehnungsfeder 3 während des laufenden Betriebes zu Einstellung der Federprogression einstellbar sein.
  • Die Spreizkraft 12 kann dabei mechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder magnetisch oder elektromagnetisch von entsprechend ausgebildeten Bauteilen oder Bauelementen aufgebracht werden.
  • Insbesondere kann die Spreizkraft der Spreizfedern 3 durch eine dickenveränderliche bzw. höhenveränderliche Zwischenlage bzw. Unterlage 4 bevorzugt während des laufenden Betriebes, beispielsweise hydraulisch einstellbar, veränderlich sein. Damit läßt sich der entsprechende Betriebszustand anhand des Betriebsergebnisses ohne Schwierigkeiten optimieren.
  • 1.
    Kokille
    2.
    Stahlgerüst
    3.
    Spreizfeder
    4.
    höheneinstellbare Unterlage
    5.
    Kokillentisch
    6.
    Vertikalführung
    7.
    Lagerbock
    8.
    Grundplatte
    10.
    Stützelement
    11.
    Kraftangriff
    12.
    Krafteinwirkung von aussen/oben

Claims (12)

  1. Verfahren zum Antreiben einer Kokille (1) in Oszillation, insbesondere mit für relativ hohe Gießgeschwindigkeiten erforderlichen Frequenz und Hubhöhe, wobei die Kokille (1) mit einem Stützelement (10) von unten her oszillierbar abgestützt wird und das Stützelement (10) in vertikale Oszillationsbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Erzeugung der Oszillation vorgesehene Stützelement (10) durch mit diesem zusammenwirkbare Bauteile ergänzt wird, welche von aussen eine zusätzliche Krafteinwirkung (12) auf die Kokille (1) aufbringen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Bauteile Spreizfedern (3) verwendet werden, welche unter vorgebbarer Spreizkraft an mehreren Seiten der Kokille (1), bevorzugt an den Schmalseiten kräftemäßig wirken, damit eine zusätzliche Rückstellkraft (12) von aussen und oben her auf die Kokille (1) aufgebracht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kraft (12) der Spreizfedern (3) auf den Kokillentisch (5) gleichbleibend einwirkt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizkraft der Spreizfedern (3) zeitlich bzw. nach Maßgabe von Position und/oder Bewegungsrichtung der Kokillenoszillation geändert wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (12) mechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder magnetisch oder elektromagnetisch aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizkraft der Spreizfedern (3) durch eine dickenveränderliche Zwischenlage (4) bevorzugt während des laufenden Betriebes, beispielsweise hydraulisch einstellbar veränderlich wird.
  7. Vorrichtung zum Antreiben einer Kokille (1) in Oszillation mit einem von unten her oszillierbaren Stützelement (10) für die Kokille, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch, Mittel (3) zum Aufbringen einer zusätzlichen Krafteinwirkung (12) auf die Kokille (1) im Zusammenwirken mit Oszillationsbewegungen des Stützelementes (10)
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Spreizfederelemente (3) sind, die sich einerseits nach unten gegen den Kokillentisch (5) oder die Kokille (1), und nach oben gegen Elemente des Stahlbaus (2) oder der Grundplatte (8) abstützend zwischen die sen mit, einstellbarer Spreizkraft eingespannt sind und damit von aussen und oben her eine zusätzliche Krafteinwirkung (12) auf die Kokille (1) aufbringen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizfederelement (3) eine Stahl-Spiralfeder ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizfederelement (3) eine Gummifeder mit einem inneren Luftpolster umfaßt, deren Progression mit Hilfe des Luftdruckes einstellbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen-Luftdruck der Gummi-Dehnungsfeder (3) während des laufenden Betriebes zur Einstellung der Federprogression einstellbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) allgemein mechanische Bauteile oder hydraulische, pneumatische magnetische oder elektromagnetische Bauelemente in Einzelanordnung oder in deren Kombination sind.
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