DE19823361A1

DE19823361A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abziehen eines Metallstranges

Info

Publication number: DE19823361A1
Application number: DE19823361A
Authority: DE
Inventors: Otto-Alexander Schmidt
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SCHMIDT, OTTO ALEXANDER, DR., 47803 KREFELD, DE
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-25
Also published as: AU4601299A; EP1077781B1; EP1077781A1; ES2181450T3; WO1999059749A1; DE59902850D1; ATE224781T1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwingungsanregung einer stationären Kokille zum Stranggießen von Metallen, insbesondere Stahl, wobei der Kokille mit Führungsrollen bestückte Gerüste nachgeordnet sind. DOLLAR A Dabei sind Schwingungserreger (21) vorgesehen, die mindestens im Kopfbereich (12) der Kokille (11) angeordnet sind. Die Kokillenwände (15, 16) besitzen eine Länge (L¶K¶), die größer ist als die Länge (L¶W¶) der Spannungswelle der Schwingung. Die Mündung (13) der Kokille (11) liegt auf einem Widerlager (31) auf.

Description

Verfahren zum Abziehen eines in einer Stranggießanlage erzeugten Metallstranges mit einer stationären Kokille, insbesondere zum Gießen von Stahl, in der der Metallstrang einen das flüssige Metall umhüllenden Schalenkasten erhält, wobei der Kokille mit Führungsrollen bestückte Gerüste nachgeschaltet sind, und eine entsprechende Vorrichtung dazu.

Aus DE 35 43 790 C2 ist eine Oszillationsvorrichtung für eine Stranggießkokille für Metalle, insbesondere für Stahl, bekannt, bei der der Hubtisch von Antriebselementen gehalten wird, die sich auf einem Fundament abstützen oder an diesen aufgehängt sind.

Solche Antriebe, die regelmäßig als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten oder als elektrische Linearantriebe ausgebildet sind, schwingen in einem Frequenzbereich < 100 Hz.

Aus EP 0 325 931 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oszillieren einer Stahlstranggießkokille bekannt, bei in Abhängigkeit der Strangabzugsgeschwindigkeit die Hubhöhe eingestellt wird. Hierzu werden bei Gießgeschwindigkeiten von Brammen bis zu 6 m/min. und bei Knüppeln und Dünnbrammen bis zu 10 m/min Oszillationsfrequenzen < 200 Hübe pro Minute verwendet.

Weiterhin ist aus EP 0 807 478 A1 die Oszillationseinrichtung mittels eines elektromagnetischen Feldes bekannt. Hierzu werden an den Seitenwänden der Kokille elektrische Elemente installiert, durch die ein elektrisches Feld erzeugbar ist, welches Einfluß auf die in der Kokille entstehende Strangschale nimmt. Um einen direkten elektrischen Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall und der Kokillenwand zu unterbinden, ist die Kokille an ihren Innenwänden beschichtet, wobei die Beschichtung eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und beispielsweise aus amorphen Kohlenstoff besteht.

Die Stromversorgung ist so ausgelegt, daß sie bei etwa 150 kA während einer Zeitspanne zwischen 5 und 5000 µs die Kokille zwischen 2 bis 100 Hz schwingen läßt.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abziehen eines Metallstranges, insbesondere aus Stahl, mittels einer stationären Kokille zu schaffen, mit der ein sicheres, klebefreies Fördern der das Flüssigmetall umhüllenden Schale eines Endlosstranges bei hoher Oberflächenqualität möglich ist.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 3. Die übrigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß werden die Kokillenwände in ihrer vollen Länge zu einer Schwingung < 400 Hz angeregt und zwar in einer Weise, daß ausschließlich ein Negativstrip zum Schalenkasten des Stranges vorliegt. Gleichzeitig wird der Metallstrang von den der Kokille nachgeordneten antreibbaren Führungsrollen abgezogen. Der Fördervorgang des Stranges ist hierbei völlig unabhängig von der aktuellen Kokillenschwingfrequenz.

Zur Erzeugung der Schwingung in den feststehenden Kokillen beliebiger Formate, werden Schwingungserreger eingesetzt, die eine Spannungswelle in die Kokillenwände indizieren, wobei die Länge der Kokillenwände größer ist als die Länge der Spannungswelle der Schwingung. Die Schwingungserreger sind dabei im Kopfbereich und ggf. ergänzend an den Seitenwänden angeordnet und geben ihren Impuls an die Kokillenwände ab. Die Kokillenwände liegen mündungsseitig auf einem Widerlager auf.

Die Schwingungen werden über den gesamten Umfang der Stirnfläche der Kokillen in die Kokillenwände indiziert. Jeder Impuls ruft in den Kokillenwänden eine longitudinale und transfersale Welle hervor. Die Kokillenwände zeigen beim Durchlauf der Schwingung quasi Verdickungen und Einschnürungen. Hierdurch liegen jeweils Wellenberge vor, die in Strangabzugsrichtung auf die Außenhaut der Strangschale wirken.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Oberfläche der Innenwände dabei so ausgestaltet, daß sie eine besonders geringe Rauhigkeit besitzt. Hierzu wird vorgeschlagen, eine Beschichtung zu verwenden, die eine weitgehend glatte Oberfläche besitzt und darüber hinaus thermisch sowie chemisch resistent ist, z. B. aus keramischen Werkstoffen besteht, und eine Rauhigkeit aufweist, die kleiner ist als die Amplitude der in die Kokillenwände indizierten Spannungswellen. Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, auf die üblichen Schmiermittel, hier im wesentlichen Gießpulver, zu verzichten.

In vorteilhafter Weise kann der Raum zwischen dem Zuführbehälter und der Kokille abgeschlossen werden, da die sonst erforderlichen Zuführelemente des Gießpulvers auf die hierzu offene Badoberfläche entfallen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zwischen einem ein Tauchgießrohr aufweisenden Zuführbehälter und dem Kokilleneingang eine Abschirmung vorgesehen, an die ein Anschluß angebracht ist, der mit einer Gasversorgung verbunden ist. Über diese Gasversorgung wird insbesondere Inertgas gefördert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zwischen einem Zuführbehälter und der Kokillenstirn eine Hülse angeordnet. Diese Hülse ist fest mit der Stirn des Kokilleneingangs verbunden, wobei die Hülse außerhalb der Schwingungserreger angeordnet ist und vorzugsweise mit dem Wasserkasten der Kokille verbunden ist. Dieser Zuführbehälter kann so ausgestaltet sein, daß er ausschließlich eine Öffnung im Boden besitzt und somit auf einen Tauchausguß verzichtet. In den Innenraum der hier vorgesehenen Hülse kann Gas mit Oberdruck eingeleitet werden. Auf diese Weise wird nicht nur Einfluß auf den das Zuführgefäß verlassende Gießstrahl genommen, sondern auch auf den Gießspiegel der in der Kokille befindlichen Schmelze.

Anstelle des Überdruckes im Innenraum der Hülse kann bei dem Letztgenannten eine Bodenöffnung aufweisenden Zuführbehälter in diesem, soweit er als Unterdruckgefäß ausgebildet ist, ein Unterdruck erzeugt werden, um wiederum Einfluß auf die Höhe des Gießspiegels in der Kokille zu nehmen. Im letzteren Fall wird in den Freiraum der Hülse Inertgas mit Normaldruck eingeleitet.

Als Schwingungserreger kommen Unwuchterreger, Kondensatorplatten oder auch Piezo-Kristalle zum Einsatz. Die Schwingungserreger sind in vorteilhafter Weise fest mit der Stirnseite der Kokille verbunden. Die Schwingungserreger sind dabei über die gesamte Breite an der Stirn jeder Kokillenwand befestigt, so daß die Kokillenstirn über den gesamten Umfang schwingungsmäßig verknüpft ist.

Das Fußende der Kokille, welches auf dem Widerlager aufliegt, ist in vorteilhafter Weise konisch ausgestaltet, wobei die Verjüngung in Strangförderrichtung verläuft und Spitze des Konus eine Breite vom < 1 mm besitzt. Das Widerlager ist aus Verschleißgründen gehärtet.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Hierbei zeigen die

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch die Kokille

Fig. 2 eine Stranggießeinrichtung bestehend aus Zuführgefäß und Kokille sowie Führungsrollen.

Die Fig. 1 zeigt eine Schmelze S gefüllten Zuführbehälter 41, in dessen Boden 42 eine Öffnung 47 vorgesehen ist, an der ein Tauchgießrohr 43 angeordnet ist, welches in eine Kokille 11 hineinragt.

Die Kokille 11 besitzt Kokillenbreitseiten 14 und hier nicht dargestellte Schmalseiten 15. Die in der Fig. 1 rechts dargestellte Kokillenbreitseite 14 besitzt auf seiner Innenwand eine Beschichtung 18. Weiterhin ist an dieser Kokillenbreitseite 14 ein Schwingungserreger 21 an der Stirnfläche 19 und ein weiterer Schwingungserreger 21 im Eingangsbereich 17 befestigt. Die Kokillenmündung 13 dieser Kokillenbreitseite 14 verjüngt sich konisch und stützt sich mit seiner Spitze 16 auf einem Widerlager 31, das eine Kontaktfläche 32 besitzt.

Die auf der linken Seite der Kokille 11 dargestellte Kokillenbreitseite 14 steht an der Kokillenmündung 13 auf einem Widerlager 31. An der Stirnfläche 19 ist als Schwingungserreger ein Unwuchterreger 22 befestigt.

Weiterhin weist diese Kokillenbreitseite 14 einen Wasserkasten 81 auf, der mit einem Balg 46 mit dem Boden 42 des Zuflußbehälters 41 verbunden ist.

In der Kokille 11 bildet sich ein die Schmelze S umhüllender Schalenkasten K, der über Führungsrollen 71, die der Kokille 11 nachgeschaltet sind, geführt und über Antreibrollen 72 aus der Kokille herausgefördert wird.

In der Fig. 2 ist der Zuführbehälter 41 als Unterdruckeinrichtung 61 ausgebildet, die eine Unterdruckvorrichtung 62 aufweist. Im Boden 42 des Zuführbehälters 41 ist eine Öffnung 47 vorgesehen, deren Querschnittsfläche A_Z kleiner ist als die Querschnittsfläche A_K der Kokille. Hier wurde also auf ein Tauchgießrohr verzichtet.

Unterhalb der Öffnung 47 des Zuführbehälters 41 ist die Kokille 11 angeordnet, von denen die Kokillenbreitseiten 14 dargestellt sind. Die Kokillenbreitseiten 14 stützen sich auf mit einer Kontaktfläche 32 versehenen Widerlagern 31 ab. Von den beiden dargestellten Kokillenbreitseiten 14 besitzt nur die rechte eine Beschichtung 18.

Beide Kokillenbreitseiten 14 sind mit Wasserkästen 81 versehen, an denen eine gasdichte Verbindung 45 befestigt ist, welche mit dem Boden 42 des Zuführbehälters 41 in Verbindung steht. Die gasdichte Verbindung 45 ist über einen Anschluß 51 mit einer Gasversorgung 52 verbunden. Mit dieser Gasversorgung 52 kann in dem Raum zwischen dem Boden 42, den gasdichten Verbindungen 45 und der Oberfläche der in der Kokille 11 befindlichen Schmelze S Unterdruck oder Überdruck erzeugt werden. Die mit dem Zuführbehälter 41 durch die Öffnung 47 verlassende Schmelze fällt frei in die Kokille 11.

Der in der Kokille 11 erzeugte Schalenkasten K wird unterhalb der Kokille über Führungsrollen 71 geführt und von Antriebsrollen 72 aus der Kokille 11 herausgefördert.

Die Kokillenbreitseiten 14 sind an der Kokillenmündung 13 konisch bis zu einer Konusspitze 16 mit der Breite b verjüngt und weisen eine Länge L_K auf. Auf der linken Seite ist auf der kompletten Stirnfläche 19 ein Piezo-Kristall 24 und auf der rechten Seite eine Kondensatorplatte 23 befestigt.

Bezugszeichenliste Gießen

11

Kokille

12

Kopfbereich

13

Kokillenmündung

14

Kokillenwand Breitseite

15

Kokillenwand Schmalseite

16

Konusspitze

17

Eingangsbereich

18

Beschichtung

19

Stirnfläche

Schwingen

21

Schwingungserreger

22

Unwuchterreger

23

Kondensatorplatte

24

Piezo-Kristall

Lagern

31

Widerlager

32

Kontaktfläche

Schmelzenzufuhr

41

Zuführbehälter

42

Boden (

41

)

43

Tauchgießrohr

44

Abschirmung

45

Gasdichte Verbindung

46

Balg

47

Öffnung

48

Hülse

Gaszufuhr

51

Anschluß

52

Gasversorgung

Druck

61

Unterdruckeinrichtung

62

Überdruckvorrichtung

Stranggießen

71

Strangführungsrolle

72

Antriebsrollen

Kühlen

81

Wasserkasten
L_K

Länge Kokille
L_W

Länge Schwingungswelle
b Breite Konusspitze
S Schmelze
K Schalenkasten

Claims

1. Verfahren zum Abziehen eines in einer Stranggießanlage erzeugten Metallstranges mit einer stationären Kokille, insbesondere zum Gießen von Stahl, in der der Metallstrang einen das flüssige Metall umhüllenden Schalenkasten erhält wobei der Kokille mit Führungsrollen bestückte Gerüste nachgeschaltet sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- die fußseitig auf einem Widerlager abgestellten Wände der Kokille werden kopfseitig von der Stirnfläche beginnend zu einer Schwingung angeregt,

wobei die Länge (L_W) der Schwingung kleiner ist als die Länge (L_K) der Kokillenwand in Strangförderrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen über den gesamten Umfang der Stirnfläche der Kokillen in die Kokillenwände indiziert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Amplitude der Schwingung gewählt wird, die unter Berücksichtigung der Rauhigkeit der Innenflächen der Kokillenwände ein Kleben des Schalenkastens an ihnen verhindert.

4. Vorrichtung zur Schwingungsanregung einer stationären Kokille zum Stranggießen von Metallen, insbesondere Stahl, wobei der Kokille mit Führungsrollen bestückte Gerüste nachgeordnet sind, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Schwingungserreger (21) vorgesehen sind, die mindestens im Kopfbereich (12) der Kokille (11) angeordnet sind,
daß die Kokillenwände (15, 16) eine Länge (L_K) besitzen, die größer ist als die Länge (L_W) der Spannungswelle der Schwingung, und
daß die Mündung (13) der Kokille (11) auf einem Widerlager (31) aufliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserreger (21) über die gesamte Umfangslänge der Stirnfläche (19) der Kokille (11) mit dieser gekoppelt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserreger (21) mechanisch angetrieben sind, wobei insbesondere Unwuchterreger (22) eingesetzt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserreger (21) elektrisch angetrieben sind, wobei insbesondere Kondensatorplatten eingesetzt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserreger (21) Piezo-Kristalle (24) sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwände (14, 15) im Mündungsbereich (13) in Richtung Widerlager (31) sich konisch verjüngen, und daß die Konusspitze (16) eine Breite (b) von b < 1 mm aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Formhohlraum weisenden Innenflächen der Kokillenwände (14, 15) eine thermisch sowie chemisch resistente Beschichtung (18) aufweisen, z. B. aus keramischen Werkstoffen bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (18) eine Rauhigkeit besitzt, die kleiner ist als die Amplitude der in die Kokillenwände (15, 16) indizierten Spannungswellen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kokille (11) ein Zuführbehälter (41) für flüssiges Metall vorgeschaltet ist, an dessen Boden (41) ein Tauchgießrohr (43) vorgesehen ist, welches in den Freiraum der Kokille (11) ragt, und
daß zwischen dem Zuführbehälter (41) und dem Kokilleneingang (17) eine Abschirmung (44) vorgesehen ist, an der ein Anschluß (51) angebracht ist, der mit einer Gasversorgung (52), inbesondere für Inertgas, verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (44) als Balg (46) ausgestaltet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokille (11) ein Zuführbehälter (41) für flüssiges Metall vorgeschaltet ist, dessen Boden (42) eine Öffnung (47) aufweist, deren Austrittsfläche (A_Z) 10 bis 14% kleiner ist als die Querschnittsfläche (A_K) der Kokille,
daß außerhalb der Öffnung (47) an der Außenseite des Bodens (42) des Zuführbehälters (41) eine Hülse (48) befestigt ist, die sich mündungsseitig gasdicht an die Stirn der Kokille (11) außerhalb der Schwingungserreger (21) anlehnt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführbehälter (41) an eine Unterdruckeinrichtung (61) angeschlossen ist, mit der die Höhe des Gießspiegels der in die Kokille (11) einfüllbaren Schmelze steuerbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hülse (48) eine Überdruckvorrichtung (62) angeschlossen ist, mit der die Höhe des Gießspiegels der in die Kokille (11) einfüllbaren Schmelze steuerbar ist.