DE19854329A1

DE19854329A1 - Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels variabler Oszillationsparameter

Info

Publication number: DE19854329A1
Application number: DE19854329A
Authority: DE
Inventors: Joerg Westphal; Michael Vonderbank
Original assignee: SMS Schloemann Siemag AG; Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-05-31
Also published as: MXPA01005160A; ES2183628T3; DE59902597D1; ATE223268T1; EP1133370A1; WO2000030783A1; KR20010080508A; EP1133370B1; KR100634049B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels vertikal reziprozierender Bewegungen in Gießrichtung bzw. in Gegenrichtung, wobei Hub und Frequenz der Oszillation nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit einstellbare Parameter sind und bei voreilender Geschwindigkeit der Kokille relativ zum Strang, dem sogenannten Negativstrip, flüssiges und/oder festes Gießmedium in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen wird. Mittels Entkopplung der linearen Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und den Oszillationsparametern Hub/Frequenz wird eine Variation der Parameter in dem Sinne vorgenommen, daß bei steigender Gießgeschwindigkeit die Beschleunigung des bewegten Systems durch relative Erniedrigung der Frequenz bei relativ vergrößertem Hub insgesamt verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels vertikal reziprozierender Bewegungen in Gießrichtung bzw. in Gegenrichtung, wo bei Hub und Frequenz der Oszillation nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit einstellbare Parameter sind und bei voreilender Geschwindigkeit der Kokille relativ zum Strang, dem sog. Negativstrip, flüssiges und/oder festes Gießmedium in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen wird.

Beim Stranggießen wird die hierfür verwendete Kokille in eine periodische Bewe gung versetzt, um dadurch ein Relativbewegung zwischen Strang und Kokille zu erzeugen. Dabei wird auf der Badoberfläche in der Kokille befindliches körniges bis pulveriges Gießpulver nach Aufschmelzen als Gleitmittel in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen und damit die Reibung zwischen Kokille und Strang verringert. Durch diesen Effekt wird ein Verschleiß der Kokille erheblich verringert sowie ein Festhaften des Stranges an der Kokillenwand verhindert.

Die periodische Kokillenbewegung bildet üblicherweise im Positions- und Ge schwindigkeitsverlauf eine Sinus-Schwingung, die einen konstanten Hub, bspw. bei Exzenteroszillatoren, und eine der Gießgeschwindigkeit angepaßte Perioden dauer aufweist.

Während eines Oszillationszyklus wechselt beim Vorbeigleiten der Kokille am Strang die Art der Reibung:
Bei relativ zum Strang voreilender Geschwindigkeit der Kokille, als Negativstrip bezeichnet, sowie nach deren Richtungsumkehr zum Positivstrip liegt Gleitreibung vor; zwischen Negativstrip und Positivstrip im Bereich der Richtungsumkehr liegt Haftreibung vor.

Während der Gleitreibung werden von der Kokille abwechselnd Zug- und Druck spannungen auf die Strangschale übertragen.

Bei annähernd gleichen Geschwindigkeiten zwischen Kokille und Strang im Zu stand der Haftreibung gleichen sich die resultierenden Zug- und Druckspannungen annähernd aus. Bei Erhöhung oder Erniedrigung der relativen Kokillengeschwin digkeit reißt sich die Kokille vom Strang los. Dies führt zum Stauchen und damit zu einer Geschwindigkeitserhöhung der Strangschale, wenn sich die Kokille auf ih rem Weg nach unten befindet, und umgekehrt zu einer Dehnung und damit zu ei ner Geschwindigkeitsreduzierung der Strangschale, wenn sich die Kokille auf ih rem Weg nach oben befindet.

Dieser abwechselnde Stauch- bzw. Dehnvorgang der Strangschale bewirkt eine oszillierende Anregung des gesamten Stranges. Wenn diese in einem ungünsti gen, bspw. harmonischen Frequenzbereich liegt, kann dieses zu einem Auf schwingen der gesamten Gießanlage führen. Dieser nachteilige Effekt wird um so stärker, je größer der Reibungskoeffizient zwischen Kokille und Strangschale ist, d. h. je geringer die Schmierung und damit die Schlackenversorgung ist.

Hieraus ergeben sich für Stranggießanlagen bei höheren Gießgeschwindigkeiten, bspw. größer 4,5 m/min, folgende Nachteile:

1. Die Dauer der Oszillationsperiode wird mit steigender Gießgeschwindigkeit kürzer. Hierdurch nimmt proportional die Zeit, in welcher flüssiges und festes Gießmedium zur Minimierung der Reibung in den Spalt zwischen Kokille und Strang eindringen kann, ab. Dadurch erhöht sich der Verschließ der Kokille und die Gefahr, daß der Strang an der Kokillenwandung festklebt steigt, was schlimmstenfalls zu einem Durchbruch führen kann.
2. Erhöhte Gießgeschwindigkeiten führen zu erhöhten Oszillationsfrequenzen und hierdurch zu erhöhten Beschleunigungen der bewegten Massen. Zudem wird die Gießanlage durch vermehrten Wechsel von Gleitreibung und Haftrei bung in Folge höherer Frequenz zum Schwingen angeregt.

Verfahren zur Erzeugung der Oszillation einer Stranggießkokille sind beim Stand der Technik bekannt.

Beispielsweise beschreibt das Dokument DE 37 04 793 C2 eine Kokillen- Hubvorrichtung mit zwei an einem Hubtisch für die Stranggießkokille oder direkt an dieser angelenkten, drehbar antreibbaren Exzenterwellen. In die Verbindung zwischen dem Drehantrieb und den Exzenterwellen ist mindestens eine Gelenk welle eingesetzt, bei welcher der von der Exzenterwelle abgewandte Gelenkkopf lageveränderbar angeordnet ist und die Gelenkköpfe gegeneinander verdrehbar sind.

Ein nicht sinusförmiger Bewegungsablauf der Kokille wird durch den bewußten Gebrauch des Kardanfehlers erzeugt, welcher auftritt, wenn eine Gelenkwelle nicht fluchtend zwischen den Wellen eingesetzt wird. Durch Veränderung von Hö he und seitlicher Verschiebung des Drehantriebes sind unterschiedliche nicht si nusförmige Bewegungsabläufe der Kokille realisierbar.

Das Dokument EP 0 121 622 B1 beschreibt ein Verfahren für das Stranggießen unter Verwendung einer in einem Rahmen gelagerten Kokille, welcher durch eine elektrohydraulische Servoeinrichtung in Schwingungen versetzt wird. Die Vorrich tung zur Schwingungserzeugung wird gemäß einem von einem Funktionsgenera tor erzeugten vorgewählten Schwingungs-Amplitudensignal bei einer Frequenz betrieben, welche höher als die Eigenfrequenz der Schwingungsvorrichtung ist.

Das Dokument EP 0 618 023 A1 offenbart ein Verfahren für das Stranggießen, bei dem eine Kokille mit einer vergleichsweise langen Seitenwand und einer ver gleichsweise schmalen Querwand verwendet wird. Zugleich mit der Oszillation der Kokille werden bei jeder Schwingung in einer Zeitphase, bei der die Differenz der Kokillengeschwindigkeit und der Strangabzugsgeschwindigkeit einen vorgegebe nen Wert überschreitet, die Seitenwände der Kokille um einen geringen Querbe trag vom Gußstrang wegbewegt, während in der verbleibenden Zeit mit annähernd gleicher Geschwindigkeit von Strang und Kokille die Seitenwände wieder näher an den Gußstrang angelegt werden. Durch dieses abwechselnde Erweitern und Ver schmälern der Kokille sollen die auf die Strangschale einwirkenden Zug- und Stauchkräfte reduziert werden, so daß die Tiefe der Oszillationsmarken verringert wird und die Strangmitte eine geringere Steigerung aufweist. In diesem Fall wird das Eindringen der Schlacke in den Spalt zwischen Strang und Kokille durch das abwechselnde Erweitern und Verschmälern der Kokille erleichtert.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, daß negativer Strip, Amplitude und Frequenz der Kokillenoszillation sowie deren auf einen Betriebsfall abgestimmte Kombination für die Qualität des Gußproduktes maßgeblich sind und auf die Ei genschaften der zu vergießenden Schmelzen und des verwendeten Gießpulvers eingestellt werden müssen. Die Auswahl der Oszillationsparameter ist wesentlich für die Optimierung des Stranggießprozesses und besteht in einer optimalen Kombination von Amplitude und Frequenz, wobei der Negativstrip innerhalb be stimmter Grenzen liegen soll, üblicherweise zwischen 15 und 40%.

Diese Zusammenhänge machen deutlich, daß bei sinusförmiger Schwingung der Kokille eine beliebige Kombination der Oszillationsparameter nicht möglich ist. Es besteht daher die Bestrebung, die Wahl der Oszillationsparameter von der Gieß geschwindigkeit zu entkoppeln.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art anzu geben, welches unter Überwindung der erwähnten Nachteile, Schwierigkeiten und technischen Grenzen insbesondere bei höheren Gieß- bzw. Strangabzugsge schwindigkeiten die Produktion von Stranggießprodukten mit optimaler Qualität ermöglicht, die Beschleunigung der Massen einer Stranggießanlage reduziert, die Ausziehkräfte an den Oszillatoren verringert, sowie die Negativ-Strip-Zeit bei stei gender Gießgeschwindigkeit zumindest konstant hält und ein gleichmäßiges Ein ziehen von Schlacke durch Einstellung einer konstanten Relativgeschwindigkeit zwischen Kokille und Strang ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Obergriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, daß mittels Entkoppelung der linearen Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und den Oszillationspara metern Hub/Frequenz eine Variation der Parameter in dem Sinne vorgenommen wird, daß bei steigender Gießgeschwindigkeit die Beschleunigung des bewegten Systems durch relative Erniedrigung der Frequenz bei relativ vergrößertem Hub insgesamt verringert wird.

Mit großem Vorteil wird durch das Verfahren nach der Erfindung erreicht, daß bei gleicher Gießgeschwindigkeit die Beschleunigung des gesamten bewegten Sy stems durch Absenkung der Frequenz gesenkt bzw. bei steigender Gießge schwindigkeit annähernd konstant gehalten wird.

Dadurch, daß sowohl die Frequenz als auch der Hub unabhängig voneinander mit der Gießgeschwindigkeit variiert werden, kann eine möglichst lange und/oder kon stante negative/positive Strip-time erzielt werden.

Durch das Frequenzabsenkungsverfahren mit dynamisch angepaßtem Oszillati onshub ergeben sich folgende vorteilhafte Auswirkungen für Sinusoszillationen:

- Die Beschleunigungen der Massen werden um bis zu 25% reduziert, womit auch die Ausziehkräfte an den Oszillatoren bedeutend verringert werden.
- Eine resultierende Schwingung des Systems der Gießmaschine wird unter bunden;
- die Fundamente und die mechanischen Einrichtungen werden weniger be lastet;
- der Gießspiegel in der Kokille wird nicht durch Schwingungen angeregt;
- die Negativ-Strip-Zeit ist prozentual gleich, jedoch absolut bis um 30% län ger. Dem Gießmedium wird eine längere Zeit zu Einziehen und Ausbreiten im Kaliber zwischen Strangschale und Kupferplatte zur Verfügung gestellt.
- Eine gezielte Variation der absoluten Negativ-Strip-Zeit wird ermöglicht;
- die Negativ-Strip-Zeit kann bei steigender Gießgeschwindigkeit konstant gehalten werden;
- ein konstantes und gleichmäßiges Einziehen von Schlacke wird durch Ein stellung einer konstanten Relativgeschwindigkeit zwischen Kokille und Strang erreicht;
- eine gleichmäßige Versorgung von Schlacken-Gleitmittel ist bei steigenden Gießgeschwindigkeiten durch Anpassung von Hub und Frequenz möglich;
- insgesamt können höhere Gießgeschwindigkeiten verwirklicht werden.

Ähnliche Vorteile ergeben sich auch für andere nicht-sinudiale Oszillationsbewe gungen wie bspw. trapezförmige, sägezahnartige Oszillationsbewegungen, insbe sondere hinsichtlich einer weiteren Reduzierung der Massenbeschleunigung so wie gezielte Gießpulverschmierung und alle anderen vorerwähnten neuen Mög lichkeiten. Nicht-sinudiale trapezähnliche Geschwindigkeitsformen sind gekenn zeichnet durch einen asymmetrischen Verlauf, der speziell für schnell gießende Gießmaschinen geeignet ist und in der Abwärtsbewegung in Gießrichtung gese hen langsamer als in der Aufwärtsbewegung ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von graphi schen Darstellungen von Diagrammen und Schwingungskurven näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Diagramm über der Gießgeschwindigkeit aufgetragene Ver gleichskurven für den Verlauf von Frequenz und Amplitude

a) der Schwingungsparameter nach dem Stand der Technik
b) der Schwingungsparameter nach der Erfindung.

Fig. 2 im Diagramm über der Gießgeschwindigkeit aufgetragene Ver gleichskurven für den Verlauf der absoluten negativen Strip-time

a) nach dem Stand der Technik
b) nach der Erfindung.

Fig. 3 Schwingungskurven symmetrischer bzw. asymmetrischer Kokillenoszillation nach dem Stand der Technik.

Fig. 4 Schwingungskurven symmetrischer bzw. asymmetrischer Kokillenoszillation nach der Erfindung.

Tabelle I enthält ein Zahlenbeispiel für die Schwingungskurven der Fig. 3;

Tabelle II enthält ein Zahlenbeispiel für die Schwingungskurven der Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 sind im Diagramm über der Gießgeschwindigkeit zwei im spitzen Winkel ansteigende Frequenzkurven aufgetragen. Die eine nach dem herkömmli chen Stand der Technik - durch schwarze Rechtecke gekennzeichnete - Fre quenzkurve zeigt einen wesentlich steileren Anstieg als eine darunter strichpunk tiert gezeichnete Frequenzkurve, die zunächst bis zu einem Knickpunkt wesentlich flacher als die herkömmliche Frequenzkurve verläuft und danach in einen kon stanten Kurvenverlauf übergeht. Die zugeordneten Kurven für den Kokillenhub bzw. für die Amplitude verlaufen nach dem Stand der Technik unverändert in einer Geraden, während die Kurve für den erfindungsgemäß geänderten Kokillenhub, über der Gießgeschwindigkeit aufgetragen, steigend verläuft.

Fig. 2 zeigt im Diagramm über der Gießgeschwindigkeit aufgetragen mit steigen der Strangabzugsgeschwindigkeit sinkende Zeitwerte [ms] für den Verlauf der ab soluten negativen Strip-time gemäß der ausgezogenen Linie nach dem Stand der Technik und gemäß der punktierten Linie nach der Erfindung. Es zeigt sich, daß im Durchschnitt die negative Strip-time beim Verfahren nach der Erfindung durch schnittlich um 25% größer ist als beim Stand der Technik.

In Fig. 3 sind Schwingungskurven mit symmetrischer bzw. asymmetrischer Kokil lenoszillation nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Hub beträgt maximal 3,1 mm, während die Frequenz mit 6,6 Hz 396 Schwingungen/min. aufweist. Der entsprechende Beschleunigungswert ist relativ hoch und beträgt 5,3 m/s² (siehe Tabelle I).

Fig. 4 zeigt Schwingungskurven mit symmetrischer bzw. asymmetrischer Kokil lenoszillation nach der Erfindung. Dabei ist der Hub mit 3,9 mm um ca. 25% grö ßer als bei der entsprechenden Kurve in Fig. 3 (3,1 mm), und die Beschleunigung beträgt 4,0 m/s², d. h. sie ist um ca. 30% geringer als im entsprechenden Schwin gungsbeispiel der Fig. 3 (5,3 m/sec²).

Damit erweist sich, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels Entkupplung einer linearen Beziehung zwischen Gießge schwindigkeit und den Oszillationsparameter Hub/Frequenz die Beschleuni gungswerte des bewegten Systems entsprechend dem Hauptanspruch durch re lative Erniedrigung der Frequenz bei relativ vergrößertem Hub insgesamt signifi kant verringert wird.

Claims

1. Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels vertikal reziprozie render Bewegungen in Gießrichtung bzw. in Gegenrichtung, wobei Hub und Frequenz der Oszillation nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit einstellbare Parameter sind und bei voreilender Geschwindigkeit der Kokille relativ zum Strang, dem sogenannten Negativstrip, flüssiges und/oder festes Gießmedium in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Entkopplung der linearen Beziehung zwischen der Gießge schwindigkeit und den Oszillationsparametern Hub/Frequenz eine Variation der Parameter in dem Sinne vorgenommen wird, daß bei steigender Gießge schwindigkeit die Beschleunigung des bewegten Systems durch relative Er niedrigung der Frequenz bei relativ vergrößertem Hub insgesamt verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer möglichst langen absoluten bzw. prozentualen negati ven bzw. positiven Strip-time bei konstanter Gießgeschwindigkeit, und einer möglichst konstanten absoluten bzw. prozentualen negativen bzw. positiven Strip-time bei steigender Gießgeschwindigkeit sowohl die Frequenz als auch der Hub der Oszillationsbewegung unabhängig voneinander mit der Gießge schwindigkeit variiert werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationsfrequenz in einem Diagramm über der Gießgeschwindigkeit verfolgt wird und bei steigender Gießgeschwindigkeit die Oszillationsfrequenz im Vergleich zum herkömmlichen linearen Anstieg abgesenkt wird, in der Wei se, daß

a) Zunächst die Oszillationsfrequenz mit geringerer Progression ansteigt und
b) anschließend auf annähernd konstante Werte eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigender Gießgeschwindigkeit eine relative dynamische Progression der Oszillationsfrequenz unterhalb des herkömmlichen linearen Anstiegs derart erfolgt, daß der Negativstrip um annähernd (20%) verlängert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von dem Verlauf der abgesenkten Oszillationsfrequenz im Verhältnis zur Gießgeschwindigkeit ein dynamisch angepaßter Oszillationshub eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenoszillation nach einer von der Sinusform abweichenden Form einer Schwingkurve, beispielsweise mit in Grenzen konstanten Relativge schwindigkeiten zwischen Kokille und Gießstrang eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch freie Vorwahl von Hubhöhe oder Frequenz bei deren Entkopplung von einem linearen Verhältnis definierte, absolute negative oder positive Strip-ti mes eingestellt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine relative Frequenzabsenkung der Oszillation mit beliebigen Oszillati onsformen, wie sinuidalen, trapezoiden oder sägezahnförmigen Oszillations formen durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines hydraulischen Oszillators zur variablen Einstellung von Hub und Frequenz der Kokillenoszillation.