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Die Erfindung betrifft das Stranggießen von Metallen.
Insbesondere betrifft sie Vorrichtungen zum seitlichen
Einschließen des flüssigen Metalls in den Kokillen von
Stranggußmaschinen für dünne Bänder, deren Gießraum durch
die einander angenäherten Seitenwände zweier Walzen mit
waagrechten Achsen begrenzt wird, die innen heftig gekühlt
sind und die sich gegenläufig drehen.
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Bei einer derartigen Stranggußanlage, bei der ein Gießen
zwischen Walzen erfolgt und deren industrieller Einsatz zum
Gießen von Stahlbändern mit ungefähr 2 bis 10 mm Dicke
derzeit aktuell ist, erfolgt das seitliche Einschließen des
flüssigen Metalls im Gießraum, der durch die Zylinder
definiert ist, mit Hilfe von Platten, welche an den ebenen
Enden der Walzen, auch Rand genannt, durch eine geeignete
Anordnung angedrückt werden. Diese Platten werden
üblicherweise als Seitenwände oder kleine Wände bezeichnet.
Ihr Mittenabschnitt dient dazu, mit dem flüssigen Metall in
Kontakt zu stehen und besteht aus feuerfestem Material,
ebenso wie ganz allgemein ihr Umfang, der an den Walzen
reibt und sich zunehmend abnutzt. Es ist daher unabdingbar,
dass sie einen so dichten Kontakt wie möglich mit den
Walzen bilden, da das Eindringen von flüssigem Metall in
den Kontaktbereich schädliche Auswirkungen auf die Qualität
der Ränder des gegossenen Bandes haben würde. Diese würden
eine wellige Form annehmen und dadurch äußerst
bruchanfällig sein. Dadurch würde das Risiko auftreten,
dass sie vom Rest des Bandes abgetrennt werden und an den
Walzen haften bleiben. Würde diese Haftung während einer
vollständigen Umdrehung der Walzen andauern und würden die
Randteile dadurch in den Gießraum eintreten, könnte dies zu
schwerwiegenden Beschädigungen der Walzenoberflächen
führen. Im schlimmsten Fall könnte dieses Eindringen von
Metall bis zum Äußeren der Anlage folgen, wodurch eine
plötzliche Unterbrechung des Gießvorgang erforderlich
werden würde.
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Derartige Dichtigkeitsfehler können eine Vielzahl von
Gründen haben, unter denen die folgenden genannt seien:
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- Deformationen der Walzen und ihrer Seitenwände aufgrund
von mechanischen und thermischen Beanspruchungen, die
sie insbesondere zur Beginn des Gießvorgangs und vor
Erreichen ihres thermischen Dauerzustandes erleiden;
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- zunehmende Abnutzung der Seitenwände oder der Walzen,
die nicht immer für alle Kontaktbereiche gleich groß
ist;
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- momentane Abnutzung der Seitenwände, hervorgerufen durch
den Durchtritt von eingedrungenem erstarrtem Metall.
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Es wurde daher bereits vorgeschlagen, diese
Dichtigkeitsprobleme zu vermeiden, indem eine gesteuerte
Abnutzung der Seitenwände mittels kontrolliertern Reiben der
Seitenwände an den Walzen durchgeführt wird. Die
Kontaktflächen der Seitenwände werden dabei permanent
regeneriert, indem sie in bestmöglicher Weise an eventuelle
Entwicklungen der Form derjenigen Abschnitte der Walzen
angepaßt werden, auf denen sie sich abstützen. In diesem
Zusammenhang sei die Veröffentlichung EP-A-546 206 genannt,
aus der hervorgeht, dass zuerst die Seitenwände kräftig an
die sich drehenden Walzen vor Beginn des Gießvorgangs
angedrückt werden, sodass sie sich der ursprünglichen
genauen Gestalt der Walzenränder anpassen. Danach wird
dieser Druck geringfügig verringert, wonach der Gießvorgang
eingeleitet wird und zeitweise ein starker Druck auf die
Seitenwände derart ausgeübt wird, dass vorsätzlich eine
Abnutzung erzielt wird, welche die Seitenwände an die
Walzenränder anpaßt. Während des Gießvorgangs werden die
Seitenwände weiterhin an die Walzen angedrückt, sodass ihre
Abnutzung durch eine Verschiebung mit geringer
vorbestimmter Geschwindigkeit kompensiert wird. Man erzeugt
dadurch eine kontrollierte Abnutzung bei Gewährleistung von
permanenter Erneuerung der Kontaktflächen zwischen den
Seitenwänden und den Walzen.
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Die französische Patentanmeldung FR 9408319, die nicht
vorveröffentlicht ist, jedoch der EP-A-0 698 433
entspricht, die als Dokument gemäß Artikel 54(2) des
europäischen Patentübereinkommens anzusehen ist, schlägt
eine Verbesserung dieser Betriebsweise vor sowie für
diejenigen, die davon abgeleitet sind durch Vorsehen einer
Anordnung, welche eine leichte Verformung der Seitenwände
ermöglicht durch Modulation des angelegten Druckes auf
verschiedene Bereiche. Dadurch können zeitweise oder
permanent auftretende Ungleichheiten in den auf die
verschiedenen Abschnitte der Seitenwände durch die Walzen
ausgeübten Kräfte berücksichtigt werden. Derartige
Ungleichheiten können beispielsweise auftreten im Falle von
parasitärer Erstarrung von Metall, welches zwischen die
Seitenwand und eine Walze eingedrungen ist oder wenn die
beiden Ränder der Walzen, auf denen sich die Seitenwand
abstützt, nicht vollständig coplanar und senkrecht zu den
Walzenachsen sind.
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Diese Betriebsweisen sind jedoch noch mit dem Nachteil
behaftet, dass jede Seitenwand einer Abnutzung durch
Reibung unterliegt, die zwar mittels der
Vorschubgeschwindigkeit der Seitenwand meßbar ist, die
jedoch nicht leicht steuerbar ist. Dies mag unerheblich
sein in dem Fall, in dem der Gießvorgang ohne besondere
Ereignisse abläuft.
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Aufgabe der Erfindung
ist es, dem Betreiber eine
Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine gesteuerte
Abnutzung der Seitenwand ermöglicht, welche nicht größer
ist als diejenige, die genau erforderlich ist für einen
problemlosen Ablauf des Gießvorgangs.
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Zu diesem Zweck bezieht sich die Erfindung auf eine
Stützvorrichtung für eine Seitenwand für eine Anlage zum
Stranggießen zwischen Walzen von dünnen metallischen
Gegenständen, die zwei gekühlte Walzen mit waagrechten
Achsen aufweist und zwei Seitenwände, die an den Rändern
der Walzen anliegen, wobei die Stützvorrichtung einen Wagen
aufweist, der gesteuert verschiebbar ist in einer Richtung
parallel zu den Achsen der Walzen sowie eine
Andruckanordnung aufweist, die vom Wagen getragen wird und
eine Platte aufweist, die fest mit der Seitenwand verbunden
ist und die mit der Andruckanordnung über eine Druckplatte
und Druckteile verbunden ist, die sich auf der Druckplatte
und der Platte abstützen (siehe EP-A-0 698 433). Die Platte
weist wenigstens einen Stab auf, der die Druckplatte
durchsetzt und dessen freies Ende mit einem Anschlag
versehen ist, der in der Lage ist, an der rückwärtigen
Fläche der Druckplatte anzuliegen.
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Wie man sieht, ist die die Seitenwand tragende Platte mit
einem oder mit mehreren Stäben versehen, welche die
Druckplatte durchsetzen und deren freie Enden auf der
rückwärtigen Fläche der Druckplatte zum Anschlag kommen
können. Die Druckteile, die normalerweise dazu neigen, die
Platte von der Druckplatte zu entfernen, um dadurch die
Seitenwand an die Walzen anzudrücken, wodurch ihre
Abnutzung hervorgerufen wird, sind also in ihrer Wirkung
begrenzt, wenn diese Abnutzung ausreichend groß geworden
ist, wobei zu diesem Zweck das Anliegen der Anschläge
vorgesehen ist. Es gibt also nur noch eine Minimalreibung
zwischen der Seitenwand und den Walzen, wodurch die
Abnutzung der Seitenwand praktisch auf Null reduziert wird.
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Die Erfindung wird besser verstanden im Zusammenhang mit
der beigefügten Beschreibung, im Zusammenhang mit der
Zeichnung; es zeigen:
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Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht der
erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer der Gießwalzen, an
denen eine der Seitenwände der Anlage zum Stranggießen
zwischen Walzen anliegt, wobei die Stäbe in einer Stellung
sind, in der sie eine zunehmende Entfernung der Platte
bezüglich der Druckplatte ermöglichen und
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Fig. 2 die gleiche Vorrichtung, bei der die Stäbe auf der
rückwärtigen Fläche der Druckplatte im Anschlag sind.
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Fig. 1 zeigt einen seitlichen Teil einer Anlage zum Gießen
zwischen zwei einander angenäherten drehbaren
innengekühlten Walzen mit waagrechten Achsen, von denen nur
eine Walze 1 sichtbar ist. Der andere seitliche Teil der
Maschine ist in ähnlicher Weise ausgestaltet. Der zwischen
den beiden Walzen gebildete Gießraum wird seitlich durch
eine Seitenwand 2 aus feuerfestem Material verschlossen,
deren Vorderseite an den Rändern 3 der Walze 1 anliegt. Die
Seitenwand 2 ist mit ihrer Rückseite an einer Platte 4
befestigt, die aus einem metallischen Material besteht.
Diese Platte 4 wird vorzugsweise gekühlt, um zu verhindern,
dass sie aufgrund thermischer Einflüsse verformt wird.
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Die Verschiebungen und die Andruckkraft an die Walzen 1 der
Seitenwand 2 werden gesteuert durch eine Anordnung, welche
auf die Platte 4 einwirkt und die nun im einzelnen
beschrieben wird. In bekannter Weise weist diese einen
beweglichen Wagen 5 auf, der in einer Richtung parallel zu
den Achsen der Walzen 1 gesteuert wird. Auf dem Wagen 5 ist
eine Andruckanordnung 6, beispielsweise ein Druckzylinder
(oder mehrere Druckzylinder) vorgesehen, deren Druck oder
Stellung einstellbar ist, wobei eine Stange 7 gesteuert
verschiebbar ist und zwar immer in der gleichen Richtung
parallel zu den Achsen der Walzen 1. Wie in der
französischen Patentanmeldung FR 9408319 ausgeführt,
beaufschlagt die Stange 7 eine Druckplatte 8, die wiederum
mit einer Anzahl von Druckteilen 9, 9', 9", 9''' versehen
ist, die beispielsweise Federn oder gesteuerte
Druckzylinder sind und die ihre Kraft auf die rückwärtige
Seite 10 der Platte 4 ausüben. Diese Teile sind über einen
Bereich verteilt, der vorzugsweise demjenigen der
Seitenwand 2 entspricht. Sie dienen üblicherweise dazu, die
Seitenwand 2 kräftig an die Ränder der Walzen 1 zu drücken
und zwar mit Hilfe der Platte 4. Sie ermöglichen jedoch ein
geringfügiges Zurückkehren wenigstens des Teils der
Seitenwand 2, der in ihrer Verlängerung angeordnet ist,
sofern eine unerwünschte Erstarrung zwischen ihr und einer
der Walzen auftritt, ohne dass dabei die Kontaktbedingungen
zwischen dem verbleibenden Teil der Seitenwand 2 und den
Walzen 1 stark beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang
sei auf den Text der oben erwähnten französischen
Patentanmeldung für weitere Einzelheiten verwiesen.
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Erfindungsgemäß ist bei dem in den Fig. 1 und 2
dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Stäben
11, 11' vorgesehen, die auf der rückwärtigen Seite der
Platte 4 befestigt sind und im wesentlichen senkrecht zu
ihr ausgerichtet sind. Diese Stäbe 11, 11' durchsetzen die
Druckplatte 4 aufgrund von Öffnungen 12, 12', die in ihr
vorgesehen sind, wobei ihr freies Ende mit einem Anschlag
13, 13' versehen ist, der größer ist als die Öffnungen 12,
12'. Die Länge der Stäbe 11, 11' ist derart gewählt, dass
die Anschläge 13, 13' an der rückwärtigen Seite 14 der
Druckplatte 8 anliegen können, bevor die Druckteile 9, 9',
9", 9''' ihre maximal mögliche Ausdehnung erreicht haben.
Das Material der Stäbe muß gute Eigenschaften hinsichtlich
Widerstandsfähigkei und Abmessungsstabilität im Hinblick
auf hohe Temperaturen aufweisen, die in diesem Bereich der
Anlage auftreten. Empfehlenswert ist beispielsweise ein
rostfreier Stahl mit geringem Ausdehnungskoeffizienten.
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Fig. 1 zeigt die Anlage in ihrem Ausgangszustand zu Beginn
des Gießvorgangs mit einer Seitenwand 2, deren Dicke e
beträgt. Unter Berücksichtigung der Ausgangsstellung der
Andruckanordnung 6 befinden sich die Federn, die im
dargestellten Ausführungsbeispiel die Druckteile 9, 9',
9 ", 9"' bilden, in einem komprimierten Zustand
entsprechend einem Abstand d zwischen der Platte 4 und der
Druckplatte 8. Andererseits befinden sich die Anschläge 13,
13' der Stäbe 11, 11' im Anfangszustand in einem Abstand d'
von der rückwärtigen Seite 14 und der Druckplatte 4.
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Fig. 2 zeigt die gleiche Anlage zu einem späteren
Zeitpunkt des Gießvorgangs. Während dieses Zeitraums hat
sich die Stellung der Andruckanordnung 6 nicht verändert,
jedoch hat sich die Seitenwand 2 zunehmend abgenutzt
aufgrund des Reibvorgangs mit den Rändern der Walzen 1.
Diese Abnutzung führt zu einer graduellen Vergrößerung des
Abstandes zwischen der Druckplatte 8 und der Platte 4 unter
der Einwirkung der Federn 9, 9', 9 ", 9"', deren
Kompressionszustand nachläßt. Dieser Abstand oder
wenigstens seine Veränderung kann beispielsweise mit Hilfe
von Verschiebefühlern abgeschätzt werden, die in den
Druckteilen 9, 9', 9", 9''' integriert sind. Ist die
Abnutzung derart, dass die Seitenwand eine Dicke e - d'
aufweist, so beträgt der Abstand zwischen der Druckplatte 8
und der Platte 4d + d' und die Anschläge 13, 13' der Stäbe
11, 11' liegen an der rückwärtigen Fläche 14 der
Druckplatte 8 an. Dies führt dazu, dass der Vorschub der
Platte 4 in Richtung Walzen 1 unterbrochen wird. Zu diesem
Zeitpunkt wird während der normalen Betriebsweise der
Anlage die Seitenwand 2 nur mehr mit einer geringen Kraft
an die Ränder der Walzen 1 angedrückt, sodass auch nur eine
geringe Reibung zwischen ihnen besteht, die gerade
ausreicht, um die Dichtigkeit des Gießraums zu
gewährleisten. Diese Minimalreibung ermöglicht es, eine
sehr geringe Abnutzung der Seitenwand 2 zuzulassen und
damit ihre Lebensdauer zu erhöhen.
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Demzufolge läßt sich ein Gießverfahren vorschlagen, das wie
folgt aussehen kann. Vor dem Gießen wird die Anlage in die
oben beschriebene Konfiguration gebracht, wie sie in Fig.
1 dargestellt ist. Nach Beginn des Gießens und als Folge
der zunehmenden Abnutzung der Seitenwand 2 befindet man
sich schließlich in der im Zusammenhang mit Fig. 2
beschriebenen und dort dargestellten Konfiguration, bei der
die Anschläge 13, 13' der Stäbe 11, 11' im Anschlag mit der
rückwärtigen Fläche 14 der Druckplatte 8 liegen. Der
Zeitpunkt, zu dem man in diesem Zustand ankommt, kann
beispielsweise aufgrund von in den Druckteilen 9, 9', 9",
9''' integrierten Verschiebefühlern gemessen werden. Wenn
erstarrtes Metall zwischen die Seitenwand 2 und einer der
Walzen eindringt, so kann die Anordnung aus Seitenwand 2
und Platte 4 örtlich zurückgezogen werden, wobei dieses
Zurückziehen örtlich um so mehr begrenzt ist je mehr die
Anordnung eine gewisse Elastizität aufweist und je
zahlreicher die Druckteile 9, 9', 9", 9''' sind. Zu diesem
Zeitpunkt ist der Anschlag 13, 13' einer oder mehrerer
Stäbe 11, 11' nicht mehr in Kontakt mit der Druckplatte 8
und die Druckteile 9, 9', 9", 9''', die demjenigen Bereich
am nächsten liegen, in denen das Eindringen stattgefunden
hat, nehmen ihre Andruckfunktion der Seitenwand 2 an die
Walzen 1 wieder auf. Dies dauert so lange, bis dieses
Eindringen unterbrochen wird, sofern es nur zeitweise
auftritt oder, wenn ein dauerhaftes Eindringen auftritt,
bis die örtliche Abnutzung der Seitenwand 2 eine
Wiederaufnahme des Kontaktes zwischen dem oder den
Anschlägen 13, 13' der Druckplatte 8 bedingt.
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Um periodisch die Oberfläche der Seitenwand zu
regenerieren, die an den Walzen 1 anliegt und damit zu
stark ausgeprägte lokale Abnutzungen zu vermeiden und die
damit verbundene Verschlechterung der
Dichtigkeitsbedingungen auf ihrer Höhe, kann vorgesehen
sein, dass periodisch eine Bewegung des Stabes 8 der
Andruckanordnung 6 in Richtung der Walzen 1 durchgeführt
wird. Dadurch wird die Druckplatte 8 an die Walzen 1
angenähert und die Anschläge 13, 13' sämtlicher Stäbe 11,
11' von der Druckplatte 8 entfernt, sodass ein fester
Andruck der Seitenwand 2 an die Walzen 1 durch die
Druckteile 9, 9', 9", 9''' erfolgt. Dieser feste Andruck
dauert so lange, bis die Abnutzung der Seitenwand 2
ausreichend deutlich ist, sodass der Kontakt zwischen den
Anschlägen 13, 13' und der Druckplatte 8 erneut hergestellt
wird und man sich im gewünschten Zustand der Minimalreibung
befindet. Es ist möglich, diesen Vorgang in regelmäßiger
Weise durchzuführen durch Wahl einer mittleren
Verschiebegeschwindigkeit in der Größenordnung von 1 bis 10
mm/h für die Druckplatte 8. Diese Verschiebegeschwindigkeit
entspricht der Abnutzungsgeschwindigkeit, die
vorteilhafterweise der Seitenwand 2 bei fehlendem
Eindringen von erstarrtem Material erteilt wird. Diese
Geschwindigkeit ist erheblich kleiner als diejenige, die
üblicherweise den herkömmlichen Andruckanordnungen der
Seitenwände an die Walzen erteilt wird und die meistens
einige 10 mm/h beträgt. Es ist auch möglich, dieser
periodischen systematischen Verschiebung der Stange 7
gelegentliche Verschiebungen zu überlagern, die zu
vorgegebenen Zeitpunkten größer sind und von einer
Bedienungsperson oder von einer automatischen Maschine
festgelegt werden, welche den Betrieb der Anlage steuert.
Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn festgestellt wird,
dass das Zurückziehen mit relativ großen Amplituden eines
Teils oder der Gesamtheit der Seitenwand 2 als Anzeichen
für vorhandenes Eindringen von erstarrtem Metall zwischen
der Seitenwand 2 und den Walzen 1 dazu neigt, eine
übermäßige Abnutzung der Seitenwand 2 herbeizuführen. In
diesen Fällen ist es wünschenswert, eine schnelle
Regenerierung der Kontaktfläche der Seitenwand 2 mit den
Walzen 1 durchzuführen, wodurch ein Verschieben der Stange
7 ausdrücklich zu diesem Zweck ermöglicht wird.
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Prinzipiell reicht die Anwesenheit eines einzigen Stabes,
der beispielsweise im Mittenbereich der Platte 4, welche
die Seitenwand trägt, angeordnet wird, völlig aus, um den
erwünschten Effekt zu erzielen. Trotzdem kann es
vorteilhaft sein, eine Vielzahl von Stäben 13, 13'
vorzusehen, beispielsweise drei Stäben, welche über einen
Bereich der Platte 4 verteilt sind, der demjenigen der
Seitenwand 2 entspricht. Auf diese Weise ist es möglich,
insbesondere, wenn die Anordnung aus Seitenwand 2 und
Platte 4 eine gewisse Flexibilität sowie
Ausweichmöglichkeiten in alle drei Raumrichtungen aufweist,
besser die örtlichen Zurückziehbewegungen der Seitenwand 2
zu berücksichtigen sowie Fehler in der Ausrichtung der
Ränder der Walzen 1. Damit die Ausweichbewegungen der
Platte 4, die nicht exakt parallel zur Achse der Walze 1
ist, die Verschiebungen der Stäbe 11, 11' nicht stört, muß
ein ausreichendes Spiel zwischen ihnen und den Wänden der
Öffnungen 12, 12' in der Druckplatte 8 vorgesehen werden.
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Die Erfindung ist im übrigen vollständig kompatibel mit dem
Einsatz von Seitenwänden 2, denen, wie es bekannt ist, eine
Schwingungsbewegung in der Ebene der geraden Seitenränder
der Walzen 1, 1' erteilt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vervollständigt
werden durch einen oder mehrere Positionsfühler, die einen
repräsentativen Wert ermitteln, wenigstens zu einem
vorgegebenen Zeitpunkt, des Abstandes zwischen der
Seitenwand 2 und den Walzen 1. Sie ermöglichen es, zu
gewährleisten, dass während der Phasen, zu denen eine
Abnutzung der Seitenwand 2 erfolgt, ein guter Kontakt
zwischen ihr und den Walzen 1 besteht. Während des normalen
Betriebes der Anlage kann es andererseits erwünscht sein,
dass dieser Kontakt nicht vollständig hergestellt ist,
sodass z. B. ständig ein Spiel von 0,1 bis 0,2 mm
aufrechterhalten wird, das ausreichend gering ist, um das
Austreten von flüssigem Metall zu verhindern, jedoch die
Abnutzung der Seitenwand 2 durch Reibung zu verhindern.
Damit verbliebe als einzige Ursache für die Abnutzung die
Korrosion durch das flüssige Metall. In diesem Fall ist es
vorteilhaft, diese Fühler, beispielsweise Kapazitätsfühler,
in die Anschläge 13, 13' der Stäbe 11, 11' zu integrieren,
um ihren Abstand von der Druckplatte 8 zu messen. Sofern
also die Druckteile 9, 9', 9", 9''' eine steuerbare
Ausdehnung aufweisen (beispielsweise durch gesteuerte
Druckzylinder), ist es möglich, nachdem die Anschläge 13,
13' an der Druckplatte 8 anliegen, die Seitenwand 2
zurückzuziehen unter Verringerung der Ausdehnung der
Druckteile 9, 9', 9", 9''', um einen diesem Spiel
entsprechenden Abstand.