EP0041196A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Oszillieren einer Stranggiesskokille - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Oszillieren einer Stranggiesskokille Download PDF

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EP0041196A2
EP0041196A2 EP81103940A EP81103940A EP0041196A2 EP 0041196 A2 EP0041196 A2 EP 0041196A2 EP 81103940 A EP81103940 A EP 81103940A EP 81103940 A EP81103940 A EP 81103940A EP 0041196 A2 EP0041196 A2 EP 0041196A2
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oscillation
drive
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/053—Means for oscillating the moulds

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for oscillating a mold in a continuous casting installation, wherein a compensating mass assigned to the mold and adapted to the mold weight is oscillated in the opposite direction to the mold.
  • molds are oscillated, with a harmonic oscillation movement generally being selected. It is further customary to set the average mold lowering speed about 10-30% above the average pull-out speed of the strand. As the casting speed increases, the mean speed of the oscillation movement of the mold also increases.
  • a mold is known (DT-PS 2'036'266) which is oscillated by means of a crank mechanism via a handlebar, an air cylinder being provided to balance the weight of the oscillating mold.
  • DT-PS 2'036'266 is oscillated by means of a crank mechanism via a handlebar, an air cylinder being provided to balance the weight of the oscillating mold.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus which allows casting with higher casting speeds and with correspondingly higher oscillation speeds or which allows casting with higher oscillation frequencies without the occurrence of harmful vibrations on the mold which negatively influence the continuous casting.
  • this object is achieved in that the acceleration forces of the mold be compensated for by the acceleration forces of the balancing mass at a common support point.
  • the acceleration forces from the oscillation movement are canceled before being introduced into the machine frame.
  • no vibrations occur even at high frequencies and high speeds of the oscillation movement.
  • this enables higher casting speeds to be run with proportionally increased oscillation frequencies and thus to increase the performance of the system.
  • oscillation frequencies over 100 and with billets and small bloom blocks, over 200 can be used without disturbing vibrations.
  • the center of gravity of the balancing mass can essentially be moved on the straight extension of the center of gravity of the oscillating mold.
  • the weight of the balancing mass can be chosen to be the same size as the weight of the oscillating machine part, consisting of the mold, the mold table, etc. According to an additional feature of the invention, the balancing mass can also be significantly smaller than the mold mass. To achieve this, it is recommended to use the balancing mass according to the equation m.
  • a A - m K. A K 0, where A A is the length of the lever arm of the balancing mass m and A K is the length of the lever arm of the mold mass m K.
  • the oscillation device is characterized in that the balancing mass has a drive which runs in the opposite direction to the oscillating movement of the mold element is provided and that the drive elements of the mold and the opposing balancing mass are assigned to a common support point.
  • a particularly advantageous arrangement of the opposing drive elements of the mold and the balancing mass can, according to a further characteristic, be achieved if the drive element for the mold and the driving element for the balancing mass are articulated on a short common crankshaft. Such an arrangement requires only a small starting torque.
  • a smooth running of the oscillation movement and a small drive power of the engine can be achieved if the crankshaft is provided with a flywheel.
  • the invention proposes to provide a gear drive or a chain drive between the drive motor and the crankshaft.
  • the invention sees an alternative solution if the mold and the countermass are arranged coaxially on one each hydraulic drive are articulated.
  • a further increase in design freedom with regard to the arrangement of the balancing mass can be achieved if the balancing mass is divided into several synchronously driven partial masses.
  • an arc mold 1 is articulated on the machine frame 3 by means of short steering levers, which result in a curved guide 2.
  • An oscillation drive 5 is connected to a short crankshaft 10 via chain wheels 4, 7 and a chain 6.
  • a drive element designed as a crank 11 for the mold 1 and a further drive element designed as a crank 12 for a balancing mass 14 that is matched to the mold weight.
  • These oppositely arranged cranks 11 and 12 are articulated via connecting rods 15 and 16 on the mold 1 and on the balancing mass 14, respectively.
  • the acceleration forces of the mold 1 and the balancing mass 14 acting on the two cranks 11, 12 are compensated in the crankshaft 10, which is fastened to a common support point 18 siert.
  • the leveling compound 14 is guided in a straight line along a guide 19.
  • the sprocket 7 connected to the crankshaft 10 is designed as a flywheel in order to achieve a uniform oscillation movement and to reduce the power required for the oscillation drive.
  • the balancing mass 14 is divided into partial masses driven synchronously on both sides of the mold. If desired, it could be further subdivided.
  • the lever arms of the cranks 11 and 12 are of the same size and the two compensating masses 14 arranged on both sides of the mold 1 are together as heavy as the parts of the oscillating mold group.
  • the weight of the balancing mass 14 can thus be changed, in particular reduced, within the framework of the equation mentioned.
  • Fig. 3 is a straight mold 34 and a compensation mass 35 articulated to a coaxially arranged hydraulic drive 36 or 37.
  • a carrier 39 is provided as a common support point.
  • a counter-rotating movement of the drive elements is ensured by means of a hydraulic control unit 40.
  • the two hydraulic supply and discharge lines 50, 50a and 51, 51a are each pressurized or depressurized synchronously.
  • the acceleration forces of the mold 34 are only compensated by the acceleration forces of the balancing mass 35 in this example at the common support point.
  • Guides 41 for the oscillation movement of the mold 34 and guides 42 for the balancing mass 35 are straight.
  • a gear drive 45 is provided between a drive motor 44 and the crankshaft 10.
  • the mold 1 and the balancing mass 14 have curved guides 4 and 47 for the oscillatory movement.
  • the method and the device according to the invention can preferably be used on continuous steel casting plants for billet, bloom and slab molds.

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Abstract

Bei einer Stranggiesskokille (1) ist eine auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse (14) vorgesehen, die gegenläufig zur Stranggiesskokille (1) oszilliert wird. Zwecks Vermeidung von schädlichen Schwingungen an der Kokille (1), werden Beschleunigungskräfte der Kokille (1) durch Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse (14) an einer gemeinsamen Stützstelle (18) kompensiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille in einer Stranggiessanlage, wobei eine der Kokille zugeordnete und auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse gegenläufig zur Kokille oszilliert wird.
  • Um ein Kleben des sich bildenden Stranges an der Kokillenwand zu vermeiden, werden Kokillen oszilliert, wobei in der Regel eine harmonische Oszillationsbewegung gewählt wird. Es ist im weiteren üblich, die mittlere Kokillenabsenkgeschwindigkeit etwa 10 - 30 % über der mittleren Ausziehgeschwindigkeit des Stranges einzustellen. Mit steigender Giessgeschwindigkeit vergrössert sich somit auch die mittlere Geschwindigkeit der Oszillationsbewegung der Kokille.
  • Einer Steigerung der Giessgeschwindigkeit und damit der Geschwindigkeit der Oszillationsbewegung und der Oszillationsfrequenz sind in Abhängigkeit vom Gewicht der Kokille und des Kokillentisches Grenzen gesetzt. Bei jedem Hub müssen der Kokillentisch und die Kokille von der Geschwindigkeit Null im einen Totpunkt bis auf eine Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und von dieser wieder bis auf Geschwindigkeit Null im andern Totpunkt verzögert werden. Diese Beschleunigungen erzeugen Schwingungen, die die Strangqualität negativ beeinflussen.
  • Es ist eine Kokille bekannt (DT-PS 2'036'266), die mittels eines Kurbeltriebes über einen Lenker oszilliert wird, wobei zur Ausbalancierung des Gewichtes der oszillierenden Kokille ein Luftzylinder vorgesehen ist. Trotz dieser Vorrichtung zum Ausbalancieren des Gewichtes treten bei hohen Oszillationsgeschwindigkeiten und hohen Oszillationsfrequenzen schädliche und unkontrollierbare Schwingungen an der Kokille auf, die die Strangqualität und den Verschleiss der bewegten Teile negativ beeinflussen.
  • Es ist weiter eine Oszillationsvorrichtung in einer Stranggiessanlage bekannt (DT-OS 1'558'282), bei welcher eine der Kokille zugeordnete und auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse gegenläufig zur Kokille oszilliert wird. Bei diesem Lösungsvorschlag werden die statischen Kräfte ausgeglichen, die auf den Kokillenantrieb wirken. Die durch die Oszillationsbewegung erzeugten dynamischen Kräfte, die an den Kraftumlenkrollen in das Maschinengerüst eingeleitet werden, erzeugen aber bei erhöhten Oszillationsgeschwindigkeiten mit erhöhten Oszillationsfrequenzen die genannten schädlichen Schwingungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die das Giessen mit höheren Giessgeschwindigkeiten und mit entsprechend höheren Oszillationsgeschwindigkeiten oder die das Giessen mit höheren Oszillationsfrequenzen erlaubt, ohne dass schädliche, das Stranggiessen negativ beeinflussende Schwingungen an der Kokille auftreten.
  • Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Beschleunigungskräfte der Kokille durch die Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse an einer gemeinsamen Stützstelle kompensiert werden.
  • Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Beschleunigungskräfte aus der Oszillationsbewegung vor einer Einleitung in das Maschinengerüst aufgehoben. Dadurch treten auch bei hohen Frequenzen und hohen Geschwindigkeiten der Oszillationsbewegung keine Erschütterungen auf. Dies ermöglicht beim Stranggiessen höhere Giessgeschwindigkeiten mit proportional erhöhten Oszillationsfrequenzen zu fahren und damit die Leistung der Anlage zu erhöhen. Bei Brammen- und bei grossen Vorblockkokillen sind Oszillationsfrequenzen über 100 und bei Knüppel und kleinen Vorblockkokillen sind solche über 200 ohne störende Schwingungen anwendbar.
  • Um statische und dynamische Ungleichgewichte auszuschalten, kann, nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung, der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse im wesentlichen auf der geradlinigen Verlängerung der Schwerpunktbahn der oszillierenden Kokille bewegt werden.
  • Das Gewicht der Ausgleichsmasse kann gleich gross wie das Gewicht des oszillierenden Maschinenteiles, bestehend aus der Kokille, des Kokillentisches etc., gewählt werden. Gemäss einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung kann die Ausgleichsmasse auch wesentlich kleiner als die Kokillenmasse sein. Um dies zu verwirklichen, wird empfohlen, die Ausgleichsmasse nach der Gleichung m . AA - m K . A K = 0, wobei AA die Länge des Hebelarmes der Ausgleichsmasse m und AK die Länge des Hebelarmes der Kokillenmasse mK bedeutet.
  • Die erfindungsgemässe Oszillationsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausgleichsmasse mit einem zur Oszillationsbewegung der Kokille gegenläufigen Antriebselement versehen ist und dass die Antriebselemente der Kokille und der gegenläufigen Ausgleichsmasse einer gemeinsamen Stützstelle zugeordnet sind.
  • Quer zur Stranglaufrichtung wirkende Momente können vermieden werden, wenn sowohl die Führungen für die Oszillationsbewegung der Kokille als auch die Führungen für die Ausgleichsmasse gerade sind oder beide Führungen eine Krümmung gleicher Grösse aufweisen. Bei grossen Krümmungsradien oder bei kurzem Oszillationshub kann die Führung der Oszillationsbewegung der Kokille aber auch ohne spürbaren Nachteil gekrümmt und die Führung der Oszillationsbewegung der Ausgleichsmasse gerade sein.
  • Eine besonders vorteilhafte Anordnung der gegenläufigen Antriebselemente der Kokille und der Ausgleichsmasse kann, nach einem weiteren Kennzeichen, erreicht werden, wenn das Antriebselement für die Kokille und das Antriebselement für die Ausgleichsmasse an einer kurzen gemeinsamen Kurbelwelle angelenkt sind. Eine solche Anordnung benötigt nur ein kleines Anfahrmoment.
  • Ein gleichmässiger Lauf der Oszillationsbewegung und eine kleine Antriebsleistung des Motors kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erreicht werden, wenn die Kurbelwelle mit einem Schwungrad versehen ist.
  • Um die Zugänglichkeit zum Antriebsmotor zu verbessern und zur Erreichung einer möglichst grossen Gestaltungsfreiheit in bezug auf die Plazierung des Antriebsmotors schlägt die Erfindung vor, zwischen dem Antriebsmotor und der Kurbelwelle einen Zahnradantrieb oder einen Kettenantrieb vorzusehen.
  • Eine Alternativlösung sieht die Erfindung darin, wenn die Kokille und die Gegenmasse an je einem koaxial angeordneten Hydraulikantrieb angelenkt sind.
  • Eine weitere Erhöhung der Gestaltungsfreiheit bezüglich der Anordnung der Ausgleichsmasse kann erreicht werden, wenn die Ausgleichsmasse in mehrere synchron angetriebene Teilmassen unterteilt wird.
  • Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Kokille mit einem Oszillationsantrieb,
    • Fig. 2 eine Ansicht der Fig. 1 gemäss Pfeil II,
    • Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Kokille und eines Oszillationsantriebes eines anderen Beispieles und
    • Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Kokille und eines Oszillationsantriebes eines weiteren Beispiels.
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine Bogenkokille 1 mittels kurzen Lenkhebeln, die eine gekrümmte Führung 2 ergeben, am Maschinengerüst 3 angelenkt. Ein Oszillationsantrieb 5 ist über Kettenräder 4, 7 und einer Kette 6 mit einer kurzen Kurbelwelle 10 verbunden. An der Kurbelwelle 10 ist ein als Kurbel 11 ausgebildetes Antriebselement für die Kokille 1 und ein weiteres, als Kurbel 12 ausgebildetes Antriebselement für eine auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse 14 verbunden. Diese gegenläufig angeordneten Kurbeln 11 bzw. 12 sind über Pleuelstangen 15 bzw. 16 an der Kokille 1 bzw. an der Ausgleichsmasse 14 angelenkt. Die an den beiden Kurbeln 11, 12 wirkenden Beschleunigungskräfte der Kokille 1 und der Ausgleichsmasse 14 werden in diesem Beispiel in der Kurbelwelle 10, die an einer gemeinsamen Stützstelle 18 befestigt ist, kompensiert. Die Ausgleichsmasse 14 ist im Gegensatz zur Kokille 1 entlang einer Führung 19 geradlinig geführt.
  • Das mit der Kurbelwelle 10 verbundene Kettenrad 7 ist als Schwungrad ausgebildet, um eine gleichmässige Oszillationsbewegung zu erreichen und um die erforderliche Leistung für den Oszillationsantrieb zu vermindern.
  • Die Ausgleichsmasse 14 ist in beidseits der Kokille synchron angetriebene Teilmassen unterteilt. Sie könnte, wenn erwünscht, auch weiter unterteilt werden.
  • Beim Oszillieren der Kokille 1 bewegt sich der Schwerpunkt 20 der Kokille 1 in die obere Totpunktlage 21 bzw. untere Totpunktlage 22. Auf der geradlinigen Verlängerung 23 der Schwerpunktbahn der oszillierenden Kokille 1 bewegt sich auch im wesentlichen der gemeinsame Schwerpunkt 25 der beiden Ausgleichsmassen 14 in die Totpunktlagen 26 bzw.27. Die Beschleunigungskräfte der Kokillenmasse mK und der Ausgleichsmasse m werden vollständig über die Kurbelwelle 10 kompensiert, wenn das Gewicht der Ausgleichsmasse mA nach der Gleichung
    Figure imgb0001
    bestimmt wird, wobei AA die Länge 31 des Hebelarmes der Kurbel 12 der Ausgleichsmasse m und AK die Länge 30 des Hebelarmes der Kurbel 11 der Kokillenmasse mK bedeuten. Die Hebelarme der Kurbeln 11 bzw. 12 sind in diesem Beispiel gleich gross und die beiden beidseits der Kokille 1 angeordneten Ausgleichsmassen 14 sind zusammen gleich schwer wie die Teile der oszillierenden Kokillengruppe. Das Gewicht der Ausgleichsmasse 14 kann somit im Rahmen der genannten Gleichung verändert, insbesondere verkleinert werden.
  • In Fig. 3 ist eine gerade Kokille 34 und eine Ausgleichsmasse 35 an je einem koaxial angeordneten Hydraulikantrieb 36 bzw. 37 angelenkt. Zwischen den beiden Hydraulikantrieben 36, 37 ist als gemeinsame Stützstelle ein Träger 39 vorgesehen. Mittels einer hydraulischen Steuereinheit 40 wird eine gegenläufige Bewegung der Antriebselemente sichergestellt. Die beiden hydraulischen Zu- und Abführleitungen 50, 50a bzw. 51, 51a werden jeweils synchron druckbeaufschlagt bzw. druckentlastet. Die Beschleunigungskräfte der Kokille 34 werden durch die Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse 35 in diesem Beispiel erst an der gemeinsamen Stützstelle kompensiert. Führungen 41 für die Oszillationsbewegung der Kokille 34 und Führungen 42 für die Ausgleichsmasse 35 sind gerade.
  • Die Kompensation der Beschleunigungskräfte ist insbesondere auch bei disharmonischer Oszillation gewährleistet.
  • In Fig. 4 ist zwischen einem Antriebsmotor 44 und der Kurbelwelle 10 ein Zahnradantrieb 45 vorgesehen. Die Kokille 1 und die Ausgleichsmasse 14 besitzen gekrümmte Führungen 4 und 47 für die Oszillationsbewegung.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung sind vorzugsweise auf Stahlstranggiessanlagen für Knüppel-, Vorblock- und Brammenkokillen anwendbar.

Claims (14)

1. Verfahren zum Oszillieren einer Kokille in einer Stranggiessanlage, wobei eine der Kokille (1, 34) zugeordnete und auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse (14, 35) gegenläufig zur Kokille (1,34) oszilliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungskräfte der Kokille (1, 34) durch die Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse (14, 35) an einer gemeinsamen Stützstelle (18, 39) kompensiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (25) der Ausgleichsmasse (14) im wesentlichen auf der geradlinigen Verlängerung (23) der Schwerpunktbahn der oszillierenden Kokille (1) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse nach der Gleichung
Figure imgb0002
bestimmt wird, wobei AA die Länge (31) des Hebelarmes der Ausgleichsmasse m und AK die Länge (30) des Hebelarmes der Kokillenmasse mK bedeutet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (1, 34) und die Ausgleichsmasse (14, 35) mit Oszillationsfrequenzen über 100 Hübe pro Minute bewegt werden.
5. Oszillatonsvorrichtung für eine Stranggiesskokille, wobei der Kokille (1, 34) Führungen (2, 41, 46) für die Oszillationsbewegung, ein Oszillationsantrieb (5, 36, 44) und eine auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse (14, 35) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (14, 35) mit einem zur Oszillationsbewegung der Kokille (1, 34) gegenläufigen Antriebselement versehen ist und dass die Antriebselemente der Kokille (1, 34) und der gegenläufigen Ausgleichsmasse (14, 35) einer gemeinsamen Stützstelle (18, 39) zugeordnet sind.
6. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (41) für die Oszillationsbewegung der Kokille (34) und Führungen (42) für die Ausgleichsmasse (35) gerade sind.
7. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (2) für die Oszillationsbewegung der Kokille (1) gekrümmt und die Führung (19) für die Oszillationsbewegung der Ausgleichsmasse (14) gerade sind.
8. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (46) für die Oszillationsbewegung der Kokille (1) und die Führung (47) für die Ausgleichsmasse (14) gekrümmt sind.
9. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement für die Kokille (1) und das Antriebselement für die Ausgleichsmasse (14) an einer gemeinsamen Kurbelwelle (10) angelenkt sind.
10. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (34) und die Ausgleichsmasse (35) an je einem koaxial angeordneten Hydraulikantrieb (36, 37) angelenkt sind.
11. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) mit einem Schwungrad versehen ist.
12. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor (44) und der Kurbelwelle (10) ein Zahnradantrieb (45) angeordnet ist.
13. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor (5) und der Kurbelwelle (10) eine Kette (6) vorgesehen ist.
14. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (14) in mehrere synchron angetriebene Teilmassen unterteilt ist.
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