EP0064280B1 - Verfahren zum horizontalen Stranggiessen von Metallen und Stranggiessanlage hierfür - Google Patents

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EP0064280B1
EP0064280B1 EP82103668A EP82103668A EP0064280B1 EP 0064280 B1 EP0064280 B1 EP 0064280B1 EP 82103668 A EP82103668 A EP 82103668A EP 82103668 A EP82103668 A EP 82103668A EP 0064280 B1 EP0064280 B1 EP 0064280B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
continuous casting
installation according
casting installation
strand
workpiece
Prior art date
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Expired
Application number
EP82103668A
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English (en)
French (fr)
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EP0064280A1 (de
Inventor
Helmut Dr.-Ing. Brandis
Hans-Walter Erckes, (Ing.) Grad.
Hans Dr. Rer. Nat. Preisendanz
Peter Dr.-Ing. Schüler
Wolfgang Dr. Rer. Nat. Spyra
Rainer Dr.-Ing. Thielmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TECHNICA-GUSS GMBH
Original Assignee
Technica-Guss GmbH
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Publication date
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Application filed by Technica-Guss GmbH filed Critical Technica-Guss GmbH
Priority to AT82103668T priority Critical patent/ATE18641T1/de
Publication of EP0064280A1 publication Critical patent/EP0064280A1/de
Application granted granted Critical
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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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
    • 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
    • B22D11/08—Accessories for starting the casting procedure

Definitions

  • the invention relates to a method for the horizontal continuous casting of metals and their alloys, in which the strand is extracted continuously, intermittently or in the pilgrim step.
  • the invention further relates to a continuous casting installation for carrying out the method.
  • This known drive unit is very complex and, with strand diameters of, for example, 15 to 400 mm, allows a take-off speed of 6 to 120 mm / s, the drive unit executing up to 1,000 switching operations per minute.
  • the object of the present invention is to provide a method of the type mentioned at the outset and a horizontal continuous casting installation for this purpose, with which, with improved material quality in the strand, in particular for the continuous casting of rods with diameters ⁇ 15 mm, preferably in the range from 3 to 10 mm, higher take-off speeds (up to about 1,000 mm / s) can be achieved.
  • the pulling device thus gives the strand an oscillating movement between a maximum and a minimum value within each stroke.
  • At least one AC-powered stepper motor is preferred as the drive unit of the pulling device, which makes up to 5000 switching operations per minute possible.
  • the invention also relates to a horizontal continuous casting installation for metals and their alloys according to patent claim 3.
  • the strand draw fluctuates in the course of a continuous movement between a maximum and minimum value within each stroke.
  • the horizontal continuous casting installation according to the invention can work with continuous strand extraction but also discontinuous, such as go / stop or mit cutting processes.
  • the electric (alternating current) stepping motor provided according to the invention has the advantage over the previously usual complex hydraulic extraction systems, without being able to manage all mechanical transmission systems such as gears, clutches, chains or the like.
  • the Antr ' ebsro)! E is direct placed on the stub shaft of the stepper motor in a suitable manner.
  • stepper motor If the operating frequency of the stepper motor remains unchanged, compensation can be achieved by increasing the diameter of the drive pulley, but only to the extent that the rotational moment of inertia of the drive pulley and the load moment of inertia of the strand to be removed increase to an admissible extent. If the adjustment is incorrect, the stepper motor stops working and stops. Using the characteristic curves valid for the specific stepper motor, it is readily possible for the person skilled in the art to select the correct selection of the drive pulley diameter for the respective take-off speed and the rod diameter, taking into account the rotational and translational moments of inertia of the various masses to be accelerated. For example, for the stepper motor with a maximum torque of 26 Nm for strands with a diameter of 3 mm, a favorable disc diameter of 200 mm and for strands of 8 mm diameter was found to be 50 mm.
  • a constant strand exit temperature is crucial for trouble-free operation of the continuous casting process and for products of constant quality.
  • an electronic control system is provided according to the invention for regulating the operating frequency of the stepping motor or motors as a function of the strand outlet temperature.
  • the strand exit temperature is measured continuously.
  • the operating frequency of the stepping motor or motors is changed with the aim of reducing the strand outlet temperature from the actual value to the target value.
  • the previously known regulation of the change in the amount of cooling water is unsuitable at the high line take-off speeds because the response speed is too low.
  • At least two separate stepping motors are provided one behind the other in the strand passage direction, which alternately detect the strand until the transition point from cold strand to warm strand has passed the pulling device.
  • the pair of rollers driven by it lifts off and the stepper motor following in the direction of the strand pulls the strand with the pair of rollers driven by it.
  • the transition point from cold strand to warm strand has passed the first stepping motor, its take-off rollers come into operation again, and the pair of rollers driven by the second stepping motor lifts off in order to let the transition point run through.
  • this change also requires suitable control, which according to the invention is implemented by an electronic control system which synchronizes the stepping motors, i.e. their oscillating movement is coordinated within each stroke, with each motor being assigned its own power output stage so that independent control of each motor is guaranteed.
  • This design of the horizontal casting machine according to the invention enables a high take-off speed to be maintained even when starting up, enables improved straight guidance of the strand and has a wear-reducing effect.
  • the pulling behavior of the strand from the mold can be favorably influenced by pairs of rollers of the pulling device positioned obliquely to the longitudinal axis of the strand.
  • uneven wear in the mold is also avoided because the movement of the strand within the mold is low-friction.
  • this version is limited to strands with a circular cross section.
  • the strand can be calibrated by calibration rollers in the same cross-sectional shape or in a different cross-sectional shape, e.g. from round to oval. In this way, a densification of the strand with removal of residual porosity or even a change in cross-section can be achieved.
  • the part of the drawing device that is only required at the beginning of the continuous casting process is the starting rod as a connecting link between the melt in the outlet channel of the holding vessel and the continuous conveyor rollers.
  • the correct timing of the starch command must be made in relation to the introduction of the melt into the outlet channel.
  • This problem could be solved by using a tubular start-up rod, in the front opening of which two insulated trigger contacts are attached, which are conductively connected to one another when the melt enters and thus provide a signal that can be set via a preselectable time relay from 0 to any long delay time to be set gives the start command for the trigger device.
  • the design of the starting rod ensures a reliable detection of the strand shell, which is the tip compared to the usual design of the starting rod
  • Advantages with regard to a good welded composite shows, as is also described in US Pat. No. 3,9 08,747.
  • the melt can penetrate unhindered into the interior of the tubular starting rod and weld to it to form a durable bond.
  • the seal prevents melt from getting between the start-up rod and the mold, which would otherwise result in the start-up rod jamming in the mold, which could either prevent the rod from being pulled off or cause severe mold wear.
  • the start-up rod is removed without being adequately welded to the strand shell, and there is a risk of the melt breaking through. If it is too long, the solidification can progress into the outlet channel, which makes it difficult to pull it off, or eventually even freeze the melt in the outlet stone. It is far better to equip the discharge stone with a tubular extension, approximately 10 to 30 mm in length, which snorkels freely with an outer diameter of 10 to 25 mm 0 through the opening of a nozzle stone inserted into the wall of the casting vessel into the vessel.
  • the outlet stone heats up to such an extent that a build-up of deposits before opening can be avoided with certainty.
  • high demands are placed on the compatibility of the snorkel material with the melt.
  • the boron nitride initially used could only meet them inadequately, and the graphite used as an alternative did not.
  • the use of the Alundum mass, on the rough surface of the outflow channel, which has resulted in severe fretting with the strand, has also not proven successful, so that no withdrawal movement could be carried out. Only the transition to stabilized or partially stabilized zirconium oxide as the material for the run-out stone brought about a significant improvement in durability, which also led to a satisfactory service life of several hours when casting hard alloys.
  • the oscillating sequence of movements within a stroke of approximately 40 mm is shown graphically in FIG. 1 as the angular velocity over the conveyor path.
  • a holding time of 0.15 s follows.
  • FIG. 1 is an illustration of the movement sequence shown in FIG. 1 in the course of stroke-wise strand removal with an oscillating movement sequence within one stroke.
  • This mode of operation leads to the fact that the temperature of the solid strand shell at the contact points between the solid strand shell and the liquid melt in the inlet area of the mold drops far less than when conveying in batches using the go / stop or mit step method and furthermore that the volume shrinkage during solidification the entire strand length is distributed more evenly.
  • Fig. 3 shows the pulling device.
  • Two stepping motors 20 are used in a torsion-resistant profile frame construction 21.
  • the wear-resistant drive roller 11 is placed directly on each of their shaft ends.
  • the drive roller is provided with a groove-shaped incision which can additionally have radially extending notches on its flanks in order to ensure a good frictional connection between the rod and the drive roller.
  • an additional radial bearing 15 is arranged, which also absorbs the forces exerted by the pressure roller 10.
  • the respectively wear-resistant cylindrical pressure roller 10 arranged above the two drive rollers is held in a vertical guide by the piston of a pneumatic pressure cylinder 1.
  • the drive systems on the line to be discharged are activated alternatively or jointly.
  • the mode of operation of the control of the two stepper motors can be seen from the block diagram of FIG. 4.
  • the main components are in a high speed translator summarized. It provides the mains-powered power supply and the switchable control of the output stages for the stepper motor feed, which allows both independent and joint operation of both motors.
  • the functional sequence is specified by the control unit: after the start command, the stepper motor positions the digitally selected preselection 1 in the clockwise direction of rotation, which causes a corresponding forward stroke of the strand, the size of which is determined by the diameter of the drive roller and the preselected number of steps of the motor.
  • a step number of 51 leads to a stroke of 40 mm for a stepper motor with a step angle of a1.8 ° when using a drive roller with a diameter of 50 mm 0, accordingly only a step number of 13 is required for the same stroke if the Drive roller diameter is 200 mm 0.
  • the output signal COINZ I is used to address the timing element for the holding time 11 that can be digitally preselected from 0 to 10 s in steps of 0.01 s, which, after expiration with the input signal INDEX 11, positions the stepper motor in the left-hand direction of rotation on the preselection 11 to be set digitally, which leads to a corresponding reverse stroke of the strand.
  • the output signal COINZ 11 is used to address the timer for the holding period I, which can also be digitally preselected from 0 to 10 s, after which the cycle begins again with the input signal INDEX 1.
  • the operating frequency that determines the speed of the stepper motors is set using a speed controller.
  • An increase in the operating frequency would lead to an increase in the rate of stream pulling and thus, with otherwise unchanged operating conditions, to an increase in the temperature of the strand emerging from the mold and vice versa.
  • the temperature of the emerging strand can be kept constant by changing the strand withdrawal speed.
  • the tubular starting rod 34 is gripped by the drive roller or rollers 11 and pressure rollers 10. It is inserted up to the inlet opening of the mold 33, where it rests with the annular seal 37 on the snorkel 31 in order to prevent melt from entering the narrow annular gap between the mold 33 and the start rod 34.
  • a transverse pin 36 which, in addition to welding, creates a positive connection between the casting strand 38 and the start-up rod 34, and the two trigger contacts 35 which, when they come into contact with the melt which has penetrated, provide the signal for the time delay of the start delay deliver, housed.
  • the formation of the solidification front 40 between the solidified casting strand 38 and the liquid melt 39 caused by the conical shape of the inner bore of the outlet stone 31 prevents the strand from freezing in the outlet channel and enables the solidified strand to be pulled off easily.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum horizontalen Stranggiessen von Metallen und deren Legierungen, bei dem der Strang kontinuierlich, intermittierend oder im Pilgerschritt ausgezogen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stranggiessanlage zur Durchführung des Verfahrens.
  • Es ist bekannt, daß beim horizontalen Stranggiessen von Metallen und deren Legierungen zwischen Kokille und Strang in der Regel eine sich ändernde Kelativbewegung eingehalten wird, um den Abriß des Stranges zu vermeiden und um qualitative Vorteile zu erwirken. Diese sich ändernde Kelativbewegung reicht bis zum vorübergehenden Stillstand oder führt sogar zu einer Bewegungsumkehr (go-stop-oder Pilgerschrittverfahren).
  • Erreicht wird dieser Bewegungsablauf bei ofenunabhängigen Kokille und stetiger Fortbewegung des Stranges gewöhnlich durch eine spezielle Bewegungsvorrichtung für die Kokille, bei ofenabhängiger Kokille durch eine nicht stetige Abförderung des Stranges. Zur Durchführung dieser nicht stetigen Abförderung im go-stop- oder Pilgerschrittverfahren ist im Stand der Technik ein elektrohydraulisches System bekannt (DE-A 17 83 032), das aus einem elektrischen Schrittmotor und einem Hydraulikmotor besteht. Zur Ansteuerung des elektrohydraulischen Schrittmotors ist ein elektronisches Ansteuergerät vorgesehen, das programmierbar oder von einem Rechner her programmgesteuert ist. Das Ausziehen des Stranges erfolgt schrittweise, wobei sich nach einer Betriebszeit "Ziehen" eine Wartezeit anschließt. Um die Kontraktion des Stranges zu berücksichtigen, schließt sich ein Rückhub (Entspannungszeit) an, auf den wieder eine neue Wartezeit folgt. Dieses bekannte Antriebsaggregat ist sehr aufwendig und erlaubt bei Strangdurchmessern von beispielsweise 15 bis 400 mm eine Abzugsgeschwindigkeit von 6 bis 120 mm/s, wobei das Antriebsaggregat bis 1.000 Schaltungen pro Minute ausführt.
  • Neuerdings ist auch die Verwendung eines schrittweise arbeitenden Gleichstrommotors mit entsprechender elektrischer Steuerung für das Abziehen von Strängen aus horizontalen Strangguß-kokillen bekanntgeworden (DE-A 23 40 636). Auch diese Anlage ist verhältnismässig aufwendig, wobei das Abziehen des Stranges absatzweise mit dazwischenliegenden Ruhepausen erfolgt.
  • Die Ausdehnung des Stranggusses auf dünne Stränge mit Durchmesser :-5 15 mm, beispielsweise 3 mm Durchmesser, wie sie u.a. für die Herstellung von Strängen aus Hartlegierungen, Magnetlegierungen und Edelstählen notwendig ist, macht aber eine bedeutende Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit auf beispielsweise 820 mm/s erstrebenswert und führt dann zu einer Verkürzung der Schaltzeiten und somit zur Erhöhung der Anzahl der Schaltungen/min, die nicht ohne weiteres erreichbar ist. Wird die bisher übliche Abzugsgeschwindigkeit beibeihalten, sinkt die Gießleistung entsprechend. Eine gewisse Abhilfe schafft hier die allerdings mit grossem Mehraufwand verbundene Auslegung der Anlage als Mehrstranganlage.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Horizontal-Stranggießanlage hierfür zu schaffen, mit denen bei verbesserter Werkstoffqualität im Strang insbesondere für das Stranggiessen von Staben mit Durchmessern < 15 mm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 10 mm, höhere Abzugsgeschwindigkeiten (bis zu etwa 1.000 mm/s) erreicht werden können.
  • Diese Aufgabe wird im Kahmen des erfindungsgemässen Verfahrens dadurch gelöst, daß der kontinuierliche Auszugshub bzw. die intermittierenden oder im Pilgerschritt erfolgenden Auszugshübe mit einer stets über dem Wert Null oszillierend schwankenden Abzugsgeschwindigkeit ausgeführt wird bzw. werden.
  • Diese Betriebsweise führt dazu, daß die Temperatur der festen Strangschale an den Kontaktstellen zwischen fester Strangschale und flüssiger Schmelze im Einlaufbereich der Kokille weit weniger stark absinkt als bei hubweiser Förderung im go-stop- oder Pilgerschrittverfahren und ferner dazu, daß die Volumenschwindung bei der Erstarrung auf die gesamte Stranglänge gleichmässiger verteilt wird.
  • Die Ziehvorrichtung verleiht somit dem Strang eine innerhalb jeden Hubes zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert oszillierende bewegung. Als Antriebsaggregat der Ziehvorrichtung wird vorzugsweise mindestens ein wechselstromgespeister Schrittmotor bevorzugt, der bis zu 5000 Schaltungen pro Minute möglich macht.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Horizontal-Strangieß-anlage für Metalle und deren Legierungen gemäß Patentanspuch 3.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Go/Stop- oder Pilgerschrittverfahren, bei denen die Strangabzugsgeschwindigkeit innerhalb eines Hubes von 0 auf einen Maximalwert ansteigt und wieder auf 0 abfällt und bei denen zwischen den Hüben ausgeprägte Haltezeiten vorgesehen sind, oszilliert, d.h. schwankt der Strangabzug bei der erfindungsgemässen Stranggiessanlage im Verlauf einer stetigen Bewegung zwischen einem Maximal- und Minimalwert innerhalb jeden Hubes. Die erfindungsgemässe Horizontal-Stranggiessanlage kann dabei mit kontinuierlichem Strangauszug aber auch diskontinuierlichem, wie Go/Stopoder Pilgerschfittverfahren arbeiten.
  • Der erfindungsgemäß vorgesehene elektrische (Wechselstrom) Schrittmotor hat gegenüber den bisher üblichen aufwendigen hydraulischen Abzugssystemen den Vorteil, ohne alle mechanischen Übertragungssysteme wie Getriebe, Kupplungen, Ketten oder dgl auskommen zu können. Die Antr'ebsro)!e ist direkt auf den Wellenstumpf des Schrittmotors in geeigneter Weise aufgesetzt. Es erfolgt eine optimale Anpassung des Durchmessers der Antriebsrolle an den Durchmesser des Stranges, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Abzugsgeschwindigkeit mit sinkendem Stabdurchmesser bei gleichbleibender Gießleistung steigt. Eine Kompensation kann bei unveränderter Betriebsfrequenz des Schrittmotors durch eine Vergrösserung des Durchmessers der Antriebsscheibe erfolgen, jedoch nur in dem Masse, wie hierdurch das Rotationsträgheitsmoment der Antriebsscheibe und das Lastträgheitsmoment des abzufördernden Stranges in einem noch zulässigen Maß ansteigen. Bei falscher Anpassung fällt der Schrittmotor außer Takt und bleibt stehen. Anhand der für den bestimmten Schrittmotor gültigen Kennlinien ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, die richtige Auswahl des Antriebsscheibendurchmessers für die jeweilige Abzugsgeschwindigkeit und den Stabdurchmesser unter Berücksichtigung der rotatorischen und translatorischen Trägheitsmomente der verschiedenen zu beschleunigenden Massen auszuwählen. Beispielsweise wurde für den Schrittmotor mit einem maximalen Drehmoment von 26 Nm bei Strängen mit einem Durchmesser von 3 mm ein günstiger Scheibendurchmesser von 200 mm und bei Strängen von 8 mm Durchmesser ein solcher von 50 mm ermittelt.
  • Für einen störungsfreien Betrieb des Stranggiessprozesses und für qualitativ gleichbleibende Produkte ist eine konstante Strangaustrittstemperatur von entscheidender Bedeutung. Um diese einhalten zu können, wird erfindungsgemäß ein elektronisches Steuersystem zur Regelung der Betriebsfrequenz des oder der Schrittmotore in Abhängigkeit von der Strangaustrittstemperatur vorgesehen. Die Strangaustrittstemperatur wird laufend gemessen. Bei Abweichungen von dem Sollwert erfolgt eine Änderung der Betriebsfrequenz des oder der Schrittmotore mit dem Ziel, die Strangaustrittstemperatur von dem Ist- auf den Sollwert zurückzuführen. Die bisher bekannte Regelung über die Veränderung der Kühlwassermenge ist bei den hohen Strangabzugsgeschwindigkeiten wegen zu geringer Ansprechschnelligkeit ungeeignet.
  • Um eine Störung der Abzugsbewegung beim Durchlaufen der Übergangsstelle Kaltstrang zu Warmstrang durch die Ziehvorrichtung auszuschließen, sind mindestens zwei hintereinander in Strangdurchlaufrichtung angeordnete separate Schrittmotore vorgesehen, die im Wechsel den Strang erfassen, bis die Übergangsstelle Kaltstrang zu Warmstrang die Ziehvorrichtung passiert hat. Sobald die Übergangsstelle den ersten Schrittmotor erreicht, hebt das von ihm angetriebene Rollenpaar ab und der in Stranglaufrichtung folgende Schrittmotor zieht mit dem von ihm getriebenen Rollenpaar den Strang. Sobald die Übergangsstelle Kaltstrang zu Warmstrang den ersten Schrittmotor passiert hat, treten dessen Abzugsrollen wieder in Tätigkeit, und das vom zweiten Schrittmotor getriebene Rollenpaar hebt ab, um die Übergangsstelle durchlaufen zu lassen. Dieser Wechsel erfordert bei der hohen Abzugsgeschwindigkeit ebenfalls eine geeignete Steuerung, die erfindungsgemäß durch ein elektronisches Steuersystem verwirklicht wird, das die Schrittmotore synchronisiert, d.h. ihre oszillierende Bewegung innerhalb jeden Hubes aufeinander abstimmt, wobei jedem Motor eine eigene Leistungsendstufe zugeordnet ist, damit eine unabhängige Steuerung jedes Motors gewährleistet ist. Diese Ausbildung der erfindungsgemässen Horizontal-Str,anggiessanlage ermöglicht die Beibehaltung einer hohen Abzugsgeschwindigkeit auch beim Anfahren, ermöglicht eine verbesserte Geradführung des Stranges und wirkt sich verschleißmindernd aus.
  • Durch schräg zur Stranglängsachse gestellte Rollenpaare der Ziehvorrichtung kann das Ausziehverhalten des Stranges aus der Kokille günstig beeinflusst werden. Es wird jedoch auch ein ungleichmässiger Verschleiß in der Kokille vermieden, weil die Bewegung des Stranges innerhalb der Kokille reibungsarm ist. Diese Ausführung ist allerdings auf Stränge mit kreisrundem Querschnitt beschränkt.
  • Bei dem quasi-kontinuierlichen Betrieb ergibt sich der Vorteil, daß kontinuierliche Weiterverarbeitungsschritte wie Verformen, Trennen und Wärmebehandeln angeschlossen werden können, ohne daß eine aufwendige Synchronisation mit der Hubbewegung notwendig ist. Der Strang kann dabei durch Kalibrierrollen in derselben Querschnittsform kalibriert oder in eine andere Querschnittsform, z.B. von rund auf oval, überführt werden. Auf diese Weise kann eine Nachverdichtung des Stranges mit Beseitigung von Restporositäten oder auch nur eine Querschnittsänderung erreicht werden.
  • Der nur zu Beginn des Stranggiessprozesses benötigte Teil der Ziehvorrichtung ist der Anfahrstab als Verbindungsglied zwischen der Schmelze im Auslaufkanal des Warmhaltegefässes und den Strangförderrollen. Beim Anfahren muß die richtige zeitliche Abstimmung des Stärtbefehles in Bezug auf das Einbringen der Schmelze in den Auslaufkanal erfolgen. Diese Aufgabe konnte durch die Verwendung eines rohrförmigen Anfahrstabes gelöst werden, in dessen vorderer Öffnung zwei isolierte Triggerkontakte angebracht sind, die bei Eintritt der Schmelze durch diese leitend miteinander verbunden werden und damit ein Signal liefern, daß über ein vorwählbares Zeitrelais nach einer von 0 bis beliebig lang einzustellenden Verzögerungszeit den Startbefehl für die Abzugsvorrichtung gibt.Gleichzeitig sorgt die Ausbildung des Anfahrstabes für eine sicher Erfassung der Strangschale, die gegenüber der üblichen Ausbildung des Anfahrstabes als Spitze Vorteile bezüglich eines guten Schweißverbundes zeigt, wie es auch in der US-PS 39 08 747 geschildert wird. Darüberhinaus ist es vorteilhaft, durch einen im vorderen Teil des Anfahrstabes quer eingesetzten Stift, der von der Schmelze umflossen wird, zu einem zusätzlichen formschlüssigen Verhund des Anfahrstabes mit dem Gießstrang zu kommen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zu Beginn des Gießvorganges den Anfahrstab bis zur Eintrittsöffnung der Kokille einzuführen und mit einer Dichtung aus Isolierfilz gegen den keramischen Auslaufstein zu drücken. Hierdurch kann die Schmelze ungehindert in das Innere des rohrförmigen Anfahrstabes eindringen und mit ihm zu einem haltbaren Verbund verschweißen. Andererseits verhindert die Dichtung, daß Schmelze zwischen Anfahrstab und Kokille gelangen kann, die sonst zu einem Verklemmen des Anfahrstabes in der Kokille führen würde, was entweder ein Abziehen des Stabes verhindern oder einen starken Kokillenverschleiß bewirken könnte.
  • Bei Verwendung üblicher Auslaufsysteme war es oftmals schwierig, die richtige Dauer der Startverzögerung zu finden. Wird sie zu kurz gewählt, wird der Anfahrstab, ohne ausreichend mit der Strangschale verschweißt zu sein, ausgefördert, und es besteht die Gefahr eines Durchbruches der Schmelze. Ist sie zu lang, kann die Erstarrung bis in den Auslaufkanal fortschreiten,wodurch das Abziehen erschwert wird, oder schließlich sogar ein Einfrieren der Schmelze im Auslaufstein eintreten kann. Weitaus besser bewährt sich, den Auslaufstein mit einer rohrförmigen Verlängerung, etwa von 10 bis 30 mm Länge, auszurüsten, die mit einem Außendurchmesser von 10 bis 25 mm 0 schnorchelartig durch die Öffnung eines in die Gießgefäßwandung eingesetzten Düsensteines in das Gefäß frei hineinragt. Hier heizt sich dank der Konvektion der den Schnorchel umgebenden Schmelze der Auslaufstein soweit auf, daß eine Ansatzbildung vor der Öffnung mit Sicherheit vermieden werden kann. Hierbei werden allerdings an die Verträglichkeit des Schnorchelmaterials gegenüber der Schmelze hohe Anforderungen gestellt. Beim Vergiessen von Hartlegierungen konnten sie von dem zunächst eingesetzten Bornitrid nur unzureichend und vom hilfweise verwendeten Graphit in keiner Weise erfüllt werden. Nicht bewährt hat sich auch die Verwendung der Masse Alundum, an deren rauher Oberfläche des Ausflußkanales es zu einem starken Verfritten mit dem Strang gekommen war, so daß keine Abzugsbewegung ausgeführt werden konnte. Erst der Übergang auf stabilisiertes oder teilstabilisiertes Zirkoniumoxid als Material für den Auslaufstein brachte eine deutliche Verbesserung der Beständigkeit, die auch beim Vergiessen von Hartlegierungen zu befriedigenden Standzeiten von mehreren Stunden führte.
  • Ein das Prinzip der Erfindung kennzeichnendes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Es stellen dar:
    • Fig. 1 eine grafische Darstellung des Verlaufes der Abzugsgeschwindigkeit des Stranges;
    • Fig. 2 eine Abbildung eines mit dem Bewegungsablauf gemäß Fig. 1 abgezogenen Strangstückes;
    • Fig. 3a, b, c die Ziehvorrichtung von drei Seiten;
    • Fig. 4 ein Blockschaltbild für die elektronische bzw. elektrische Ansteuerung der Schrittmotore der Ziehvorrichtung, und
    • Fig. 5 Anfahrsystem bestehend aus Ziehvorrichtung, Anfahrstab und Auslaufstein.
  • Der oszillierende Bewegungsablauf innerhalb eines Hubes von etwa 40 mm ist in Fig. 1 grafisch als Winkelgeschwindigkeit über der Förderstrecke dargestellt. Nach dem Hub von 4o mm, in dem die Bewegung zwischen etwa 2 und 6 S.1 oszilliert oder schwankt, schließt sich eine Haltedauer von 0,15 s an.
  • Bei Verwendungder erfindungsgemässen Horizontal-Stranggiessanlage können auf der Oberfläche des gegossenen Stranges feine Markierungen beobachtet werden, wie Fig. 2 zeigt. Es handelt sich dabei um eine Abbildung des in Fig. 1 aufgezeigten Bewegungsablaufes bei der hubweisen Strangabführung mit oszillierendem Bewegungsablauf innerhalb eines Hubes. Diese Befriebsweise führt dazu, daß die Temperatur der festen Strangschale an den Kontaktstellen zwischen fester Strangschale und flüssiger Schmelze im Einlaufbereich der Kokille weit weniger stark absinkt als bei hubweiser Förderung im Go/Stop- oder Pilgerschrittverfahren und ferner dazu, daß die Volumenschwindung bei der Erstarrung auf die gesamte Stranglänge gleichmässiger verteilt wird.
  • Fig. 3 zeigt die Ziehvorrichtung. In einer verwindungssteifen Profilrahmenkonstruktion 21 sind zwei Schrittmotore 20 eingesetzt. Auf ihren Wellenenden ist jeweils unmittelbar die verschleißfeste Antriebsrolle 11 aufgesetzt. Die Antriebsrolle ist mit einem rillenförmigen Einschnitt versehen, der zusätzlich an seinen Flanken radial verlaufende Kerben aufweisen kann, um einen guten Reibungsschluß zwischen Stab und Antriebsrolle sicherzustellen. Auf der dem Motor gegenüberliegenden Seite ist ein zusätzliches Radiallager 15 angeordnet, das die von der Andruckrolle 10 ausgeübten Kräfte mit aufnimmt. Die jeweils oberhalb der beiden Antriebsrollen angeordnete, ebenfalls verschleißfeste zylinderförmige Andruckrolle 10 wird vom Kolben eines pneumatischen Druckzylinders 1 in einer senkrechten Führung gehalten.
  • Durch eine von entsprechenden Ventilen gesteuerte Beaufschlagung der Druckzylinder mit Pressluft werden alternativ oder auch gemeinsam die Antriebssysteme auf dem abzufördernden Strang wirksam gemacht.
  • Die Wirkungsweise der Ansteuerung der beiden Schrittmotore geht aus dem Blockschaltbild von Fig. 4 hervor. Die wichtigsten Komponenten sind in einem Hochgeschwindigkeitstranslator zusammengefasst. Er sorgt für die netzgespeiste Stromversorgung und die umschaltbare Ansteuerung der Endstufen für die Schrittmotoreneinspeisung, die sowohl unabhängigen als auch gemeinsamen Betrieb beider Motore gestattet. Der Funktionsablauf wird von der Steuereinheit vorgegeben: Nach dem Startbefehl positioniert der Schrittmotor in Rechtsdrehrichtung die digital einzustellende Vorwahl 1, was einen entsprechenden Vorwärtshub des Stranges bewirkt, dessen Grösse bestimmt wird vom Durchmesser der Antriebsrolle und der vorgewählten Schrittanzahl des Motors. Beispielsweise führt eine Schrittanzahl von 51 bei einem Schrittmotor mit einem Schrittwinkel von a1,8° bei Verwendung einer Antriebsrolle mit einem Durchmesser von 50 mm 0 zu einem Hub von 40 mm, entsprechend wird für den gleichen Hub nur eine Schrittanzahl von 13 benötigt, wenn der Durchmesser der Antriebsrolle 200 mm 0 beträgt. Nach erfolgter Positionierung wird mit dem Ausgangssignal COINZ I das Zeitglied für die von 0 bis 10 s in Schritten von 0.01 s digital vorwählbare Haltedauer 11 angesprochen, das nach Ablauf mit dem Eingangssignal INDEX 11 den Schrittmotor in Linksdrehrichtung auf die digital einzustellende Vorwahl 11 positioniert, was zu einem entsprechenden Rückwärtshub des Stranges führt. Nach erfolgter Positionierung wird jetzt mit dem Ausgangssignal COINZ 11 das Zeitglied für die ebenfalls von 0 bis 10 s digital vorwählbare Haltedauer I angesprochen, nach deren Ablauf mit dem Eingangssignal INDEX 1 der Zyklus aufs Neue beginnt.
  • Die für die Geschwindigkeit der Schrittmotore Lestimmende Betriebsfrequenz wird über einen Geschwindigkeitssteller eingestellt. Eine Erhöhung der Betriebsfrequenz würde zu einer Erhöhung der Stramgabzugsgeschwindigkeit und damit bei sonst unveränderten Betriebsbedingungen zu einem Anstieg der Temperatur des aus der Kokille austretenden Stranges und umgekehrt führen. Mit Hilfe eines geeigneten angepassten Reglers kann die Temperatur des austretenden Stranges durch Veränderung der Strangabzugsgeschwindigkeit konstant gehalten werden.
  • Aus Fig. 5 ist das Zusammenwirken der drei Systemkomponenten Ziehvorrichtung, Anfahrstab und Aus-guß bei Beginn des Gießprozesses ersichtlich. Der rohrförmige Anfahrstab 34 wird von der oder den Antriebsrollen 11 und Andruckrollen 10 erfasst. Er ist bis zur Eintrittsöffnung der Kokille 33 in diese eingeführt, wo er mit der ringförmigen Dichtung 37 am Schnorchel 31 anliegt, um ein Eintreten von Schmelze in den schmalen Ringspalt zwischen Kokille 33 und Anfahrstab 34 zu verhindern. In der vorderen Öffnung des rohrförmigen Anfahrstabes 34 sind ein querliegender Stift 36, der neben einem Verschweißen eine formschlüssige Verbindung zwischen Gießstrang 38 und Anfahrstab 34 schafft, und die beiden Triggerkontakte 35, die bei der Berührung mit der eingedrungenen Schmelze das Signal für das Zeitrelais der Startverzögerung liefern, untergebracht. Die durch die konische Form der Innenbohrung des Auslaufsteines 31 bewirkte Ausbildung der Erstarrungsfront 40 zwischen dem erstarrten Gießstrang 38 und der flüssigen Schmelze 39 verhindert ein Einfrieren des Stranges im Auslaufkanal und ermöglicht ein leichtes Abziehen des erstarrten Stranges.

Claims (12)

1. Verfahren zum horizontalen Stranggiessen von Metallen und deren Legierungen, bei dem der Strang kontinuierlich, intermittierend oder im pilgerschritt ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche Auszugshub bzw.die intermittierenden oder im Pilgerschritt erfolgenden Auszugshübe mit einer stets über dem Wert Null oszillierend schwankenden Abzugsgeschwindigkeit ausgeführt wird bzw. werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit mit einer Frequenz von 150 Hz schwankt.
3. Horizontal-Stranggiessanlage für Metalle und deren Legierungen, bestehend als einem Warm-haltegefäß mit horizontalem Auslauf, einer dem Warmhaltegefäß nachgeordneten gekühlen Kokille (33) und einer den Strang (38) erfassenden Ziehvorrichtung (10, 11,), die durch mindestens einen Schrittmotor (20), dessen Schrittfrequenz durch ein elektronisches Steuersystem bestimmt ist, kontinuierlich, intermittierend oder im Pilgerschritt antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Schrittmotors (20) auf einen stets über dem Wert Null oszillierend schwankenden Wert steuerbar ist.
4. Stranggiessanlage nach Anspruch 3, dadurch gckennzeichnet, daß der Antrieb für die Ziehvorrichtung (10, 11,) mindestens einen Wechselstrom-Schrittmotor (20) für hohe Schrittfrequenz aufweist.
5. Stranggiessanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Steuersystem zur Regelung der Schrittfrequenz des oder der Schrittmotore (20) in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Stranges (38) vorgesehen ist.
6. Stranggiessanlage nach Anspruch 5, mit mindestens zwei hintereinander in Strangdurchlaufrichtung angeordneten Schrittmotoren (20), dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Steuersystem zur Synchronisation der Schrittmotore (20) ausgebildet ist, wobei jedem Schrittmotor (20) eine eigene Leistungsendstufe zugeordnet ist.
7. Stranggiessanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Rollenpaare (10, 11) der Ziehvorrichtung (10, 11, 20) schräg zur Längsachse des Stranges (38) gestellt sind.
8. Stranggiessanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenpaare (10, 11) mit Mitteln (1) zur Ausübung eines den Strang (38) plastisch verformenden Druckes ausgerüstet sind.
9. Stranggiessanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8 mit einem Anfahrstrang (34), dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrstrang (34) im Bereich der Kokille (33) einen dichtend gegen den Auslauf (31) angelegten rohrförmigen Abschnitt aufweist, in dem Triggerkontakte (35) angeordnet sind.
10. Stranggiessanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Abschnitt des Anfahrstranges (34) Verankerungselemente (36), z.B. ein quer eingesetzter Stift, Noppen oder dgl., vorgesehen sind.
11. Stranggiessanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (31) einen in das Warmhaltegefäß hinein reichenden Rohrabschnitt mit nach außen sich konisch erweiternder Innenbohrung aufweist.
12. Stranggiessanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt aus stabilisiertem oder teilstabilisiertem Zirkoniomoxid besteht.
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