EP2583772A1

EP2583772A1 - Strangführungsvorrichtung

Info

Publication number: EP2583772A1
Application number: EP12199706.8A
Authority: EP
Inventors: Dr. Erich Hovestädt; Dr. Markus Reifferscheid
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: EP2571641B1; CN103170595B; EP2583772B1; CN103003008B; EP2571641A1; WO2011144266A1; CN103003008A; CN103170595A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strangführungsvorrichtung zum Führen eines Metallstrangs nach seinem Austritt aus einer Kokille in einer Stranggießanlage. Um den konstruktiven Aufwand für eine Sekundärkühleinrichtung innerhalb der Strangführungsvorrichtung zu verringern und die Sekundärkühlung zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Pumpeneinrichtung abseits des Segmentträgers und des Rollensegmentes in einem Wasserverteilraum angeordnet ist; und dass das mindestens eine Ventil für das Kühlmedium außerhalb des Verteilraums - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte im Bereich des Segmentträgers angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strangführungsvorrichtung zum Führen eines Metallstrangs nach seinem Austritt aus einer Kokille in einer Stranggießanlage.
Eine Strangführungsvorrichtung der genannten Art ist im Stand der Technik, zum Beispiel aus der Japanischen Druckschrift JP 57 139460 bekannt. Die dort offenbarte Strangführungsvorrichtung dient zum Führen eines Metallstrangs nach seinem Austritt aus einer Kokille in einer Stranggießanlage. Die Strangführungsvorrichtung ist mit einer Sekundärkühleinrichtung ausgestattet zum Kühlen des Metallstrangs in der Strangführungsvorrichtung. Die Sekundärkühlvorrichtung umfasst eine Pumpeneinrichtung zum Pumpen eines Kühlmediums, zum Beispiel Kühlwasser, durch ein Kühlleitungsnetz hindurch zu einzelnen entlang der Strangführung verteilt angeordneten Kühlzonen. Die Kühlzonen bilden dabei jeweils einen Teil des Kühlleitungsnetzes. In den Kühlzonen wird das Kühlwasser mit Hilfe von Düseneinrichtungen auf den zu kühlenden Metallstrang in der Strangführungsvorrichtung gespritzt. Jeder Kühlzone sind individuell Ventile zugeordnet zum Einstellen des Volumenstromes oder des Druckes des Kühlwassers in der jeweiligen Kühlzone. Weiterhin ist der Pumpeneinrichtung ein Pumpenregelkreis zugeordnet zum Regeln des Drucks des von der Pumpe geförderten Kühlwassers. Ähnliche Offenbarungsgehalte finden sich auch in den Japanischen Druckschriften JP 57 206559 oder JP 58 077760 und der nicht vorveröffentlichten internationalen Patentanmeldung PCT/EP2010/004563 .
Weiterhin sind im Stand der Technik Strangführungsvorrichtungen bekannt, bei welchem die typischerweise verwendeten Rollenpaare zum Führen des Strangs in so genannten Segmenten als bauliche Einheiten zusammengefasst sind. Die Segmente können, müssen aber nicht, Stellorgane zur variablen Maulweitenanpassung aufweisen; siehe beispielsweise DE 10 2008 009 136 A1 .
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 004 911 A1 ist die Verwendung von Zweistoffdüsen innerhalb von Sekundärkühleinrichtungen bekannt. Die Zweistoff-Düsen ermöglichen vorteilhafterweise eine variable Einstellung der Anteile von zwei verschiedenen verwendeten Kühlmedien, zum Beispiel Luft und Kühlwasser.
Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 101 04 348 A1 offenbart ein Strangführungssegment mit einem Rollenträger zum Führen des Gießstrangs. Ebenfalls auf dem Rollenträger angeordnet ist eine Reihe von Sprühdüsen, durch welche Kühlmittel auf den Strang gespritzt wird. Das Kühlmedium wird dabei über Rohrleitungen zu diesen Düsen geleitet. Die Rohrleitungen sind über Flansche bzw. Spannplatten mit einem weiteren Kühlmittelversorgungsnetz der Strangführungseinrichtung verbindbar.
Die Japanische Druckschrift JP 2009195959 offenbart eine Strangführungsvorrichtung zum Führen eines Metallstrangs nach seinem Austritt aus der Kokille in einer Stranggießanlage. Den einzelnen Rollensegmenten der Strangführung sind Kühlleitungen mit jeweils mindestens einem Ventil und einer Düseneinrichtung zugeordnet zum Aufspritzen eines Kühlmittels zwischen zwei benachbarten Segmenten auf den geführten Metallstrang. Das Ventil ist über die an dem Segment befestigten Rohrleitungen ebenfalls quasi auf dem Segment angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Strangführungsvorrichtung mit einer Sekundärkühleinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass der konstruktive Aufwand für die Sekundärkühleinrichtung verringert und die Sekundärkühlung verbessert wird.
Diese Aufgabe wird zum einen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung abseits des Segmentträgers und des Rollensegmentes in einem Wasserverteilraum angeordnet ist; und dass das mindestens eine Ventil für das Kühlmedium außerhalb des Verteilraums - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte im Bereich des Segmentträgers angeordnet ist.
Die Strangführungsvorrichtung weist vorzugsweise neben mindestens einem ersten Rollensegment mit zumindest teilweise zugeordneter Kühlzone auch mindestens ein zweites Rollensegment mit mindestens einem Stellorgan zum variablen Einstellen der Maulweite der Rollen des Rollensegmentes auf. Bei dem Stellorgan handelt es sich zum Beispiel um einen Hydraulikzylinder. Die Stellorgane dienen zum Realisieren einer gezielten Dickeneinstellung des Stranges beim Durchlauf durch die Strangführungsvorrichtung. Die Stellorgane sind bei den einzelnen Segmenten optional, das heißt nicht zwingend notwendig. Die Stellorgane können sowohl auf Segmenten mit zugeordneter Kühlzone wie auch auf Segmenten ohne zugeordneter Kühlzone angeordnet sein.
Durch die beanspruchte Verlagerung der Ventile, optional in Verbindung mit einer Verlagerung der Kühlzonen-spezifischen Druck- oder Volumenstrom-Regel- oder - Messeinrichtungen, in den Bereich des Segmentträgers, wird die Länge der Kühlleitungen zwischen dem Ventil und den Düseneinrichtungen oder den zuvor genannten Kühlzonen-spezifischen Einrichtungen und den Düseneinrichtungen verkürzt im Vergleich zu einer Anordnung dieser Komponenten in dem Verteilraum. Damit werden die Reibungs- und Strömungsverluste innerhalb der Kühlzone verringert, wodurch vorteilhafterweise eine präzisere Einstellung der Düseneinrichtungen und deren Spritzbilder möglich wird.
Bei traditionellen Strangführungsvorrichtungen waren die komplexen Kühlleitungen für die Sekundärkühleinrichtung zumindest überwiegend innerhalb eines Verteilerraumes abseits der Strangführungsvorrichtung angeordnet. Das Gießen anspruchsvollerer Stahlgüten erfordert jedoch zunehmend eine größere Mehrzahl von Kühlzonen entlang der Strangführung, um ein möglichst individuelles Spritzbild und Kühlverhalten der Kühlzonen beim Führen des Metallstrangs innerhalb der Strangführungsvorrichtung einstellen zu können. Der traditionell für die Ventile und die Kühlleitungen vorgesehene Verteilerraum stößt jedoch bei einer größeren Anzahl von vorgesehenen Kühlzonen rein kapazitiv schnell an seine Grenzen. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn gemäß der Erfindung die Ventile für die einzelnen Kühlzonen jeweils in dem Bereich des Segmentträgers vor den Spannplatten angeordnet sind, denn dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Verlagerung der Ventile und der komplexen Kühlleitungen pro Kühlzone zumindest weitgehend heraus aus dem beengten Verteilerraum unter Ausnutzung von weiterem verfügbaren Raum, eben im Bereich des Segmentträgers.
Nachfolgend werden einige der in der Beschreibung verwendeten zentralen Begriffe näher erläutert:

Stranggießanlage:
- Der Begriff "Stranggießanlage" meint die Kombination aus einer Kokille und einer der Kokille nachgeordneten Strangführungsvorrichtung.
Kokille:
- Der Begriff "Kokille" bezeichnet eine Gießform, an deren gekühlten Seitenwänden, typischerweise aus Kupfer, das zunächst noch flüssige Metall abkühlt und eine Strangschale ausbildet. Durch Herausziehen der Strangschale aus der Kokille entsteht ein Metallstrang mit zunächst noch flüssigem Kern.
Strangführungsvorrichtung:
- Der Begriff "Strangführungsvorrichtung" bezeichnet eine Mehrzahl von Rollenpaaren, welche unmittelbar unterhalb der Kokille angeordnet sind zum Führen des Metallstrangs nach seinem Austritt aus der Kokille. Der Metallstrang wird in der Strangführungsvorrichtung solange durch die Rollenpaare gestützt und geführt, bis er weiter abgekühlt und durcherstarrt ist. Insbesondere die Mehrzahl der sich gegenüberliegenden Rollenpaare werden als Strangführung bezeichnet.
Rollensegment:
- Um den Maschinenbau modular zu gestalten und um die Strangführung für die Wartung handhabbar zu machen, wird jeweils eine Mehrzahl von Rollenpaaren der Strangführung zu einzelnen baulichen Einheiten, so genannten Rollensegmenten zusammengefasst. So können beispielsweise sieben Rollen in einem Oberrahmen und sieben weitere Rollen in einem dem Oberrahmen gegenüberliegenden Unterrahmen verbaut sein. Ober- und Unterrahmen bilden zusammen mit den ihnen zugeordneten Rollen und einer optionalen mechanischen Verspannung, zum Beispiel mittels Klammern für eine feste Beabstandung oder mittels Hydraulikzylindern für eine variable Beabstandung, jeweils ein Segment. Diese Segmente sind jeweils als bauliche Einheiten in die Strangführungsvorrichtung einbaubar und zu Wartungszwecken wieder ausbaubar. Die Wartung der Segmente erfolgt in speziellen Werkstätten. Die Begriffe "Segment" und "Rollensegment" werden gleichbedeutend verwendet. Der Begriff " ... auf dem Rollensegment" meint auf, an oder in dem Rollensegment, vorzugsweise im Sinne einer baulichen Einheit.
Segmentträger:
- Der Begriff Segmentträger bezeichnet typischerweise eine Konstruktion aus Stahl zur Aufnahme und genauen Positionierung mindestens eines, typischerweise jedoch einer Mehrzahl von Segmenten innerhalb der Strangführungsvorrichtung. Der Begriff Segmentträger bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ein eigenständiges Bauteil, welches eigens für die Aufnahme von Segmenten konstruiert und vorgesehen ist. Er ist nicht zu verwechseln oder gleichzusetzen mit anderen technischen Elementen, wie Fundamenten oder Rahmenkonstruktionen, die eigentlich eine andere Funktion haben. Ein Segmentträger verfügt über Auflageflächen für die einzelnen Segmente. Außerdem sind an den Segmentträgern in der Regel Spannplatten (Definition siehe unten) angebracht, mittels derer die Kühlzonen mit Kühlmedien, zum Beispiel Kühlwasser oder Luft versorgt werden. Der Begriff "Im Bereich des Segmentträgers" bedeutet auf, am, innerhalb oder in der näheren Umgebung des Segmentträgers, in jedem Fall aber außerhalb des Wasserverteilraumes. Ein Segmentträger wird zwar in der Regel zur Abstützung und zur Aufnahme der Segmente verwendet; er ist aber nicht zwingend notwendig. So kann beispielsweise das erste Segment in Gießrichtung hinter der Kokille von einem Grundrahmen der Kokillenoszillation oder von dem in Gießrichtung nachgeordneten zweiten Segmenten getragen werden. Weiter alternativ können die Segmente übereinander gestellt sein, so dass sich ein Segment auf dem jeweils darunter liegenden abstützt. Das unterste Segment stützt sich seinerseits auf einem Fundament oder dem Rahmen eines anderen Erzeugnisses ab, zum Beispiel einem Biegetreiber.
Primär- und Sekundärkühlung:
- Beim Stranggießen werden Primär- und Sekundärkühlung unterschieden. Die Primärkühlung erfolgt in der Kokille, indem deren Seitenwände mit Kühlwasser gekühlt werden, wodurch dem zunächst noch flüssigen Metall in der Kokille Wärme entzogen wird. Auf diese Weise bildet sich im Ausgangsbereich der Kokille die besagte Strangschale aus, welche das noch flüssige Metall im Innern der Kokille umhüllt.

Die Sekundärkühlung des Metallstrangs findet innerhalb der Strangführungsvorrichtung statt, nachdem der Metallstrang aus der Kokille ausgetreten ist. Innerhalb der Strangführungsvorrichtung wird der Metallstrang weiter gekühlt, indem Kühlwasser von Außen unter Druck auf die Strangschale gesprüht wird. Dadurch (und auch durch den Kontakt des Metallstrangs zu den Rollen der Strangführung sowie durch Wärmestrahlung) wird dem Metallstrang weiter Wärme entzogen und die Strangschale wächst weiter an, bis der Metallstrang schließlich vollständig durcherstarrt ist.
Die Primär- und Sekundärkühlung werden typischerweise in getrennten Kühlkreisläufen gesteuert oder geregelt.

Netz aus Kühlleitungen:

Die Begriffe "Netz aus Kühlleitungen" und "Kühlleitungsnetz" werden gleichbedeutend verwendet. Beide Begriffe bezeichnen mindestens eine, typischerweise jedoch eine Mehrzahl von Kühlleitungen, typischerweise Rohrleitungen, welche von einem Kühlmedium, typischerweise (Sekundär-)Kühlwasser durchflossen werden. Über das Kühlleitungsnetz wird das Kühlmedium von einer Pumpeneinrichtung zu Düseneinrichtungen gepumpt, um von den Düseneinrichtungen auf den Metallstrang gesprüht zu werden.

Spannplatte:

Der Begriff "Spannplatte" bezeichnet eine lösbare Koppelstelle zum Ankoppeln der Kühlzonen auf einem Segment an eine Kühlmedienversorgung, insbesondere die Kühlwasserversorgung. Beispielsweise wird mindestens eine der Kühlleitungen des Kühlleitungsnetzes im Bereich des Segmentträgers rechtwinklig an eine ebene erste Flanschplatte angeschweißt. Analog wird die Kühlleitung der Kühlzone auf dem Segment ebenfalls vorzugsweise rechtwinklig an eine zweite Flanschplatte angeschweißt. Die Flanschplatten verfügen jeweils über Öffnungen/Bohrungen für den Durchtritt des Kühlwassers.
Beim Einbau des Segmentes in die Strangführungsvorrichtung und noch Positionieren auf dem Segmentträger liegen dann die beiden Flanschplatten mit ihren Öffnungen einander unmittelbar gegenüber. Die beiden gegenüberliegenden Flanschplatten werden mit Hilfe von Dichtungen gegeneinander abgedichtet und ermöglichen so einen leckagefreien Transport des Kühlmediums von der Pumpeneinrichtung zu einer Kühlzone auf dem Segment. Nicht nur jede einzelne der gegenüberliegenden Flanschplatten, sondern alternativ auch die beiden im eingebauten Zustand des Segmentes gegenüberliegenden Flanschplatten werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als Spannplatte bezeichnet. Über eine derartige Spannplatte kann nicht nur das Kühlwasser, sondern alternativ auch ein anderes Kühlmedium, zum Beispiel Luft, für die Sekundärkühlung auf das Segment transportiert werden. Weiterhin können Spannplatten auch verwendet werden als lösbare Koppelstelle für andere Medienleitungen, zum Beispiel Hydraulikleitungen.

Kühlzone:

Der Begriff "Kühlzone" bezeichnet jeweils einen Teil des Kühlleitungsnetzes mit zugeordneten Düseneinrichtungen. Jede Kühlzone zeichnet sich dadurch aus, dass ihr ein individueller Kühlzonenregelkreis, entweder zur Volumenstromregelung oder zur Druck-Regelung zugeordnet ist. Charakteristisch ist, dass alle Düseneinrichtungen einer Kühlzone gemeinsam durch ein Ventil versorgt werden. Dabei können drei Fälle unterschieden werden:

eine Kühlzone ist genau einem Segment zugeordnet,
mehrere Kühlzonen sind einem Segment zugeordnet, oder
eine Kühlzone ist auf mehrere Segmente verteilt.

Wasserverteilraum:

Der Begriff "Wasserverteilraum" oder kurz "Verteilraum" bezeichnet bei traditionellen Strangführungsvorrichtungen einen separaten Raum, in welchem die erforderlichen Bauelemente für die Einstellung des Volumenstroms der Sekundärkühlung untergebracht sind. Der Wasserverteilraum beinhaltet traditionell die Pumpeinrichtung, alle notwendigen Mess- und Regeleinrichtung für einen Pumpenregelkreis sowie für Kühlzonenregelkreise im Bereich der Strangführungsvorrichtung. Im Unterschied zu dieser traditionellen Nutzung des Wasserverteilraumes, dient der Wasserverteilraum im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise im Wesentlichen lediglich zur Aufnahme der Pumpeneinrichtung sowie zur Aufnahme von Elementen eines Pumpenregelkreises. Sämtliche Ventile, Messeinrichtungen und Kühlzonen-Regeleinrichtungen, betreffend die individuelle Regelung der Kühlmedien in den Kühlzonen auf den Segmenten, sind gemäß der vorliegenden Erfindung außerhalb des Wasserverteilraumes entweder im Bereich des Segmentträgers oder direkt auf den Segmenten angeordnet. Auch die Spannplatten, die für die Übergabe der Kühlmedien, insbesondere des Kühlwassers zu den Kühlzonen sorgen, sind nicht im Wasserverteilraum untergebracht.

- Ende der Definitionen -

Bei der beanspruchten Lösung für die Strangführungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 kann beispielsweise eine (Zahlwort) Kühlzone pro Rollensegment vorgesehen sein.
Alternativ dazu kann auch eine Mehrzahl der Kühlzonen vorgesehen sein, welche über einem einzelnen der Rollensegmente verteilt angeordnet sind. Dabei können die einzelnen Kühlzonen in und/oder quer zur Förderrichtung des Metallstrangs über dem Rollensegment verteilt angeordnet sein. Das Vorsehen einer Mehrzahl der Kühlzonen über einem einzelnen Rollensegment ermöglicht naturgemäß vorteilhafterweise das Einstellen sehr unterschiedlicher/individueller Spritzbilder und Kühlungsprofile über dem jeweils die Strangführung durchlaufenden Abschnitt des Metallstrangs gegenüber einem Vorsehen von lediglich einer Kühlzone über dem Segment.
Weiter alternativ kann, weil das mindestens eine Ventil - in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen - vor der Spannplatte angeordnet ist, die mindestens eine Kühlzone auch so ausgebildet sein, dass sie sich über eine Mehrzahl der Rollensegmente erstreckt.
In den Kühlzonen kann das Kühlmedium entweder volumenstrom- oder druckgeregelt sein.
Im Falle einer Volumenstromregelung umfasst die Strangführungsvorrichtung und insbesondere die Sekundärkühleinrichtung eine Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtung zum Erfassen des Ist-Volumenstroms des Kühlmediums in der Kühlzone und eine Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtung zum Ermitteln einer Kühlzonen-Volumenstrom-Regeldifferenz als Differenz zwischen einem vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwert und dem Ist-Volumenstrom. Weiterhin dient die Volumenstrom-Regeleinrichtung zum Ansteuern des Ventils der Kühlzone nach Maßgabe der ermittelten Kühlzonen-Volumenstrom-Regeldifferenz zur Regelung des Volumenstroms auf den vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwert.
Die Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtung und / oder die Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtung können im Bereich des Segmentträgers - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte oder auf dem Rollensegment angeordnet sein.
Alternativ dazu umfasst die Strangführungsvorrichtung und insbesondere die Sekundärkühleinrichtung im Falle einer Druckregelung der Kühlzone eine Kühlzonen-Druck-Messeinrichtung zum Erfassen des Ist-Drucks des Kühlmediums in der Kühlzone und eine Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung zum Ermitteln einer Kühlzonen-Druck-Regeldifferenz als Differenz zwischen einem vorgegebenen Kühlzonen-Druck-Sollwert und dem Ist-Druck. Weiterhin dient die Druck-Regeleinrichtung zum Ansteuern des Ventils der Kühlzone nach Maßgabe der ermittelten Kühlzonen-Druck-Regeldifferenz zwecks Regelung des Drucks auf den vorgegebenen Kühlzonen-Druck-Sollwert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Strangführungsvorrichtung eine Umrechungseinrichtung zum Umrechnen eines vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwertes mit Hilfe einer vorgegebenen Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Kühlzone in den Kühlzonen-Druck-Sollwert.
Die Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung und / oder die Kühlzonen-Druck - Messeinrichtung und/oder die Umrechnungseinrichtung können jeweils im Bereich des Segmentträgers - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte oder auf dem Rollensegment angeordnet sein.
Wenn auch pro Kühlzone entweder nur eine Volumenstrom- oder Druckregelung vorgesehen sein kann, so können jedoch innerhalb der Strangführungsvorrichtung und insbesondere auf einem Rollensegment oder im Bereich des Segmentträgers, je nach Ausbildung der dortigen Kühlzone(n), sowohl Volumenstrom- wie auch Druck-Regelungen gleichermaßen vorgesehen sein.
Die Düseneinrichtung der vorliegenden Erfindung kann entweder mindestens eine Einstoff-Düse und/oder mindestens eine Zwei-Stoff-Düse aufweisen. Die Einstoff-Düse dient typischerweise zur Verwendung von Kühlwasser als Kühlmedium. Bei der Zweistoff-Düse werden typischerweise die beiden Kühlmedien Kühlwasser und Luft mit Hilfe eines speziellen Mischkörpers zu einem Wasser-Luft-Gemisch verwirbelt und anschließend mittels der Zwei-Stoff-Düse auf den Metallstrang gespritzt. Im Unterschied zu der Einstoff-Düse erzeugt die Zwei-Stoff-Düse einen feineren Kühlwasser-Nebel und bei richtiger Dosierung einen höheren Kühlimpuls der auf den Metallstrang auftreffenden Wassertröpfen.
Die Düseneinrichtung ist vorteilhafterweise als Düsenbalken mit einer Mehrzahl von Düsen ausgebildet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung sind insgesamt 3 Figuren beigefügt, wobei

Figur 1: einen Querschnitt durch eine Strangführungsvorrichtung;
Figur 2: eine schematische Veranschaulichung der Sekundärkühleinrichtung mit der Anordnung einer Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung im Bereich des Segmentträgers; und
Figur 3: eine schematische Veranschaulichung der Sekundärkühleinrichtung mit Anordnung der Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtung im Bereich des Segmentträgers

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben, wobei gleiche technische Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
In allen Figuren bezeichnet das Bezugzeichen 500 eine fiktive Trennlinie zwischen einem Wasserverteilraum 250 und einem Segmentträger oder einem Segment. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Kühlwasser.
Figur 1 zeigt eine Stranggießanlage 200 mit einer Kokille 210 und einer der Kokille nachgeordneten Strangführungsvorrichtung 100. Die Strangführungsvorrichtung dient zum Führen eines Metallstrangs nach seinem Austritt aus der Kokille 210. Die Strangführungsvorrichtung 100 besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl von Rollensegmenten 120-k mit 1 ≤ k ≤ K und mit k, K Elemente aus N (Menge der natürlichen Zahlen). Oberrahmen und Unterrahmen jedes Segmentes sind miteinander verspannt, zum Beispiel über Zuganker, das heißt verschraubt, oder über Stellorgane 195, vorzugsweise Hydraulikzylinder. Die einzelnen Rollensegmente 120-k werden von mindestens einem Segmentträger 220 getragen bzw. gestützt. Die Segmentträger 220 können, wie in Figur 1 gezeigt, für eine Gruppe von Segmenten als bauliche Einheit ausgebildet sein. Unmittelbar unterhalb der Kokille ist eine Sekundärkühleinrichtung 110 vorgesehen zum Kühlen des Metallstrangs 300 während seines Durchlaufs durch die Strangführungsvorrichtung 100 in Förderrichtung F.
In dem Verteilraum 250 ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Pumpeneinrichtung 116 angeordnet, optional zusammen mit Elementen eines Pumpenregelkreises zum Einstellen eines vorgegebenen Druck- oder Volumenstrom-Sollwerts des Kühlwassers am Ausgang der Pumpeneinrichtung.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Sekundärkühleinrichtung 110. Demnach umfasst die Sekundärkühleinrichtung die Pumpeneinrichtung 116 mit einer vorzugsweise zugeordneten Pumpenregeleinrichtung 117. Die Pumpenregeleinrichtung 117 kann ausgebildet sein, entweder den Druck oder den Volumenstrom eines Kühlmediums, typischerweise Kühlwasser, in der Kühlleitung 112 am Ausgang der Pumpeneinrichtung auf jeweils vorgegebene Sollwerte zu regeln. Im Falle einer Druckregelung repräsentiert das Bezugzeichen 119 eine Druckmesseinrichtung und im Falle einer Volumenstrom-Regelung repräsentiert es eine Volumenstrommesseinrichtung. Wie bereits oben erwähnt, ist die Pumpeneinrichtung 116 zusammen mit der Pumpenregeleinrichtung 117 typischerweise in einem Wasserverteilraum 250 abseits der Strangführungsvorrichtung angeordnet.
Das von der Pumpeneinrichtung 116 geförderte Kühlmedium wird über ein Netz von Kühlleitungen 112 zu Kühlzonen 114-i mit 1 :::; i :::; I und i, I Elemente aus N der zugeordneten Düseneinrichtungen 115 gefördert. Die Düseneinrichtungen sind typischerweise als Düsenbalken mit jeweils einer Mehrzahl von einzelnen Düsen entweder in Form von Einstoff- oder Zweistoffdüsen ausgebildet. Im Falle der Verwendung von Zweistoffdüsen ist neben der in Figur 2 gezeigten und über das Netz von Kühlleitungen sichergestellten Versorgung der Düsen mit Kühlwasser auch die Versorgung der Düsen mit einem zweiten Medium, zum Beispiel Luft, erforderlich. Ein eventuell für das zweite Kühlmedium erforderliches paralleles Kühlleitungsnetz ist in Figur 2 nicht gezeigt.
In Figur 2 sind den Segmenten 120-1, ...-5 jeweils Kühlzonen zugeordnet. Konkret sind dem ersten Rollensegment 120-1 zwei Kühlzonen 114-1 und 114-2 zugeordnet. Dem zweiten Rollensegment 120-2 ist genau eine (Zahlwort) Kühlzone 114-3 zugeordnet. Den Rollensegmenten 120-3, 120-4 und 120-5 ist jeweils dieselbe Kühlzone 114-4 zugeordnet; das heißt diese Kühlzone ist auf die drei besagten Segmente verteilt. Jede Kühlzone zeichnet sich dadurch aus, dass der Volumenstrom oder der Druck des Kühlmediums, typischerweise Kühlwasser, in der Kühlzone über ein eigenes, der Kühlzone zugeordnetes Ventil 118 individuell einstellbar ist. In Figur 2 sind die Ventile 118 beispielhaft druckgeregelt. Dementsprechend wird der Druck des Kühlmediums jeweils am Ausgang des Ventils 118 mit Hilfe einer Kühlzonen-Druck-Messeinrichtung 170 erfasst und mit Hilfe einer Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung 180 auf einen vorgegebenen Kühlzonen-Druck-Sollwert geregelt.
Besonderes Kennzeichen der in Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsform der Sekundärkühleinrichtung 110 ist, dass insbesondere die Ventile und vorzugsweise auch deren zugehörige Kühlzonen-Druck-Messeinrichtungen 170 und Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtungen 180 weder in dem Verteilerraum 250 noch auf den Segmenten, sondern im Bereich II. des Segmentträgers 220 angeordnet sind. Dies bedeutet in jedem Fall, dass die besagten Elemente - in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen - vor den jeweiligen Spannplatten 140-I, mit 1 ≤ I ≤ L und I, L Elemente aus N, angeordnet sind.
Für den Fall, dass ein Kühlzonen-Druck-Sollwert nicht direkt vorgegeben ist, kann eine Umrechnungseinrichtung 190 vorgesehen sein, zum Umrechnen eines tatsächlich vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwertes mit Hilfe einer vorgegebenen Druck-Volumenstrom-Kennlinie für die jeweilige Kühlzone 114-i in den Kühlzonen-Druck-Sollwert. Dieser wird dann, wie in Figur 2 gezeigt, von der Umrechungseinrichtung 190 an die Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung 180 übergeben. Die Umrechnungseinrichtung 190 kann als Software- oder Hardware-Modul in einem zentralen Automatisierungsrechner für die Stranggießanlage, insbesondere für die Strangführungsvorrichtung implementiert sein. Alternativ kann sie jedoch auch gemäß der vorliegenden Erfindung - vorzugsweise zusammen mit der Kühlzonen-Druck- oder Volumenstrom-Regeleinrichtung 160, 180 und dem Ventil 118 - im Bereich II. des Segmentträgers 220 oder direkt auf dem Segment 120 angeordnet sein.
Schließlich ist in Figur 2 gezeigt, dass zumindest einzelnen der Rollensegmente auch Stellorgane 195, vorzugsweise in Form von Hydraulik-Zylindern zugeordnet sein können, zum variablen Einstellen der Maulweite der jeweiligen Rollensegmente 120-K. Diese Stellorgane 195 können sowohl auf Segmenten angeordnet sein, welchen eine Kühlzone zugeordnet ist, wie auch auf Segmenten, welchen keine Kühlzone zugeordnet ist. In Figur 2 ist gezeigt, dass mindestens ein Hydraulikventil 197 mit der zugehörigen Maulweiten-Regeleinrichtung 198 zum Ansteuern des Hydraulikventils 197 im Bereich II. des Segmentträgers 220 - in Flussrichtung der Hydraulikflüssigkeit durch das Hydraulikventil 197 gesehen - vor einer Hydraulik-Spannplatte 199 angeordnet ist. Die Hydraulik-Spannplatte 199 dient als lösbare Koppelstelle zwischen einem der Segmente 120-k und dem Segmentträger für die Hydraulikleitung 113. Abweichend von der Darstellung in Figur 2 kann im Bereich II. des Segmentträgers eine Mehrzahl von Hydraulikventilen 197 vorgesehen sein, welche von der Maulweiten-Regeleinrichtung 198 individuell angesteuert werden zum individuellen Ansteuern/Einstellen der einzelnen Hydraulikzylinder 195.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Sekundärkühleinrichtung 110. Es unterscheidet sich von dem im Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass die Ventile 118 im Bereich II. des Segmentträgers 220 nicht druck-, sondern volumenstromgeregelt sind. Zu diesem Zweck sind den Ventilen 118 an ihren Ausgängen jeweils Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtungen 150 zum Erfassen der dortigen Volumenströme und Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtungen 160 zugeordnet, letztere zum Ansteuern der Ventile 118 so, dass sich ein vorgegebener Volumenstrom-Sollwert für die jeweilige Kühlzone einstellt. Die Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtungen 150 und/oder die Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtungen 160 sind gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zusammen mit den Ventilen 118 im Bereich II. des Segmentträgers 220 vor den Spannplatten 140-I angeordnet.

Bezugszeichenliste:

100: Strangführungsvorrichtung
110: Sekundärkühleinrichtung
112: Kühlleitungen
113: Hydraulikleitungen
114-i: Kühlzone
115: Düseneinrichtung
116: Pumpeneinrichtung
117: Pumpenregeleinrichtung
118: Ventil für Kühlmedium
119: Messeinrichtung
120-k: Rollensegment
140-I: Spannplatte
150: Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtung
160: Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtung
170: Kühlzonen-Druck-Messeinrichtung
180: Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung
190: Umrechnungseinrichtung
195: Stellorgan für Maulweiteneinstellung
197: Hydraulikventil
198: Hydraulikregeleinrichtung
199: Hydraulik-Spannplatte
200: Stranggießanlage
210: Kokille
220: Segmentträger
250: Wasserverteilraum
300: Metallstrang
500: Trennlinie (fiktiv) zwischen Wasserventilraum und Segmentträger oder Segment
i: Laufparameter für Kühlzonen mit 1 ≤ i ≤ I
k: Laufparameter für Rollensegmente mit 1 ≤ k ≤ K
l: Laufparameter für Spannplatten mit 1 ≤ l ≤ L
F: Förderrichtung des Metallstrangs
II.: Bereich des Segmentträgers

Claims

Strangführungsvorrichtung (100) zum Führen eines Metallstrangs (300) nach seinem Austritt aus einer Kokille (210) in einer Stranggießanlage (200), wobei die Strangführungsvorrichtung mit einer Sekundärkühleinrichtung (110) zum Kühlen des Metallstrangs in der Strangführungsvorrichtung ausgebildet ist, und wobei die Sekundärkühleinrichtung aufweist:
ein Netz aus Kühlleitungen (112) mit mindestens einer in der Strangführungsvorrichtung ausgebildeten Kühlzone (114-i) als Teil des Kühlleitungsnetzes;

mindestens eine der Kühlzone zugeordnete Düseneinrichtung (115) zum Aufsprühen eines Kühlmediums auf den Metallstrang;

eine Pumpeneinrichtung (116) zum Pumpen des Kühlmediums durch das Kühlleitungsnetz hindurch zu der der Kühlzone (114-i) zugeordneten Düseneinrichtung (115);

mindestens ein der Kühlzone zugeordnetes und - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte (140-l) angeordnetes Ventil (118) zum Einstellen des Volumenstromes oder des Druckes des Kühlmediums in der Kühlzone (114-i);

mindestens ein Rollensegment (120-k) zum Führen des Metallstrangs nach seinem Austritt aus der Kokille; wobei dem Rollensegment die Kühlzone zumindest teilweise zugeordnet ist;

mindestens einen Segmentträger (220) zur Aufnahme und Fixierung des mindestens einen Rollensegmentes;

mindestens eine Spannplatte (140-l) als Koppelstelle der Kühlleitungen (112) zwischen dem Segmentträger und dem Rollensegment (120-k);

dadurch gekennzeichnet, dass

die Pumpeneinrichtung (116) abseits des Segmentträgers und des Rollensegmentes in einem Wasserverteilraum (250) angeordnet ist; und das mindestens eine Ventil (118) für das Kühlmedium außerhalb des Verteilraums (250) - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte (140-l) im Bereich (II.) des Segmentträgers angeordnet ist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine der Kühlzonen (114-i) ausgebildet ist, sich über eine Mehrzahl der Rollensegmente (120-k) zu erstrecken.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Kühlzone (114-i) pro Rollensegment (120-k) vorgesehen ist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mehrzahl der Kühlzonen (114-i) vorgesehen ist, welche über einem einzelnen der Rollensegmente (120-k) verteilt angeordnet sind.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlzonen (114-i) in oder quer zur Förderrichtung des Metallstrangs über dem Rollensegment (120-k) verteilt angeordnet sind.
Strangführungsvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtung (150) zum Erfassen des Ist-Volumenstroms des Kühlmediums in der Kühlzone (114-i); und
eine Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtung (160) zum Ermittelten einer Kühlzonen-Volumenstrom-Regeldifferenz als Differenz zwischen einem vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwert und dem Ist-Volumenstrom und zum Ansteuern des Ventils (118) der Kühlzone (114-i) nach Maßgabe der ermittelten Kühlzonen-Volumenstrom-Regeldifferenz zur Regelung des Volumenstroms auf den vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwert.
Strangführungsvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlzonen-Volumenstrom-Regeleinrichtung (160) und / oder die Kühlzonen-Volumenstrom-Messeinrichtung (150) im Bereich (II.) des Segmentträgers - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte (140-l) angeordnet ist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
eine Kühlzonen-Druck-Messeinrichtung (170) zum Erfassen des Ist-Drucks des Kühlmediums in der Kühlzone (114-i); und
eine Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung (180) zum Ermittelten einer Kühlzonen-Druck-Regeldifferenz als Differenz zwischen einem vorgegebenen Kühlzonen-Druck-Sollwert und dem Ist-Druck und zum Ansteuern des Ventils der Kühlzone nach Maßgabe der ermittelten Kühlzonen-Druck-Regeldifferenz zur Regelung des Drucks auf den vorgegebenen Kühlzonen-Druck-Sollwert.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine Umrechnungseinrichtung (190) zum Umrechnen eines vorgegebenen Kühlzonen-Volumenstrom-Sollwertes mit Hilfe einer vorgegebenen Druck-Volumenstrom-Kennlinie der Kühlzone in den Kühlzonen-Druck-Sollwert.
Strangführungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlzonen-Druck-Regeleinrichtung (180) und / oder die Kühlzonen-Druck -Messeinrichtung (170) und/oder die Umrechnungseinrichtung (190) im Bereich (II.) des Segmentträgers - in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen - vor der Spannplatte (140-l) angeordnet ist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düseneinrichtung (115) mindestens eine Zweistoff-Düse für die Verwendung von Kühlwasser als einem erstem und Luft als einem zweiten Kühlmedium oder mindestens eine Einstoff-Düse für die Verwendung von Kühlwasser als dem Kühlmedium aufweist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düseneinrichtung (115) als Düsenbalken mit einer Mehrzahl von Düsen ausgebildet ist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strangführungsvorrichtung mindestens ein erstes Rollensegment mit zumindest teilweise zugeordneter Kühlzone und mindestens ein zweites Rollensegment mit mindestens einem Stellorgan, vorzugsweise in Form eines Hydraulikzylinders, zum variablen Einstellen der Maulweite der Rollen des Rollensegmentes aufweist.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Rollensegment und das zweite Rollensegment dieselben sind.
Strangführungsvorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Hydraulikventil (197), vorzugsweise zusammen mit einer Maulweitenregeleinrichtung (198), zum Regeln des Durchflusses von Hydraulikflüssigkeit zur Ansteuerung des Hydraulikzylinders (195) ebenfalls im Bereich (II.) des Segmentträgers - in Strömungsrichtung des Kühlwassers gesehen - vor einer Spannplatte (140-l) angeordnet ist.