EP2982459B1 - Oszillationsantrieb für eine kokille - Google Patents

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EP2982459B1
EP2982459B1 EP15176829.8A EP15176829A EP2982459B1 EP 2982459 B1 EP2982459 B1 EP 2982459B1 EP 15176829 A EP15176829 A EP 15176829A EP 2982459 B1 EP2982459 B1 EP 2982459B1
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EP
European Patent Office
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mold
shaft
oscillation
electric drive
drive
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EP15176829.8A
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EP2982459A1 (de
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Heinz Rumpler
Helmut Riegelnegg
Sebastian MICHELIC
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Inteco Tbr Casting Technologies GmbH
Original Assignee
Inteco Tbr Casting Technologies GmbH
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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
    • B22D11/051—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds into moulds having oscillating walls
    • 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
    • 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
    • B22D11/166—Controlling or regulating processes or operations for mould oscillation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an oscillation drive for a mold or for a mold holder in a continuous casting device, which is mechanically guided in the direction of the strand and can be moved by drive or connecting rod means, according to the preamble of claim 1, as it is from CN 103 600 043 A is known.
  • Molds in particular those in continuous casting devices, into which on the one hand liquid metal is introduced and on the other hand a partially solidified strand is discharged from them, are known to oscillate for procedural reasons.
  • This oscillation technology is state of the art and known to a person skilled in the art and should therefore not be justified further.
  • An oscillating relative movement of the mold and the strand can in some cases also take place through an oscillation of the solidifying strand when the mold is static.
  • an alternating relative movement between the mold and the strand is to be aligned in such a way that the maximum oscillation speed exceeds that of the strand withdrawal speed in time ranges of the oscillation.
  • a mold oscillation can take place by means of a rotating, electromechanical drive, for example by means of an eccentric with a connecting rod on a rotatable shaft.
  • the frequency of the sinusoidal oscillation of the mold can also be set during a casting operation through the rotational speed of the eccentric shaft used.
  • the amplitude of the oscillation can only be achieved by changing the eccentricity of the drive, which usually only has to take place outside of the casting operation.
  • the aim of the invention is to develop a method for operating an oscillation drive for a mold or mold holder according to the preamble of claim 1 in such a way that the lifting height can be easily controlled during the casting operation of a system. This object is achieved in a method with the features of claim 1.
  • an electromechanical oscillator in which at least one drive or connecting rod means each with an eccentric part or a (connecting rod) bearing of a rotatable shaft, as is known per se, is in operative connection and the shaft is optionally connected to a gear unit regulated electric drive is movable.
  • any oscillation parameters can advantageously also be set during the casting operation.
  • the oscillation parameters can be readjusted in a simple manner with the oscillation drive according to the invention.
  • the shaft is from a position in which the connecting line of its axis and the axis of rotation of the eccentric part (s) is (are) directed perpendicular to the strand axis, it can be rotated in both directions in a controlled manner by an angle of up to 90 ° the maximum oscillation path (or amplitude) of the Mold oscillation reached.
  • a NON-SINE shape of the oscillation curve of the mold can be achieved if the rotation speed or the angular acceleration of the shaft can be controlled as a function of the direction of rotation of the electric drive.
  • the required torque of the electric drive can be changed and a favorable motor design can be achieved if a largely backlash-free transmission gear is positioned between the shaft (s) and the electric servo drive (s).
  • the invention also relates to a continuous casting device in which, for each mold or mold holder, two, preferably four, connecting rods of two eccentric shafts are operatively connected to it, an oscillation drive being provided which is operated in the inventive manner.
  • Fig. 1 shows, according to the prior art, an eccentric shaft 1 with an eccentric 2 for a connecting rod drive of a mold schematically.
  • an eccentric shaft 1 rotates at a constant angular velocity ⁇
  • the eccentric 2 performs a sinusoidal movement as a function of the angle of rotation.
  • Fig. 2 illustrates an effect of different speeds of an eccentric shaft on the sine frequency of an oscillation in the unit of time. Such frequency adjustments are state of the art and are used in some continuous casting facilities.
  • FIG. 3 schematically represents the essence of the invention.
  • An eccentric shaft 1 has an eccentric 2 which (not shown) is connected to a mold, a mold holder or a lifting table via a connecting rod.
  • the connecting line between the axis of the shaft 1 and the axis of the eccentric 2 is directed perpendicularly to the axis of the strand, so that the maximum stroke of the mold (100%) can be achieved with a rotation angle of the shaft 1 from -90 ° to + 90 °.
  • An electric drive can alternately rotate the shaft 1 within desired angular limits ⁇ controlled by a control system, which results in the intended stroke of the mold.
  • a regulation of the angular speed of the alternating rotary movement of the electric drive and consequently of the shaft 1 effects an adjustment of the oscillation frequency of the mold.
  • an electric motor fed by a converter can be equipped with a speed control, a torque control, a Position control as well as a definable, variable setpoint setting for all drive parameters, which can be changed when the continuous caster is at a standstill and in operation, for all types of mold oscillation.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Oszillationsantriebs für eine Kokille bzw. für eine Kokillenhalterung in einer Stranggießeinrichtung, welche in Strangaxrichtung mechanisch geführt und durch Antriebs- oder Pleuelmittel bewegbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der CN 103 600 043 A bekannt ist.
  • Kokillen, insbesondere solche in Stranggießeinrichtungen, in welche einerseits flüssiges Metall eingebracht und andererseits aus diesen ein teilerstarrter Strang ausgetragen wird, werden bekanntermaßen aus verfahrenstechnischen Gründen oszilliert. Diese Oszillationstechnologie ist Stand der Technik und einem Fachmann bekannt und soll daher nicht weiter begründet werden. Eine oszillierende Relativbewegung von Kokille und Strang kann in einigen Fällen auch durch eine Oszillation des erstarrenden Stranges bei statischer Kokille erfolgen.
  • Gemäß den verfahrenstechnischen Grundsätzen ist eine alternierende Relativbewegung zwischen Kokille und Strang derart auszurichten, dass die maximale Oszillationsgeschwindigkeit jene der Strangabzugsgeschwindigkeit in Zeitbereichen der Schwingung überschreitet.
  • Eine Kokillenoszillation kann mittels eines rotativen, elektromechanischen Antriebes, beispielweise durch einen Exzenter mit Pleuel an einer drehbaren Welle erfolgen. Derart ist die Frequenz der sinusförmigen Oszillation der Kokille durch die verwendete Drehzahl der Exzenterwelle auch während eines Gießbetriebes einstellbar. Die Amplitude der Oszillationsschwingung hingegen ist nur durch eine Veränderung der Exzentrizität des Antriebes erreichbar, was zumeist nur außerhalb des Gießbetriebes erfolgen muss.
  • In besonderen Fällen wurde bereits eine Regelbarkeit der Oszillation der Kokille während des Gießvorganges vorgeschlagen, bei welcher die Frequenz, die Amplitude und eine von der SINUS-Form abweichende Schwingungskurvenform, also eine NON-SINUS-Form einstellbar sind, um eine optimale Oberflächengüte der Stränge, insbesondere Stränge aus Edelstahl, bei unterschiedlichen Gießquerschritten und Gießparametern zu erreichen.
  • Es ist nun Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Oszillationsantriebs für eine Kokille bzw. Kokillenhalterung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass während des Gießbetriebes einer Anlage eine einfache Regelbarkeit der Hubhöhe ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Obiges Ziel wird durch einen elektromechanischen Oszillator erreicht, bei welchem mindestens ein Antriebs-oder Pleuelmittel mit jeweils einem exzentrischen Teil bzw. einem (Pleuel)Lager einer drehbaren Welle, wie an sich bekannt, in Wirkverbindung steht und die Welle gegebenenfalls über ein Getriebe von einem geregelten Elektroantrieb bewegbar ist.
  • Die Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass, wie an sich bekannt, einerseits ein einfacher und bewährter Exzenterantrieb einer Welle die Kokillenoszillation bewirkt, der Antrieb der Welle erfolgt jedoch andererseits von einem steuerbaren bzw. geregelten Elektroantrieb.
  • Wenn ein stromrichtergespeister Elektromotor mit Drehzahlregelung, Drehmomentregelung, Positionsregelung sowie definierbaren, im Stillstand und im Betrieb der Stranggießeinrichtung veränderbaren Sollwerten für alle Antriebsparameter eingesetzt wird, können in vorteilhafter Weise jegliche Oszillationsparameter auch während des Gießbetriebes eingestellt werden. Mit anderen Worten: Wird beispielsweise, wenn erforderlich, die Gießgeschwindigkeit bzw. die Strangabzugsgeschwindigkeit geändert, so können auf einfache Weise mit dem erfindungsgemäßen Oszillationsantrieb die Oszillationsparameter nachgeregelt werden.
  • Wenn die Welle von einer Position, in welcher die Verbindungslinie von deren Axe und der Rotationsaxe des exzentrischen Teiles (der exzentrische Teile) senkrecht zur Strangaxe gerichtet ist (sind), in beide Richtungen jeweils um einen Winkel bis zu 90° gesteuert verdrehbar ist, wird der maximale Schwingungsweg (bzw. Amplitude) der Kokillenoszillation erreicht.
  • Ist nun der Verdrehwinkel der Welle in beide Richtungen vom Elektroantrieb steuerbar, so sind dadurch die Hubhöhen der Kokillenoszillation einstellbar,
    Eine NON-SINUS-Form der Oszillationskurve der Kokille kann erreicht werden, wenn die Verdrehgeschwindigkeit bzw. die Winkelbeschleunigung der Welle in Abhängigkeit von der Verdrehrichtung des Elektroantriebes steuerbar ist.
  • Gegebenenfalls kann das erforderliche Drehmoment des Elektroantriebs verändert und dadurch eine günstige Motorauslegung erreicht werden, wenn zwischen der Welle (den Wellen) und dem (den) elektrischen Servoantrieb(en) jeweils ein weitgehend spielfreies Übersetzungsgetriebe positioniert ist.
  • Weiters betrifft die Erfindung eine Stranggießeinrichtung, in welcher je Kokille bzw. Kokillenhalterung mit dieser gegebenenfalls zwei, vorzugsweise vier, Pleuelmittel von zwei Exzenterwellen in Wirkverbindung stehen, wobei ein Oszillationsanrieb vorgesehen ist, der auf die erfinderische Art und Weise betrieben wird.
  • Anhand von schematischen Darstellungen soll nachfolgend die Erfindung näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Exzenteroszillator gemäß dem Stand der Technik
    • Fig. 2 Frequenzkurven bei Drehunterschieden der Exzenterwellen
    • Fig. 3 Oszillator mit geregeltem Elektroantrieb
    • Fig.4 NON-SINUS-Schwingung einer Kokille (theoretisch)
  • Fig. 1 zeigt gemäß dem Stand der Technik eine Exzenterwelle 1 mit einem Exzenter 2 für einen Pleuelantrieb einer Kokille schematisch.
    Bei einer Rotation mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeitω̇ einer Exzenterwelle 1 vollführt der Exzenter 2 eine sinusförmige Bewegung in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel.
  • Die dargestellten Kurven vermitteln:
    • 21
    Position des Mittelpunktes des Exzenters 2
    22
    Beschleunigung
    24
    Geschwindigkeit
  • Fig. 2 veranschaulicht eine Wirkung unterschiedlicher Drehzahlen einer Exzenterwelle auf die Sinusfrequenz einer Oszillation in der Zeiteinheit. Derartige Frequenzverstellungen sind Stand der Technik und werden bei einigen Stranggießeinrichtungen verwendet.
  • Fig. 3 stellt schematisch das Wesen der Erfindung dar. Eine Exzenterwelle 1 weist einen Exzenter 2 auf, der (nicht dargestellt) mit einer Kokille, einer Kokillenhalterung bzw. einem Hubtisch über ein Pleuel in Verbindung steht.
  • Die Verbindungslinie zwischen Axe der Welle 1 und Axe des Exzenters 2 ist senkrecht auf die Strangaxe gerichtet, so dass bei einem Verdrehwinkel der Welle 1 von -90° auf +90° der maximale Hubweg der Kokille (100%) erreichbar ist.
  • Ein Elektroantrieb kann von einer Regelung gesteuert die Welle 1 innerhalb von gewünschten Winkelgrenzen ω̇ alternierend verdrehen, woraus sich der vorgesehene Hubweg der Kokille ergibt.
  • Eine Regelung der Winkelgeschwindigkeit der alternierenden Drehbewegung des Elektroantriebes und folglich der Welle 1 bewirkt eine Einstellung der Oszillationsfrequenz der Kokille.
  • Erfolgt nun, wie in Fig. 4 zufolge von theoretischen Überlegungen dargestellt ist, eine Steuerung des Elektroantriebes der Exzenterwelle derart, dass die Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Drehbewegung von der Drehrichtung abhängt, so können NON-SINUS-Formen einer Kokillenoszillation erreicht werden.
  • Mittels einer Steuerung des Verdrehwinkels, der Winkelgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektroantriebes lässt sich gemäß der Erfindung im Wesentlichen jegliche Art einer Kokillenoszillation einstellen. Mit anderen Worten: Ein von einem Stromrichter gespeister Elektromotor kann mit einer Drehzahlregelung, einer Drehmomentregelung, einer Positionsregelung sowie einer definierbaren, im Stillstand und im Betrieb der Stranggießeinrichtung veränderbaren Sollwertfestlegung für alle Antriebsparameter jegliche Kokillenoszillationsarten bewerkstelligen.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Oszillationsantriebs für eine Kokille bzw. eine Kokillenhalterung in einer Stranggießeinrichtung, welche in Strangaxrichtung mechanisch geführt und durch mindestens ein Antriebs- oder Pleuelmittel mit jeweils einem exzentrischen Teil bzw. einem (Pleuel-)Lager einer drehbaren Welle (1) in Wirkverbindung steht und die Welle (1) von einem Elektroantrieb bewegt wird, wobei der Elektroantrieb aus einem von einem Stromrichter gespeisten Elektromotor mit Drehzahlregelung, Drehmomentregelung und Positionsregelung gebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Welle (1) aus einer Position, in welcher eine Verbindungslinie von deren Achse und der Rotationsachse des exzentrischen Teiles senkrecht zur Strangachse gerichtet ist, in beide Richtungen jeweils um einen Winkel bis zu 90° vom Elektroantrieb gesteuert verdrehbar ist, wodurch der maximale Hubweg der Kokille bzw. der Kokillenhalterung erreichbar ist, wobei der Elektroantrieb von einer Regelung gesteuert die Welle (1) innerhalb von gewünschten Winkelgrenzen (ω) alternierend verdreht, woraus sich der vorgesehene Hubweg der Kokillenoszillation ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verdrehgeschwindigkeit der Welle (1) in Abhängigkeit von der Verdrehrichtung des Elektroantriebs steuerbar ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der Welle (1) und dem Elektroantrieb ein Getriebe positioniert ist.
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