EP3013499A2 - Zweidimensionale oszillation einer stranggiesskokille, verfahren sowie vorrichtung - Google Patents

Zweidimensionale oszillation einer stranggiesskokille, verfahren sowie vorrichtung

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EP3013499A2
EP3013499A2 EP14731938.8A EP14731938A EP3013499A2 EP 3013499 A2 EP3013499 A2 EP 3013499A2 EP 14731938 A EP14731938 A EP 14731938A EP 3013499 A2 EP3013499 A2 EP 3013499A2
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EP
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mold
oscillation
frequency
side plate
plate
Prior art date
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EP14731938.8A
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EP3013499B1 (de
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Guenter Leitner
Martin MUEHLBACHLER
Josef Watzinger
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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    • 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
    • B22D11/04—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
    • B22D11/0535—Means for oscillating the moulds in a horizontal plane
    • 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 present invention relates to a method and apparatus for oscillating a mold of a
  • Continuous casting machine also called continuous casting mold.
  • the invention relates to a method for
  • the invention relates to a device for oscillating a mold of a continuous casting machine
  • the mold having a substantially rectangular mold cavity, the mold comprising two narrow side plates and two wide side plates;
  • the strand exhibits so-called oscillation marks, which are the strand quality due to transverse cracks, casting powder, locally changed heat dissipation or unfavorable microstructure negatively influence. It is further known that the continuous casting process or the quality of the strand by the use of optimized casting powder or by optimized parameters of Kokillenoszillation
  • Curve shape can be improved.
  • the device according to the invention should be simpler than known devices for a two-dimensional oscillation.
  • Vibrations in the vertical and horizontal directions are different. As a result, the length of the locus is extended at an oscillation cycle, which has a very positive effect on the lubricating effect of the casting powder.
  • the strand and the broadside plate are loaded very evenly.
  • a broad side plate of the mold is oscillated in the vertical direction with the first frequency f v , either an integer multiple of the second frequency of the
  • horizontal oscillation f H is (for example, two, three, four times, etc.), or in which the second frequency f H is an integer multiple of the first frequency of the vertical oscillation f v .
  • Oscillation cycle is achieved, if applicable - the first frequency f v is not an integer multiple of the second frequency f H , f v ⁇ nf H with n E ⁇ 2,3,4, 5 ... ⁇ , or
  • the second frequency f H is not an integer
  • Wide side plate preferably both wide side plates, of the mold horizontally in the width direction of the wide side plate (i.e., in the width direction of the strand, wherein the
  • Width direction is normal to the casting direction and thickness direction) oscillates.
  • the amount of velocity is> 0, ⁇ v ⁇ > 0, it ensures that the trajectory of the broadside plate is smooth and has no dead spots.
  • the direction reversal of the mold which is particularly stressful for the lubrication of the strand, is avoided.
  • the casting speed - and thus the productivity - can be increased. Since the frequency of the oscillation is cubic in the
  • the energy consumption for the horizontal oscillation is particularly low when the first frequency f v is greater than the second frequency f H , ie, f v > f H.
  • the amplitude of the vertical oscillation is greater than or equal to the amplitude of the horizontal oscillation. This can also reduce the energy consumption for the horizontal oscillation.
  • the two broad side plates of the mold oscillate in opposite directions, ie have a phase difference of substantially 180 °. Due to the opposite movements of the mass balance of the mold is improved.
  • the two broad side plates of the mold oscillate in opposite directions, ie have a phase difference of substantially 180 °. Due to the opposite movements of the mass balance of the mold is improved.
  • the two broad side plates of the mold oscillate in opposite directions, ie have a phase difference of substantially 180 °. Due to the opposite movements of the mass balance of the mold is improved.
  • the two broad side plates of the mold oscillate in opposite directions, ie have a phase difference of substantially 180 °. Due to the opposite movements of the mass balance of the mold is improved.
  • Wide side plates of the mold oscillate in the same direction, i. have a phase difference of substantially 0 °.
  • the method according to the invention is used in a straight or a curved mold.
  • the method is not limited to vertically oscillating molds; Rather, it could also for horizontally oscillating molds (so-called.
  • the object of the invention is also achieved by the device mentioned, wherein a second
  • Oscillation device for oscillation of at least one
  • Wide side plate of the mold is provided opposite the adjacent narrow side plates in the horizontal direction, and the wide side plate slidable relative to the
  • Wide side plate oscillates harmoniously. It is particularly preferred if the vertical oscillation is also harmonious.
  • the device according to the invention has at least one second oscillation device for horizontal oscillation of at least one
  • Narrow side plates in the width direction of the wide side plate By the oscillation of the mold in vertical and horizontal direction is improved at the same casting speed, the lubricating effect of the casting powder on the strand.
  • each of the two wide side plates is assigned its own second oscillation device for horizontal oscillation in the width direction. As a result, the mass balance of the mold can be improved.
  • the first oscillating device at least a first
  • Oscillating means results when the mold comprises a mold frame and the second oscillating means comprises a second oscillating drive, wherein the second
  • Wide side plates can be reduced if a second elastic element between the mold frame and the
  • Wide side plate is arranged, and the wide side plate can be offset by the second oscillating drive relative to the vertically oscillating mold frame in a horizontal oscillation in the width direction.
  • the second elastic element is a spring band or a helical spring.
  • Vorblockformate it is advantageous if a first and / or a second oscillation drive is a linear electric motor. Due to the high power density, it is advantageous if the electric linear motor is a piezoelectric actuator. For larger formats, it is expedient if a first and / or a second oscillation drive is a hydraulic linear motor, such as a hydraulic cylinder.
  • Narrow side plates sliding surfaces preferably made
  • Sintered metal which allow a relative movement.
  • Oscillation can also be kept low, when the first wide side plate with the fixed side and the second wide side plate are connected to the loose side of the Kokillenrahmens, the Losseite is connected via a hydraulic clamping unit with the fixed side, and
  • the clamping force of the clamping unit is preferably hydraulically adjustable.
  • the clamping force can be e.g. hydraulically by means of the loading of the clamping unit by different high hydraulic pressures, easily adjusted.
  • one-dimensional (1 D) oscillation 2a, 2b each show a representation of a non-inventive trajectory of a broadside plate at a
  • Fig. 3-4 is a representation of a variant of the
  • FIG. 5 shows various perspective views (FIG. 5 obliquely from above, FIG. 6 obliquely from below, FIG
  • FIG. 8 with a
  • FIG. 1 shows a locus curve (also called movement path) for a broad side of a vertically oscillating mold according to the prior art in a one-dimensional oscillation. From the locus, it is immediately apparent that the direction of movement of the mold - and thus also of the broad side plate - reverses at top dead center OT and bottom dead center UT, respectively; further applies to the
  • Strand shell or the casting powder which is to ensure adequate lubrication of the strand in the mold, particularly high loads in these points.
  • FIGS. 2a, 2b show a noninventive embodiment
  • FIG. 2 a shows the time sequence of
  • FIG. 2b shows the locus of the movement path. For the trajectory in
  • the locus in Figure 2b has two distinct dead centers OT, UT, so that the strand is heavily loaded at these points.
  • 3a, 3b show the trajectory and the locus of a broad side of a mold for slab cross sections, which oscillates two-dimensionally (ie, vertically and horizontally in the width direction of the broad side plate) according to the invention.
  • FIGS. 4a, 4b show a further invention
  • Nyquist plot shows that the trajectory does not have dead points and is significantly longer in comparison to FIGS. 3a, 3b (neither f H / fv nor f v / f H is an integer multiple). It is therefore extremely cheap.
  • G thinkpulvers improved or reduces the friction between the mold and the strand.
  • FIG. 5 schematically shows a mold 1 of a continuous casting machine for slab formats.
  • the oscillation device for the vertical oscillation of the mold including the stationary support structure, the spring strips between the
  • MSTS The Making, Shaping and Treating of Steel
  • FIG. 8 shows the second oscillation device 5 in greater detail.
  • a rectangular, the two Breitrate- 3, 3a, 3b and narrow side plates 2 of the mold 1 enclosing mold frame 6 is brought by the not-shown first oscillating means in a vertical oscillation V.
  • the two narrow side plates 2 and the two wide side plates 3 form the rectangular mold cavity 4 (for the invention, it does not matter if the
  • Mold cavity 4 is square or not; in particular, a wide-side plate does not have to be longer than one
  • Oscillating 5a, 5b is a broad side 3a, 3b relative to the vibrating in the vertical direction V.
  • the second is based
  • the broad side plate 3 is formed on the mold frame 6 and acts as a spring band pronounced second elastic element 8.
  • the broad side plate 3 is brought together with the support plate 10 and the water tank 11 of the mold 1 in a horizontal oscillation H transverse to the thickness direction of the strand.
  • the adjoining the broad side plate 3 narrow side plates 2 are not oscillated in the horizontal direction, but oscillate together with the mold frame 6 in the vertical direction V.
  • the plates each have sliding surfaces 12 made of sintered metal.
  • the clamping unit 15 incl.
  • the non-illustrated hydraulic clamping cylinder ensures that the
  • Mold cavity 4 is sealed fluid-tight, but without causing excessive friction between the plates.
  • each broadside plate 3a, 3b associated with a separate second oscillation device 5 and thus the two wide side plates in opposite directions
  • the water box 11 either does not rest on the support structure 6 (e.g., there can be a gap between the water box 11 and the water tank 11)
  • Support structure 6 may be provided), or it is
  • FIG. 6 the mold 1 is shown obliquely from below, wherein the forming in the mold 1, not
  • strand is supported by a plurality of castors 16.
  • Los side 14 (see FIG. 6) of the mold frame 6.
  • the loose side 14 of the mold 1 is braced by the two clamping units 15 with the fixed side 13.
  • the clamping force is hydraulically adjustable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille (1) einer Stranggießmaschine. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Oszillieren einer Kokille (1) einer Stranggießmaschine darzustellen, mit dem der Strang durch das Gießpulver besser geschmiert wird und der Strang weniger Oszillationsmarken aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest eine Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) der Kokille (1) horizontal in Breitenrichtung (H) der Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) mit f H oszilliert, wobei gilt f v ≠ f H , und dass für alle Punkte der Ortskurve der Breitseitenplatte (3) der Betrag der Geschwindigkeit Formel (I) größer 0 ist.

Description

Beschreibung
Zweidimensionale Oszillation einer Stranggießkokille Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille einer
Stranggießmaschine (auch Stranggießkokille genannt) .
Einerseits betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Oszillieren einer Kokille einer Stranggießmaschine, wobei die Kokille zwei Schmalseiten- und zwei Breitseitenplatten umfasst, und die Kokille in vertikaler Richtung gegenüber einer ortsfesten Stützkonstruktion mit einer ersten Frequenz fv oszilliert.
Andererseits betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille einer Stranggießmaschine,
aufweisend
- die Kokille mit einem im Wesentlichen rechteckigen Formhohlraum, wobei die Kokille zwei Schmalseitenplatten und zwei Breitseitenplatten umfasst; und
- eine erste Oszillationseinrichtung zur Oszillation der Kokille gegenüber einer ortsfesten Stützkonstruktion in vertikaler Richtung.
Stand der Technik Beim Stranggießen ist es seit langem bekannt, eine Kokille eindimensional in vertikaler Richtung gegenüber einer ortsfesten Stützkonstruktion zu oszillieren. Einerseits wird der sich in der Kokille ausbildende Strang durch das auf den flüssigen Stahl aufgegebene Gießpulver geschmiert;
andererseits wird das Anhaften des Strangs an eine
Kupferplatte der Kokille verhindert. Durch die
eindimensionale Oszillation der Kokille weist der Strang sogenannte Oszillationsmarken auf, die die Strangqualität aufgrund von Querrissen, Gießpulvereinzug, lokal veränderter Wärmeabfuhr oder ungünstigem Gefüge negativ beeinflussen. Es ist weiters bekannt, dass der Stranggießprozess bzw. die Qualität des Strangs durch den Einsatz optimierter Gießpulver bzw. durch optimierte Parameter der Kokillenoszillation
(Amplitude, Frequenz, sinus- oder nicht-sinusförmige
Kurvenform) verbessert werden kann.
Aus der JP 2000042691 A ist es außerdem bekannt, eine
Breitseitenplatte einer Brammenkokille in eine kreisförmige oder elliptische Schwingung zu versetzen. Nachteilig daran ist, dass die Breitseitenplatte mit einer relativ hohen
Frequenz (gleich der Frequenz der Oszillation in vertikaler Richtung) oszilliert, und dass bei der kreisförmigen
Schwingung die Amplituden für die vertikale und die
horizontale Oszillation gleich hoch sein müssen. Weiters ist die Länge der Ortskurve relativ kurz . Bedingt durch die hohe Komplexität ist das Verfahren bzw. die Vorrichtung in der Praxis schwer einsetzbar.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille einer
Stranggießmaschine darzustellen, mit denen der Strang durch das Gießpulver besser geschmiert wird und der Strang weniger Oszillationsmarken aufweist. Außerdem soll die Vorrichtung gemäß der Erfindung einfacher als bekannte Vorrichtungen für eine zweidimensionale Oszillation sein.
Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass zumindest eine Breitseitenplatte (bevorzugt beide Breitseitenplatten) der Kokille horizontal in
Breitenrichtung der Breitseitenplatte mit einer zweiten
Frequenz fH oszilliert, wobei gilt fv Ψ fH , und
dass für alle Punkte der Ortskurve der Breitseitenplatte der Betrag \v \ der Geschwindigkeit größer 0 ist. Bei der Beurteilung zweidimensionaler Oszillationsmuster (Ortskurven) hat sich überraschend herausgestellt, dass es besonders günstig ist, wenn die Frequenzen für die
Schwingungen in der vertikalen und der horizontalen Richtung unterschiedlich sind. Dadurch wird die Länge der Ortskurve bei einem Oszillationszyklus verlängert, was sich sehr positiv auf die Schmierwirkung des Gießpulvers auswirkt.
Zudem werden der Strang und die Breitseitenplatte sehr gleichmäßig belastet. Außerdem ist es sehr günstig, wenn die Ortskurve der Breitseitenplatte der Kokille keine Totpunkte (d.h. Punkte für die der Betrag der Geschwindigkeit gleich Null ist, d.h. \v\ = 0) aufweist. Dadurch wird eine
Richtungsumkehr der Breitseitenplatte verhindert.
Bei einer zweidimensionalen Oszillation berechnet sich der Betrag der Geschwindigkeit v mit den Geschwindigkeitskomponenten vH in horizontaler Richtung und vv in vertikaler Richtung durch \v\ = v, + Vy .
Eine einfache Synchronisation zwischen den Schwingungen in horizontaler und vertikaler Richtung ist möglich, wenn gilt - die erste Frequenz fv ist ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz fH , fv = n.fH mit n E {2,3,4, 5... } oder
- die zweite Frequenz fH ist ein ganzzahliges Vielfaches der erste Frequenz fVl fH=n.fv mit n E {2,3,4, 5... } .
Dabei wird eine Breitseitenplatte der Kokille in vertikaler Richtung mit der ersten Frequenz fv oszilliert, die entweder ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz der
horizontalen Oszillation fH beträgt (z.B. zwei-, drei-, vierfach etc.), oder bei der die zweite Frequenz fH ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz der vertikalen Oszillation fv beträgt.
Eine möglichst große Länge der Ortskurve während
Oszillationszyklus wird erreicht, wenn gilt - die erste Frequenz fv ist kein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz fH , fv^n.fH mit n E {2,3,4, 5... } , oder
- die zweite Frequenz fH ist kein ganzzahliges
Vielfaches der ersten Frequenz fVl fH^n.fv mit n E {2,3,4, 5... } .
Zusätzlich zur Oszillation der gesamten Kokille
(einschließlich der Breitseitenplatten) in vertikaler
Richtung wird erfindungsgemäß zumindest eine
Breitseitenplatte, vorzugsweise beide Breitseitenplatten, der Kokille horizontal in Breitenrichtung der Breitseitenplatte (d.h. in Breitenrichtung des Strangs, wobei die
Breitenrichtung normal zur Gießrichtung und Dickenrichtung steht) oszilliert. Durch die Einschränkung, dass für alle Punkte der Ortskurve der Breitseitenplatte der Betrag der Geschwindigkeit > 0 ist, \v\ > 0, wird sichergestellt, dass die Bewegungsbahn der Breitseitenplatte glatt ist und keine Totpunkte aufweist. Dadurch wird die für die Schmierung des Strangs besonders belastende Richtungsumkehr der Kokille vermieden. Somit kann bei gleicher Qualität des Gießpulvers, eine effizientere Schmierung des Strangs erreicht werden. Andererseits kann beim erfindungsgemäßen Verfahren bei gleicher Schmierwirkung die Gießgeschwindigkeit - und dadurch die Produktivität - gesteigert werden. Da die Frequenz der Oszillation kubisch in den
Energieverbrauch eingeht, ist der Energieverbrauch für die horizontale Oszillation besonders niedrig, wenn die erste Frequenz fv größer als die zweite Frequenz fH ist, d.h. fv > fH.
Zusätzlich oder alternativ dazu ist es günstig, wenn die Amplitude der vertikalen Oszillation größer oder gleich als die Amplitude der horizontalen Oszillation ist. Auch dadurch kann der Energieverbrauch für die horizontale Oszillation gesenkt werden.
Um ein „Taumeln" der Kokille zu verhindern, ist es
vorteilhaft, wenn die beiden Breitseitenplatten der Kokille gegenläufig oszillieren, d.h. einen Phasenunterschied von im Wesentlichen 180° aufweisen. Aufgrund der entgegengesetzten Bewegungen wird der Massenausgleich der Kokille verbessert. Natürlich ist es ebenfalls möglich, dass die beiden
Breitseitenplatten der Kokille gleichläufig oszillieren, d.h. einen Phasenunterschied von im Wesentlichen 0° aufweisen.
Grundsätzlich spielt es keine Rolle, ob das erfindungsgemäße Verfahren bei einer geraden oder einer gebogenen Kokille eingesetzt wird. Weiters ist das Verfahren nicht auf vertikal oszillierende Kokillen beschränkt; es könnte vielmehr auch für horizontal oszillierende Kokillen (sog.
Horizontalanlagen) eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die eingangs genannte Vorrichtung gelöst, wobei eine zweite
Oszillationseinrichtung zur Oszillation zumindest einer
Breitseitenplatte der Kokille gegenüber den angrenzenden Schmalseitenplatten in horizontaler Richtung vorgesehen ist, und die Breitseitenplatte verschiebbar gegenüber den
angrenzenden Schmalseitenplatten ausgebildet ist.
Da die Ableitung einer harmonischen Schwingung wieder eine harmonische Schwingung darstellt wird eine glatte Ortskurve für die Breitseitenplatte dann erreicht, wenn die
Breitseitenplatte horizontal in Breitenrichtung der
Breitseitenplatte harmonisch oszilliert. Besonders bevorzugt ist, wenn die vertikale Oszillation ebenfalls harmonisch ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusätzlich zur ersten Oszillationseinrichtung für die Oszillation der Kokille in vertikaler Richtung zumindest eine zweite Oszillationseinrichtung zur horizontalen Oszillation zumindest einer
Breitseitenplatte der Kokille gegenüber den angrenzenden
Schmalseitenplatten in Breitenrichtung der Breitseitenplatte auf. Durch die Oszillation der Kokille in vertikaler und horizontaler Richtung wird bei gleicher Gießgeschwindigkeit die Schmierwirkung des Gießpulvers auf den Strang verbessert.
Vorteilhaft ist es, wenn jeder der beiden Breitseitenplatten eine eigene zweite Oszillationseinrichtung zur horizontalen Oszillation in Breitenrichtung zugeordnet ist. Dadurch kann der Massenausgleich der Kokille verbessert werden.
Um den Energieverbrauch für die Oszillation der Kokille in vertikaler Richtung zu senken, ist es vorteilhaft, wenn die erste Oszillationseinrichtung zumindest ein erstes
elastisches Element und einen ersten Oszillationsantrieb aufweist, wobei das erste elastische Element und der erste Oszillationsantrieb jeweils mit der Kokille und der
ortsfesten Stützkonstruktion verbunden sind.
Eine einfache Konstruktion für die zweite
Oszillationseinrichtung ergibt sich, wenn die Kokille einen Kokillenrahmen und die zweite Oszillationseinrichtung einen zweiten Oszillationsantrieb umfasst, wobei der zweite
Oszillationsantrieb einerseits mit dem in vertikaler Richtung schwingenden Kokillenrahmen und der Breitseitenplatte
verbunden ist. Der Energieverbrauch für die horizontale Oszillation der
Breitseitenplatten kann verringert werden, wenn ein zweites elastisches Element zwischen dem Kokillenrahmen und der
Breitseitenplatte angeordnet ist, und die Breitseitenplatte durch den zweiten Oszillationsantrieb gegenüber dem in vertikaler Richtung schwingenden Kokillenrahmen in eine horizontale Oszillation in Breitenrichtung versetzt werden kann .
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das zweite elastische Element ein Federband oder eine Schraubenfeder ist.
Insbesondere für kleinere Strangformate (Knüppel- oder
Vorblockformate) ist es vorteilhaft, wenn ein erster und/oder ein zweiter Oszillationsantrieb ein elektrischer Linearmotor ist. Aufgrund der hohen Kraftdichte ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Linearmotor ein Piezoaktuator ist. Für größere Formate ist es zweckmäßig, wenn ein erster und/oder ein zweiter Oszillationsantrieb ein hydraulischer Linearmotor, wie ein Hydraulikzylinder, ist.
Um die Reibung und somit den Energieverbrauch für die
horizontale Oszillation niedrig zu halten, ist es
vorteilhaft, wenn die Breitseiten- und die angrenzenden
Schmalseitenplatten Gleitflächen, vorzugsweise aus
Sintermetall, aufweisen, die eine Relativbewegung zulassen. Die Reibung und der Energieverbrauch für die horizontale
Oszillation können außerdem niedrig gehalten werden, wenn die erste Breitseitenplatte mit der Festseite und die zweite Breitseitenplatte mit der Losseite des Kokillenrahmens verbunden sind, wobei die Losseite über eine hydraulische Klemmeinheit mit der Festseite verbunden ist, und
vorzugsweise die Klemmkraft der Klemmeinheit, besonders bevorzugt hydraulisch, einstellbar ist. Hierbei kann die Klemmkraft z.B. hydraulisch mittels der Beaufschlagung der Klemmeinheit durch unterschiedlich hohe Hydraulikdrücke, einfach eingestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele. Die Figuren zeigen:
Fig 1 eine Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen
Bewegungsbahn einer Breitseitenplatte bei einer
eindimensionalen (1 D) Oszillation Fig 2a, 2b je eine Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Bewegungsbahn einer Breitseitenplatte bei einer
zweidimensionalen Oszillation Fig 3-4 je eine Darstellung einer Variante der
erfindungsgemäßen Bewegungsbahn einer Breitseitenplatte bei einer zweidimensionalen Oszillation
Fig 5-8 verschiedene perspektivische Darstellungen (Fig 5 von schräg oben; Fig 6 von schräg unten; Fig 7 ohne die
Losseite des Kokillenrahmens; und Fig 8 mit einer
Detailansicht der Oszillationseinrichtung für eine Breitseite der Kokille) einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur zweidimensionalen Oszillation der Kokille.
Beschreibung der Ausführungsformen
In Fig 1 ist eine Ortskurve (auch Bewegungsbahn genannt) für eine Breitseite einer vertikal oszillierenden Kokille nach dem Stand der Technik bei einer eindimensionalen Oszillation dargestellt. Aus der Ortskurve geht unmittelbar hervor, dass sich die Bewegungsrichtung der Kokille - und somit auch der Breitseitenplatte - jeweils im oberen Totpunkt OT und im unteren Totpunkt UT umkehrt; weiters gilt für die
Geschwindigkeit v der Kokille in den beiden Totpunkten OT und UT v = 0. Außerdem weist die Beschleunigung der Kokille in den Totpunkten OT und UT gerade ein Maximum auf (wenn z.B. für den Weg s in vertikaler y-Richtung gilt s = A. sin(eL>. t) gilt für die Geschwindigkeit v und die Beschleunigung a v = s = A. ω. COS(<D. t) und a = s =—A. ω2. sin (ω. t) . Bedingt durch die hohe
Beschleunigung a mit \a\ = Α.ω2 und die damit verbundenen hohen Reibungskräften in den Totpunkten OT und UT wird die
Strangschale bzw. auch das Gießpulver, das eine ausreichende Schmierung des Strangs in der Kokille sicherstellen soll, in diesen Punkten besonders hoch belastet.
Die Fig 2a, 2b zeigen eine nicht erfindungsgemäße
Bewegungsbahn einer zweidimensional oszillierenden Breitseitenplatte (vertikale Oszillation und horizontale Oszillation in Breitenrichtung der Breitseitenplatte) einer Kokille. Die Fig 2a zeigt die zeitliche Abfolge der
Oszillation (Abszisse in Sekunden) ; die Fig 2b zeigt die Ortskurve der Bewegungsbahn. Für die Bewegungsbahn in
vertikaler V- und horizontaler H-Richtung (jeweils in mm)
H = 90°)
Die Ortskurve in Fig 2b weist zwei ausgeprägte Totpunkte OT, UT auf, sodass der Strang in diesen Punkten hoch belastet wird .
Die Fig 3a, 3b zeigen die Bewegungsbahn und die Ortskurve einer Breitseite einer Kokille für Brammenquerschnitte, die gemäß der Erfindung zweidimensional oszilliert (d.h. vertikal und horizontal in Breitenrichtung der Breitseitenplatte) wird. Die Parameter der Oszillationen betragen fH = 33,3/60 Hz, fv = 100/60 Hz, AH = 2 mm, Av = 4 mm und 0 = 90°. Aus der Ortskurve geht hervor, dass die Bewegungsbahn keine Totpunkte aufweist und daher günstig ist.
Die Fig 4a, 4b zeigen eine weitere erfindungsgemäße
Bewegungsbahn für eine Breitseitenplatte einer Kokille. Die Parameter der Oszillationen betragen fH= 170/60 Hz, fv = 100/60 Hz, AH = 2 mm, Av = 4 mm und 0 = 90°. Auch aus dieser
Ortskurve geht hervor, dass die Bewegungsbahn keine Totpunkte aufweist und im Vergleich zu den Fig 3a, 3b deutlich länger ist (weder fH/fv noch fv/fH ist ein ganzzahliges Vielfaches) . Sie ist daher äußerst günstig ist.
Aus den Fig 3 und 4 geht hervor, dass die erfindungsgemäßen Bewegungsbahnen der Breitseitenplatten der Kokille wesentlich glatter sind als bei der vertikalen, eindimensionalen
Oszillation, bei der die Kokille sowohl im oberen als auch im unteren Totpunkt die Bewegungsrichtung umkehrt. Weiters weisen die erfindungsgemäßen Bewegungsbahnen keine ausgeprägten Totpunkte mit Richtungsumkehr auf. Durch die glattere Bewegungsbahn wird die Schmierwirkung des
Gießpulvers verbessert bzw. die Reibung zwischen der Kokille und dem Strang reduziert.
In der Fig 5 ist eine Kokille 1 einer Stranggießmaschine für Brammenformate schematisch dargestellt. Im Sinne einer einfachen Darstellung wurde die Oszillationseinrichtung für die vertikale Oszillation der Kokille (inkl. der stationären Stützkonstruktion, den Federbändern zwischen der
Stützkonstruktion und dem Kokillenrahmen 6 und dem ersten Oszillationsantrieb für die vertikale Oszillation der Kokille 1) nicht dargestellt. Dem Fachmann ist das Konzept der vertikalen Kokillenoszillation bereits seit 1921 (Van Ranst) bekannt; hydraulische Oszillationseinrichtungen sind seit 1962 (Koopers) bekannt. Weiters sind die Einrichtungen für die vertikale Oszillation der Kokille auch aus der Literatur bekannt, z.B. aus
The Making, Shaping and Treating of Steel (MSTS) ,
Casting Volume, Kap. 15 (insbes. 15.6.8.1-15.6.8.4), AISE, 2003.
In Fig 8 ist die zweite Oszillationseinrichtung 5 näher dargestellt. Ein rechteckiger, die beiden Breitseiten- 3, 3a, 3b und Schmalseitenplatten 2 der Kokille 1 umschließender Kokillenrahmen 6 wird durch die nicht dargestellte erste Oszillationseinrichtung in eine vertikale Oszillation V gebracht. Die beiden Schmalseitenplatten 2 und die beiden Breitseitenplatten 3 bilden den rechteckigen Formhohlraum 4 aus (für die Erfindung spielt es keine Rolle, ob der
Formhohlraum 4 quadratisch ist oder nicht; insbesondere muss eine Breitseitenplatte auch nicht länger sein als eine
Schmalseitenplatte) . Durch je eine zweite
Oszillationseinrichtung 5a, 5b wird eine Breitseite 3a, 3b gegenüber dem in vertikaler Richtung V schwingenden
Kokillenrahmen 6 horizontal in Breitenrichtung H (d.h. in Breitenrichtung des Strangs) der Breitseitenplatte 3a, 3b oszilliert. Gemäß Fig 7 stützt sich der zweite
Oszillationsantrieb 7, der als Hydraulikzylinder 9
ausgebildet ist, am Kokillenrahmen 6 ab und beaufschlagt ein als Federband ausgeprägtes zweites elastisches Element 8. Über das Federband wird die Breitseitenplatte 3 gemeinsam mit der Stützplatte 10 und dem Wasserkasten 11 der Kokille 1 in eine horizontale Oszillation H quer zur Dickenrichtung des Strangs gebracht. Die an die Breitseitenplatte 3 angrenzenden Schmalseitenplatten 2 werden nicht in horizontaler Richtung oszilliert, oszillieren aber gemeinsam mit dem Kokillenrahmen 6 in vertikaler Richtung V. Um die Reibung zwischen den
Breit- und Schmalseitenplatten 3, 2 niedrig zu halten, weisen die Platten jeweils Gleitflächen 12 aus Sintermetall auf. Die Klemmeinheit 15 inkl. des nicht detailliert dargestellten hydraulischen Klemmzylinders stellt sicher, dass der
Formhohlraum 4 fluiddicht abgedichtet ist, ohne dass es jedoch zu einer übermäßig hohen Reibung zwischen den Platten kommt . Obwohl bei den Figuren 5 und 8 jeder Breitseitenplatte 3a, 3b eine eigene zweite Oszillationseinrichtung 5 zugeordnet ist (und somit die beiden Breitseitenplatten gegenläufig
zueinander bewegt werden können) , wäre es ebenfalls möglich, die horizontale Oszillationsbewegung für beide
Breitseitenplatte 3a, 3b über nur einen einzigen zweiten
Oszillationsantrieb 5 zu bewerkstelligen. Außerdem könnte je ein zweiter Oszillationsantrieb 5 in Breitenrichtung
beiderseits der Breitseitenplatte 3 angeordnet werden. Um übermäßige Reibung zwischen dem Wasserkasten 11, der über die Stützplatte 10 mit der Breitseitenplatte 3a oder 3b verbunden ist, und der Fest- 13 bzw. Losseite 14 des
Kokillenrahmens 6 zu vermeiden, liegt der Wasserkasten 11 entweder nicht an der Stützkonstruktion 6 auf (z.B. kann zwischen ein Spalt zwischen dem Wasserkasten 11 und der
Stützkonstruktion 6 vorgesehen sein) , oder es sind
Gleitflächen 12 zwischen dem Wasserkasten und der
Stützkonstruktion vorgesehen. In der Fig 6 ist die Kokille 1 von schräg unten dargestellt, wobei der sich in der Kokille 1 ausbildende, nicht
dargestellte, Strang durch mehrere Fußrollen 16 gestützt wird.
Die Fig 7 zeigt eine Darstellung der Kokille 1 ohne der
Losseite 14 (siehe Fig 6) des Kokillenrahmens 6. Die Losseite 14 der Kokille 1 wird über die beiden Klemmeinheiten 15 mit der Festseite 13 verspannt. Hierbei ist die Klemmkraft hydraulisch einstellbar.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Kokille
2 Schmalseitenplatte
3, 3a, 3b Breitseitenplatte
4 Formhohlraum
5, 5a, 5b zweite Oszillationseinrichtung
6 Kokillenrahmen
7 zweiter Oszillationsantrieb
8 zweites elastisches Element
9 Hydraulikzylinder
10 Stützplatte
11 Wasserkasten
12 Gleitfläche
13 Festseite
14 Losseite
15 Klemmeinheit
16 Fußrollen f Frequenz
H horizontale Breitenrichtung
OT Oberer Totpunkt
UT Unterer Totpunkt
V vertikale Richtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Oszillieren einer Kokille (1) einer
Stranggießmaschine, wobei die Kokille (1) zwei Schmalseiten- (2) und zwei Breitseitenplatten (3, 3a, 3b) umfasst, und die Kokille (1) in vertikaler Richtung (V) gegenüber einer ortsfesten Stützkonstruktion mit einer ersten Frequenz fv oszilliert, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) der Kokille (1) horizontal in Breitenrichtung (H) der Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) mit einer zweiten Frequenz fH oszilliert, wobei gilt fv fH , und
dass für alle Punkte der Ortskurve der Breitseitenplatte (3) der Betrag der Geschwindigkeit \v\ größer 0 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Frequenz fv ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz fH ist, fv = n.fH mit n E {2,3,4, 5... } , oder
- die zweite Frequenz fH ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz fv ist, fH =n.fv mit n E {2,3,4, 5 ... } .
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Frequenz fv kein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz fH ist, fv^n.fH mit n E {2,3,4, 5... } , oder
- die zweite Frequenz fH kein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz fv ist, fH ^n.fv mit n E {2,3,4, 5 ... } .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz größer der zweiten Frequenz ist, fv > fH■
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der vertikalen Oszillation größer oder gleich als die Amplitude der horizontalen
Oszillation ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Breitseitenplatten (3, 3a, 3b) der Kokille (1) in horizontaler Richtung (H) gegenläufig oszillieren .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Breitseitenplatten (3, 3a,
3b) der Kokille (1) in horizontaler Richtung (H) gleichläufig oszillieren .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) horizontal in Breitenrichtung (H) der Breitseitenplatte harmonisch oszilliert.
9. Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille (1) einer
Stranggießmaschine, aufweisend
- die Kokille (1) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Formhohlraum (5) , wobei die Kokille (1) zwei Schmalseiten- (2) und zwei Breitseitenplatten (3, 3a, 3b) umfasst;
- eine erste Oszillationseinrichtung zur Oszillation der Kokille (1) gegenüber einer ortsfesten Stützkonstruktion in vertikaler Richtung (V) ;
gekennzeichnet durch
- eine zweite Oszillationseinrichtung (5) zur
horizontalen Oszillation zumindest einer Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) der Kokille (1) gegenüber den angrenzenden
Schmalseitenplatten (2) in Breitenrichtung (H) der
Breitseitenplatte (3, 3a, 3b), wobei die Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) verschieblich gegenüber den angrenzenden
Schmalseitenplatten (2) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei zweite Oszillationseinrichtungen (5a, 5b) umfasst, wobei jede zweite Oszillationseinrichtung zur horizontalen Oszillation einer Breitseite (3, 3a, 3b) der Kokille (1) in Breitenrichtung (H) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (1) eine Kokillenrahmen (6) und die zweite Oszillationseinrichtung (5, 5a, 5b) einen zweiten Oszillationsantrieb (7) umfasst, wobei der zweite Oszillationsantrieb (7) einerseits mit dem in vertikaler Richtung (V) schwingenden Kokillenrahmen (6) und der
Breitseitenplatte (3) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oszillationseinrichtung (5, 5a, 5b) ein zweites elastisches Element (8) umfasst, das zwischen dem Kokillenrahmen (6) und der Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) angeordnet ist, wobei die Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) durch den zweiten Oszillationsantrieb (7) gegenüber dem in
vertikaler Richtung (V) schwingenden Kokillenrahmen (6) in eine horizontale Oszillation in Breitenrichtung (H) der Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) versetzt werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elastische Element (8) ein Federband ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Oszillationsantrieb (7) ein Linearmotor ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor ein hydraulischer Linearmotor,
vorzugsweise ein Hydraulikzylinder (9), oder ein elektrische Linearmotor, vorzugsweise ein Piezoaktuator , ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Breitseitenplatte (3, 3a,
3b) und dem Kokillenrahmen (6) eine Stützplatte (10) und ein Wasserkasten (11) angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitseitenplatte (3, 3a, 3b) und die angrenzenden Schmalseitenplatten (2) Gleitflächen (12), vorzugsweise aus Sintermetall, aufweisen, die eine
Relativbewegung zulassen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Breitseitenplatte (3a) mit der Festseite (13) und die zweite Breitseitenplatte (3b) mit der Losseite (14) des Kokillenrahmens (6) verbunden ist, wobei die Losseite (14) über eine Klemmeinheit (15) mit der Festseite (13) verbunden ist, wobei vorzugsweise die
Klemmkraft der Klemmeinheit (15) hydraulisch einstellbar ist.
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