EP4501489A1

EP4501489A1 - Rollenanordnung und optimierungsverfahren

Info

Publication number: EP4501489A1
Application number: EP23189133.4A
Authority: EP
Inventors: Alija Vila; Irene Watzinger; Josef Watzinger
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2023-08-02
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2025-02-05
Also published as: CN121548473A; WO2025026694A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rollenanordnung (10, 10a, 10b) für den Horizontalabschnitt (20) einer Gießanlage (30), insbesondere einer Dünnbrammenanlage, einen Horizontalabschnitt (20) mit einer solchen Rollenanordnung (10, 10a, 10b), eine Gießanlage (30) mit einem solchen Horizontalabschnitt (20) sowie ein Verfahren (100) zum Optimieren einer Rollenanordnung (10, 10a, 10b). Die Rollenanordnung (10, 10a, 10b) weist eine Mehrzahl an in einer Transportrichtung (T) hintereinander angeordneten Rollenpaaren (12, 12a) auf. Jedes Rollenpaar (12, 12a) umfasst jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen (14, 14a). Erfindungsgemäß variiert der Abstand (d<sub>1</sub>, d<sub>2</sub>) zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren (12) innerhalb der Rollenanordnung (10, 10a, 10b).

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft eine Rollenanordnung für den Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, einen Horizontalabschnitt mit einer solchen Rollenanordnung, eine Gießanlage mit einem solchen Horizontalabschnitt sowie ein Verfahren zum Optimieren einer Rollenanordnung.

Stand der Technik

Gießanlagen zum Gießen von Metallsträngen weisen üblicherweise eine Kokille auf, welcher aus einem Zwischenbehälter kontinuierlich flüssiges Metall zugeführt wird, sodass sich ein Flüssigkeitsspiegel in der Kokille bildet. An die Kokille schließt sich ein Bogenabschnitt, welcher auch einen Biegeabschnitt beinhalten kann, aus einer Vielzahl an Rollen an, welcher den aus der Kokille vertikal austretenden Strang über einen Richtabschnitt in die Horizontale überführt. Der Bogenabschnitt mündet entsprechend in einen Horizontalabschnitt (inklusive Richtabschnitt), der abermals eine Vielzahl an Rollen aufweist. Nach dem Durchlaufen des Horizontalabschnitts ist der Strang ausreichend abgekühlt und stabil, sodass eine Weiterbearbeitung möglich ist. Bogen- und Horizontalabschnitt bilden die sogenannte Strangführung der Anlage.
Ein bei solchen Gießanlagen auftretendes Problem sind Füllhöhenschwankungen in der Kokille, d. h. ein ständiges, insbesondere periodisches, Ansteigen und Abfallen des Flüssigkeitsspiegels. Diese Füllhöhenschwankungen werden durch Ausbauchungen des noch nicht durcherstarrten Strangs beim Durchlaufen des Bogenabschnitts und des Horizontalabschnitts erzeugt. Zwischen benachbarten Rollen kann sich die dünne Stranghülle, die den noch flüssigen Kern umgibt, ausbeulen. Die damit verbundenen Volumenänderungen im Strang führen zu einem oszillierenden Metallfluss im flüssigen Kern und somit letztlich zu den Füllhöhenschwankungen. Dieser Effekt ist selbstverstärkend, d. h. die Füllhöhenschwankungen bzw. der oszillierende Metallfluss kann zu stärkerem Ausbauchen führen.
Die Füllhöhenschwankungen können negative Auswirkungen auf die Strangqualität, insbesondere die Oberflächenqualität des gegossenen Strangs, haben und einen stabilen Gießbetrieb erschweren oder sogar unmöglich machen. Die mit den Füllhöhenschwankungen verbundenen Ausbauchungen können auch zur Bildung von Innenrissen im Strang sowie zu Mittenseigerungen führen. Außerdem besteht die Gefahr, dass der Strang nach dem Durcherstarren keine kontinuierliche Dicke aufweist. Grundsätzlich kann dem durch Reduzierung der Gießgeschwindigkeit entgegengewirkt werden, was aber die Produktivität der Anlage senkt.
Daher sind auch andere Ansätze zur Vermeidung von Ausbauchungen des Strangs bzw. Füllhöhenschwankungen entwickelt worden. Beispielsweise kann die Kühlung des Strangs unmittelbar unterhalb der Kokille oder im Bogenabschnitt intensiviert oder verbessert werden, etwa durch optimierte Kühlmuster. Die dadurch dickere und somit stabilere Stranghülle wirkt dem Ausbauchen entgegen. Allerdings ist dieses Vorgehen nur bei geringen Geschwindigkeiten und Strangdicken hinreichend effektiv. Es eignet sich somit nicht zum Einsatz beim Dünnbrammengießen mit Gießgeschwindigkeiten von etwa 6 m/min, d. h. beim Gießen von Brammen mit einer Dicke von 120 mm oder weniger.
Alternativ können die Füllhöhenschwankungen durch die Regelung des Metallflusses in die Kokille zumindest teilweise kompensiert werden. Dazu wird üblicherweise der Ausfluss aus dem Zwischenbehälter periodisch reduziert oder sogar gestoppt. Dies ist technisch bedingt jedoch nur bis Frequenzen von etwa 0,6 Hz möglich. Schnellere Flüssigkeitsoszillationen im Kern des Strangs, die üblicherweise bei Gießgeschwindigkeiten oberhalb von etwa 2 m/min auftreten, kann damit nicht mehr entgegengewirkt werden.
Ein weiterer Ansatz ist das Beeinflussen des Metallflusses aus der Kokille durch dynamische Variation des Spalts im Bogenabschnitt (engl. "bender gap oscillations"). Beispielsweise kann der Abstand von einander gegenüberliegenden Rollen im Bogenabschnitt periodisch geändert werden. Potenziell können damit auch hochfrequente Füllhöhenschwankungen kompensiert werden; solche Systeme zur Spaltvariation sind jedoch aufwändig, wartungsintensiv und teuer.

Zusammenfassung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Vermeidung oder zumindest Reduktion von Füllhöhenschwankungen bzw. Ausbauchungen beim Strangguss zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rollenanordnung für einen Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, einen Horizontalabschnitt mit einer solchen Rollenanordnung, eine Gießanlage mit einem solchen Horizontalabschnitt sowie ein Verfahren zum Optimieren einer Rollenanordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der folgenden Beschreibung.
Eine Rollenanordnung für einen Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Mehrzahl an in einer Transportrichtung, insbesondere horizontal, hintereinander angeordneten Rollenpaaren auf. Jedes Rollenpaar umfasst jeweils zwei einander, insbesondere vertikal, gegenüberliegend angeordneten Rollen. Erfindungsgemäß variiert der Abstand zwischen jeweils zwei gleichartigen (benachbarten) Rollenpaaren innerhalb der Rollenanordnung.
Ein Abstand zwischen zwei Rollenpaaren im Sinne der Erfindung ist hierbei vorzugsweise der Abstand zwischen den, zweckmäßigerweise parallel verlaufenden, Verbindungslinien durch die Rotationsachse der beiden Rollen jedes dieser beiden Rollenpaare. Der Abstand ist also kein Tangentialabstand zwischen den Mantelflächen der Rollen, sondern ein Achsabstand.
Gleichartige Rollenpaare im Sinne der Erfindung sind vorzugsweise Rollenpaare, deren Rollen gleichartig ausgebildet sind, d. h. zum Beispiel den gleichen Durchmesser aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass die Dynamik der beim Stranggießen auftretenden Ausbauchungen, insbesondere selbstverstärkende Effekte, gerade bei hohen Gießgeschwindigkeiten von um die 6 m/min, maßgeblich durch den Rollenabstand im Horizontalabschnitt einer Gießanlage bestimmt wird. So haben umfassende Studien ergeben, dass der überwiegende Teil der Füllhöhenschwankungen in der Kokille der Gießanlage durch gleichmäßig angeordnete Rollen bzw. Rollenpaare im Horizontalabschnitt bedingt ist.
Ein Aspekt der Erfindung beruht daher auf dem Ansatz, die Rollen bzw. Rollenpaare einer Rollenanordnung im Horizontalabschnitt einer Gießanlage nicht gleichmäßig, sondern ungleichmäßig hintereinander zu verteilen. Eine (horizontal) ungleichmäßige Verteilung der Rollen bzw. Rollenpaare im Horizontalabschnitt wird zweckmäßigerweise durch eine Variation der (Horizontal-) Abstände zwischen benachbarten Rollen der Rollenpaare erreicht. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass sich der Abstand zwischen jeweils zwei (benachbarten) gleichartigen Rollenpaaren zumindest einmal innerhalb der Rollenanordnung ändert. Beispielsweise kann also zwischen zwei benachbarten, gleichartigen Rollenpaaren in einem Abschnitt innerhalb der Rollenanordnung ein erster Abstand und in einem anderen Abschnitt ein vom ersten Abstand verschiedener zweiter Abstand vorgesehen sein. Vorteilhaft können darüber hinaus auch noch weitere, unterschiedliche Abstände zwischen weiteren, jeweils benachbarten Rollenpaaren vorgesehen sein.
Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Variation der Abstände zwischen gleichartigen Rollenpaaren innerhalb der Rollenanordnung eine zuverlässige Unterdrückung von Füllhöhenschwankungen in der Kokille bzw. dem Anwachsen von Ausbauchungen des Gießstrangs ermöglicht. Letztlich kann so eine bessere Strangqualität, insbesondere Oberflächenqualität, und ein stabilerer Gießbetrieb erzielt werden. Insbesondere kann das Auftreten von Innenrissen und Mittenseigerungen vermieden oder zumindest reduziert werden.
Besonders vorteilhaft an der Variation der Abstände zwischen gleichartigen Rollenpaaren innerhalb der Rollenanordnung ist auch, dass hierdurch eine passive Maßnahme zur Stabilisierung des Flüssigkeitsspiegels in der Kokille bzw. zur Unterdrückung oder zumindest Reduktion der Strangausbauchungen gegeben ist. Diese Maßnahme ist über einen breiten Bereich an Gießgeschwindigkeiten wirksam, insbesondere auch bei hohen Gießgeschwindigkeiten von um die 6 m/min, wie sie in Dünnbrammenanlagen auftreten. Beim Einsatz wenigstens einer erfindungsgemäßen Rollenanordnung besteht folglich nur noch eine geringe oder bestenfalls keine Notwendigkeit mehr, Ausbauchungen bzw. Füllhöhenschwankungen aktiv - mit dem damit verbundenen Aufwand und Kosten - zu kompensieren.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben. Diese Ausführungsformen können jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden.
Eine besonders zuverlässige Vermeidung oder zumindest Verminderung von Ausbauchungen bzw. den damit verbundenen Füllhöhenschwankungen lässt sich erzielen, indem innerhalb der Rollenanordnung wenigstens drei verschiedene Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Rollenpaaren vorgesehen sind. Beispielsweise können zwei oder mehr benachbarte Rollenpaare innerhalb der Rollenanordnung im ersten Abstand, zwei oder mehr benachbarte Rollenpaare innerhalb der Rollenanordnung im zweiten Abstand und zwei oder mehr benachbarte Rollenpaare innerhalb der Rollenanordnung in einem vom ersten und zweiten Abstand verschiedenen dritten Abstand angeordnet sein. Eine derart große Variation der Abstände von benachbarten Rollenpaaren innerhalb der Rollenanordnung kann effektiv ein regelmäßiges, gleichartiges Ausbauchen des Strangs zwischen benachbarten Rollen und ein damit verbundenes Aufschaukeln der Füllhöhenschwankungen unterbinden oder zumindest reduzieren.
Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Rollenanordnung eine vorgegebene Verteilung der Abstände zwischen benachbarten Rollenpaaren aufweist. Die verschiedenen Abstände zwischen benachbarten Rollenpaaren innerhalb der Rollenanordnung können beispielsweise derart verteilt sein, dass in einem Mittenbereich der Rollenanordnung der größte Abstand vorgesehen ist. Dies ermöglicht im Mittenbereich insbesondere die Anordnung von wenigstens einem Treiberrollenpaar aus zwei einander gegenüberliegenden Rollen mit einem Rollendurchmesser, der gegenüber dem Rollendurchmesser von außerhalb des Mittenbereichs angeordneten Rollen erhöht ist.
Entsprechend ist gemäß der Abstandsverteilung in einem bezüglich der Transportrichtung vorderen Bereich der Rollenanordnung der Abstand zwischen wenigstens zwei Rollenpaaren zweckmäßigerweise kleiner als in dem Mittenbereich der Rollenanordnung. Beispielsweise können im vorderen Bereich drei aufeinanderfolgende Rollenpaare jeweils in einem ersten Abstand zueinander angeordnet sein. Das in Transportrichtung gesehen letzte dieser Rollenpaare ist dann zweckmäßigerweise in einem dritten, größeren Abstand zu einem weiteren Rollenpaar, insbesondere dem Treiberrollenpaar aus Rollen mit einem erhöhten Rollendurchmesser, angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich ist gemäß der Abstandsverteilung auch in einem bezüglich der Transportrichtung hinteren Bereich der Rollenanordnung der Abstand zwischen wenigstens zwei Rollenpaaren kleiner als in dem Mittenbereich der Rollenanordnung. Beispielsweise können im hinteren Bereich drei aufeinanderfolgende Rollenpaare jeweils in einem zweiten Abstand zueinander angeordnet sein. Das in Transportrichtung gesehen erste dieser Rollenpaare ist dann zweckmäßigerweise im dritten, größeren Abstand zu dem weiteren Rollenpaar, insbesondere dem Treiberrollenpaar, angeordnet.
Unabhängig davon kann es vorgesehen sein, dass gemäß der Abstandsverteilung im vorderen Bereich der Abstand zwischen wenigstens zwei Rollenpaaren kleiner ist als im hinteren Bereich, die wenigstens zwei Rollenpaare im vorderen Bereich also enger angeordnet sind als im hinteren Bereich. Es können in Transportrichtung gesehen "eingangsseitig" beispielsweise drei aufeinanderfolgende Rollenpaare, die jeweils im ersten Abstand zueinander angeordnet sind, vorgesehen sein. "Ausgangsseitig" können dann drei aufeinanderfolgende Rollenpaare vorgesehen sein, die jeweils im zweiten Abstand zueinander angeordnet sind. Der zweite Abstand ist dabei zweckmäßigerweise größer als der erste Abstand.
Eine effektive Verminderung der Ausbauchungsdynamik bzw. der korrespondierenden Füllhöhenschwankungen lässt sich beispielsweise erzielten, indem im vorderen Bereich wenigstens zwei benachbarte Rollenpaare um wenigstens 5 mm enger oder weiter angeordnet sind als wenigstens zwei benachbarte Rollenpaare im hinteren Bereich, also z. B. der erste Abstand um 5 mm kleiner oder größer ist als der zweite Abstand. Gleichzeitig ist es zweckmäßig, die wenigstens zwei benachbarten Rollenpaare im vorderen Bereich um höchstens 50 mm enger oder weiter anzuordnen als wenigstens zwei benachbarte Rollenpaare im hinteren Bereich, also z. B. den ersten Abstand um 50 mm kleiner oder größer auszubilden als den zweiten Abstand.
Allgemein gesprochen hat es sich im Hinblick auf die Unterdrückung oder zumindest Verminderung von Oszillationen verschiedener Wellenlängen bei stabiler Stützung des Strangs als vorteilhaft herausgestellt, wenn verschiedene Abstände zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaare um wenigstens 5 mm und/oder höchstens 50 mm gestuft sind. Anders gesagt betragen die "Sprünge" zwischen verschiedenen Abständen, die zwischen jeweils zwei benachbarten, bevorzugt gleichartigen, Rollenpaaren innerhalb der Rollenanordnung vorgesehen sind, vorzugsweise wenigstens 5 mm und/oder höchstens 50 mm.
Der Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Mehrzahl an in einer Transportrichtung, insbesondere horizontal, hintereinander angeordneten Rollenanordnungen auf, wobei wenigstens eine erste der Rollenanordnungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Mittels eines solchen Horizontalabschnitts lassen sich durch die Dynamik der Ausbauchungen zwischen jeweils zwei der Rollen bedingte Füllhöhenschwankungen in der Kokille auf passive Weise vermeiden oder zumindest vermindern. Infolgedessen kann eine bessere Strangqualität und/oder stabilere Gießbedingungen aufwandsarm realisiert werden.
Um eine noch zuverlässigere Vermeidung oder zumindest Verminderung der Füllhöhenschwankungen in der Kokille erreichen bzw. die Selbstverstärkung beim Ausbauchen des Strangs zumindest weitgehend reduzieren zu können, ist vorzugsweise auch eine zweite der Rollenanordnungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Zweckmäßigerweise unterscheidet sich dabei die Variation des Abstands in der wenigstens einen ersten Rollenanordnung von der Variation des Abstands in der wenigstens einen zweiten Rollenanordnung.
Eine derart ausgebildete zweite Rollenanordnung erlaubt insgesamt eine größere Anzahl an verschiedenen Abständen zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren innerhalb des Horizontalabschnitts. Sind die erste und die zweite Rollenanordnung zudem noch im Wesentlichen baugleich, d. h. insbesondere baulich austauschbar, ausgebildet, lässt sich mittels der zusätzlichen zweiten Rollenanordnung zusätzlich auch eine Variation in der Abfolge von unterschiedlichen Abständen zwischen den Rollenpaaren erreichen. Dazu sind beispielsweise unterschiedliche Anordnungen oder Abfolgen der ersten und zweiten Rollenanordnungen denkbar.
Selbstverständlich können vorteilhaft auch noch weitere Rollenanordnungen mit weiteren, unterschiedlichen Variationen des Abstands vorgesehen sein.
Um die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Rollenanordnung, und gegebenenfalls auch die weiteren Rollenanordnungen, baulich austauschbar ausbilden zu können, ist es zweckmäßig, wenn die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Rollenanordnung in Transportrichtung die gleiche Länge aufweisen, d. h. gleich lang bauen. Insbesondere können alle Rollenanordnungen bis auf die Abstände zwischen zumindest einem Teil der Rollenpaare baugleich ausgebildet sein. Zu diesem Zweck können alle Rollenanordnungen des Horizontalabschnitts den gleichen Rahmen aufweisen. Die Länge der Rollenanordnung ist zweckmäßigerweise definiert als der Abstand von erster Rolle zu letzter Rolle der Rollenanordnung. Die bauliche Austauschbarkeit der Rollenanordnungen, insbesondere der ersten und der zweiten Rollenanordnung, erlaubt eine große Flexibilität und Variation im Aufbau des Horizontalabschnitts.
Eine besonders effektive Vermeidung von Füllhöhenschwankungen bzw. Reduktion der Dynamik von Ausbauchungen im Horizontalabschnitt kann erreicht werden, indem mehrere, d. h. wenigstens zwei, erste Rollenanordnungen und mehrere, d. h. wenigstens zwei, zweite Rollenanordnungen abwechselnd angeordnet sind. Anders gesagt ist in zumindest einem Abschnitt des Horizontalabschnitts eine Abfolge von ersten und zweiten Rollenanordnungen vorzugsweise in alternierender Weise vorgesehen.
Grundsätzlich sind auch andere Anordnungen bzw. Abfolgen von mehreren ersten und zweiten Rollenanordnungen denkbar. Zum Beispiel können immer zwei zweite Rollenanordnungen zwischen jeweils einer ersten Rollenanordnung vorgesehen sein. In einer anderen Variante können immer zwei zweite Rollenanordnungen auf zwei erste Rollenanordnungen folgen. Ebenso sind Varianten denkbar, in denen noch weitere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildete Rollenanordnungen zum Beispiel alternierend oder in einer anderen Weise mit den ersten und zweiten Rollenanordnungen angeordnet sind.
Die Gießanlage, insbesondere Dünnbrammenanlage, gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung weist einen Horizontalabschnitt gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf. In einer solchen Gießanlage können durch die Dynamik der Ausbauchungen zwischen jeweils zwei Rollen im Horizontalabschnitt bedingte Füllhöhenschwankungen in der Kokille auf passive Weise unterdrückt oder zumindest abgeschwächt sein. Infolgedessen kann eine bessere Strangqualität und/oder stabilere Gießbedingungen aufwandsarm realisiert werden.
In einer Gießanlage auftretende Füllhöhenschwankungen in der Kokille bzw. die in dem von der Gießanlage gegossenen Strang auftretenden Oszillationen des flüssigen Metalls werden nicht nur durch die Beabstandung der Rollen im Horizontalabschnitt, sondern beispielsweise auch durch die Rollen im Bogenabschnitt bedingt. Sind überdies, zum Beispiel neben erfindungsgemäßen, auch konventionelle Rollenanordnungen mit gleichmäßig beabstandeten Rollenpaaren im Horizontalabschnitt vorgesehen, kann auch hierdurch eine Verstärkung der Füllhöhenschwankungen bzw. der Ausbauchungsdynamik erfolgen.
Um dem entgegenzuwirken zu können, ist es zweckmäßig, dass die Variation des Abstands zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren in einer Rollenanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auch im Hinblick auf diese "externen", d. h. außerhalb von erfindungsgemäßen Rollenanordnungen geleisteten, Beiträge zu den Füllhöhenschwankungen bzw. der Ausbauchungsdynamik vorgegeben ist. Anders gesagt ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäße Rollenanordnung im Hinblick auf die gesamte Gießanlage oder zumindest den gesamten Horizontalabschnitt, insbesondere an vorgegebene Gießbedingungen, anzupassen.
Dies lässt sich mit dem, insbesondere computerimplementierten, Verfahren zum Optimieren einer Rollenanordnung für den Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung erreichen. Dieses Verfahren weist auf: i) einen Simulationsschritt, in dem Füllhöhenschwankungen in einer Kokille einer Gießanlage simuliert werden auf Grundlage eines Anlagenmodells, in welchem ein Horizontalabschnitt der Gießanlage eine Rollenanordnung mit einer Mehrzahl an in einer Transportrichtung, insbesondere horizontal, hintereinander angeordneten Rollenpaaren aus jeweils zwei einander, insbesondere vertikal, gegenüberliegenden Rollen aufweist; ii) einen Assoziationsschritt, in dem die simulierten Füllhöhenschwankungen, insbesondere die Stärke dieser Füllhöhenschwankungen, mit Abständen zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren der Rollenanordnung assoziiert werden; und iii) der Simulationsschritt und der Assoziationsschritt für wenigstens einen geänderten Abstand zwischen zumindest zwei gleichartigen Rollenpaaren der Rollenanordnung wiederholt und iv) alle simulierten Füllhöhenschwankungen, insbesondere deren Stärke, miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann die optimale Verteilung der Abstände zwischen den Rollenpaaren der Rollenanordnung, bei der die Füllhöhenschwankungen am geringsten ausfallen, ermittelt werden.
Ein Anlagenmodell im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein thermomechanisches dynamisches Modell der gesamten Gießanlage, insbesondere der Kokille, des Bogenabschnitts und des Horizontalabschnitts. Mittels des Modells kann das Ausbauchverhalten des Gießstrangs umfassend analysiert und eine optimierte Rollenanordnung ermittelt werden.
Die Simulation der Füllhöhenschwankungen umfasst zweckmäßigerweise das Ermitteln einer Wellenlänge und/oder einer Frequenz von Strangausbauchungen in der Gießanlage. Vorzugsweise wird auch der Beitrag jedes Rollenpaares im Horizontalabschnitt, in bevorzugter Weise auch im Bogenabschnitt, zu den Füllhöhenschwankungen bzw. der Ausbauchungsdynamik ermittelt und bei der Beabstandung der Rollenpaare berücksichtigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigen:

FIG 1: ein Beispiel einer Rollenanordnung;
FIG 2: ein Beispiel einer Gießanlage;
FIG 3: ein Beispiel einer alternativen Konfiguration des Horizontalabschnitts der Gießanlage aus FIG 2; und
FIG 4: ein Beispiel eines Verfahrens zum Optimieren einer Rollenanordnung.

Soweit zweckdienlich, werden in den Figuren dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet.

Beschreibung der Ausführungsformen

FIG 1 zeigt ein Beispiel einer Rollenanordnung 10 für den Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, mit einer Mehrzahl an in einer Transportrichtung T hintereinander angeordneten Rollenpaaren 12. Jedes dieser Rollenpaare 12 besteht aus jeweils zwei quer zur Transportrichtung T einander gegenüberliegend angeordneten Rollen 14. Zwischen den Rollen 14 eines jeden Paares 12 entsteht so ein Spalt D, in dem ein Gießstrang führbar ist.
Die Rollenpaare 12 sind entlang der Transportrichtung T mit verschiedenen Abständen d₁, d₂ und d₃ voneinander beabstandet. Die Abstände d₁, d₂, d₃ bemessen sich dabei zwischen den Rotationsachsen R von in Transportrichtung T benachbarten Rollen 14 von jeweils zwei Rollenpaaren 12. Die Rollen 14 sind mittels eines Trägers 16 innerhalb einer Länge L, definiert als Abstand zwischen erstem und letztem Rollenpaar 12 der Rollenanordnung 10 in Transportrichtung T, angeordnet.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in FIG 1 nur eines der Rollenpaare 12 durch ein gepunktetes Oval hervorgehoben und mit einem Bezugszeichen versehen. Aus demselben Grund sind auch nur zwei der Rotationsachsen R und nur zwei der Rollen 14 mit einem Bezugszeichen versehen.
Insbesondere sind in einem in Transportrichtung T gesehen vorderen Bereich V der Rollenanordnung 10 benachbarte Rollenpaare 12 in einem ersten Abstand d₁ zueinander angeordnet. Diese Rollenpaare 12 sind gleichartig mit den Rollenpaaren 12 in einem in Transportrichtung T gesehen hinteren Bereich H der Rollenanordnung 10 ausgebildet. D. h., dass die Rollen 14 dieser Rollenpaare 12 im vorderen und im hinteren Bereich V, H sich einander gleichen, insbesondere dieselben Durchmesser aufweisen. Benachbarte Rollenpaare 12 im hinteren Bereich H sind in einem zweiten Abstand d₂ zueinander angeordnet, der sich vom ersten Abstand d₁ unterscheidet.
Allgemein gesagt variiert der Abstand d₁, d₂ zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren 12 innerhalb der Rollenanordnung 10.
In einem Mittenbereich M der Rollenanordnung 10 kann ein Rollenpaar 12a vorgesehen sein, dessen Rollen 14a einen größeren Durchmesser aufweisen als die Rollen 14 im vorderen und hinteren Bereich V, H. Anders als die Rollen 14 im vorderen und hinteren Bereich V, H dienen die Rollen 14a im Mittenbereich M zweckmäßigerweise als Treiberrollen, d. h. sie können mittels einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung aktiv rotiert werden. Das Rollenpaar 12a im Mittenbereich M ist zu den benachbarten Rollenpaaren 12 im vorderen und hinteren Bereich V, H jeweils in einem dritten Abstand d₃ angeordnet, der sich vom ersten und vom zweiten Abstand d₁, d₂ unterscheiden kann.
Zweckmäßigerweise ist der dritte Abstand d₃ größer als der erste und zweite Abstand d₁, d₂. Dies vereinfacht die Anordnung der Treiberrollen 14a zwischen den Rollen 14 im vorderen und hinteren Bereich V, H.
Der zweite Abstand d₂ kann größer sein als der erste Abstand d₁. Es ist aber auch möglich, dass der zweite Abstand d₂ kleiner ist als der erste Abstand d₁.
Durch eine solche Abstandsverteilung der Rollenpaare 12, insbesondere durch Vorsehen unterschiedlicher Abstände d₁, d₂ zwischen gleichartigen Rollenpaaren 12, kann bei Führung eines erst teilerstarrten Gießstrangs mittels der Rollenanordnung 10 in einem Horizontalbereich einer Gießanlage die Dynamik von zwischen in Transportrichtung T benachbarten Rollen 14 auftretenden Ausbauchungen des Gießstrangs positiv beeinflusst werden. Insbesondere kann ein Aufschaukeln der Ausbauchungen, wie es bei einer durchgängig regelmäßigen Beabstandung gleichartiger Rollenpaare in konventionellen Rollenanordnungen auftritt, unterbunden oder zumindest reduziert werden. Dies wirkt sich auch in einer Reduktion von Füllhöhenschwankungen in einer Kokille der Gießanlage aus. Es hat sich gezeigt, dass diese positiven Effekte nicht - oder zumindest nicht in diesem Umfang - alleine durch unterschiedliche Abstände zwischen den Rollenpaaren 12 im vorderen und hinteren Bereich V, H und dem Treiberrollenpaar 12a im Mittenbereich M erreichbar sind (d.h. wenn der erste und zweite Abstand d₁, d₂ gleich sind).
Die genannten positiven Effekte sind grundsätzlich auch durch eine andere als die voranstehend beschriebene Abstandsverteilung der Rollenpaare 12 erreichbar. Beispielsweise kann gemäß einer anderen, ebenso vorteilhaften Abstandsverteilung der erste Abstand d₁ größer sein als der zweite Abstand d₂. Alternativ oder zusätzlich können auch noch weitere (unterschiedliche) Abstände zwischen weiteren gleichartig ausgebildeten Rollenpaaren 12 vorgesehen sein.
FIG 2 zeigt ein Beispiel einer Gießanlage 30, insbesondere einer Dünnbrammenanlage, zum Gießen eines Strangs 40. Die Gießanlage 30 umfasst eine Kokille 32, die kontinuierlich aus einem Zwischenbehälter 34 mit flüssigem Metall 42 befüllbar ist, sodass sich in der Kokille 32 ein Flüssigkeitsspiegel 44 ausbildet. Der aus der Kokille 32 austretende, noch einen flüssigen Kern aufweisende Strang 40 lässt sich mittels einer Vielzahl an entlang eines Bogens angeordneten Stützrollen 36a aus der Vertikalen in die Horizontale überführen. Die Stützrollen 36a bilden einen Bogenabschnitt 36 der Gießanlage 30. An den Bogenabschnitt 36 schließt sich ein Horizontalabschnitt 20 an, der aus mehreren in einer Transportrichtung T hintereinander aufgereihte und durch gestrichelte Rechtecke angedeutete Rollenanordnungen 10a, 10b gebildet ist. Jede dieser Rollenanordnungen 10a, 10b weist eine Mehrzahl an in Transportrichtung T aufgereihten Rollenpaaren 12 auf, wobei jedes Rollenpaar 12 aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen 14 gebildet ist.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eines der Rollenpaare 12 durch ein gepunktetes Oval hervorgehoben und mit einem Bezugszeichen versehen. Aus demselben Grund sind auch nur eine der Stützrollen 36a sowie zwei der Rollen 14 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Abstände zwischen benachbarten, gleichartigen Rollenpaaren 12 variieren innerhalb der jeweiligen Rollenanordnung 10a, 10b. D. h., dass mindestens zwei zueinander benachbarte Rollenpaare 12 in einem ersten Abstand zueinander angeordnet sind und mindestens zwei weitere zueinander benachbarte, gleichartige Rollenpaare 12 in einem vom ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand angeordnet sind (vgl. FIG 1).
Der Aufbau der ersten Rollenanordnungen 10a im Hinblick auf die Beabstandung benachbarter, gleichartiger Rollenpaare 12 unterscheidet sich zweckmäßigerweise vom Aufbau der zweiten Rollenanordnungen 10b. Beispielsweise kann zwischen den Abständen, mit denen gleichartige Rollenpaare 12 in einem vorderen Abschnitt der ersten Rollenanordnungen 10a einerseits und in einem hinteren Abschnitt der ersten Rollenanordnungen 10a andererseits angeordnet sind, eine kleinere Differenz bestehen als zwischen den Abständen, mit denen gleichartige Rollenpaare 12 in einem vorderen Abschnitt der zweiten Rollenanordnungen 10b einerseits und in einem hinteren Abschnitt der zweiten Rollenanordnungen 10b andererseits angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann sich zwischen den ersten und den zweiten Rollenanordnungen 10a, 10b auch die Abstandsverteilung unterscheiden, d. h. beispielsweise ob der Abstand zwischen benachbarten, gleichartigen Rollenpaaren 12 innerhalb der jeweiligen Rollenanordnung 10a, 10b zu- oder abnimmt.
Die Rollenanordnungen 10a, 10b weisen zweckmäßigerweise dieselbe Länge L auf und sind damit baulich untereinander austauschbar. Insbesondere können alle Rollenanordnungen 10a, 10b mittels gleichartiger Rahmen (vgl. FIG 1), zwischen denen die Rollen 14 beispielsweise rotierbar gelagert sind, im Horizontalabschnitt 20 montiert sein. Damit lässt sich aufwandsarm und flexibel eine Vielzahl an möglichen Konfigurationen des Horizontalabschnitts 20 realisieren, wie weiter unten beispielhaft im Zusammenhang mit FIG 3 beschrieben ist.
Zweckmäßigerweise sind die Rahmen auch gleichartig mit Rahmen konventioneller Rollenanordnungen (nicht gezeigt), die eine konstante Beabstandung gleichartiger Rollenpaare 12 aufweisen, ausgebildet. Dadurch lassen sich auch bestehende Gießanlagen aufwandsarm und kostengünstig mit Rollenanordnungen 10a, 10b, welche variierende Abstände zwischen gleichartigen Rollenpaaren 12 aufweisen, nachrüsten.
Grundsätzlich kann die Gießanlage 30 neben den gezeigten zwei ersten und zwei zweiten Rollenanordnungen 10a, 10b auch noch weitere erste und zweite Rollenanordnungen 10a, 10b aufweisen, die zweckmäßigerweise weiter abwechselnd in Transportrichtung T angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können vor und/oder hinter den gezeigten vier Rollenanordnungen 10a, 10b auch eine oder mehrere konventionelle Rollenanordnungen mit einem konstanten Abstand zwischen gleichartigen Rollenpaaren 12 vorgesehen sein.
FIG 3 zeigt ein Beispiel einer alternativen Konfiguration des Horizontalabschnitts 20 der Gießanlage aus FIG 2. Hierbei sind die zwei zweiten Rollenanordnungen 10b zwischen den zwei ersten Rollenanordnungen 10a angeordnet. Dieses Muster kann, wenn noch weitere zweite und/oder erste Rollenanordnungen 10b, 10a vorgesehen sind, in Transportrichtung T weitergeführt sein.
In einer nicht gezeigten, weiteren Alternative kann auch vorgesehen sein, dass abwechselnd zwei erste Rollenanordnungen 10a und zwei zweite Rollenanordnungen 10b vorgesehen sind.
FIG 4 zeigt ein Beispiel eines, insbesondere computerimplementierten, Verfahrens 100 zum Optimieren einer Rollenanordnung für den Horizontalabschnitt einer Gießanlage, insbesondere einer Dünnbrammenanlage.
In einem Simulationsschritt S1 werden Füllhöhenschwankungen in einer Kokille einer Gießanlage auf Grundlage eines Anlagenmodells der Gießanlage simuliert. Das Anlagenmodell, insbesondere ein thermomechanisches dynamisches Modell der Gießanlage, beschreibt zweckmäßigerweise (unter anderem) einen Horizontalabschnitt der Gießanlage aufweisend eine Rollenanordnung mit einer Mehrzahl an in einer Transportrichtung hintereinander angeordneten Rollenpaaren aus jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen. Zum Simulieren der Füllhöhenschwankungen kann dabei unter anderem eine Wellenlänge und/oder Frequenz von im gegossenen Strang auftretenden Strangausbauchungen und die Resonanz dieser Ausbauchungen ermittelt werden, etwa durch eine thermomechanische Simulation für die Erstarrung des Strangs. Mögliche Eingangsparameter des Anlagenmodells sind unter anderem: die Ausgangsposition des Flüssigkeitsspiegels in der Kokille, d. h. die Füllhöhe der Kokille; die Gießgeschwindigkeit; die chemische Zusammensetzung des der Kokille zugeführten flüssigen Metalls; die Materialeigenschaften der Kokille; die Rollengeometrie, insbesondere die Positionen der Stützrollen im Bogenabschnitt und/oder der Rollen im Horizontalabschnitt; die Abmessung des Stranges (Dicke und Breite) sowie die Kühlung des Stranges.
In einem Assoziationsschritt S2 werden die simulierten Füllhöhenschwankungen mit Abständen zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren der Rollenanordnung assoziiert. Dabei kann für jedes Rollenpaar im Horizontalabschnitt sein jeweiliger Anteil an den Füllhöhenschwankungen ermittelt werden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise auf Grundlage eines auf der Balkentheorie beruhenden Elastizitätsmodells des Strangs.
Der Simulationsschritt S1 und der Assoziationsschritt S2 werden in einem weiteren Verfahrensschritt S3 vorzugsweise für wenigstens einen geänderten Abstand zwischen zumindest zwei gleichartigen Rollenpaaren der Rollenanordnung im Horizontalabschnitt wiederholt. Dies erlaubt in einem weiteren Verfahrensschritt S4 einen Vergleich aller simulierten Füllhöhenschwankungen. Zweckmäßigerweise kann auf Grundlage dieses Vergleichs diejenige Konfiguration der Rollenanordnung ermittelt werden, bei welcher die Füllhöhenschwankungen am geringsten ausfallen (zum Beispiel die Standardabweichung der Schwankungen am geringsten ist).
Auf diese Weise lassen sich neue Gießanlagen mit einer optimierten Rollenanordnung bzw. einem Horizontalabschnitt, der eine oder mehrere optimierte Rollenanordnungen aufweist, planen. Die mit dem beschriebenen Verfahren 100 optimierte(n) Rollenanordnung(en) kann/können Strangausbauchungen bzw. die damit korrespondierenden Füllhöhenschwankungen derart effektiv unterdrücken oder reduzieren, dass in einer so geplanten Gießanlage weiteren Maßnahmen zur Unterdrückung oder zumindest Reduktion von Strangausbauchungen bzw. den damit korrespondierenden Füllhöhenschwankungen nicht oder zumindest nur in reduziertem Ausmaß notwendig sind. Gegebenenfalls können die optimierten Rollenanordnungen aber auch in bereits bestehenden Gießanlagen eingesetzt werden, um auch dort stabilere Gießbedingungen schaffen und qualitativ höherwertige Stränge gießen zu können.
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

10, 10a, 10b: Rollenanordnung
12: Rollenpaar
12a: Treiberrollenpaar
14: Rolle
14a: Treiberrolle
16: Rahmen

20: Horizontalabschnitt

30: Gießanlage
32: Kokille
34: Zwischenbehälter
36: Bogenabschnitt
36a: Stützrolle

40: Strang
42: flüssiges Metall
44: Flüssigkeitsspiegel

100: Verfahren
S1: Simulation von Füllhöhenschwankungen
S2: Assoziation von Füllhöhenschwankungen mit Abständen zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren
S3: Wiederholen des Simulationsschritts und des Assoziationsschritts
S4: Vergleichen der simulierten Füllhöhenschwankungen

T: Transportrichtung
L: Länge
D: Spalt
d1: erster Abstand
d2: zweiter Abstand
d3: dritter Abstand
M: Mittenbereich
V: vorderer Bereich
H: hinterer Bereich
R: Rotationsachse

Claims

Rollenanordnung (10, 10a, 10b) für den Horizontalabschnitt (20), einer Gießanlage (30), insbesondere einer Dünnbrammenanlage, mit einer Mehrzahl an in einer Transportrichtung (T) hintereinander angeordneten Rollenpaaren (12, 12a) aus jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen (14, 14a), wobei der Abstand (d₁, d₂) zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren (12) innerhalb der Rollenanordnung (10, 10a, 10b) variiert.
Rollenanordnung (10, 10a, 10b) nach Anspruch 1, wobei innerhalb der Rollenanordnung (10, 10a, 10b) wenigstens drei verschiedene Abstände (d₁, d₂, d₃) zwischen jeweils zwei benachbarten Rollenpaaren (12, 12a) vorgesehen sind.
Rollenanordnung (10, 10a, 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine vorgegebene Verteilung der Abstände (d₁, d₂, d₃) zwischen benachbarten Rollenpaaren (12, 12a), wobei gemäß der Verteilung in einem Mittenbereich (M) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b) der größte Abstand (d₃) vorgesehen ist.
Rollenanordnung (10, 10a, 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine vorgegebene Verteilung der Abstände (d₁, d₂, d₃) zwischen benachbarten Rollenpaaren (12, 12a), wobei gemäß der Verteilung in einem bezüglich der Transportrichtung (T) vorderen Bereich (V) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b) der Abstand (d₁) zwischen wenigstens zwei Rollenpaaren (12) kleiner ist als in einem Mittenbereich (M) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b).
Rollenanordnung (10, 10a, 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine vorgegebene Verteilung der Abstände (d₁, d₂, d₃) zwischen benachbarten Rollenpaaren (12, 12a), wobei gemäß der Verteilung in einem bezüglich der Transportrichtung (T) hinteren Bereich (H) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b) der Abstand (d₂) zwischen wenigstens zwei Rollenpaaren (12) kleiner ist als in einem Mittenbereich (M) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b).
Rollenanordnung (10, 10a, 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei gleichartige Rollenpaare (12) in einem bezüglich der Transportrichtung (T) vorderen Bereich (V) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b) enger angeordnet sind als in einem bezüglich der Transportrichtung (T) hinteren Bereich (H) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b).
Rollenanordnung (10, 10a, 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei verschiedene Abstände (d₁, d₂) zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren (12) um 5 mm bis 50 mm gestuft sind.
Horizontalabschnitt, (20) einer Gießanlage (30), insbesondere einer Dünnbrammenanlage, mit einer Mehrzahl an in einer Transportrichtung (T) hintereinander angeordneten Rollenanordnungen (10, 10a, 10b), wobei wenigstens eine erste der Rollenanordnungen (10a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Horizontalabschnitt (20) nach Anspruch 8, wobei wenigstens eine zweite der Rollenanordnungen (10b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist und sich die Variation des Abstands (d₁, d₂) in der wenigstens einen ersten Rollenanordnung (10a) von der Variation des Abstands (d₁, d₂) in der wenigstens einen zweiten Rollenanordnung (10b) unterscheidet.
Horizontalabschnitt (20) nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Rollenanordnung (10a, 10b) in Transportrichtung (T) die gleiche Länge (L) aufweisen.
Horizontalabschnitt (20) nach Anspruch 9 oder 10, wobei mehrere erste Rollenanordnungen (10a) und mehrere zweite Rollenanordnungen (10b) abwechselnd angeordnet sind.
Gießanlage (30), insbesondere Dünnbrammenanlage, mit einem Horizontalabschnitt, (20) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11.
Verfahren (100) zum Optimieren einer Rollenanordnung (10, 10a, 10b) für den Horizontalabschnitt (20) einer Gießanlage (30), insbesondere einer Dünnbrammenanlage, aufweisend:
- in einem Simulationsschritt (S1), Simulieren von Füllhöhenschwankungen in einer Kokille (32) einer Gießanlage (30) auf Grundlage eines Anlagenmodells, in welchem ein Horizontalabschnitt (20) der Gießanlage (30) eine Rollenanordnung (10, 10a, 10b) mit einer Mehrzahl an in einer Transportrichtung (T) hintereinander angeordneten Rollenpaaren (12, 12a) aus jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen (14, 14a) aufweist;

- in einem Assoziationsschritt (S2), Assoziieren der simulierten Füllhöhenschwankungen mit Abständen (d₁, d₂) zwischen jeweils zwei gleichartigen Rollenpaaren (12) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b);

- Wiederholen (S3) des Simulationsschritts (S1) und des Assoziationsschritts (S2) für wenigstens einen geänderten Abstand (d₁, d₂) zwischen zumindest zwei gleichartigen Rollenpaaren (12) der Rollenanordnung (10, 10a, 10b); und

- Vergleichen (S4) aller simulierten Füllhöhenschwankungen.