EP4709543A1

EP4709543A1 - Hydrauliksystem für eine stranggiessanlage

Info

Publication number: EP4709543A1
Application number: EP24725187.9A
Authority: EP
Inventors: Christian ENZINGER; Manfred Haslinger
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2023-05-11
Filing date: 2024-05-08
Publication date: 2026-03-18
Also published as: WO2024231480A1; CN121175133A; EP4461434A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Stranggießtechnik und beschreibt ein Hydrauliksystem und eine Stranggießanlage. Das Hydrauliksystem umfasst eine Hydraulikstation (1), welcher zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) nachgeschaltet ist, der am Ausgang einen Hochdruck ausgeben kann. Dabei ist zumindest eine Ventilanordnung (5b) mit einem Ausgang des Druckverstärkers mit Regeleinrichtung (8) verbunden und die Ventilanordnung (5b) kann einen nachgeschalteten Hydraulikaktuator (5a) mit Hochdruck versorgen. Die Stranggießanlage beinhaltet das Hydrauliksystem, umfassend eine Hydraulikstation (1) zur Bereitstellung eines Betriebsdruckes, sowie mehrere Strangführungseinheiten zur Strangführung und/oder Dickenreduktion eines Gießstrangs, welche (Hydraulikaktuatoren 5a) zur Verstellung des Gießspalts aufweisen. Dabei ist der Hydraulikstation zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) nachgeschaltet, der an Eingang mit dem Betriebsdruck versorgt wird und am Ausgang einen Hochdruck ausgeben kann. Zumindest eine Strangführungseinheit mit zumindest einem Hydraulikaktuator (5a) ist über eine vorgeschaltete Ventilanordnung (5b) mit einem Ausgang des Druckverstärkers mit Regeleinrichtung (8) verbunden.

Description

Beschreibung

Bezeichnung der Erfindung

HYDRAULIKSYSTEM FÜR EINE STRANGGIESSANLAGE

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Stranggießtechnik und beschreibt ein Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage. Das Hydrauliksystem umfasst eine Hydraulikstation zur Versorgung von Verbrauchern mit einem Betriebsdruck. Weiters beschreibt die Erfindung eine Stranggießanlage. Diese umfasst mehrere Stranggießsegmente oder Treiber, im Folgenden auch Strangführungseinheiten genannt, zur Strangführung und/oder Dickenreduktion eines Gießstrangs. Die Strangführungseinheiten weisen jeweils mindestens einen Verbraucher auf, wobei jeder Verbraucher mindestens einen Hydraulikaktuator zur Verstellung des Gießspalts beinhaltet.

Stand der Technik

Die Stranggießanlage beinhaltet eine Hydraulikstation, welche die Strangführungseinheiten mit einem Betriebsdruck versorgt. Mit diesem Betriebsdruck werden die Hydraulikaktuatoren über eine Hydraulikschaltung so angesteuert, dass ein bestimmter Gießspalt geregelt wird. Dabei wird die Dicke der Gießspalts gemessen und der Messwert einer Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt, welche die Hydraulikschaltung so ansteuert, dass ein bestimmter Sollwert erreicht wird. Die Vorgabe des Sollwerts erfolgt durch eine übergeordnete Anlagensteuerung mit integriertem Prozessmodell. Die Vorgabe des Gießspalts erfolgt entsprechend der Schrumpfung des Strangs durch dessen Abkühlung mit fortschreitender Gießlänge. Die zur Strangstützung nötigen Kräfte sind abhängig vom Gießformat und ergeben sich aus dem hydrostatischen Druck des Flüssigmetalls im Strang und einer durch den Stützrollenabstand und die Strangbreite definierten Bezugsfläche sowie den Richtkräften, also jenen Kräften, die die plastische Verformung des Strangs bewirken. Eine zusätzliche Anforderung stellt die sogenannte .soft reduction' dar. Hier wird an der Stelle, an der die vollständige Durcherstarrung des Gießstranges, entsprechend Rechenmodell, erreicht ist, der Anpressdruck der Strangführungsrollen erhöht. Diese Maßnahme führt zu einer Verbesserung der Innenqualität des Gießprodukts. Aus FR 2 652 020 ist eine Stranggussanlage mit Kokille und Kühlvorrichtung bekannt, bei der der dort, wo die vollständige Erstarrung des Gießstrangs erfolgt, eine Vorrichtung zur Dickenreduzierung vorhanden ist. Diese besteht aus Führungsrollen und mindestens einen Rahmen, um eine Verringerung der Dicke Gießstrangs während des Durchlaufs zu bewirken. Um die Durchbiegung der Führungsrollen zu limitieren, kommen mit einem Druckverstärker ausgestattete Hydraulikzylinder zur Anwendung. Die Druckverstärker umfassen einen Kreislauf zur Druckbeaufschlagung eines Sekundärfluids in einer Hilfskammer, die durch einen Druckverstärkerkolben verschlossen ist, der in axialer Richtung verschiebbar montiert ist und zwei gegenüberliegende Flächen unterschiedlicher Größe aufweist. Jeweils eine große Fläche der Hilfskammer, die dem Druck des Sekundärfluids ausgesetzt ist, und eine kleine Fläche, auf die der Druck in der Kammer des Hydraulikzylinders wirkt. Das Hydrauliksystem umfasst auch Mittel zur Regelung der Durchbiegung der Rollen.

Aus DE 101 60636 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Gießspaltes an einer Strangführung einer Stranggießanlage sowie eine Stranggießanlage zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Der Gießspalt wird vor Gießbeginn gemäß einem idealen Verlauf der Strangdicke über die Länge der Strangführung eingestellt und nach Gießbeginn wird für die Einstellung des Gießspaltes unter Betriebsbelastung die Betriebsbelastung rechne risch bestimmt. Diese Betriebsbelastung sowie den Gießspalt beeinflussende Steifigkeiten von Bauteilen der Strangführung werden zur Berechnung von Korrekturwerten für die Einstellung des Gießspaltes berücksichtigt.

Aus DE 32 28494 ist ein Druckverstärker gezeigt, dessen Aufgabe es ist, den im Gasoder Druckluftnetz vorhandenen Druck auf einen höheren Druck zu verdichten.

Bei der sogenannten .hard reduction' wird der Anpressdruck der Strangführungsrollen derart erhöht, dass durch einen Walzprozess eine erhebliche Abnahme der Gießdicke erreicht wird. Die dafür nötige plastische Umformung des Gießstrangs erfordert erheblich größere An Stellkräfte, als dies bei Strangführungseinheiten der Fall wäre, deren alleinige Aufgabe die Strangstützung ist. Um diese Kräfte zu erreichen, wird herkömmlicherweise entweder der Betriebsdruck der Hydraulikanlage erhöht und/oder es werden Zylinder mit größerer Kolbenfläche eingesetzt. Aus technischer Sicht bringen die bekannten Maßnahmen erhebliche Nachteile mit sich. Eine Erhöhung des Betriebsdruckes würde die Auslegung der gesamten Anlage betreffen, obwohl dieser erhöhte Betriebsdruck nur von bestimmten Strangführungseinheiten bei bestimmten Gießformaten während bestimmter Zeiträume benötigt wird. Andererseits bringen größere Hydraulikaktuatoren bauraumbedingt konstruktive Nachteile mit sich, bzw. würden zu zusätzlichen Ausführungsformen von Strangführungseinheiten führen. Dies betrifft insbesondere auch den Umbau bestehender Anlagen. Diese technischen Nachteile überwindet die vorliegende Erfindung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stranggießanlage bzw. ein Hydrauliksystem zur Verfügung zu stellen, welches es erlaubt, bei bestimmten Strangführungseinheiten einer Stranggießanlage und/oder während bestimmter Zeiträume prozessbedingt besonders hohe Anstellkräfte der Strangführungsrollen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Hydrauliksystem gelöst, wobei einer Hydraulikstation zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung nachgeschaltet ist, wobei der Druckverstärker mit Regeleinrichtung am Eingang mit dem Betriebsdruck versorgt wird und am Ausgang einen Hochdruck ausgeben kann.

Der mit dem Druckverstärker mit Regeleinrichtung erzeugte Hochdruck wird mit einer Druckmesseinrichtung gemessen und der Druckverstärker wird über eine Regeleinrichtung so angesteuert, dass der Hochdruck innerhalb eines vorgegebenen Bereichs geregelt wird. Der Hochdruck ist größer als der Betriebsdruck und zumindest eine Ventilanordnung ist mit einem dem Ausgang des Druckverstärkers mit Regeleinrichtung verbunden. Die Ventilanordnung kann einen nachgeschalteten Hydraulikaktuator versorgen. Unter der Ventilanordnung wird im Zuge dieser Erfindung mindestens ein Hydraulikventil verstanden, es kann sich aber auch um eine Hydraulikschaltung, die aus mehreren Hydraulikkomponenten aufgebaut ist, handeln.

Unter Hydraulikaktuator kann im Zuge dieser Erfindung ein Hydraulikzylinder verstanden werden, es kann sich aber auch um ein anderes Element handeln, welches den Volumenstrom eines Hydraulikmediums in eine mechanische Bewegung umsetzt.

Die Erfindung ermöglicht es somit, eine Gießspaltverstellung an den Strangführungseinheiten vorzunehmen, wo eine besonders hohe Kraft erforderlich ist, ohne diese Strangführungseinheiten mit Zylindern größerer Baugröße auszustatten. Eine solche Gießspaltverstellung unter Aufwendung besonders hoher Kraft wird beispielsweise bei bestimmten Gießformaten und/oder zur Veränderung der Dicke des Gießprodukts während des Stranggießprozesses, der sogenannten .hard reduction' durchgeführt. Die Anordnung des Druckverstärkers vor den Hydraulikventilen, welche die Hydraulikaktuatoren ansteuern, erleichtert die Implementierung dynamischer Steuer- und Regelprozesse. Es hat sich gezeigt, dass sich eine direkte Anordnung der Druckverstärker an den Zylindern, wie bei verschiedenen Anwendungen in der Industrie üblich, nachteilig auf die Dynamik der Regelprozesse auswirkt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung betrifft den Umbau bestehender Anlagen. Hier ermöglicht die Anwendung der Druckverstärker ohne Austausch von Hydraulikaktuatoren und/oder Veränderung des Betriebsdrucks eine Erhöhung der Hydraulikkräfte. Darüber hinaus ergeben sich hinsichtlich Anlagenkonstruktion Vorteile aufgrund der Möglichkeit, Zylinder geringerer Baugröße einzusetzen. Dies ermöglicht bei Brammenanlagen Stranggießsegmente geringerer Breite, bzw. bei Stranggießanlagen zur Herstellung von Langprodukten geringere Abstände der Treiber zueinander.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Hochdruck auf einen bestimmten Wert geregelt werden. Dabei wird der erzeugte Hochdruck mit einer Druckmesseinrichtung gemessen und der Druckverstärker über eine Regeleinrichtung angesteuert, dass der Hochdruck innerhalb eines vorgegebenen Bereichs geregelt wird.

Ein besonders bedeutender Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn zumindest ein Druckverstärker auf zumindest einem Stranggießsegment angeordnet ist, und dieser zumindest zwei Hydraulikaktuatoren über dieselbe Ventilanordnung mit Hochdruck versorgt. Hier kann die Druckversorgungsleitung zum jeweiligen Stranggießsegment mit im gebräuchlichen Standard üblichen Betriebsdrücken, beispielsweise 200 bar, erfolgen. Mit dem Hochdruck können mehrere Hydraulikaktuatoren über entsprechende Hydraulikschaltungen versorgt werden. Dieses Prinzip ermöglicht es, Vorteile, welche die Versorgung mit Hochdruck mit sich bringen, wie beispielsweise den Einsatz von Hydraulikaktuatoren geringer Baugröße, zu erzielen.

In einer weiteren Ausführungsform können zur Glättung von Druckverläufen Druckspeicher, beispielsweise Blasenspeicher oder Kolbenspeicher, zur Anwendung kommen. Hiermit ergeben sich Vorteile beim Regelverhalten des Gießspaltreglers.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Druckverstärker auf Basis eines bistabil schwingenden Kolbens ausgeführt, der auf zwei Seiten unterschiedliche Flächen derart aufweist, dass das Flächenverhältnis dieser Flächen die Druckverstärkung bewirkt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Druckverstärker auf Basis von zwei mechanisch verbundenen Hydraulikpumpen, beispielsweise Zahnradpumpen, ausgeführt, wobei die Druckverstärkung durch entsteht, dass die verbunden Pumpen unterschiedliche Fördervolumina je Umdrehung aufweisen und/oder mit einem mechanischen Übersetzungsverhältnis ungleich eins miteinander verbunden sind.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt der vorgegebene Bereich, in dem der Hochdruck geregelt wird, 200 bis 400 bar, bevorzugt 250 bis 350 bar, besonders bevorzugt 270 bis 300 bar. In einer weiteren Ausführungsform kann der Bereich, in dem der Hochdruck geregelt wird, der Regeleinrichtung über einen Eingang vorgegeben werden.

Die Aufgabe wird ebenso durch eine Stranggießanlage gelöst, die mehrere Strangführungseinheiten, beispielsweise Stranggießsegmente zur Strangführung und/oder Dickenreduktion eines Gießstrangs umfasst. Die Strangführungseinheiten weisen jeweils mindestens einen Verbraucher auf, wobei jeder Verbraucher mindestens einen Hydraulikaktuator zur Verstellung eines Gießspalts beinhaltet.

Dabei ist zumindest eine Strangführungseinheit mit zumindest einem Hydraulikaktuator mit dem zuvor beschriebenen Hydrauliksystem, welches in den Ansprüchen 1 - 7 beschrieben ist, verbunden und wird mit Hochdruck versorgt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung auf zumindest einem Stranggießsegment angeordnet. Dabei versorgt dieser zumindest zwei Hydraulikaktuatoren dieses Stranggießsegments über dieselbe Ventilanordnung mit Hochdruck.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen alle Strangführungseinheiten jeweils Hydraulikaktuatoren gleicher Baugröße auf. Kommen beispielsweise Hydraulikzylinder zum Einsatz, so weisen diese in einer Strangführungseinheit jeweils gleiche Wirkflächen auf, und erzeugen somit bei Ansteuerung mit dem gleichen Druck die gleiche Kraft, bzw. beim gleichen Volumenstrom die gleiche Geschwindigkeit.

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 Stranggießsegment, beinhaltend einen Druckverstärker mit Regeleinrichtung, sowie Verbraucher, die mit Hochdruck versorgt werden und ein weiteres Stranggießsegment, dessen Verbraucher direkt mit Betriebsdruck versorgt werden.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Druckverstärkers mit Regeleinrichtung, eine Hydraulikstation sowie Verbraucher, die mit Betriebsdruck versorgt werden und Verbraucher, die mit Hochdruck versorgt werden. Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt zwei Ausführungsbeispiele von Stranggießsegmenten. Das erste Stranggießsegment beinhaltet einen Druckverstärker mit Regeleinrichtung 8, sowie Verbraucher 5, die mit Hochdruck versorgt werden, wiederum beinhaltend eine Ventilanordnung 5b, sowie von dieser angesteuerte Hydraulikaktuatoren 5a. Das zweite Stranggießsegment beinhaltet Verbraucher 6, die mit Betriebsdruck versorgt werden, wiederum beinhaltend eine Ventilanordnung 5b, sowie von dieser angesteuerte Hydraulikaktuatoren 5a. Mit den Hydraulikaktuatoren 5a kann der Gießspalt 7 verstellt werden. Der Hochdruck wird den Verbrauchern 5 die mit Hochdruck versorgt werden nur dann zur Verfügung gestellt, wenn dies erforderlich ist. Ansonsten wird diesen der Betriebsdruck zur Verfügung gestellt. Sobald eine erhöhte Stellkraft erforderlich ist, ist es jederzeit möglich, den Verbrauchern 5 die mit Hochdruck versorgt werden, den Hochdruck, der höher ist als der Betriebsdruck ist, zur Verfügung zu stellen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems für eine Stranggießanlage mit einer Hydraulikstation 1 , einem Druckverstärker mit Regeleinrichtung 8, Verbraucher 5, die mit Hochdruck versorgt werden, sowie Verbraucher 6, die mit Betriebsdruck versorgt werden. Der Druckverstärker mit Regeleinrichtung 8 beinhaltet einen Druckverstärker 4, eine Druckmesseinrichtung 2, eine Regeleinrichtung 3, sowie Hydraulikventile 9. Über einen Eingang 10 kann der Bereich, in dem der Hochdruck geregelt wird, der Regeleinrichtung 3 vorgegeben werden. Diese Komponenten bilden einen Regelkreis, der es ermöglicht, den Druckverstärker 4 derart an- und abzuschalten, dass den Verbrauchern, die mit Hochdruck versorgt werden, ein Hochdruck zur Verfügung steht, der einem Sollwert entspricht.

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 Hydrauhkstation

2 Druckmesseinrichtung

3 Regeleinrichtung

4 Druckverstärker

5 Verbraucher die mit Hochdruck versorgt werden

5a Hydraulikaktuator

5b Ventilanordnung

6 Verbraucher die mit Betriebsdruck versorgt werden

7 Gießspalt

8 Druckverstärker mit Regeleinrichtung

9 Hydraulikventil

10 Eingang

Claims

Ansprüche

1. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage, umfassend eine Hydraulikstation (1) zur Versorgung von Verbrauchern (6), welche mit einem Betriebsdruck versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikstation (1) zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) nachgeschaltet ist, wobei der Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) an einem Eingang mit dem Betriebsdruck versorgt wird, und ein mit dem Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) erzeugter Hochdruck mit einer Druckmesseinrichtung (2) gemessen wird und der Druckverstärker (4) über eine Regeleinrichtung (3) so angesteuert wird, dass der Hochdruck innerhalb eines vorgegebenen Bereichs geregelt wird und der Druckverstärker (4) an einem Ausgang einen Hochdruck ausgeben kann, wobei der Hochdruck größer als der Betriebsdruck ist und zumindest eine Ventilanordnung (5b) mit dem Ausgang des Druckverstärkers mit Regeleinrichtung (8) verbunden ist und die Ventilanordnung (5b) einen nachgeschalteten Hydraulikaktuator (5a) versorgen kann.

2. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) derart ausgelegt ist, dass er zumindest zwei Hydraulikaktuatoren (5a) über angesteuerte Hydraulikventile (5b) mit Hochdruck versorgen kann.

3. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Druckverstärkers (4) ein hydraulischer Speicher, beispielsweise ein Blasenspeicher oder ein Kolbenspeicher, angeordnet ist, wobei der Speicher derart ausgestaltet ist, dass eine Glättung der bei der Druckverstärkung auftretenden Druckspitzen des Hochdrucks erfolgt.

4. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) auf Basis eines bistabil schwingenden Kolbens zum Einsatz kommt, der auf zwei Seiten unterschiedliche Flächen derart aufweist, dass das Flächenverhältnis dieser Flächen die Druckverstärkung bewirkt.

5. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) zum Einsatz kommt, der aus zumindest zwei mechanisch verbundenen Hydraulikpumpen, beispielsweise Zahnradpumpen, gebildet wird, wobei die Druckverstärkung durch entsteht, dass die verbunden Pumpen unterschiedliche Fördervolumina je Umdrehung aufweisen und/oder mit einem mechanischen Übersetzungsverhältnis ungleich eins miteinander verbunden sind.

6. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Bereich, in dem der Hochdruck geregelt wird, 200 bis 400 bar, bevorzugt 250 bis 350 bar, besonders bevorzugt 270 bis 300 bar beträgt.

7. Hydrauliksystem für eine Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich, in dem der Hochdruck geregelt wird, der Regeleinrichtung (3) über einen Eingang (10) vorgegeben werden kann.

8. Stranggießanlage umfassend mehrere Strangführungseinheiten, beispielsweise Stranggießsegmente zur Strangführung und/oder Dickenreduktion eines Gießstrangs, wobei die Strangführungseinheiten jeweils mindestens einen Verbraucher aufweisen, wobei jeder Verbraucher mindestens einen Hydraulikaktuator (5a) zur Verstellung eines Gießspalts (7) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strangführungseinheit mit zumindest einem Hydraulikaktuator (5a) über ein Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verbunden ist und mit Hochdruck versorgt wird.

9. Stranggießanlage nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Druckverstärker mit Regeleinrichtung (8) auf zumindest einem Stranggießsegment angeordnet ist, und dieser zumindest zwei Hydraulikaktuatoren (5a) dieses Stranggießsegments über dieselbe Ventilanordnung (5b) mit Hochdruck versorgt.

10. Stranggießanlage nach einem der Ansprüche 8 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführungseinheiten jeweils Hydraulikaktuatoren (5a) gleicher Baugröße aufweisen.