WO1994005449A1 - Einrichtung zum messen der reibkraft in einer stranggiesskokille - Google Patents

Einrichtung zum messen der reibkraft in einer stranggiesskokille Download PDF

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WO1994005449A1
WO1994005449A1 PCT/EP1993/002198 EP9302198W WO9405449A1 WO 1994005449 A1 WO1994005449 A1 WO 1994005449A1 EP 9302198 W EP9302198 W EP 9302198W WO 9405449 A1 WO9405449 A1 WO 9405449A1
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mold
holding members
measuring
elastic
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Franciszek Kawa
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the frictional force between a strand shell and mold walls according to the preamble of claim 1.
  • EP-OS 0 044 291 which forms the preamble, a device for measuring the frictional force between a strand shell and mold walls is known, the mold walls being attached to and supported by a support frame enclosing the mold cavity.
  • the unit consisting of the mold walls and the supporting frame is supported on the oscillating mold table by means of several pressure measuring cells.
  • pressure measuring cells During the oscillation movement of such plate molds weighing several tons, high acceleration and deceleration forces arise, which are measured in addition to the frictional force in the pressure cells.
  • Additional accelerometers with electrical subtraction circuits are therefore attached to the support frame of such molds and attempt to detect and eliminate these accelerations and decelerations.
  • Such measuring devices for the frictional forces between the strand surface and the mold walls are not only expensive to purchase and maintain, they are also imprecise because the frictional forces in such oscillating molds are very small on the one hand and not on the other hand compared to the acceleration and deceleration forces are in phase. If, for example, adhesion processes occur between the mold and the cast strand, the mass forces increase sharply compared to the mass forces measured in idle mode.
  • the invention has for its object to eliminate the disadvantages mentioned and to provide a device for measuring the frictional forces, which can dispense with acceleration transducers with their subtracting circuit and which can measure the friction with a minimum of falsifying influence signals. Otherwise, it should be easy to assemble and install and maintain.
  • the device according to the invention for measuring the frictional force it is possible to dispense with acceleration sensors and a subtraction circuit. Due to the inventive suspension of the mold walls or a mold tube by means of elastic holding members on the supporting frame, the inertial forces that arise during oscillation are several times smaller than in the prior art solutions. The only disturbing variables are the inertial forces of the mold tube alone and the Frictional forces at the guide and sealing points between the mold tube and the support frame must be taken into account.
  • a particularly advantageous embodiment sees a distance sensor sor, preferably from an inductive displacement sensor, which is attached to the support frame.
  • strain gauges themselves can be arranged on the holding members.
  • Various types of construction of continuous casting molds are known in the prior art, which offer a possibility of hanging mold walls according to the invention. The invention can be used particularly advantageously in tubular molds.
  • the elastic holding members can be placed in several places over the length of the mold.
  • the arrangement of the elastic holding members on the pouring side above the target bath level is particularly advantageous with regard to thermal expansion and thermal stress on the copper wall.
  • the distribution of the friction over the strand circumference or the symmetrical distribution according to one or two axes of symmetry arranged transversely to one another are also of interest.
  • the four measuring devices can be electrically connected to a computer which calculates the symmetry of the friction within the mold.
  • the four measuring devices can also be electrically connected in series to form a common resistance or inductive measuring bridge. With a round mold tube, three holding members are usually sufficient.
  • the design of the elastic holding members can also be carried out in many ways. It is possible, for example, to design these as tension, compression, bending or shear bars. The is particularly advantageous Design as a double bending beam.
  • a rigid support member to each elastic holding member, which, after exceeding a predetermined deformation of the elastic holding member, provides rigid support the Kokil ⁇ lenwand ensures on the support frame.
  • FIG. 3 shows a section through the mold along line III-III of FIG. 1.
  • FIGS. 1 and 3 show a billet or bloom mold with a mold tube 2 made of copper for a continuous steel casting plant.
  • the mold tube 2 has four mold walls 3, 3 ', 3' 1 , which enclose a mold cavity 4.
  • the mold walls 3, 3 1 , 3 * 'or the mold tube 2 are or is suspended from a support frame consisting of an upper and lower flange 6, 6' and a jacket tube 7. Between the support frame (6, 6 ', 7) and the mold walls 3, 3', 3 1 'are elastic holding members 8, 8 ', 8 1 ' for the mold walls 3, 3 ', 3' 1 arranged.
  • These elastic holding members 8 - 8 ′′ are fastened on the one hand to the upper flange 6 with screws and engage with a spring part 5 without play in a groove 11, so that the mold wall is suspended from the supporting frame.
  • the elastic holding members 8 allow the mold tube 2 to make small movements in the strand running direction 9. These movements are essentially caused by the friction between the strand shell and the mold walls.
  • the mold walls 3 or the mold tube 2 are slidably guided on a seal 10 with minimal resistance during the movements and during the thermal expansion.
  • strain gauges 12 themselves are provided on the holding members 8, which are connected via a line 13 to an amplifier 14, signal processing and a display 15.
  • each of them is provided with strain gauges 12 and the four measuring outputs are connected to a common resistance or inductive measuring bridge. If desired, the signals of the individual measurement outputs can also be connected to a computer which calculates and displays the symmetry of the friction within the mold.
  • the elastic holding members 8, 8 ', 8' ' are designed as double bending beams in this example. But they could also be provided as tension, compression or shear bars.
  • rigid support members 17, 17' are additionally arranged. These support members 17 engage with an appropriately selected play in the grooves 11 of the mold tube 2. If the elastic deformation of the holding members 8 reaches a predetermined limit, the rigid supporting members 17 take over the further supporting force and thus protect the holding members 8.
  • a soft seal with good sliding properties can be used to reduce the friction in the seal 10 on the lower flange 6 *. If a seal with a hollow cross section is selected, relatively hard silicone materials with good sliding properties can also be selected, for example.
  • the elastic holding member 28 shows an identical mold structure, but with a different measuring device for the deformation of the elastic holding member 28. It consists of a distance sensor 29, preferably in the form of an inductive displacement sensor, which is attached to the support frame or to the upper flange 30. Furthermore, it can be seen in this figure that the elastic holding member 28 is arranged on the pouring side above the target bath level 31.

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Abstract

Eine Einrichtung zum Messen der Reibkräfte zwischen einer Strangschale und Kokillenwänden soll vereinfacht werden. Insbesondere soll auf Beschleunigungsaufnehmer und zusätzliche Subtrahierschaltungen verzichtet und die Reibung mit einem Minimum an verfälschenden Einflussignalen gemessen werden. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, zwischen einem Tragrahmen, bestehend aus Flanschen (6, 6') und einem Mantelrohr (7) und Kokillenwänden (3) elastische Halteglieder (8) für die Kokillenwände (3) anzuordnen. Die Kokillenwände (3) sind dabei für Bewegungen in Stranglaufrichtung (9) am Tragrahmen geführt, und die elastische Deformation der Halteglieder (8) kann gemessen und einem Anzeigegerät (15) zugeführt werden.

Description

Einrichtung zum Messen der Reibkraft in einer Strang- giesskokille
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Reibkraft zwischen einer Strangschale und Kokillenwänden gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist bekannt, die Reibkräfte zwischen einem Strang und Kokillenwänden zu messen, um daraus Schlüsse für den Ver¬ fahrensablauf zu ziehen, insbesondere zur üeberwachung der Reibung bzw. der Schmierung zwischen der Strangkruste und den Kokillenwänden, sowie von Störfällen innerhalb der Kokille.
Aus EP-OS 0 044 291, die den Oberbegriff bildet, ist eine Einrichtung zum Messen der Reibkraft zwischen einer Strang¬ schale und Kokillenwänden bekannt, wobei die Kokillenwände an einem den Formhohlraum umschliessenden Tragrahmen befe¬ stigt sind und von diesem getragen werden. Die aus den Kokillenwänden und dem Tragrahmen bestehende Einheit wird über mehrere Druckmessdosen auf dem oszillierenden Kokil¬ lentisch abgestützt. Während der Oszillationsbewegung solcher mehrere Tonnen schweren Plattenkokillen entstehen hohe Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte, die neben der Reibkraft in den Druckmessdosen gemessen werden. Es sind deshalb am Tragrahmen solcher Kokillen zusätzliche Beschleunigungsaufnehmer mit elektrischen Subtrahierschal¬ tungen angebracht, die diese Beschleunigungen und Verzöge¬ rungen zu erfassen und auszumerzen versuchen. Solche Messeinrichtungen für die Reibkräfte zwischen der Strangoberfläche und den Kokillenwänden sind nicht nur aufwendig in der Anschaffung und dem Unterhalt, sie sind auch ungenau, weil die Reibkräfte in solchen oszillieren¬ den Kokillen gegenüber den Beschleunigungs- und Verzöge¬ rungskräften einerseits sehr klein und anderseits nicht phasengleich sind. Treten z.B. Haftvorgänge zwischen Kokil¬ le und dem gegossenen Strang auf, so steigen die Massen¬ kräfte gegenüber den im Leerlauf gemessenen Massenkräften stark an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile auszuschalten und eine Einrichtung zum Messen der Reibkräfte zu schaffen, die auf Beschleunigungsaufneh¬ mer mit ihrer Subtrahierschaltung verzichten kann und die die Reibung mit einem Minimum an verfälschenden Einflusssi¬ gnalen zu messen vermag. Im übrigen soll sie einfach im Auf- und Einbau sowie im Unterhalt sein.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die Summe der Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemässen Einrichtung zum Messen der Reibkraft ist es möglich, auf Beschleunigungsaufnehmer und auf eine Subtrahierschaltung zu verzichten. Durch die erfindungsgemässe Aufhängung der Kokillenwände bzw. eines Kokillenrohres durch elastische Halteglieder am Tragrahmen sind die Massenkräfte, die beim Oszillieren entstehen, um ein Mehrfaches kleiner als bei den Stand der Technik Lösun¬ gen. Als Störgrössen sind nur noch die Massenkräfte des Kokillenrohres allein und die Reibungskräfte an den Füh- rungs- und Abdichtstellen zwischen dem Kokillenrohr und dem Tragrahmen zu berücksichtigen.
Zur Messung von elastischen Deformationen sind im Stand der Technik verschiedene Messgeräte bekannt. Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht einen Abstandssen- sor, vorzugweise aus einem induktiven Weggeber, vor, der am Tragrahmen befestigt ist. Im Sinne eines weiteren Aus¬ führungsbeispieles können an den Haltegliedern selbst Dehnungsmessstreifen (DMS) angeordnet werden. Es sind verschiedene Konstruktionsarten von Stranggiesskokillen im Stand der Technik bekannt, die eine Möglichkeit bieten, Kokillenwände erfindungsgemäss aufzuhängen. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung bei Rohrkokillen anwenden.
Die Plazierung der elastischen Halteglieder ist, über die Kokillenlänge gesehen, an mehreren Stellen möglich. Beson¬ ders vorteilhaft bezüglich Wärmeausdehnung und Wärmebela¬ stung der Kupferwand ist die Anordnung der elastischen Halteglieder auf der Eingiessseite oberhalb der Sollbad¬ spiegelhöhe.
Neben einem Gesamtreibungswert interessiert auch die Auf¬ teilung der Reibung über den Strangumfang oder die symme¬ trische Verteilung nach einer oder zwei quer zueinander angeordneten Symmetrieachsen. Gemäss einem weiteren Ausfüh¬ rungsbeispiel wird vorgeschlagen, über den Umfang einer rechteckigen Rohrkokille mindestens vier elastische Halte¬ glieder zu verteilen und diese mit je einer Messeinrich¬ tung zu verbinden. Im weiteren können die vier Messeinrich¬ tungen elektrisch mit einem Rechner verbunden werden, der die Symmetrie der Reibung innerhalb der Kokille errechnet. Im Sinne einer Variante zur Bestimmung der mittleren Reib¬ kraft können die vier Messeinrichtungen auch seriell zu einer gemeinsamen Widerstands- oder Induktivmessbrücke elektrisch verbunden werden. Bei einem runden Kokillenrohr genügen in der Regel drei Halteglieder.
Auch die Ausgestaltung der elastischen Halteglieder kann nach vielen Varianten vorgenommen werden. So ist es bei¬ spielsweise möglich, diese als Zug-, Druck-, Biege- oder Scherstäbe auszubilden. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung als Doppelbiegebalken. Um bei einem Stör¬ fall, wie beispielsweise einem Kokillenhänger oder Kokil¬ lenüberlauf, die elastischen Halteglieder vor Zerstörung zu schützen, wird zusätzlich vorgeschlagen, jedem elasti¬ schen Halteglied ein starres Stützglied zuzuordnen, das nach Ueberschreitung einer vorbestimmten Deformation des elastischen Haltegliedes eine starre Abstützung der Kokil¬ lenwand am Tragrahmen sicherstellt.
Von Bedeutung ist auch die Reduktion der Reibung der Dich¬ tungen zwischen den Kokillenwänden bzw. dem Kokillenrohr und dem Tragrahmen. Im Sinne eines weiteren Ausführungsbei¬ spieles wird zusätzlich vorgeschlagen, diese Abdichtung aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und mit einem hohlen Querschnitt zu wählen.
Im nachfolgenden soll anhand von Beispielen die Erfindung zusätzlich erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Kokille ge¬ mäss Linie I-I von Fig. 3,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein weiteres Bei¬ spiel einer teilweise dargestellten Kokille und
Fig. 3 einen Schnitt durch die Kokille gemäss Linie III-III von Fig. 1.
In den Figuren 1 und 3 ist eine Knüppel- oder Bloomkokille mit einem Kokillenrohr 2 aus Kupfer für eine Stahlstrang- giessanlage dargestellt. Das Kokillenrohr 2 hat vier Kokil¬ lenwände 3, 3', 3'1, die einen Formhohlraum 4 umschlies- sen. Die Kokillenwände 3, 31, 3*' bzw. das Kokillenrohr 2 sind bzw. ist an einem Tragrahmen, bestehend aus einem oberen und unteren Flansch 6, 6' und einem Mantelrohr 7 aufgehängt. Zwischen dem Tragrahmen (6, 6',7) und den Kokillenwänden 3, 3', 31' sind elastische Halteglieder 8, 8', 81' für die Kokillenwände 3, 3', 3'1 angeordnet. Diese elastischen Halteglieder 8 — 8' ' sind einerseits am oberen Flansch 6 mit Schrauben befestigt und greifen mit einem Federteil 5 spiellos in eine Nut 11 ein, so dass die Kokil¬ lenwand am Tragrahmen aufgehängt ist. Die elastischen Halteglieder 8 erlauben dem Kokillenrohr 2 kleine Bewegun¬ gen in Stranglaufrichtung 9. Diese Bewegungen werden im wesentlichen durch die Reibung zwischen Strangschale und den Kokillenwänden verursacht. Neben der elastischen Auf¬ hängung 8 sind die Kokillenwände 3 bzw. ist das Kokillen¬ rohr 2 während den Bewegungen und bei der thermischen Ausdehnung an einer Dichtung 10 mit minimalem Widerstand gleitend geführt. Für eine Messung der elastischen Deforma¬ tion sind an den Haltegliedern 8 selbst Dehnungsmessstrei¬ fen 12 vorgesehen, die über eine Leitung 13 mit einem Verstärker 14, einer Signalverarbeitung und einer Anzeige 15 verbunden sind.
Wie am besten in Fig. 3 erkennbar ist, sind über den Um¬ fang des Kokillenrohres 2 vier elastische Halteglieder 8 gleichmässig verteilt. Jedes davon ist mit Dehnungsmess¬ streifen 12 versehen und die vier Messausgänge sind an einer gemeinsamen Widerstands- oder Induktivmessbrücke angeschlossen. Wenn erwünscht, können die Signale der einzelnen Messausgänge auch mit einem Rechner verbunden werden, der die Symmetrie der Reibung innerhalb der Kokil¬ le errechnet und anzeigt.
Die elastischen Halteglieder 8, 8', 8'' sind in diesem Beispiel als Doppelbiegebalken ausgeführt. Sie könnten aber auch als Zug-, Druck- oder Scherstäbe vorgesehen werden.
Zum Schutz der Halteglieder 8 - 81' im Sinne einer Ueber- lastsicherung sind zusätzlich starre Stützglieder 17, 17' angeordnet. Diese Stützglieder 17 greifen mit entsprechend gewähltem Spiel in die Nuten 11 des Kokillenrohres 2 ein. Erreicht die elastische Deformation der Halteglieder 8 eine vorbestimmte Grenze, übernehmen die starren Stützglie¬ der 17 die weitere Stützkraft und schützen damit die Halte¬ glieder 8.
Zur Verkleinerung der Reibung bei der Dichtung 10 am unte¬ ren Flansch 6* kann eine weiche Dichtung mit guten Gleitei¬ genschaften verwendet werden. Wird eine Dichtung mit hoh¬ lem Querschnitt gewählt, so können beispielweise auch re¬ lativ harte Silikonmaterialien mit guten Gleiteigenschaf¬ ten gewählt werden.
In Fig. 2 ist ein identischer Kokillenaufbau, jedoch mit einer unterschiedlichen Messeinrichtung für die Deforma¬ tion des elastischen Haltegliedes 28, dargestellt. Sie be¬ steht aus einem Abstandssensor 29, vorzugsweise in der Form eines induktiven Weggebers, der am Tragrahmen bzw. am oberen Flansch 30 befestigt ist. Im weiteren ist in dieser Figur erkennbar, dass das elastische Halteglied 28 auf der Eingiessseite oberhalb der Sollbadspiegelhδhe 31 angeord¬ net ist.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E
1. Einrichtung zum Messen der Reibkraft zwischen einer Strangschale und Kokillenwänden, wobei die Kokillen¬ wände (3 - 3*') an einem den Formhohlraum (4) um- schliessenden Tragrahmen (6, 6', 7) befestigt und von diesem getragen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Tragrahmen (6, 6', 7) und den Kokillen¬ wänden (3 - 3'') ein oder mehrere elastische Halte¬ glieder (8, 8', 8") für die Kokillenwände (3, 3', 3'') angeordnet, die Kokillenwände (3, 3', 3") im übrigen für Bewegungen in Stranglaufrichtung (9) am Tragrahmen geführt sind und dass für die elastischen Deformationen der Halteglieder (8, 8', 81') Messein¬ richtungen (12, 29) mit Anzeigegeräten (15) vorgese¬ hen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen für die elastische Deforma¬ tion der Halteglieder (28) aus Abstandssensoren, vor¬ zugsweise aus induktiven Weggebern (29) , bestehen, die am Tragrahmen befestigt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtungen für die elastische Deforma¬ tion an den Haltegliedern (8) selbst Dehnungsmess¬ streifen (12) angeordnet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenwände (3, 3', 3'') einer Rohrkokille (2) zugeordnet sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Halteglieder (8, 28) auf der Eingiesεεeite oberhalb der Sollbadspiegel¬ höhe (31) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass über den Umfang einer rechteckigen Rohrkokille (2) mindestens vier elastische Halteglie¬ der (8) verteilt und diese mit je einer Messeinri¬ chtung (12, 29) verbunden sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Messeinrichtungen (12, 29) zu einer gemeinsamen Widerstands- oder Induktivmessbrücke elektrisch verbunden sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Messeinrichtungen (12, 29) elektrisch mit einem Rechner verbunden sind, der die Symmetrie der Reibung innerhalb der Kokille errechnet.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Halteglieder (8, 28) als Doppelbiegebalken ausgeführt sind.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Halteglieder (8, 28) als Zug-, Druck-, Biege- oder Scherstäbe ausgebil¬ det sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem elastischen Halteglied (8, 28) ein starres Stützglied (17) zugeordnet ist, das nach Ueberschreitung einer vorbestimmten Deformation des elastischen Haltegliedes (8, 28) eine starre Abstützung zwischen der Kokillenwand (3) und dem Tragrahmen sicherstellt.
PCT/EP1993/002198 1992-09-02 1993-08-18 Einrichtung zum messen der reibkraft in einer stranggiesskokille WO1994005449A1 (de)

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