DE60034273T2

DE60034273T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen eines Metallstranges

Info

Publication number: DE60034273T2
Application number: DE60034273T
Authority: DE
Inventors: Ronald E. Coraopolis Ashburn
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2020-07-15
Also published as: DE60034273D1; US6470957B1; EP1068914B1; US6568459B2; ATE359140T1; DE10033307C2; DE10033307A1; EP1068914A1; US20020189782A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen eines Metallstranges, insbesondere aus Stahl, in einer Stranggussvorrichtung mit Ständerteilen, die einander gegenüber angeordnet sind und mit Lagern ausgestattet sind, in welchen Führungswalzen angebracht sind, und mit Stellgliedern, durch welche der Spalt zwischen jeweiligen entsprechend angeordneten Walzen unbegrenzt variabel eingestellt werden kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Während des Stranggießens, zum Beispiel von rechtwinkligen Formaten, ist der Spalt, das heißt, der Freiraum zwischen zwei einander gegenüberliegenden Walzen so eingestellt, dass dieser mit dem Schwindungsverhalten des in die Bramme oder den Block geformten Strang über die Länge der Maschine korrespondiert. In einer sogenannten sanften Reduktion wird der Spalt schmaler eingestellt, als das Schwindungsverhalten des Stranges fortschreitet, um eine Verbesserung der inneren Qualität, insbesondere der Bramme, im Bereich der Resterstarrung zu erreichen. Da sich die Position des tiefsten Punktes der flüssigen Ansammlung, in welcher die Resterstarrung stattfindet, während des Betriebs verändern kann, ist eine Anpassung des freien Walzenabstandes während des Gießverfahrens erwünscht.
Das US Patent Nr. 4,131,154 ( EP 0 618 024 ) offenbart eine Strang-Führeinrichtung in einer Stranggussvorrichtung zur Produktion von Brammen, insbesondere durch das Strangguss- und Walzverfahren, mit Walzen, die einander paarweise gegenüberliegen und welche auf unterschiedliche Strangdicken eingestellt werden können. Die Walzen sind in einem Rahmen oder Ständerteilen der Strang-Führungseinrichtung montiert, welche durch Verbindungsstangen miteinander verbunden sind, und Abstandhalter sind im Kräftefluss zwischen dem oberen und unteren Rahmenteil angeordnet. Auf den Rahmenteilen ist ein Ringkolben vorgesehen, welcher den Abstandhalter kraftschlüssig abstützt, und der Einstellweg des Ringkolbens ist so bemessen, dass im druckentlasteten Zustand der Ringkolben die Ständerteile in einem Abstand zwischen den Walzen festlegt, welcher der gewünschten Strangdicke entspricht. Die Strang-Führungseinrichtung ist folglich in der Lage, die Führungswalzen in drei definierten Positionen einzustellen, insbesondere während des Stranggießens und -walzens dünner Brammen im teilerstarrten Bereich.
Die EP 0 545 104 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen von Brammen oder Blöcken in einer Stranggussanlage mit einem sanften Reduktionsweg, welcher Walzen aufweist, die in Bezug zueinander einzeln oder abschnittsweise mithilfe von Hydraulikzylindern einstellbar sind und in Bezug zueinander bezüglich ihres freien Abstandes (Spaltbreite) mithilfe von Spindeln stufenlos einstellbar sind, wodurch diese Einstellkraft während des Gießens reduziert wird und die Spindeln mit reduzierter Last bis zu einer gewünschten spaltbreiten Abmessung angetrieben werden. Um dieses Verfahren durchzuführen, werden die Spindeln auf Druckelementen abgestützt, welche kontinuierlich die Einstellkraft messen und mit einem Stellantrieb verbunden sind.
Während in der ersten erwähnten Druckschrift ausschließlich der Verstellung Beachtung geschenkt wird, das heißt, dem Abstand der Standardteile, und folglich indirekt dem freien Abstand der Walzen, ist in der zweiten Druckschrift die zum Zusammendrücken des Ständers erforderliche Kraft bereits ein Gesichtspunkt. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die als Spindeln ausgebildeten Verbindungsstangen auf Druckzellen abgestützt. In einem weiteren Beispiel wird der Hydraulikdruck der Einstellzylinder erfasst. In beiden Ausführungsformen wird jedoch die Kraft ausschließlich nur indirekt erfasst, wobei häufig auch ein mathematisches Modell als Basis für die Reproduktion der Bedingungen in der Strangschale verwendet wird.
In dem Kraftflusssystem, welches die Walze über ihre gesamte Länge einschließt, den Lagern, in welchen die Walzen geführt werden, den Ständerteilen, auf welchen die Lager abgestützt werden und den Verbindungsstangen, welche mechanisch oder hydraulisch bewegt werden, gibt es eine Reihe von Möglichkeiten von Fehlern, welche einen Einfluss auf die auf den Strang ausgeübte Kraft und folglich auf dessen Qualität haben.
Die JP 03248757 offenbart ein Instrument zum Beobachten der Last in den Walzen einer Stranggussmaschine durch Messen einer Einzellasten in den Lagern einer Walze und unter Verwendung dieser für die Diagnose von Rissen in der Walze.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit welcher die tatsächlichen Kraft- und Positionsbedingungen an der Kontaktfläche zwischen der Walze und dem Strang für die Produktion von Brammen, Blöcken oder runden Abschnitten höchster Qualität und Maßgenauigkeit erfasst werden können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Gießen eines Metallstrangs, insbesondere aus Stahl gemäß Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Vorrichtung zum Gießen von Metallsträngen, insbesondere aus Stahl, wie Brammen, Blöcke und runde Abschnitte gemäß Anspruch 8.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die in den Lagern für die Montage der Walzen auftretende Komprimierungskraft erfasst und einer Rechnereinheit zugeführt. In Stranggusseinrichtungen für Brammen werden häufig geteilte Walzen verwendet, so dass es wenigstens ein zentrales Lager gibt.
Die in den Lagern erfassten Messwerte werden in Bezug auf ihre Höhe verglichen und in der Rechnereinheit verarbeitet. In diesem Fall wird wenigstens der höchste Wert als eine Leitgröße zum Steuern der folgenden, für das Stranggussverfahren wesentlichen Messungen verwendet:

– für das geeignete Einstellen des Spalts, das heißt, für den gewünschten freien Abstand der Walzen in Abhängigkeit von ihrer Position in dem strangführenden Ständer und der gegenwärtigen Position des tiefsten Punktes der flüssigen Ansammlung.
– Zum Regulieren der Gießgeschwindigkeit,
– zum Beeinflussen der Menge an Kühlwasser für das Kühlen der Walzen oder der Lager und/oder der Spritzmenge an Kühlwasser,
– zum Einstellen der Schmelzenzuführung unter Berücksichtigung der Schmelzenhöhe in der Gießwanne und insbesondere durch Einstellen der Ausströmrate aus dem Vorratsbehälter oder der Gießpfanne,
– zum Einstellen der Gießpulverzuführung und/oder
– zum Einstellen der Kokillenoszillation.

Damit nicht das gesamte System instabil wird, wird im Wesentlichen ein Wert als die gesteuerte Hauptvariable der angegebenen Einflussmöglichkeiten ausgewählt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die tatsächliche Temperatur in den Lagern zusätzlich zu der Kompressionskraft erfasst.
Als weitere Einstellwert-Auswahlmöglichkeiten werden die Schmelztemperatur, das Stranggussformat, die Qualität der Schmelze und die Strangschalendicke, bestimmt durch automatische Auswahl, dem Rechner verfügbar gemacht. Die schnelle und genaue Erfassung der Bedingungen im Bereich nahe des Brammen/Walzen-Systems ermöglicht, dass die in den Lagern aufgenommenen Werte direkt und mit hoher Geschwindigkeit der Rechnereinheit zugeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Messwerte der Rechnereinheit als Funktion der Zeit und/oder der Position zugeführt und sehr stark auf der Grundlage der gegenwärtigen Situation zum Steuern der einzelnen Stellglieder verarbeitet.
Das große Datenvolumen kann bedarfsweise eingestellt werden. Um die Datenflut zu stemmen und dennoch ein virtuell vollständiges Bild der gegenwärtigen Situation zu erhalten, wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Messwerte dem Computer in einer zyklischen Weise in Abhängigkeit von der Drehung der einzelnen Walzen zuzuführen. Es wird besonders bevorzugt, die Messwerte alle 9 bis 12 Winkelgrade an der drehenden Walze zu übertragen.
Unabhängig von den Messwerten für die Kraft und/oder die Temperatur kann die Biegung oder Krümmung der einzelnen Ständer, insbesondere des unteren oder oberen Trägerrings, erfasst werden und bei der Bestimmung der wirksamen Kompressionskraft in den Lagern berücksichtigt werden. In einer weiteren Ausführungsform werden wenigstens zwei Kraftelemente für jedes Lager installiert. Auf diese Weise ist es möglich, die genaue Position des dort vorherrschenden Kraftvektors zu erfassen.
Die verschiedenen Merkmale der Neuheit, welche die Erfindung kennzeichnen, werden im Einzelnen in den angehängten und einen Teil der Offenbarung bildenden Ansprüchen herausgestellt. Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer betrieblichen Vorteile und ihrer durch Verwendung gelösten speziellen Aufgaben sollte Bezug auf die Zeichnung die Beschreibung genommen werden, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, in welcher:
1 eine Draufsicht eines Ständers ist; und
2 eine Draufsicht eines Lagers ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt einen oberen Ständer 11, welcher mit Verbindungsstangen 13, 14 mit einem unteren Ständerteil 12 verbunden ist. Im linksseitigen Teil der Figur wird die Verbindungsstange 13 hydraulisch betätigt und ist dafür mit einem Stellglied 51 verbunden. Im rechtsseitigen Teil der 1 kann die Verbindungsstange 14 mechanisch betätigt werden und ist mit einem Stellglied 52 verbunden.
Der obere Ständerteil ist mit einer einteiligen Walze 21 verbunden, welche in Außenlagern 24 angebracht ist.
Der untere Ständerteil hat eine so genannte geteilte Walze, mit einer ersten geteilten Walze 22 und einer zweiten geteilten Walze 23. Die Walzen 22, 23 sind in Außenlagern 24 und in einem zentralen Lager 25 angebracht.
Zwischen den Walzen 21 und 22, 23 befindet sich eine Bramme B, welche eine Schalenhülle K aufweist, welche die Schmelze S umschließt. In den Außenlagern 24 und in dem Zentrallager 25 sind kraftmessende Elemente 41 bzw. 42 vorgesehen, welche über Messleitungen 46 und 47 mit einer Rechnereinheit 31 verbunden sind.
Zudem ist in dem Zentrallager 25 ein temperaturmessendes Element 45 vorgesehen, welches mit der Rechnereinheit 31 über eine Messleitung 49 verbunden ist. In dem unteren Ständer 12 ist auch ein zweites kraftmessendes Element 44 angeordnet, hier als ein Wegmesselement ausgebildet, welches mit der Rechnereinheit 31 über eine Messleitung 48 verbunden ist.
Die Rechnereinheit ist über Steuerleitungen 61 bis 67 zum Einstellen der folgenden Stellglieder verbunden:

– 51 und 52 für den Spalt,
– 53 für die Walzengeschwindigkeit,
– 54 für die Menge Kühlwasser,
– 55 für das Schmelzen-Absperrelement,
– 56 für die Oszillation, und/oder
– 57 für das Gießpulver-Absperrelement.

In dem rechtsseitigen oberen Teil ist schematisch ein Vorratsbehälter 71 dargestellt, an dessen Boden ein Tauchstutzen 72 angeordnet ist, mithilfe dessen die Schmelze S in steuerbarer Weise über ein Absperrelement 73 in eine Kokille 74 gelenkt wird. Die Kokille 74 ist so ausgebildet, dass sie mithilfe einer Kokillenoszillationseinrichtung 75 vibriert.
Der obere offene Teil der Kokille 74 ist mit einem Gießpulverbehälter 76 verbunden, auf welchem ein Absperrelement 77 und ein Stellglied 57 vorgesehen sind.
2 zeigt den unteren Ständerteil 12, auf welchem das Lager 24 oder 25 befestigt ist.
Die Walze 22 bis 23, nicht in weiterem Detail gezeigt, ist mithilfe eines Walzenstifts 26 in Wälzlagerrollen 27 angebracht.
In dem Gehäuse des Lager 24 oder 25 sind verteilt über den Umfang wenigstens zwei kraftmessende Elemente 42, 43 angeordnet. Diese kraftmessenden Elemente sind in geeigneter Weise als ein Messstreifen ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist die Einrichtung auf 2 Uhr oder 10 Uhr eingestellt. Auf diese Weise kann die genaue Position des Kraftvektors erfasst werden.
Zusätzlich ist ein Temperaturelement 45 in dem Lagergehäuse 24 oder 25 in einem Abstand von der Außenkante eingebaut. Das temperaturerfassende Element an den Lagern ermöglicht das Überwachen des Lagerverhaltens als Teil eines präventiven Wartungsprogramms. Eine Zunahme der Lagertemperatur kann einen erhöhten Reibungsgrad anzeigen, der möglicherweise durch eine ungenügende Schmierung und/oder ungenügende Zuführung von Kühlwasser und/oder eine Überlastung der Nennkapazität des Lagers verursacht wird und zu einem vorzeitigen Lagerbruch führen kann. Diese Lagerbrüche treten häufig auf, sind aber sehr schwer vorherzusagen oder vor einer wahrnehmbaren Verringerung in der Qualität des Gießstranges zu überwachen. Die beschriebene Lagerschutztechnologie kann natürlich an bestehenden Gießvorrichtungen angewendet werden, welche nicht die Fähigkeit für die grenzenlos variable Einstellung der Lücke zwischen den gegenüberliegenden Walzen während des Gießvorgangs haben, wie sie oben beschrieben wurde.
Die Erfindung ist nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, welche nur als Beispiele aufgezeigt wurden, sondern kann auf verschiedenen Wegen innerhalb des Schutzbereichs, der durch die angehängten Patentansprüche definiert wird, modifiziert werden.

Claims

Verfahren zum Gießen eines Metallstranges, insbesondere aus Stahl, in einer Stranggussanlage mit Ständerteilen, die einander gegenüberliegen und mit Lagern (24, 25) versehen sind, in welchen Führungswalzen (11, 12) angebracht sind, und mit Stellgliedern (51, 52), durch welche der Spalt zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Walzen unbegrenzt variabel eingestellt werden kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Erfassen einzelner Werte, welche die Kompressionskraft repräsentieren, die in den Lagern jeder Walze oder in den Lagern einander gegenüber angeordneter Paare von Walzen auftreten, und Zuführen der Werte an eine Rechnereinheit (31), b) Vergleichen der einzelnen Messwerte in Bezug auf ihre Höhe der Kompressionskraft; und c) Nutzen wenigstens des relativ höchsten Messwertes als eine Leitgröße zum Steuern wenigstens eines der folgenden Parameter, nämlich des Spalts, der Gießgeschwindigkeit, der Menge Kühlwasser, der Schmelzzuführung, der Spritzguss-Pulverzuführung und der Kokillenoszillation.
Verfahren nach Anspruch 1, zusätzlich mit dem Schritt des Erfassens der in den Lagern (24, 25) vorherrschenden Temperatur als einen Temperaturwert zusätzlich zu der Kompressionskraft und Zuführen des die Temperatur repräsentierenden Wertes an die Rechnereinheit (31).
Verfahren nach Anspruch 1, zusätzlich mit dem Schritt des Vergleichens der erfassten gegenwärtigen tatsächlichen Werte in der Rechnereinheit (31) mit Einstellwerten, wobei die Einstellwerte in Abhängigkeit von der Position der jeweiligen Walze im Ständer, betreffend wenigstens die Gießgeschwindigkeit, die Schmelztemperatur, das Ständerformat, die Strangschalendicke oder die Qualität der Schmelze, ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Entwicklung der Messwerte als Funktion der Zeit oder der gemessenen Position von der Rechnereinheit (31) für den Steuerschritt empfangen und verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem im Schritt a) die Messwerte der Rechnereinheit (31) in einer zyklischen Weise in Abhängigkeit von der Drehung der einzelnen Walzen zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, in welchem die Messwerte der Rechnereinheit (31) alle 9 bis 12 Winkelgrade der Drehwalze zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, zusätzlich mit einem Erfassen eines Wertes, der die Biegung der einzelnen Ständer wiedergibt, und einem Berücksichtigen des Biegewertes für die Bestimmung der effektiven Kompressionskraft in den Lagern (24, 25).
Stranggussvorrichtung zum Gießen von Metallsträngen B, insbesondere aus Stahl, gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Kokille (74) und stromabwärts davon einander gegenüberliegend angeordneten Strangführungsteilen (11, 12), einer Mehrzahl von Lagern (24, 25), die in den Strangführungsteilen montiert sind, Führungswalzen (21, 22), die in den Lagern drehbar montiert sind, Verbindungsstangen (13, 14) und Stellgliedern (51, 52), die mit den Verbindungsstangen verbunden sind, um einen Spalt zwischen den einander gegenüberliegend angeordneten Walzen unbegrenzt variabel einstellen zu können, einer Mehrzahl von Messelementen (41 bis 45) und einer Mehrzahl von Stellgliedern, (53 bis 57), die alle mit einer Rechnereinheit (31) verbunden sind, um wenigstens einen der folgenden Parameter zu steuern, nämlich den Spalt, die Gießgeschwindigkeit, die Menge Kühlwasser, die Schmelzenzuführung, Spritzguss-Pulverzuführung und die Kokillenoszillation, und ferner mit wenigstens einem Messelement, dass den Lagern (24, 25) zum Erfassen der Kompressionskraft zugeordnet ist.
Stranggussvorrichtung nach Anspruch 8, in welcher die Kompressionskraft einen Kraftvektor hat und in welcher wenigstens zwei kraftmessende Elemente (41, 42 und 43) für jedes Lager (24, 25) vorgesehen sind, wobei die kraftmessenden Elemente in dem Lager (24, 25) zum Erfassen der genauen Position des Kraftvektors verteilt sind.
Stranggussvorrichtung nach Anspruch 8, zusätzlich mit einem temperaturmessenden Element (45) zusätzlichen zu dem kraftmessenden Element (41 bis 43) in den Lagern (24, 25).
Stranggussvorrichtung nach Anspruch 10, zusätzlich mit Messleitungen zum Verbinden der den Lagern (24, 25) zugeordneten Messelementen (41, 45), um die Kraft oder die Temperatur an die Rechnereinheit (31) zu geben, und einer Mehrzahl von Stellgliedern, die mit der Rechnereinheit verbunden sind, um wenigstens den Spalt zwischen einander gegenüberliegend angeordneten Walzen (51, 52), die Walzengeschwindigkeit (53), die Menge Kühlwasser (54) der Walzenkühlung oder Spritzwasserkühlung, eines Absperrelements (57) zum Regulieren der Gießpulverzuführung und/oder eine Oszillation (56) der Kokille (74) einzustellen.
Stranggussvorrichtung nach Anspruch 8, zusätzlich mit einem Messelement (44), das mit der Rechnereinheit (31) verbunden ist, um eine Biegung des Ständers (11, 12) zu erfassen, und einer Differenziereinheit (52) im Computer (31) zum Empfangen der Messwerte der kraftmessenden Elemente (41 bis 43) in den Lagern (24, 25) und der Messelemente (44) zum Erfassen der Durchbiegung der Ständer (11, 12).
Stranggussvorrichtung nach Anspruch 8, in welcher das zusätzliche Messelement (44) ein Kraft- oder Wegemesselement ist.