DE19882263B4

DE19882263B4 - Dynamisches Verspannsystem für eine Stranggießmaschine

Info

Publication number: DE19882263B4
Application number: DE19882263T
Authority: DE
Inventors: John A. Grove
Original assignee: AG Industries Inc Pennsylvania
Current assignee: AG Industries Inc Pennsylvania
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2018-03-28
Also published as: KR20010005714A; CA2284918A1; CN1077467C; DE19882263T1; US5901773A; KR100544925B1; JP2001519717A; WO1998043760A1; AU6781298A; CN1251061A

Abstract

Kokillen-Verspannsystem (40) zum Verspannen eines ersten Kokillenteils mit einem zweiten Kokillenteil in einer Stranggießmaschine mit einer mit dem ersten Kokillenteil verbundenen Zugstange (44), einem mit dem zweiten Kokillenteil verbundenen Stützrahmen (46), einer Messdose (56) mit einem inneren Teil (58), einem äußeren Teil (60) und einer Kraftmessmechanik (68), mit der die Höhe der Axialkraft messbar ist, die zwischen dem inneren und dem äußeren Teil (58, 60) übertragen wird. Der innere Teil (58) ist mit der Zugstange (44) verbunden und auf den äußeren Teil (60) wirkt eine zwischen dem Stützrahmen (46) und dem äußeren Teil (60) der Messdose (56) eingefügte Druckfeder (48). Zum Einstellen der Verspannkraft weist das System auch eine Vorspann-Mindereinrichtung (50) auf, die so angeordnet ist, dass sie den äußeren Teil (60) der Messdose (56) mit einer Kraft beaufschlagen kann, um der von der Druckfeder (48) erzeugten Vorspannung entgegenzuwirken.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des Stranggießens von Metallen wie Stahl. Insbesondere schafft die Erfindung ein verbessertes System und Verfahren zur Überwachung der auf die Seitenwände der Stranggießkokille in einer Stranggießmaschine aufgebrachten Spannkraft sowie ein Verfahren zum Steuern der Stranggießmaschine entsprechend dieser Überwachung.
2. Stand der Technik
Die Herstellung von Metallen unter Verwendung des Stranggießverfahrens hat seit seiner Einführung vor ca. 30 Jahren stetig zugenommen und betrifft derzeit einen großen Anteil des Produktionsvolumens des Stahls (unter anderen Metallen), der jedes Jahr weltweit hergestellt wird. Es ist bekannt, dass Stranggießmaschinen typischerweise eine Kokille mit zwei im wesentlichen parallelen gegenüberliegenden breiten sowie zwei im wesentlichen parallelen gegenüberliegenden schmalen Wänden aufweist, wobei die breiten mit den schmalen Seitenwänden gemeinsam einen im Querschnitt rechteckigen Gusskanal bilden. Am obenliegenden Ende des Gusskanals wird Metallschmelze stetig eingegossen, während der gegossene Strang unten am Gusskanal austritt. Der Strang wird beim Ablauf von der Kokille mit sekundären Kühlmittelstrahlen weiter verfestigt, bis er am oder nahe dem Ende der Stranggießmaschine vollständig fest ist. Er kann dann nach herkömmlichen Verfahren – bspw. Walzen – zu einem Zwischen- oder Fertigerzeugnis weiter verarbeitet werden – bspw. zu Blechtafeln oder -coils.
Stranggießkokillen weisen typischerweise zwei Paare gegenüberliegender Seitenwände auf, wobei ein Paar zum Verspannen mit dem anderen dient derart, dass zwischen beiden ein flüssigkeitsdichter Stoß verbleibt. Die Spannkräfte, die zunächst von einer Bedienungsperson eingestellt werden, können während des Gießvorgangs infolge der Wärmebelastung schwanken. Weiterhin können die üblichen mechanischen Anordnungen zum Einstellen der Spannkräfte infolge von Bedienungsfehlern schwanken. Bei Kokillen mit verstellbaren Seitenwänden zeigt die Verspannmechanik in einigen Fällen infolge der Wärmebelastung eine übermäßige Verformung. Bei der Benutzung einer einzigen Verspannmechanik für alle Kokillengrößen kann es außerdem vorkommen, dass die aufgebrachte Ist-Spannkraft aus Sicherheitsgründen höher ist als nötig.
Die 1 zeigt eine herkömmliche Stranggieß-Kokillenanordnung 10 (hier des Plattentyps) mit einem ersten und einem zweiten Einsatz 12, 14, die einander gegenüberliegen und jeweils eine Seitenwand 16 bzw. 18 bilden. Die Kokilleneinsätze 12, 14 sitzen jeweils auf einem ersten und einem zweiten Stützrahmen 20 bzw. 22. Um im Kokillenbetrieb die Seitenwände zusammen zu pressen, werden die Stützrahmen 20, 22 von mindestens zwei Spannstangen 24 zueinander gedrückt, die jeweils von einer Spannmechanik 26 unter Spannung gehalten werden. Die 2 zeigt eine typische Spannmechanik 26 identisch mit der in der US-PS 44 87 249 (Whren) offenbarten. Bei dieser Mechanik ist ein Ende der Spannstange 24 als Gewindeansatz 28 ausgebildet, der in einer Gewindebohrung in einem ersten Federgehäuseblock 30 sitzt. Eine aus einem Stapel Tellerfedern zusammengesetzte Druckfeder 32 sitzt zwischen dem ers ten Federgehäuseblock 30 und einem zweiten Federgehäuseblock 34. Zwischen dem zweiten Federgehäuseblock 34 und dem Stützrahmen 20 ist eine Messdose 36 eingefügt. Bei normalen Gießbedingungen drückt die Druckfeder 32 den ersten Federgehäuseblock 30 von Stützrahmen 20 hinweg, so dass die Spannstange 24 auf Zug belastet wird, um die Kokille zu verspannen. Die Zugkraft der Spannstange 24 ist dabei gleich der von der Feder aufgebrachten Druckkraft, die die Messdose 36 erfasst. Durch Überwachen der Ausgangsgröße der Messdose 36 kann das System oder eine Bedienperson die auf die Kokille aufgebrachte Spannkraft bestimmen und sie nachstellen, falls sie nicht im Sollbereich liegt.
Bei einer Anordnung der in 2 gezeigten Art ließe sich die Spannkraft nachstellen, indem man eine mechanische Kraft (bspw. – in der Figur gesehen – eine Abwärtskraft auf den ersten Federgehäuseblock 30) aufbringt, um die von der Druckfeder ausgeübten Kraft teilweise auszugleichen. Bei einer solchen Vorgehensweise kann jedoch die Messdose 36 der 2 die Zugkraft in der Stange 24 nicht genau messen. Die mechanische Kraft würde als zusätzliche, auf die Messdose 36 wirkende Kraft erfasst werden, so dass diese die auf die Stange 24 wirkende Ist-Zugkraft nicht messen kann. Es besteht daher Bedarf an einer Verspannmechanik und einer Kraftüberwachung, die von dieser Einschränkung frei sind und unter allen Bedingungen die auf die Kokille aufgebrachte Ist-Spannkraft genauer wiedergeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Messen der auf die Wände von Stranggießkokillen wirkenden Kraft und zum Steuern des Betriebs der Stranggießkokille gemäß dieser Messung anzugeben, die unter allen Bedingungen die auf die Kokille aufgebrachte Ist-Spannkraft genauer wiedergibt.
Um das oben angegebene sowie andere Ziele der Erfindung zu erreichen, wird eine Merkmalskombination nach Anspruch 1 (Stranggießkokillenanordnung) bzw. nach Anspruch 4 (Verfahren zum Betreiben einer solchen) angegeben.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, deren Vorteilen und den durch ihren Einsatz erreichten Zielen wird auf die Zeichnungen sowie die nachfolgende Beschreibung verwesen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in einer Draufsicht eine Art einer herkömmlichen Stranggießkokille, in der die Spannanordnungen deutlich dargestellt sind;
2 ist ein Schnitt durch eine herkömmliche Spanneinrichtung für eine Stranggießkokille;
3 ist ein Schnitt durch eine Spann- und eine Kraftüberwachungseinrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
4 ist eine Aufrissdarstellung einer Messdose als Teil der in 3 gezeigten Anordnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Wie in den Zeichnungen, in deren Figuren gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Teile bezeichnen, und insbesondere in deren 3 gezeigt, weist ein Kokillenspannsystem 40 zum Verspannen eines ersten Kokillenteils (in der bevorzugten Ausführungsform eine erste Kokillenwandanordnung) mit einem zweiten Kokillenteil (einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Kokillenwandanordnung) in einer Stranggießmaschine nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Spannstange 42 auf, die mit dem ersten Kokillenteil verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Spannstange 42 um eine Zugstange 44, die auf Zug belastbar konstruiert ist, um die beiden Kokillenteile zueinander zu ziehen; vergl. hierzu die 1 der Zeichnungen. Das System 40 weist weiterhin einen Stützrahmen 46 auf, der mit dem zweiten Kokillenteil verbunden ist.
Wie weiterhin in 3 ersichtlich, ist zum Vorspannen der Zugstange 44 bezüglich des Stützrahmens 46 derart, dass der erste zum zweiten Kokillenteil hin gepresst wird, eine Druckfeder 48 vorgesehen. Die Druckfeder 48 ist hier als ein Stapel Tellerfedern dargestellt; sie kann aber auch anders aufgebaut sein, wie dem Fachmann bekannt.
Weiterhin ist eine Vorspann-Mindereinrichtung 50 – hier als hydraulische Kolben/Zylinder-Einheit 52 ausgeführt – vorgesehen, um der von der Vorspanneinrichtung ausgeübten Vorspannkraft entgegenzuwirken und so die Kraft einzustellen, die den ersten zum zweiten Kokillenteil presst. Alternativ sind für die Vorspann-Mindereinrichtung mehrere andere Konstruktionen möglich – einschl. pneumatischer, mechanischer oder elektromagnetischer Beaufschlagungskonstruktionen.
Wie in 3 ersichtlich, ist ein Ende der Zugstange 4 als Gewindeansatz 64 ausgebildet. Wie am besten in 4 gezeigt, weist eine Messdose 56 einen inneren Teil 58, einen äußeren Teil 60, einen Verbindungssteg 66 sowie eine Mechanik mit einem Dehnungsmessstreifen 68 auf, um die Höhe der zwischen dem Innen- und dem Außenteil 58, 60 übertragenen Axialkraft zu messen. Die Messdose 56 ist bekannt aufgebaut, wie ausführlich in der US-PS 54 61 933 (Ives) beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme auf sie als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll, als sei sie vollständig Teil dieser Beschreibung.
Der innere Teil 58 der Messdose 56 ist auf dem Ansatzende der Stange 44 mit einer Befestigungsmutter 62 festgelegt. Sowohl die Druckfeder 48 als auch die Vorspann-Mindereinrichtung 50 sind so angeordnet, dass sie eine Kraft – jeweils in entgegengesetzter Richtung – auf den äußeren Teil 60 der Messdose ausüben. Dabei wirkt die Druckfeder 48 unmittelbar auf den äußeren Teil 60, während die Vorspann-Mindereinrichtung 50 über einen rohrförmigen Kraftübertragungsblock 54 auf den äußeren Teil 60 wirkt, wie sich aus der 3 unmittelbar ergibt.
Die Axialspannung, die zwischen dem Innen- und dem Außenteil 58, 60 der Messdose 56 wirkt, ist immer gleich der axialen Zugspannung in der Spannstange 42, da der Innenteil 58 des Messdose 56 der einzige Verbindungspunkt zwischen dem Spannsystem 40 und der Spannstange 42 ist. Da die Kraftmesseinrichtung die Istkraft in der Spannstange 42 überwacht, und zwar unabhängig von der Höhe der von der Vorspann-Mindereinrichtung 50 aufgebrachten Kraft, lassen die Spannkräfte sich während des Kokillenbetriebs dynamisch bestimmen und nachstellen.
Das hier beschriebene System erfüllt also das Ziel eines verbesserten Systems und einer verbesserten Anordnung zum Messen der auf die Wände von Stranggießkokillen wirkenden Spannkraft und zur betrieblichen Steuerung der Stranggießkokille in Abhängigkeit von dieser Überwachung, die unter allen Bedingungen die auf die Kokille aufgebrachte Spannkraft genauer wiedergeben.
Die erfindungsgemäß erreichbare Genauigkeit der Spannkraftmessung ist besonders nützlich für Kokillen, bei denen die Spannkraft während des Kokillenbetriebs selbsttätig nachgestellt wird, um bspw. waagerechte Schwingungen einer vertikalen Kokille zu kompensieren und so die sogen. "Rattermarken" auf dem Gussprodukt gering zu halten. Ein derartiges Kokillensystem ist in der US-PS 55 79 824 (Itoyama u. a.) beschrieben; deren Offenbarung soll durch die Bezugnahme auf sie als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten, als sei sie vollständig Teil dieser Beschreibung.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass trotz der zahlreichen Eigenschaften, Vorteile, konstruktiven Einzelheiten und der Funktion der Erfindung, wie sie in der vorgehenden Beschreibung ausgeführt sind, diese Offenbarung nur als beispielhaft gelten soll. An den Einzelheiten – insbesondere hinsichtlich der Gestalt, Größe und Anordnung von Teilen – lassen sich innerhalb der Prinzipien der Erfindung in vollem Umfang zahlreiche Änderungen durchführen, wie sie die allgemeine Bedeutung der Begriffe zulässt, mit denen die beigefügten Ansprüche ausgedrückt sind.

Claims

Stranggieß-Kokillenanordnung mit einer Kokillen-Verspanneinrichtung zum Verspannen eines ersten mit einem zweiten Kokillenteil in der Stranggieß-Kokillenanordnung, wobei die Kokillen-Verspanneinrichtung eine Zugstange (44), die mit dem ersten Kokillenteil verbunden ist, einen Stützrahmen (46), der mit dem zweiten Kokillenteil verbunden ist, eine Messdose mit einem an der Zugstange (44) befestigten inneren Teil (58) und einem äußeren Teil (60), und einer Kraftmesseinrichtung, mit der die Axialkraft messbar ist, die zwischen dem inneren und dem äußeren Teil übertragen wird, sowie eine Druckfeder aufweist, die zwischen den Stützrahmen (46) und den äußeren Teil der Messdose eingefügt ist, wobei eine Zugkraft auf die Zugstange (44) aufgebracht wird und die Kraftmesseinrichtung eine mit der Zugkraft identische Kraft misst.
System nach Anspruch 1 weiterhin mit einer Vorspann-Mindereinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie den äußeren Teil (60) der Messdose mit einer Kraft beaufschlagen kann, um der von der Druckfeder ausgeübten Vorspannung entgegenzuwirken und so die Kraft einzustellen, mit der der erste zum zweiten Kokillenteil gepresst wird.
System nach Anspruch 2, bei der die Vorspann-Mindereinrichtung ein hydraulisches Kolben/Zylinder-System aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Stranggießkokillenanordnung mit einem Kokillen-Verspannsystem zum Verspannen eines ersten mit einem zweiten Kokillenteil in der Stranggießkokillenanordnung, wobei letztere eine Spannstange (42) aufweist, die an einem ersten Ende mit dem ersten Kokillenteil und am anderen Ende mit einem Stützrahmen (46) verbunden ist, der seinerseits mit dem zweiten Kokillenteil verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Spannstange (42) auf Zug gegen den Stützrahmen (46) vorgespannt wird, so dass der erste zum zweiten Kokillenteil hin gezogen wird; dass eine Vorspannungs-Minderungskraft aufgebracht wird, die der vorgenannten Vorspannung entgegen wirkt, um die Kraft einzustellen, mit der der erste zum zweiten Kokillenteil gezwungen wird; und dass unabhängig von der Höhe der Vorspannungs-Minderungskraft die Spannung in der Spannstange (42) mittels einer Messdose überwacht wird, so dass die Verspannkräfte sich während des Kokillenbetriebs dynamisch bestimmen und nachstellen lassen.