DE19720768C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Brammen aus Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Brammen aus Stahl, bei der der Strang eine Kokille mit von der Strangschale umschlossener Flüssigschmelze verläßt und in einer nachgeschalteten Strangführung die Maulweite von in Gerüsten gelagerten Führungsrollen durch Unter- und Oberrahmen verbindende Verstellelemente stufenlos eingestellt wird, und eine zugehörige Vorrichtung dazu.

Aus DE 26 12 094 C2 ist eine Vorrichtung zum Ändern des Abstandes einander paarweise gegenüberliegender durch Zuganker verbundener Rahmen- bzw. Gerüstteile einer Strangführung bekannt, bei denen Büchsen vorgesehen sind, die mit Hilfe von Druckzylindern verdrehbar sind. Die beweglichen Rahmenteile sind durch Druckzylinder verbunden, wobei zwischen den beweglichen Rahmenteil und den inneren Büchsen austauschbare Distanzstücke zwecks Einstellung eines vorgebbaren Rollenabstandes einsetzbar sind. An dieser Ausführungsform kann auch eine stufenlose Einstellung des Abstandes der Führungsrollen durchgeführt werden.

In nachteiliger Weise ist die Verstellung der Maulweite durch die Verdrehung der Büchsen nur in sehr begrenztem Weg möglich. Darüber hinaus ist während des Verstellvorganges ein erheblicher mechanischer Verschleiß zu erwarten. Ein Rückschluß auf die Klemmkraft ist mit diesen bekannten Hydraulikklemmzylindern nicht möglich, da ein Teil der Klemmkraft von den sogenannten Spacern aufgenommen wird.

Aus US 3,891,025 sind Stranggießgerüste bekannt, die hydraulisch verstellbar sind und deren Maulweite über Positionsmesser erfaßt und mit einer Servoeinheit einstellbar ist.

Wesentliches Ziel des Gegenstandes dieses Patentes ist lediglich, genügend Anpreßkraft für den Transport des Stranges aufzubringen bzw. die Maulweite einzustellen.

Aus DE-OS 24 44 443 ist ein Verfahren zum Stranggießen einer Stahlschmelze bekannt, bei dem die Dickenänderung des Gußstückes ermittelt wird und mit einem bestimmten Bezugswert verglichen, um auf diese Weise die Ziehgeschwindigkeit und/oder die Menge des sekundären Kühlwassers zu steuern.

Die Praxis hat gezeigt, daß ein solches Verfahren zur Sumpfspitzendetektion nur bei einer geometrisch idealen Anlage und einer ganz bestimmten Gießgeschwindigkeit sowie Kühlung einsetzbar ist. Im rauhen Hüttenbetrieb ist aber eine Anlage bezüglich der Maulweite nicht exakt einrichtbar bzw. es kommt zu thermischen Verformungen in den Segmenten oder zu einer nicht exakten Fahrweise der Anlage mit der Folge, daß die ermittelten Dickenänderungen insbesondere im Bereich der Sumpfspitze erheblichen Schwankungen unterliegen.

In Kenntnis der o. g. Schwierigkeiten hat sich die Erfindung das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Maulweite mit einfachen Mitteln exakt über die gesamte Strangführung einstellbar ist und darüber hinaus sich die aktuelle Position der Sumpfspitze innerhalb der Bramme bestimmen läßt. Weiterhin soll die Vorrichtung bei einfachem Aufbau in der Lage sein, den Kaltstrang sicher zu führen.

Die Erfindung erreicht das Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und der Vorrichtungsansprüche 6 und 8.

Erfindungsgemäß wird die Maulweite mit einer Oszillation um eine vorgebbare Mittellinie der angestrebten Brammendicke geändert. Hierbei wird eine Oszillationsgröße gewählt, die die dynamischen Einflüße auf die nach Verlassen der Kokille noch relativ dünne Strangschale vernachlässigbar klein hält. Die Amplitude der oszillierenden Maulweite wird in einer Größe eingestellt, die eine plastische Verformung der Strangschale verhindert.

Über Wegmeßelemente wird die aktuelle Maulweite erfaßt und einem Rechner zugeführt. Gleichzeitig wird die Stellkraft der Verstellelemente zur stufenlosen Änderung der Maulweite ermittelt und ebenfalls dem Rechner zugeführt. Über ein Rechenprogramm wird die Amplitude überwacht und bei steigender Amplitude der Stellkraft wird die Maulweite auf ein vorgebbares Maß eingestellt und/oder die Maulweite der Führungsrollen wird über mindestens eins der die Maulweite stufenlos einstellenden Verstellelemente druckgeregelt geführt.

Die Amplitude der Stellkraft ist dabei ein Maß für die Durcherstarrung des Stranges. Das heißt, es wird eine relativ kleine Amplitude der Stellkraft angetroffen, wenn die Strangschale noch dünn ist und ein großer flüssiger Sumpf vorhanden ist. Die Amplitude erreicht ihren größten Wert, wenn der Strang durcherstarrt ist.

Mit der Erfassung der Amplitude der Stellkraft ist somit ein sicheres Maß gegeben, die aktuelle Lage der Sumpfspitze zu erfassen und eine dynamische Softreduktion durchzuführen.

Im Rechner wird weiterhin die Maulweite und die Stellkraft in Beziehung gebracht. Dabei hat sich gezeigt, daß bei einer Abweichung von der optimalen Maulweite sich folgendes Bild ergibt:

• - ist die Maulweite kleiner als das Optimum, erhöht sich die Kantenpressung der Bramme mit der Folge, daß die Stellkraft steigt
• - ist die Maulweite größer als das Optimum, tritt keine Kantenpressung auf und der Strang baucht aus, wobei die Stellkraft insgesamt einen niedrigeren Wert einnimmt.

In erster Näherung läßt sich dies bei der quasi statischen Messung in zwei einfachen Kurven F₁ und F₂ darstellen, die insgesamt eine Form eines Winkels mit zwei Schenkeln darstellt. Bei der optimalen Maulweite ist auch die optimale Pressungsverteilung auf die Strangschale und den von ihr umhüllten flüssigen Sumpf anzutreffen.

Durch die aktuelle Erfassung der Stellkraft läßt sich die optimale Maulweite in der Weise einstellen, daß durch die Oszillation erkannt wird, ob der Trend zur größeren oder zur kleineren Maulweite weg von der optimalen Maulweite auftritt, um dann mit gezielten Maßnahmen dagegenzusteuern.

Bei der dynamischen Messung verhält sich die Stellkraft F zur Maulweite s in Form einer Hysteresekurve. Die Verformungsarbeit eines Segmentes während des Hubes, d. h. die Fläche innerhalb der Hysteresekurve, kann mit einer Auswertesoftware errechnet und es kann auf die Strangkonsistenz geschlossen werden. Die Hysteresekurve hat insgesamt eine relativ kleine Fläche, wenn die Schale noch dünn ist und der Sumpf dabei relativ groß ist. Die Hysteresekurve weist eine relativ große Fläche auf, wenn die Schale weiterhin wächst und das Sumpfvolumen abnimmt. Die Hysterese nimmt eine besonders schlanke Form ein, wenn der Strang vollständig durcherstarrt ist.

Durch die Erfindung wird eine Optimierung der Produktionsleistung in qualitativer und quantitativer Hinsicht erreicht, und zwar bezüglich der qualitiven Optimierung durch stets optimal durchgeführte Soft-Reduction (örtlich gesehen, dynamische Soft- Reduction) und bezüglich der quantitativen Optimierung der Produktionsleistung durch die Möglichkeit, die Maschinenlänge maximal ausnutzen zu können, bei gleichzeitig hoher Betriebssicherheit.

Im übrigen sind bei der Verwendung einer weggesteuerten Hydraulik keine weiteren mechanischen Bauteile erforderlich.

Darüber hinaus kann ggf. vorhandene sogenannte Thermal-Tracking-Software in ihrer Genauigkeit erheblich verbessert werden.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Es zeigt:

Fig. 1 das Schema der Stranggießeinrichtung,

Fig. 2 die Abhängigkeit der Maulweite bzw. der Stellkraft über der Zeit,

Fig. 3 die Abhängigkeit der Stellkraft über der Maulweite,

Fig. 4 die Ausbildung der Hysteresekurve und

Fig. 5 Gerüste in verschiedenen Betriebszuständen

Die Fig. 1 zeigt im oberen Teil des Bildes das Schema einer Stranggießanlage mit einer Kokille 11, an deren Mündung eine Bramme B austritt und von Gerüsten 21.1 bis 21.5 geführt wird. In der Bramme, deren Strangschale allmählich erstarrt, befindet sich ein Sumpf 5 bis hin zu einer Sumpfspitze S_S. Der Einfachheit halber sind nur bei dem Gerüst 21.4 Verstellelemente 31 dargestellt.

Im unteren Teil des Bildes ist das Schema eines Gerüstes 21 aufgezeigt, welches einen Oberrahmen 22 und einen Unterrahmen 23 besitzt, die über Verstellelemente 31 die Maulweite zwischen den an ihnen angeordneten Führungsrollen 24 bestimmen. Eine der Führungsrollen ist eine Antriebsrolle 25, deren Funktion in der Fig. 5 noch näher beschrieben wird.

Die Verstellelemente weisen eine Zugstange 32 auf, die regelmäßig im Unterrahmen 23 befestigt ist und an ihrem entgegengesetzten Ende einen Kolben 33 besitzt, der in einem Zylinder 34 geführt wird. Die einzelnen Gerüste 21 besitzen mindestens vier Verstellelemente 31, deren Zylinder 34 mit einem Aktuator 35 in Verbindung stehen.

Im linken Teil der Skizze ist das Verstellelement 31 mit einem Wegmeßelement ausgerüstet, das mit einem Wegmeßaufnehmer in Verbindung steht, welcher meßtechnisch mit einem Rechner verbunden ist.

Im rechten Teil der Skizze ist der Zylinder 34 mit einem Druckmeßelement 43 ausgerüstet, welches mit einem Druckaufnehmer 44 verbunden ist, der ebenfalls an dem Rechner meßtechnisch angeschlossen ist. Der Rechner 45 arbeitet steuerungsmäßig mit dem Aktuator 35 zusammen.

Darüber hinaus ist der Aktuator mit einem Oszillator verbunden.

In der Fig. 2 ist im oberen Teil des Bildes die Maulweite über der Zeit aufgetragen. Mit einem Oszillator wird um die angestrebte Brammendicke (Mittellinie c) die Maulweite geändert. Im vorliegenden Fall ist es eine Sinus-Schwingung. Es sind aber auch andere Schwingungs-Formen möglich und vorgesehen.

Im unteren Teil des Bildes ist die Stellkraft F über der Zeit aufgetragen. Im linken Teil des Bildes weist die Stellkraft eine relativ kleine Amplitude auf. Im rechten Teil hat sich die Amplitude der Stellkraft deutlich vergrößert.

In der Fig. 3 ist die Abhängigkeit der Stellkraft über der Maulweite dargestellt. Es zeigt sich, daß in erster Näherung zwei Kurven, bzw. in der stärksten Vereinfachung zwei Geraden, und zwar F₁ = a - m₁ . s und F₂ = b - m₂ . s mittels eines Rechners darzustellen sind. Da beide Kurven unterschiedliche Steigungen besitzen, schneiden sie sich in einem Punkt P.

In einer weiteren Näherung zeigt sich bei der Abhängigkeit Stellkraft F/Maulweite S eine Hysterese, die im wesentlichen die Form eines Winkels mit zwei Schenkeln besitzt mit einem Scheitelpunkt P. Im Bereich des Punktes wird die optimale Maulweite erwartet.

Sollte sich bei der Auswertung während des Betriebes zeigen, daß die Hysteresekurve an einem Schenkel F₁ oder F₂ entlang wandert, so sind Maßnahmen zu treffen, daß beide Schenkel in etwa wieder gleiche Größe aufweisen und daß sich ihr Schnittpunkt bzw. der Knickpunkt der Hysterese im Bereich des Punktes P, also nahe des Optimums der Maulweite befinden.

Sollte die Bildauswertung zeigen, daß die Hysterese keinen Knickpunkt mehr aufweist und somit aus einem Schenkel des Winkels F₁ bzw. F₂ entlang gewandert sein, so sind Maßnahmen in Form und Richtung der Maulweite zu treffen, damit die Hysterese möglichst gleichmäßig zu beiden Seiten des Punktes P sich befindet.

In der Fig. 4 ist die Abhängigkeit der Stellkraft über der Maulweite noch weiter verfeinert worden. In Abhängigkeit von der Sumpfgröße entwickelt sich die Hysterese von Typ α über den Typ β bis zur Durcherstarrung Typ γ.

So weist der Sumpf des Typs α eine dünne Schale auf mit einem Sumpf geringer Viskosität, der Typ β eine deutlich dickere Schale und gleichzeitig einen Sumpf mit hoher Viskosität auf und der Typ γ ist insgesamt durcherstarrt.

Die hier aufgeführten Bilddarstellungen zeigen bei den Hysteresen eine gleichmäßige Verteilung und somit die optimale Maulweite einmal s_α oder auch s_β an.

Die tatsächliche während des Betriebes erkennbaren Formen der Hysteresen lassen somit die Abweichung von der optimalen Maulweite erkennen und die korrekten Maßnahmen in Abhängigkei des Grades und der Richtung der Verstellung der Maulweite anpassen. Ferner können Rückschlüsse auf den Erstarrungsgrad getroffen werden.

Die Fig. 5 zeigt ein Gerüst in drei verschiedenen Betriebszuständen. Die Positionsziffern entsprechen den in den vorderen Bildern bereits aufgeführten. Im oberen Teil des Bildes ist der normale Gießbetrieb, bei dem an allen Zylindern eine Positionsregelung durchgeführt wird. Im vorliegenden Beispiel ist am Gerüsteintritt am Oberrahmen eine antreibbare Führungsrolle vorgesehen.

Im mittleren Teil ist der Betrieb bei durcherstarrtem Strang dargestellt. Hier sind die im Bereich der antreibbaren Führungsrolle angeordneten Zylinder für die Verstellelemente druckgeregelt und die strangabwärts dargestellten Zylinder sind positionsgeregelt.

Im unteren Teil der Fig. 5 wird zum Transport des Kaltstranges der Oberrahmen des Gerüstes in der Weise schräggestellt, daß die Antriebsrolle über die in seiner Nähe angeordneten Verstellelemente durch Druckregelung der Zylinder unmittelbaren Kontakt mit dem Kaltstrang hat und die Zylinder der Verstellelemente, die von der Antriebsrolle entfernt angeordnet sind, positionsgeregelt werden. Dabei wird ihre Position so eingestellt, daß sie während des Transportes des Kaltstranges keinen Kontakt zu diesem besitzen.

Bezugszeichenliste Schmelzenzufuhr

11

Kokille

Strangführung

21

Gerüst

22

Oberrahmen

23

Unterrahmen

24

Strangführungsrolle

25

Antriebsrolle

Verstellung

31

Verstellelemente

32

Zugstange

33

Kolben

34

Zylinder

35

Aktuator

Meß- und Regeleinrichtung

41

Wegmeßelement

42

Wegmesser

43

Druckmeßelement

44

Druckaufnehmer

45

Rechner

46

Oszillator
BBramme
SSumpf
S_S

Sumpfspitze
α, β, γHystereseformen

Claims (9)

1. Verfahren zum Erzeugen von Grammen aus Stahl, bei dem der Strang eine Kokille mit von der Strangschale umschlossener Flüssigschmelze verläßt und in einer nachgeschalteten Strangführung die Maulweite von in Gerüsten gelagerten Führungsrollen durch Unter- und Oberrahmen verbindende Verstellelemente stufenlos eingestellt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) die Maulweite (s) wird mit einer Oszillation um eine vorgebbare Mittellinie (c) der Maulweite in der Weise geändert, daß die dynamischen Einflüsse auf die Führungsrollen vernachlässigbar klein sind,
• b) die Amplitude (A) der Maulweiten-Oszillation wird in einer Größe eingestellt, die keine plastische Verformung der Strangschale hervorruft,
• c) die aktuelle Maulweite (s) wird erfaßt,
• d) gleichzeitig wird die Stellkraft (F) der Verstellelemente sowie die Amplitude (A) der Stellkraft ermittelt und
• e) bei steigender Amplitude (A) der Stellkraft (F) wird die Maulweite (s) auf ein vorgebbares Maß eingestellt und/oder über mindestens ein Verstellelement druckgeregelt geführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f) der Maulweiten-Oszillation = 0,05 bis 5,0 Hertz beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die aktuelle Stellkraft (F) EDV-gestützt erfaßt und in einer Weise aufbereitet wird, daß die Stellkraft (F) in Abhängigkeit zur Ist-Maulweite (s) sich in erster Näherung verhält wie zwei Kurven:
F₁ = a - m₁ . s
F₂ = b - m₂ . s
die die Form eines Winkels mit zwei Schenkeln unterschiedlicher Steigung besitzen mit einem Schnittpunkt (P), und
daß die Maulweite (s) entsprechend des Verlaufs der Beziehung F = f (s) in der Weise eingestellt wird, daß die Anteile auf den Schenkeln F₁ und F₂ im wesentlichen gleich groß gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Schenkel F₁ = a - m₁ . s einer geringeren
und der zweite Schenkel F₂ = b - m₂ . s einen größeren
als der im Schnittpunkt (P) vorliegenden optimalen Maulweite (s) entspricht und,
daß in Abhängigkeit des Verlaufs der Beziehung F = f (s) der Grad und die Richtung der Verstellung der Maulweite (s) angepaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verlauf der Stellkraft (F) in zweiter Näherung die Form einer Hysterese besitzt,
daß die Ausbreitung der Stellkraft (F) bezogen auf eine zugehörige Maulweite (s) als Maß der Viskosität des in der Bramme befindlichen flüssigen Sumpfes und
daß in Abhängigkeit der aufgefundenen Viskosität Rückschlüsse auf die Position der Sumpfspitze gezogen werden sowie die Maulweitenverstellung angepaßt wird.

6. Stranggießeinrichtung zum Erzeugen von Brammen aus Stahl mit einer Kokille und nachgeschalteter Strangführung, die Gerüste mit Unter- und Oberrahmen besitzt, an denen Führungsrollen vorgesehen sind, deren Maulweite durch die Rahmen verbindende Verstellelemente stufenlos einstellbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Wegmesser (42) vorgesehen sind, mit denen die Maulweite (5) der Führungsrollen (24) erfaßbar ist,
daß die Wegmesser (42) mit einem Rechner (45) in Verbindung stehen, der an einen Aktuator (35) angeschlossen ist, mit dem die Verstellelemente (31) zur Maulweiteneinstellung druck- und/oder wegsteuerbar betreibbar sind und
daß ein Oszillator (46) vorgesehen ist, mit dem die Verstellelemente (31) zu einer Schwingung außerhalb der Resonanzschwingung zu den Stranggerüsten (21) anregbar sind.

7. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmesser (42) Meßelemente (41) aufweisen, die unmittelbar mit dem Verstellelement (31) verbunden sind, insbesondere bei hydraulischen Verstellelementen am Verstellkolben (33) angeschlossen sind.

8. Gerüst einer Strangführung, die in einer Stranggießeinrichtung zum Erzeugen von Brammen aus Stahl einer Kokille nachgeordnet ist, das mit Führungsrollen versehene Unter und Oberrahmen besitzt, die durch druck- und/oder weggesteuerte Verstellelemente in ihrer Distanz zueinander auf eine Maulweite einstellbar sind, durch die auch ein Kaltstrang durchtransportierbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der äußeren Führungsrollen (24) des Oberrahmens (22) antreibbar ist,
daß die der antreibbaren Führungsrolle (25) zugeordneten Verstellelemente (31) über Druckregeleinrichtungen (43, 44) und die anderen Verstellelemente (31) über Positionsregeleinrichtungen (41, 42) mit dem Rechner (45) regeltechnisch in Verbindung bringbar sind.

9. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellelemente (31) in der Weise im Ober- bzw. Unterrahmen (22, 23) gelagert sind, daß die Rahmen (22, 23) schräg zueinander stellbar sind, daß die Rahmen (22, 23) schräg zueinander stellbar sind, wobei die größere Maulweitenöffnung von den Antriebsrollen (25) wegweist.