Verfahren und Vorrichtung zum Oszillieren einer Stranggiesskokille

Abstract

 Bei einer Stranggiesskokille (1) ist eine auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse (14) vorgesehen, die gegenläufig zur Stranggiesskokille (1) oszilliert wird. Zwecks Vermeidung von schädlichen Schwingungen an der Kokille (1), werden Beschleunigungskräfte der Kokille (1) durch Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse (14) an einer gemeinsamen Stützstelle (18) kompensiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oszillieren einer Kokille in einer Stranggiessanlage, wobei eine der Kokille zugeordnete und auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse gegenläufig zur Kokille oszilliert wird.

[0002] Um ein Kleben des sich bildenden Stranges an der Kokillenwand zu vermeiden, werden Kokillen oszilliert, wobei in der Regel eine harmonische Oszillationsbewegung gewählt wird. Es ist im weiteren üblich, die mittlere Kokillenabsenkgeschwindigkeit etwa 10 - 30 % über der mittleren Ausziehgeschwindigkeit des Stranges einzustellen. Mit steigender Giessgeschwindigkeit vergrössert sich somit auch die mittlere Geschwindigkeit der Oszillationsbewegung der Kokille.

[0003] Einer Steigerung der Giessgeschwindigkeit und damit der Geschwindigkeit der Oszillationsbewegung und der Oszillationsfrequenz sind in Abhängigkeit vom Gewicht der Kokille und des Kokillentisches Grenzen gesetzt. Bei jedem Hub müssen der Kokillentisch und die Kokille von der Geschwindigkeit Null im einen Totpunkt bis auf eine Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und von dieser wieder bis auf Geschwindigkeit Null im andern Totpunkt verzögert werden. Diese Beschleunigungen erzeugen Schwingungen, die die Strangqualität negativ beeinflussen.

[0004] Es ist eine Kokille bekannt (DT-PS 2'036'266), die mittels eines Kurbeltriebes über einen Lenker oszilliert wird, wobei zur Ausbalancierung des Gewichtes der oszillierenden Kokille ein Luftzylinder vorgesehen ist. Trotz dieser Vorrichtung zum Ausbalancieren des Gewichtes treten bei hohen Oszillationsgeschwindigkeiten und hohen Oszillationsfrequenzen schädliche und unkontrollierbare Schwingungen an der Kokille auf, die die Strangqualität und den Verschleiss der bewegten Teile negativ beeinflussen.

[0005] Es ist weiter eine Oszillationsvorrichtung in einer Stranggiessanlage bekannt (DT-OS 1'558'282), bei welcher eine der Kokille zugeordnete und auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse gegenläufig zur Kokille oszilliert wird. Bei diesem Lösungsvorschlag werden die statischen Kräfte ausgeglichen, die auf den Kokillenantrieb wirken. Die durch die Oszillationsbewegung erzeugten dynamischen Kräfte, die an den Kraftumlenkrollen in das Maschinengerüst eingeleitet werden, erzeugen aber bei erhöhten Oszillationsgeschwindigkeiten mit erhöhten Oszillationsfrequenzen die genannten schädlichen Schwingungen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die das Giessen mit höheren Giessgeschwindigkeiten und mit entsprechend höheren Oszillationsgeschwindigkeiten oder die das Giessen mit höheren Oszillationsfrequenzen erlaubt, ohne dass schädliche, das Stranggiessen negativ beeinflussende Schwingungen an der Kokille auftreten.

[0007] Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Beschleunigungskräfte der Kokille durch die Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse an einer gemeinsamen Stützstelle kompensiert werden.

[0008] Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Beschleunigungskräfte aus der Oszillationsbewegung vor einer Einleitung in das Maschinengerüst aufgehoben. Dadurch treten auch bei hohen Frequenzen und hohen Geschwindigkeiten der Oszillationsbewegung keine Erschütterungen auf. Dies ermöglicht beim Stranggiessen höhere Giessgeschwindigkeiten mit proportional erhöhten Oszillationsfrequenzen zu fahren und damit die Leistung der Anlage zu erhöhen. Bei Brammen- und bei grossen Vorblockkokillen sind Oszillationsfrequenzen über 100 und bei Knüppel und kleinen Vorblockkokillen sind solche über 200 ohne störende Schwingungen anwendbar.

[0009] Um statische und dynamische Ungleichgewichte auszuschalten, kann, nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung, der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse im wesentlichen auf der geradlinigen Verlängerung der Schwerpunktbahn der oszillierenden Kokille bewegt werden.

[0010] Das Gewicht der Ausgleichsmasse kann gleich gross wie das Gewicht des oszillierenden Maschinenteiles, bestehend aus der Kokille, des Kokillentisches etc., gewählt werden. Gemäss einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung kann die Ausgleichsmasse auch wesentlich kleiner als die Kokillenmasse sein. Um dies zu verwirklichen, wird empfohlen, die Ausgleichsmasse nach der Gleichung m . A_A - ^m_K . ^A_K ^{= 0,} wobei A_A die Länge des Hebelarmes der Ausgleichsmasse m und A_K die Länge des Hebelarmes der Kokillenmasse m_K bedeutet.

[0011] Die erfindungsgemässe Oszillationsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausgleichsmasse mit einem zur Oszillationsbewegung der Kokille gegenläufigen Antriebselement versehen ist und dass die Antriebselemente der Kokille und der gegenläufigen Ausgleichsmasse einer gemeinsamen Stützstelle zugeordnet sind.

[0012] Quer zur Stranglaufrichtung wirkende Momente können vermieden werden, wenn sowohl die Führungen für die Oszillationsbewegung der Kokille als auch die Führungen für die Ausgleichsmasse gerade sind oder beide Führungen eine Krümmung gleicher Grösse aufweisen. Bei grossen Krümmungsradien oder bei kurzem Oszillationshub kann die Führung der Oszillationsbewegung der Kokille aber auch ohne spürbaren Nachteil gekrümmt und die Führung der Oszillationsbewegung der Ausgleichsmasse gerade sein.

[0013] Eine besonders vorteilhafte Anordnung der gegenläufigen Antriebselemente der Kokille und der Ausgleichsmasse kann, nach einem weiteren Kennzeichen, erreicht werden, wenn das Antriebselement für die Kokille und das Antriebselement für die Ausgleichsmasse an einer kurzen gemeinsamen Kurbelwelle angelenkt sind. Eine solche Anordnung benötigt nur ein kleines Anfahrmoment.

[0014] Ein gleichmässiger Lauf der Oszillationsbewegung und eine kleine Antriebsleistung des Motors kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erreicht werden, wenn die Kurbelwelle mit einem Schwungrad versehen ist.

[0015] Um die Zugänglichkeit zum Antriebsmotor zu verbessern und zur Erreichung einer möglichst grossen Gestaltungsfreiheit in bezug auf die Plazierung des Antriebsmotors schlägt die Erfindung vor, zwischen dem Antriebsmotor und der Kurbelwelle einen Zahnradantrieb oder einen Kettenantrieb vorzusehen.

[0016] Eine Alternativlösung sieht die Erfindung darin, wenn die Kokille und die Gegenmasse an je einem koaxial angeordneten Hydraulikantrieb angelenkt sind.

[0017] Eine weitere Erhöhung der Gestaltungsfreiheit bezüglich der Anordnung der Ausgleichsmasse kann erreicht werden, wenn die Ausgleichsmasse in mehrere synchron angetriebene Teilmassen unterteilt wird.

[0018] Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Kokille mit einem Oszillationsantrieb,

Fig. 2 eine Ansicht der Fig. 1 gemäss Pfeil II,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Kokille und eines Oszillationsantriebes eines anderen Beispieles und

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Kokille und eines Oszillationsantriebes eines weiteren Beispiels.

[0019] In den Fig. 1 und 2 ist eine Bogenkokille 1 mittels kurzen Lenkhebeln, die eine gekrümmte Führung 2 ergeben, am Maschinengerüst 3 angelenkt. Ein Oszillationsantrieb 5 ist über Kettenräder 4, 7 und einer Kette 6 mit einer kurzen Kurbelwelle 10 verbunden. An der Kurbelwelle 10 ist ein als Kurbel 11 ausgebildetes Antriebselement für die Kokille 1 und ein weiteres, als Kurbel 12 ausgebildetes Antriebselement für eine auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse 14 verbunden. Diese gegenläufig angeordneten Kurbeln 11 bzw. 12 sind über Pleuelstangen 15 bzw. 16 an der Kokille 1 bzw. an der Ausgleichsmasse 14 angelenkt. Die an den beiden Kurbeln 11, 12 wirkenden Beschleunigungskräfte der Kokille 1 und der Ausgleichsmasse 14 werden in diesem Beispiel in der Kurbelwelle 10, die an einer gemeinsamen Stützstelle 18 befestigt ist, kompensiert. Die Ausgleichsmasse 14 ist im Gegensatz zur Kokille 1 entlang einer Führung 19 geradlinig geführt.

[0020] Das mit der Kurbelwelle 10 verbundene Kettenrad 7 ist als Schwungrad ausgebildet, um eine gleichmässige Oszillationsbewegung zu erreichen und um die erforderliche Leistung für den Oszillationsantrieb zu vermindern.

[0021] Die Ausgleichsmasse 14 ist in beidseits der Kokille synchron angetriebene Teilmassen unterteilt. Sie könnte, wenn erwünscht, auch weiter unterteilt werden.

[0022] Beim Oszillieren der Kokille 1 bewegt sich der Schwerpunkt 20 der Kokille 1 in die obere Totpunktlage 21 bzw. untere Totpunktlage 22. Auf der geradlinigen Verlängerung 23 der Schwerpunktbahn der oszillierenden Kokille 1 bewegt sich auch im wesentlichen der gemeinsame Schwerpunkt 25 der beiden Ausgleichsmassen 14 in die Totpunktlagen 26 bzw.27. Die Beschleunigungskräfte der Kokillenmasse m_K und der Ausgleichsmasse m werden vollständig über die Kurbelwelle 10 kompensiert, wenn das Gewicht der Ausgleichsmasse m_A nach der Gleichung

bestimmt wird, wobei A_A die Länge 31 des Hebelarmes der Kurbel 12 der Ausgleichsmasse m und A_K die Länge 30 des Hebelarmes der Kurbel 11 der Kokillenmasse m_K bedeuten. Die Hebelarme der Kurbeln 11 bzw. 12 sind in diesem Beispiel gleich gross und die beiden beidseits der Kokille 1 angeordneten Ausgleichsmassen 14 sind zusammen gleich schwer wie die Teile der oszillierenden Kokillengruppe. Das Gewicht der Ausgleichsmasse 14 kann somit im Rahmen der genannten Gleichung verändert, insbesondere verkleinert werden.

[0023] In Fig. 3 ist eine gerade Kokille 34 und eine Ausgleichsmasse 35 an je einem koaxial angeordneten Hydraulikantrieb 36 bzw. 37 angelenkt. Zwischen den beiden Hydraulikantrieben 36, 37 ist als gemeinsame Stützstelle ein Träger 39 vorgesehen. Mittels einer hydraulischen Steuereinheit 40 wird eine gegenläufige Bewegung der Antriebselemente sichergestellt. Die beiden hydraulischen Zu- und Abführleitungen 50, 50a bzw. 51, 51a werden jeweils synchron druckbeaufschlagt bzw. druckentlastet. Die Beschleunigungskräfte der Kokille 34 werden durch die Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse 35 in diesem Beispiel erst an der gemeinsamen Stützstelle kompensiert. Führungen 41 für die Oszillationsbewegung der Kokille 34 und Führungen 42 für die Ausgleichsmasse 35 sind gerade.

[0024] Die Kompensation der Beschleunigungskräfte ist insbesondere auch bei disharmonischer Oszillation gewährleistet.

[0025] In Fig. 4 ist zwischen einem Antriebsmotor 44 und der Kurbelwelle 10 ein Zahnradantrieb 45 vorgesehen. Die Kokille 1 und die Ausgleichsmasse 14 besitzen gekrümmte Führungen 4 und 47 für die Oszillationsbewegung.

[0026] Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung sind vorzugsweise auf Stahlstranggiessanlagen für Knüppel-, Vorblock- und Brammenkokillen anwendbar.

Ansprüche

1. Verfahren zum Oszillieren einer Kokille in einer Stranggiessanlage, wobei eine der Kokille (1, 34) zugeordnete und auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse (14, 35) gegenläufig zur Kokille (1,34) oszilliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungskräfte der Kokille (1, 34) durch die Beschleunigungskräfte der Ausgleichsmasse (14, 35) an einer gemeinsamen Stützstelle (18, 39) kompensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (25) der Ausgleichsmasse (14) im wesentlichen auf der geradlinigen Verlängerung (23) der Schwerpunktbahn der oszillierenden Kokille (1) bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse nach der Gleichung

bestimmt wird, wobei A_A die Länge (31) des Hebelarmes der Ausgleichsmasse m und A_K die Länge (30) des Hebelarmes der Kokillenmasse m_K bedeutet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (1, 34) und die Ausgleichsmasse (14, 35) mit Oszillationsfrequenzen über 100 Hübe pro Minute bewegt werden.

5. Oszillatonsvorrichtung für eine Stranggiesskokille, wobei der Kokille (1, 34) Führungen (2, 41, 46) für die Oszillationsbewegung, ein Oszillationsantrieb (5, 36, 44) und eine auf das Kokillengewicht abgestimmte Ausgleichsmasse (14, 35) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (14, 35) mit einem zur Oszillationsbewegung der Kokille (1, 34) gegenläufigen Antriebselement versehen ist und dass die Antriebselemente der Kokille (1, 34) und der gegenläufigen Ausgleichsmasse (14, 35) einer gemeinsamen Stützstelle (18, 39) zugeordnet sind.

6. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (41) für die Oszillationsbewegung der Kokille (34) und Führungen (42) für die Ausgleichsmasse (35) gerade sind.

7. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (2) für die Oszillationsbewegung der Kokille (1) gekrümmt und die Führung (19) für die Oszillationsbewegung der Ausgleichsmasse (14) gerade sind.

8. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (46) für die Oszillationsbewegung der Kokille (1) und die Führung (47) für die Ausgleichsmasse (14) gekrümmt sind.

9. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement für die Kokille (1) und das Antriebselement für die Ausgleichsmasse (14) an einer gemeinsamen Kurbelwelle (10) angelenkt sind.

10. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (34) und die Ausgleichsmasse (35) an je einem koaxial angeordneten Hydraulikantrieb (36, 37) angelenkt sind.

11. _Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) mit einem Schwungrad versehen ist.

12. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor (44) und der Kurbelwelle (10) ein Zahnradantrieb (45) angeordnet ist.

13. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor (5) und der Kurbelwelle (10) eine Kette (6) vorgesehen ist.

14. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (14) in mehrere synchron angetriebene Teilmassen unterteilt ist.

Zeichnung