Verfahren und Vorrichtung zum Biegen eines Stranges in einer Stahlstranggiessanlage

Abstract

 Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Biegen eines Stranges (1) in einer Stahlstranggiessanlage wird der ferrostatische Druck des flüssigen Kernes (2) des Stranges (1) auf einer Uebergangskurve (16) entlang einer Biegestrecke (5) zwischen einer bogenförmigen (6) und einer geraden (4) Stützführungsbahn mittels Stützrollenpaaren (9, 10) abgestützt. Zur Erreichung gleichmässig niedriger Dehnungsgeschwindigkeiten in der Strangkruste entlang der ganzen Uebergangskurve (16) zur Verbesserung der Strangoberfläche und zur Vermeidung von Gefügefehlern an der Phasengrenze fest-flüssig sowie zur Vereinfachung der Einstell-, Ausricht- und Instandhaltungsarbeiten wird die Uebergangskurve (16) entlang der Stützführungsbahn durch den Strang (1) selbst laufend sich ändernden Giess- und Strangparametern angepasst.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen eines Stranges in einer Stahlstranggiessanlage, wobei der ferrostatische Druck eines einen flüssigen Kern aufweisenden Stranges auf einer Uebergangskurve entlang einer Biegestrecke zwischen einer bogenförmigen und einer geraden Stützführungsbahn mittels Stützrollenpaaren abgestützt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Beim Biegen von Strängen in Stahlstranggiessanlagen ist es bekannt, sowohl beim Biegen eines geraden Stranges in einen Kreisbogen als auch beim Geraderichten eines gebogenen Stranges, die Biegearbeit in mehreren sich folgenden Schritten durchzuführen, damit der Strang im Biegebereich gegenüber einem Einpunktbiegen bzw. Einpunktrichten weniger stark beansprucht wird. Beim stufenweisen Biegen wird dabei der Biegeradius schrittweise verkleinert und/oder beim stufenweisen Richten schrittweise vergrössert. Bei Auslegung einer Stranggiessanlage mit einer Bogenkokille mit relativ kleinem Radius und mit anschliessender Kreisbogenstrangführung sowie schrittweisem Richtvorgang können eine niedrige Bauhöhe der Anlage und in der Praxis vertretbare Dehnungswerte in der Strangkruste im Richtteil der Strangführung erreicht werden. Das Ausrichten solcher Stützführungen ist jedoch sehr aufwendig, weil einerseits die Rollen beider Stützbahnen entlang der Biegestrecke und anderseits die Biegestrecke gegenüber der gebogenen und der geraden Stützführungsbahn genau ausgerichtet werden müssen.

[0003] Es ist weiter eine Strangführung zum Stützen und Führen sowie zum Umlenken eines nur teilweise erstarrten Stranges bekannt. Bei dieser Stützführung ist im an die Biegestrekke angrenzenden Rollenpaar eines geraden und eines bogenförmigen Teiles der Stützführung eine Rolle starr angeordnet. Entlang der Biegestrecke sind zur Abstützung des ferrostatischen Druckes Rollenpaare angeordnet, wobei mindestens vier dieser Rollen als kraftübertragende Biege- bzw. Richtrollen starr befestigt sind und von denen zwei an der Zugfaserseite und mindestens zwei an der Druckfaserseite des Stranges vorgesehen sind. Auch bei dieser Biegeeinrichtung ist das genaue Ausrichten der Rollen entlang der Uebergangskurve und gegenüber der bogenförmigen und der geraden Stützführungsbahn schwierig und zeitaufwendig. Die Dehnungsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront beim Biegen des Stranges verändert sich entlang der Biegestrekke schrittweise von Null bis zu einem Maximalwert und von diesem wieder schrittweise auf Null. Diese Biegecharakteristik verlängert die gesamte Biegestrecke um den anschwellenden und den abschwellenden Teil der Dehnungsgeschwindigkeitsänderung entlang der Biegestrecke. Um kleine Dehnungsgeschwindigkeitswerte auf einer Biegestrecke zwischen einer geraden Kokille und einem kreisbogenförmigen Stützführungsteil zu erreichen, ist deshalb eine entsprechende Länge für diese Biegestrecke mit einer entsprechenden Bauhöhe der Anlage vorzusehen, was die Anlagekosten negativ beeinflusst. Die Ausrichtarbeit einer solchen Biegestrecke stellt hohe Anforderungen und ist aufwendig.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Biegen eines Stranges und eine Biegeeinrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile überwinden und die den Strang gegenüber bekannten Biegeverfahren mit niedrigeren Dehnungswerten und Dehnungsgeschwindigkeiten beanspruchen, um einerseits Risse in der Strangkrustenoberfläche und Gefügefehler an der Phasengrenze fest-flüssig zu vermeiden und um anderseits die Biegeeinrichtung im Aufbau einfach und kostengünstig zu gestalten. Auch soll die Biegeeinrichtung,deren Einstell-, Ausricht- und Instandhaltungsarbeit entlang der Uebergangskurve wesentlich vereinfacht werden.

[0005] Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass die Uebergangskurve entlang der Stützführungsbahn der Biegestrecke durch den Strang selbst laufend sich ändernden Giess- und Strangparametern angepasst wird.

[0006] Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sämtliche Stützrollenpaare zwischen dem kreisbogenförmigen und dem geraden Teil der Stützführung je für sich quer zur Stranglaufrichtung durch den Strang frei bewegbar geführt sind.

[0007] Mit dem erfindungsgemässen Verfahren bzw. der erfindungsgemässen Biegeeinrichtung kann erreicht werden, dass sich eine minimale konstante Dehnungsgeschwindigkeit in der Strangkruste über die ganze Länge der Biegestrecke einstellt und sich dadurch minimalste Beanspruchungen an der Strangoberfläche und an der Phasengrenze fest-flüssig ergeben. Eine gewünschte oder zulässige Dehnungsgeschwindigkeit kann durch Wahl der Länge der Biegestrecke eingestellt werden. Daraus resultieren auch bei schwierig vergiessbaren Stahlqualitäten und/oder bei hohen Giessgeschwindigkeiten riss- und gefügefehlerfreie Stränge.Alle Rollen entlang der Biegestrecke zwischen dem gebogenen und dem geraden Teil der Stützführung übertragen keine Querkräfte bzw. keine Biegekräfte. Die Biege- bzw. Richteinrichtung kann einfacher gebaut werden und es resultieren Kosteneinsparungen. Zusätzliche Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Einstell- und Ausrichtarbeit entlang der Uebergangskurve wegfällt und somit die Instandhaltungsarbeit wesentlich vereinfacht wird. Auch Ausrichtfehler des kreisbogenförmigen und des geraden Stützführungsteiles zueinander haben praktisch keinen negativen Einfluss auf die Strangqualität, weil die quer beweglichen Rollenpaare entlang der Biegestrecke sich auf eine entsprechende optimale Uebergangskurve selbst einstellen. Eine Verlängerung der Biegestrecke auf 3 oder mehr Meter Länge innerhalb der metallurgisch bedingten Stützlänge ist ohne weiteres möglich und praktisch ohne Mehrkosten. Dabei werden extrem tiefe Strangkrustenbeanspruchungen erreicht, welche niedrigste Rollenbiegebelastungen in der bogenförmigen und in der geraden Stützführungsbahn ergeben. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht im weiteren eine optimale laufende Anpassung der Uebergangskurve an sich ändernde Giess- und Strangparameter. Dabei wird speziell an lang dauernde Sequenzgüsse mit Formatverstellung während des laufenden Gusses und grosse Veränderungen in der Giessgeschwindigkeit, der Kühlleistung und/oder der Stahlqualität gedacht.

[0008] Der Anschlusspunkt der Uebergangskurve am Kreisbogen kann beliebig gewählt werden. Wenn beispielsweise die Bauhöhe einer Stranggiessanlage niedrig sein soll und nur ein geringer ferrostatischer Druck im Horizontalteil der Führung erwünscht ist, kann der Anschlusspunkt der Uebergangskurve zum Kreisbogen im Richtteil nahe an eine Bogenkokille mit relativ kleinem Radius gebracht werden. Optimale Verhältnisse für die Lage des Anschlusspunktes Kreisbogen - Uebergangskurve ergeben sich, wenn die Uebergangskurve am Kreisbogen bei einem Winkel ϕ₀ anschliesst, wobei der Winkel ϕ₀ beim Biegen von der horizontalen und beim Richten von der vertikalen Radiuslinie des Kreisbogens gemessen und nach der Formel

errechnet wird. R stellt dabei den gewählten Radius des Kreisbogens und L die gewählte Länge der Uebergangskurve dar.

[0009] Ein Abstand Y₀ zwischen einem Anschlusspunkt am Kreisbogen und einer Verlängerung der geraden Strangbahn kann wie folgt errechnet werden:

R_o stellte den gewählten Radius des Kreisbogens und L die gewählte Länge der Uebergangskurve dar.

[0010] Es ist grundsätzlich möglich, die eine oder beide Rollen eines querverschiebbaren Stützrollenpaares entlang der Biegestrecke mit einer federnden oder hydraulischen Ueberlastsicherung zu versehen. Weil diese Stützrollen jedoch keine Biegekräfte aufzunehmen haben, ist es besonders wirtschaftlich, die Stützrollenpaare bei Einhaltung des gegenseitigen Abstandes der einem Rollenpaar zugeordneten Rollen frei bewegbar anzuordnen. Durch die Weglassung jeglicher Ueberlastsicherung in diesen Rollenpaaren kann die Strangführung entlang der Biegestrecke besonders einfach gestaltet werden.

[0011] Innerhalb der bogenförmigen und der geraden Stützführungsbahn können grössere Biege- und Biegereaktionskräfte quer zur Stranglaufrichtung auf die Rollen auftreten. Je nach der momentanen Strangtemperatur, dem Strangquerschnitt etc. können solche Rollen über die zulässige Belastungsgrenze beansprucht und beschädigt werden. Es ist deshalb von besonderem Vorteil, wenn im bogenförmigen und im geraden Teil der Stützführung jeweils vor bzw. nach dem an die Biegestrecke angrenzenden Rollenpaar ebenfalls quer zur Stranglaufrichtung durch den Strang frei bewegbare Rollenpaare angeordnet sind.

[0012] Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer schematisch dargestellten Stützführungsbahn im Biegeteil eines Stranges,

Fig. 2 einen Ausschnitt einer schematisch dargestellten Stützführungsbahn im Richtteil eines gebogenen Stranges,

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der geometrischen Grössen einer Biegelinie zwischen einem Kreisbogen und einer Geraden,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Stützführungsgerüst,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Stützführungsgerüst nach Fig. 4 und

Fig. 6 eine Seitenansicht gemäss Pfeil VI der Fig. 4.

[0013] In Fig. 1 befindet sich ein Abschnitt eines gegossenen Stranges 1 mit einem flüssigen Kern 2 in einem Teilstück einer Stützführung, die aus einem geraden Teil 4, einer Biegestrecke 5 und einem kreisbogenförmigen Teil 6 zusammengesetzt ist. Alle Rollen 7 - 12 sind so angeordnet, dass sie den ferrostatischen Druck des flüssigen Kernes 2 abstützen und somit ein Ausbauchen des Stranges verhindern können.

[0014] Rollenpaare 7, 7' bzw. 8, 8' grenzen an die Biegestrecke 5 an. Das Rollenpaar 7, 7' ist das letzte im geraden Teil4 der Stützführung und das Rollenpaar 8, 8' das erste im bogenförmigen Teil der Stützführung. Diese Rollen 8, 8' und 7, 7' werden in der Regel starr am Maschinenständer befestigt. Entlang der Biegestrecke 5 der Stützführung sind sämtliche Stützrollenpaare 9, 10 je für sich in Richtung des Pfeiles 14 quer zur Stranglaufrichtung 13 durch den Strang 1 frei bewegbar geführt. Der Strang 1 stellt somit die Rollenpaare 9, 10 entlang der Biegestrecke 5 selbst auf eine optimale Biegekurve ein. Die Stützrollenpaare 9, 10 können zum Halten des gegenseitigen Abstandes mittels Laschen 15 starr verbunden sein. Die Laschen 15 oder äquivalente Verbindungsmittel nehmen die Kraft, die durch den ferrostatischen Druck erzeugt wird, auf. Um Ueberlastkräfte bei 110 - 120 % der Stützkraft für den ferrostatischen Druck zu begrenzen, können die Laschen 15 mit entsprechend ausgelegten bekannten elastischen Ueberlastsicherungen versehen sein.

[0015] Rollenpaare 11, 11' im geraden Teil 4 bzw. Rollenpaare 12, 12' im bogenförmigen Teil 6 der Stützführung, die in Fig. 1 in Stranglaufrichtung 13 vor bzw. nach dem an die Biegestrecke 5 angrenzenden Rollenpaar 7, 7' bzw. 8, 8' angeordnet sind, können, wenn erwünscht, ebenfalls quer zur Stranglaufrichtung 13 durch den Strang 1 frei bewegbar geführt sein. Diese Rollen sind dadurch ebenfalls von Biege- bzw. Reaktionskräften entlastet. Es ist von Vorteil, wenn diese Kräfte von Rollen aufgenommen werden, die weit vom Rollenpaar 7, 7' bzw. 8, 8' entfernt angeordnet sind.

[0016] In Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Der Unterschied von Fig. 2 zu Fig. l besteht darin, dass entlang der Uebergangskurve 16 in Fig. l ein gerader Strang 1 gebogen und entlang der Uebergangskurve 16' in Fig. 2 ein gebogener Strang 18 geradegerichtet wird.

[0017] In Fig. 3 ist eine Uebergangskurve 25 im Richtbereich zwischen Anschlusspunkten 20 und 21 dargestellt. Zwischen dem Punkt 20 und einem Punkt 22 ist eine Kreisbogenbahn mit einem Radius R_o und zwischen dem Punkt 21 und einem Punkt 23 eine gerade Bahn dargestellt. Y_o stellt die Höhe des Punktes 20 über der Verlängerung der geraden Bahn, die gleichzeitig die X-Achse bildet, dar. Ein Winkel liegt zwischen einer vertikalen Radiuslinie 24 und einer zum Anschlusspunkt 20 verlaufenden Geraden 26. Die Lage der beiden Anschlusspunkte 20 und 21 kann bei Vorgabe des Radius R₀ für den Kreisbogen und der horizontalen Länge L der Uebergangskurve 25 wie folgt errechnet werden: Der Winkel ϕ_o , der beim Biegen von einer horizontalen und beim Richten von der vertikalen Radius-Linie 24 des Kreisbogens gemessen wird, errechnet sich nach der Formel

wobei R₀ der gewählte Radius des Kreisbogens und L die gewählte Länge der Uebergangskurve darstellen.

[0018] Der Abstand Y_o zwischen dem Anschlusspunkt 20 der Uebergangskurve am Kreisbogen und einer Verlängerung der geraden Bahn (X-Achse) kann nach der Formel

errechnet werden, wobei R₀ der gewählte Radius des Kreisbogens und L die gewählte Länge der Uebergangskurve darstellen.

[0019] Die Dehnungsgeschwindigkeit ε an einer Faser im Abstand a von der neutralen Mittelachse des Stranges errechnet sich wie folat:

wobei Vs die Giessgeschwindigkeit in

sec darstellt.

[0020] Das nachfolgende Beispiel zeigt Zahlenwerte, wie sie in der Praxis üblich sind. Angenommen wird eine Stranggiessanlage mit einer Bogenkokille und mit einer bogenförmigen Strangführung.

[0021] R = 10'000 mm 0

[0022] L = 2'000 mm

[0023] = 5,73°

[0024] Y = 66,7 mm O

[0025] Strangdicke = 250 mm

[0026] Giessgeschwindigkeit Vs =

min sec

[0027] Erstarrungskoeff. K = 26 (mm. min^-½

[0028] gestützte Strangführung = 23,1 m

[0029] Ø Krustendicke entlang der Uebergangskurve = 103 mm

[0030] Abstand a von der neutralen Strangachse bis zur Erstarrungsfront = 22 mm

[0031] Dehnungsänderung ε =

= 0,11·10^-3(

)

[0032] Dehnungsgeschwindigkeit ε = 1,83·10^-3 (

)

[0033] Die Dehnungswerte in diesem Beispiel liegen etwa eine 10er Potenz niedriger als bei einer ähnlichen Strangführung mit einem Ein-Punkt-Richtaggregat.

[0034] In den Figuren 4 - 6 sind Rollen 40 und 41 mittels ihren Lagern 43 und 44 an Jochen 45 und 46 befestigt. Die Rollen 40 und 41 bilden ein Stützrollenpaar, das entlang einer Biege- oder Richtstrecke, aber auch entlang einer gebogenen oder geraden Stützführung angeordnet sein könnte.

[0035] Die Joche 45 und 46 sind mit Kraftgeräten 50, 50' gegen Anschläge 51, 51' zusammengespannt, so dass das Rollenpaar 40, 41 eine kraftschlüssig geschlossene Einheit bildet. Beidseits der Strangführung sind Führungen 47 vorgesehen. Diese führen die Joche 45 und 46, so dass das Rollenpaar 40, 41 quer zur Stranglaufrichtung durch Strang 49 frei bewegbar ist.

[0036] Die Kraftgeräte50, 50', die als hydraulische Kolbenzylinder-Einheit ausgebildet sind, stützen den ferrostatischen Druck des Stranges 49 ab. Biege- oder Richtkräfte habensie keine aufzunehmen. Anstelle der Kraftgeräte könnten auch Zuganker oder Spindeln vorgesehen sein.

[0037] Auf der linken Seite ist in Fig. 4 das Kraftgerät 50' und der Anschlag 51' so plaziert, dass Antriebswellen 53 für die Rollen 40, 41 herausgeführt werden können. Auf der rechten Seite ist in Fig. 4 das Kraftgerät bei einem Beispiel für nicht angetriebene Rollen dargestellt.

[0038] In Fig. 6 ist ein Gewichtsausgleich für jedes Rollenpaar 40, 41 in Form einer Feder 55 schematisch dargestellt. Ein solcher Gewichtsausgleich, der nur bei vertikaler oder schräger Anordnung der Führungen 47 notwendig ist, könnte auch aus einem Gegengewicht oder aus einer Fettmutter bestehen. Die Wirksamkeit des Gewichtsausgleiches ist in der Regel nur notwendig, bis ein Anfahrstrang in die Strangführung eingefahren ist.

[0039] Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung sind nicht nur zum Giessen von Brammenformaten geeignet. Besondere Vorteile können auch beim Giessen von grossen Bloom-Formaten und von Vorprofilen für Träger (Dogbones) erreicht werden, weil solche Vorprofile besonders hohe Anforderungen an den Richtprozess bezüglich Rissfreiheit stellen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Biegen eines Stranges in einer Stahlstranggiessanlage, wobei der ferrostatische Druck eines einen flüssigen Kern aufweisenden Stranges auf einer Uebergangskurve entlang einer Biegestrecke zwischen einer bogenförmigen und einer geraden Stützführungsbahn mittels Stützrollenpaaren abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebergangskurve entlang der Stützführungsbahn der Biegestrecke durch den Strang selbst laufend sich ändernden Giess- und Strangparametern angepasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebergangskurve am Kreisbogen bei einem Winkel anschliesst, wobei der Winkel ϕ_o beim Biegen von der horizontalen und beim Richten von der vertikalen Radiuslinie des Kreisbogens gemessen und nach der Formel ϕ_o= arctan

errechnet wird, wobei R der gewählte Radius des Kreisbogens und L die gewählte Länge der Uebergangskurve darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand Y₀ zwischen einem Anschlusspunkt 20, der Uebergangskurve am Kreisbogen und einer Ver- längerung der Geraden nach der Formel Y_o =

errechnet wird, wobei R₀ der gewählte Radius des Kreisbogens und L die gewählte Länge der Uebergangskurve darstellen.

4. Biegeeinrichtung in einer Stranggiessanlage, wobei entlang einer Biegestrecke zwischen einem bogenförmigen und einem geraden Teil der Stützführung Stützrollenpaare zur Abstützung des ferrostatischen Druckes eines teilweise erstarrten Stranges angeordnet sind, und jeweilsim an die Biegestrecke angrenzenden Rollenpaar des bogenförmigen und des geraden Teiles der Stützführung mindestens eine Rolle starr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Stützrollenpaare zwischen dem kreisbogenförmigen und dem geraden Teil der Stützführung je für sich quer zur Stranglaufrichtung durch den Strang frei bewegbar geführt sind.

5. Biegeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrollenpaare bei Einhaltung des gegenseitigen Abstandes der einem Rollenpaar zugeordneten Rollen frei bewegbar geführt sind.

6. Biegeeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im bogenförmigen und im geraden Teil der Stützführung jeweils vor bzw. nach dem an die Biegestrecke angrenzenden Rollenpaar unter Einhaltung ihres gegenseitigen Abstandes quer zur Stranglaufrichtung durch den Strang frei bewegbare Rollenpaare geführt sind.

Zeichnung