Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oszillieren einer Stahlstranggießkokille mittels einer Oszillationseinrichtung, wobei die Hubhöhe in Abhängigkeit von der Strangabzugsgeschwindigkeit eingestellt wird und bei voreilender Geschwindigkeit der Kokille relativ zum Strang, dem sogenannten Negativstrip, flüssiges oder festes Gießmedium in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen wird.
Beim Stranggießen wird die hierfür verwendete Kokille in eine periodische Bewegung versetzt, um dadurch ein Relativbewegung zwischen Strang und Kokille zu erzeugen. Dabei wird auf der Badoberfläche in der Kokille befindliches kömiges bis pulveriges Gießpulver nach Aufschmelzen als Gleitmittel in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen und damit die Reibung zwischen Kokille und Strang verringert. Durch diesen Effekt wird ein Verschleiß der Kokille erheblich verringert sowie ein Festhaften des Stranges an der Kokillenwand verhindert.
Die periodische Kokillenbewegung bildet üblicherweise im Positions- und Geschwindigkeitsverlauf eine Sinus-Schwingung, die einen konstanten Hub, bspw. bei Exzenteroszillatoren, und eine der Gießgeschwindigkeit angepaßte Periodendauer aufweist.
Während eines Oszillationszyklus wechselt beim Vorbeigleiten der Kokille am Strang die Art der Reibung:
Bei relativ zum Strang voreilender Geschwindigkeit der Kokille, als Negativstrip bezeichnet, sowie nach deren Richtungsumkehr zum Positivstrip liegt Gleitreibung vor; zwischen Negativstrip und Positivstrip im Bereich der Richtungsumkehr liegt Haftreibung vor.
Während der Gleitreibung werden von der Kokille abwechselnd Zug- und Druckspannungen auf die Strangschale übertragen.
Bei annähernd gleichen Geschwindigkeiten zwischen Kokille und Strang im Zustand der Haftreibung gleichen sich die resultierenden Zug- und Druckspannungen annähernd aus. Bei Erhöhung oder Erniedrigung der relativen Kokillengeschwindigkeit reißt sich die Kokille vom Strang los. Dies führt zum Stauchen und damit zu einer Geschwindigkeitserhöhung der Strangschale, wenn sich die Kokille auf ihrem Weg nach unten befindet, und umgekehrt zu einer Dehnung und damit zu einer Geschwindigkeitsreduzierung der Strangschale, wenn sich die Kokille auf ihrem Weg nach oben befindet.
Dieser abwechselnde Stauch- bzw. Dehnvorgang der Strangschale bewirkt eine oszillierende Anregung des gesamten Stranges. Wenn diese in einem ungünstigen, bspw. harmonischen Frequenzbereich liegt, kann dieses zu einem Aufschwingen der gesamten Gießanlage führen. Dieser nachteilige Effekt wird um so stärker, je größer der Reibungskoeffizient zwischen Kokille und Strangschale ist, d. h. je geringer die Schmierung und damit die Schlackenversorgung ist.
Hieraus ergeben sich für Stranggießanlagen bei höheren Gießgeschwindigkeiten, bspw. größer 4,5 m/min, folgende Nachteile:
Verfahren zur Erzeugung der Oszillation einer Stranggießkokille sind beim Stand der Technik bekannt.
Beispielsweise beschreibt das Dokument DE 37 04 793 C2 eine Kokillen-Hubvorrichtung mit zwei an einem Hubtisch für die Stranggießkokille oder direkt an dieser angelenkten, drehbar antreibbaren Exzenterwellen. In die Verbindung zwischen dem Drehantrieb und den Exzenterwellen ist mindestens eine Gelenkwelle eingesetzt, bei welcher der von der Exzenterwelle abgewandte Gelenkkopf lageveränderbar angeordnet ist und die Gelenkköpfe gegeneinander verdrehbar sind.
Ein nicht sinusförmiger Bewegungsablauf der Kokille wird durch den bewußten Gebrauch des Kardanfehlers erzeugt, welcher auftritt, wenn eine Gelenkwelle nicht fluchtend zwischen den Wellen eingesetzt wird. Durch Veränderung von Höhe und seitlicher Verschiebung des Drehantriebes sind unterschiedliche nicht sinusförmige Bewegungsabläufe der Kokille realisierbar.
Das Dokument EP 0 121 622 B1 beschreibt ein Verfahren für das Stranggießen unter Verwendung einer in einem Rahmen gelagerten Kokille, welcher durch eine elektrohydraulische Servoeinrichtung in Schwingungen versetzt wird. Die Vorrichtung zur Schwingungserzeugung wird gemäß einem von einem Funktionsgenerator erzeugten vorgewählten Schwingungs-Amplitudensignal bei einer Frequenz betrieben, welche höher als die Eigenfrequenz der Schwingungsvorrichtung ist.
Das Dokument EP 0 618 023 A1 offenbart ein Verfahren für das Stranggießen, bei dem eine Kokille mit einer vergleichsweise langen Seitenwand und einer vergleichsweise schmalen Querwand verwendet wird. Zugleich mit der Oszillation der Kokille werden bei jeder Schwingung in einer Zeitphase, bei der die Differenz der Kokillengeschwindigkeit und der Strangabzugsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Seitenwände der Kokille um einen geringen Querbetrag vom Gußstrang wegbewegt, während in der verbleibenden Zeit mit annähernd gleicher Geschwindigkeit von Strang und Kokille die Seitenwände wieder näher an den Gußstrang angelegt werden. Durch dieses abwechselnde Erweitern und Verschmälern der Kokille sollen die auf die Strangschale einwirkenden Zug- und Stauchkräfte reduziert werden, so daß die Tiefe der Oszillationsmarken verringert wird und die Strangmitte eine geringere Seigerung aufweist. In diesem Fall wird das Eindringen der Schlacke in den Spalt zwischen Strang und Kokille durch das abwechselnde Erweitem und Verschmälern der Kokille erleichtert.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, daß negativer Strip, Amplitude und Frequenz der Kokillenoszillation sowie deren auf einen Betriebsfall abgestimmte Kombination für die Qualität des Gußproduktes maßgeblich sind und auf die Eigenschaften der zu vergießenden Schmelzen und des verwendeten Gießpulvers eingestellt werden müssen. Die Auswahl der Oszillationsparameter ist wesentlich für die Optimierung des Stranggießprozesses und besteht in einer optimalen Kombination von Amplitude und Frequenz, wobei der Negativstrip innerhalb bestimmter Grenzen liegen soll, üblicherweise zwischen 15 und 40 %.
Diese Zusammenhänge machen deutlich, daß bei sinusförmiger Schwingung der Kokille eine beliebige Kombination der Oszillationsparameter nicht möglich ist. Es besteht daher die Bestrebung, die Wahl der Oszillationsparameter von der Gießgeschwindigkeit zu entkoppeln.
Die EP 0 325 931 B1 beschreibt ein Verfahren zum Oszillieren einer Stahlstranggießkokille mittels einer Oszillationseinrichtung, wobei die Hubhöhe in Abhängigkeit von der Strangabzugsgeschwindigkeit eingestellt wird. Bei einer sägezahnähnlichen Oszillationsbewegung überholt die Kokille während der ganzen Abwärtsbewegung den Strang. In einem ersten Bereich mit niedrigen Strangabzugsgeschwindigkeiten wird die Oszillationsfrequenz unter Beibehaltung einer Negativ-Strip-Zeit hochgefahren. Bei weiterer Erhöhung der Strangabzugsgeschwindigkeit wird in einem zweiten Bereich die Oszillationsfrequenz konstant gehalten und die Hubhöhe wird in Abhängigkeit von der Strangabzugsgeschwindigkeit unter Beibehaltung der Negativ-Strip-Zeit vergrößert.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art anzugeben, welches unter Überwindung der erwähnten Nachteile, Schwierigkeiten und technischen Grenzen insbesondere bei höheren Gieß- bzw. Strangabzugsgeschwindigkeiten die Produktion von Stranggießprodukten mit optimaler Qualität ermöglicht, die Beschleunigung der Massen einer Stranggießanlage reduziert, die Ausziehkräfte an den Oszillatoren verringert, sowie die Negativ-Strip-Zeit bei steigender Gießgeschwindigkeit zumindest konstant hält und ein gleichmäßiges Einziehen von Schlacke durch Einstellung einer konstanten Relativgeschwindigkeit zwischen Kokille und Strang ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Obergriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschlagen, dass zur Erzielung einer möglichst langen absoluten bzw. prozentualen Negativ-Strip-Zeit, bzw. Positiv-Strip-Zeit bei konstanter Giessgeschwindigkeit, und einer möglichst konstanten absoluten bzw. prozentualen negativen bzw. positiven Strip-Zeit bei steigender Giessgeschwindigkeit sowohl die Frequenz als auch der Hub der Oszillationsbewegung unabhängig voneinander in dem Sinne variiert werden, dass bei steigender Giessgeschwindigkeit die Beschleunigung der bewegten Kokille durch relative Erniedrigung der Frequenz bei relativ vergrößertem Hub insgesamt verringert wird.
Mit großem Vorteil wird durch das Verfahren nach der Erfindung erreicht, daß bei gleicher Gießgeschwindigkeit die Beschleunigung des gesamten bewegten Systems durch Absenkung der Frequenz gesenkt bzw. bei steigender Gießgeschwindigkeit annähernd konstant gehalten wird.
Dadurch, daß sowohl die Frequenz als auch der Hub unabhängig voneinander mit der Gießgeschwindigkeit variiert werden, kann eine möglichst lange und/oder konstante negative/positive Strip-Zeit erzielt werden.
Durch das Frequenzabsenkungsverfahren mit dynamisch angepaßtem Oszillationshub ergeben sich folgende vorteilhafte Auswirkungen für Sinusoszillationen:
Ähnliche Vorteile ergeben sich auch für andere nicht-sinudiale Oszillationsbewegungen wie bspw. trapezförmige, sägezahnartige Oszillationsbewegungen, insbesondere hinsichtlich einer weiteren Reduzierung der Massenbeschleunigung sowie gezielte Gießpulverschmierung und alle anderen vorerwähnten neuen Möglichkeiten. Nicht-sinudiale trapezähnliche Geschwindigkeitsformen sind gekennzeichnet durch einen asymmetrischen Verlauf, der speziell für schnell gießende Gießmaschinen geeignet ist und in der Abwärtsbewegung in Gießrichtung gesehen langsamer als in der Aufwärtsbewegung ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von graphischen Darstellungen von Diagrammen und Schwingungskurven näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 zeigt im Diagramm über der Gießgeschwindigkeit aufgetragen mit steigender Strangabzugsgeschwindigkeit sinkende Zeitwerte [ms] für den Verlauf der absoluten Negativ-Strip-Zeit gemäß der ausgezogenen Linie nach dem Stand der Technik und gemäß der punktierten Linie nach der Erfindung. Es zeigt sich, daß im Durchschnitt die Negativ-Strip-Zeit beim Verfahren nach der Erfindung durchschnittlich um 25 % größer ist als beim Stand der Technik.
In Fig. 2 sind Schwingungskurven mit symmetrischer bzw. asymmetrischer Kokillenoszillation nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Hub beträgt maximal 3,1 mm, während die Frequenz mit 6,6 Hz 396 Schwingungen/min. aufweist. Der entsprechende Beschleunigungswert ist relativ hoch und beträgt 5,3 m/s2 (siehe Tabelle I).
Fig. 3 zeigt Schwingungskurven mit symmetrischer bzw. asymmetrischer Kokillenoszillation nach der Erfindung. Dabei ist der Hub mit 3,9 mm um ca. 25 % größer als bei der entsprechenden Kurve in Fig. 3 (3,1 mm), und die Beschleunigung beträgt 4,0 m/s2, d. h. sie ist um ca. 30 % geringer als im entsprechenden Schwingungsbeispiel der Fig. 3 (5,3 m/sec2).
Damit erweist sich, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels einer unabhängigen Beziehung zwischen Gießgeschwindigkeit und den Oszillationsparametem Hub/Frequenz die Beschleunigungswerte des bewegten Systems entsprechend dem Hauptanspruch durch relative Erniedrigung der Frequenz bei relativ vergrößertem Hub insgesamt signifikant verringert wird.