Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer der Breitseitenwände einer von Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden gebildeten Verstellkokille in einer Stranggießanlage zum kontinuierlichen Gießen eines Metallstranges.

Unter dem Einfluss der heißen Metallschmelze und der sich an den Kokillenwänden in Gießrichtung zunehmend ausbildenden Strangschale kommt es durch die Relativbewegung von Kokille und Metallstrang zu Verschleißerscheinungen an den Kokilleninnenwänden. Dieser Materialverschleiß nimmt in Richtung zur Kokillenausgangsseite stetig zu.

Um den Verschleiß der zumeist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildeten Kokilleninnenwände zu minimieren, ist es seit langem bekannt, die mit der Metallschmelze und den Strangschalen in Berührung kommenden Kokilleninnenwände mit den Verschleiß mindernden Schutzschichten auszustatten. Aus der EP 924 010 A1 ist es beispielsweise bekannt, eine aus einer aushärtbaren Kupferlegierung bestehende Kokillenwand mit einer Verschleißschutzschicht aus Chrom auszustatten und die Kokillenwand im Weiteren der Aushärtung zu unterziehen. Zur Verstärkung der verschleißmindernden Wirkung an der Kokillenausgangsseite wird in der US 4,688,320 vorgeschlagen, in den besonders verschleißanfälligen Bereichen eine dickere Nickelschicht vorzusehen, als in anderen, speziell thermisch höher beanspruchten Bereichen der Kokille.

Werden mit einer Stranggießanlage, die mit einer Verstellkokille zum Gießen von Metallsträngen unterschiedlicher Strangbreite ausgestattet ist, über längere Perioden Metallstränge gleicher Strangbreite vergossen, so tritt in den Kantenbereichen von Breitseitenwand und Schmalseitenwand durch die Reibung der Strangkanten an den Breitseitenwänden an diesen in einem schmalen entlang der Kanten verlaufenden Bereich ein verstärkter Verschleiß auf. Dieses Verschleißbild zeigt sich unabhängig von den Verschleiß mindernden Maßnahmen, wie sie aus dem oben beschriebenen Stand der Technik bekannt sind. Die in Strangförderrichtung orientierten Verschließmarken können eine Tiefe von bis zu 3 mm erreichen und führen bei einem Formatwechsel (größere Gießbreite) zu Qualitätseinbußen an Strang und gegebenenfalls zum Komplettausfall der Kokille.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem die Einsatzdauer einer Verstellkokille speziell beim Vergießen langer Sequenzen mit gleicher Gießbreite wesentlich verlängert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittig zwischen den Schmalseitenwänden einer Verstellkokille eine Gießmittenachse definiert wird und dass diese Gießmittenachse während des Gießens kontinuierlich oder diskontinuierlich parallel zu sich selbst verschoben wird.

Die Gießmittenachse ist in der Kokille durch gleiche Abstände zu den Schmalseitenwänden definiert und diese Gießmittenachse setzt sich bei konventionellen Stranggießanlagen auch in der Strangmitte des aus der Stranggießkokille austretenden und die Strangführung der Gießanlage durchlaufenden gegossenen Metallstrang fort. Sie liegt demnach in einer Anlagenlängsebene. Wird nunmehr die Gießmittenachse aus ihrer Ursprungslage einer mittigen Anlagenlängsebene parallel zu sich selbst um einen kleinen Betrag versetzt, so wird auch der die Kokille verlassende Metallstrang um diesen kleinen Betrag versetzt außermittig durch die Strangführung der Stranggießanlage gefördert.

In der praktischen Umsetzung erfolgt das Verschieben der Gießmittenachse durch ein synchrones Verschieben der Schmalseitenwände in die gleiche Richtung zwischen den Breitseitenwänden der Verstellkokille. Hierzu werden die bei einer Verstellkokille bereits vorhandenen, vorzugsweise hydraulisch betriebenen und von der Anlagenleitebene aus gesteuerten Verstelleinrichtungen verwendet.

Nach einer ersten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das kontinuierliche Verschieben der Gießmittenachse zwischen zwei vorgegebenen Bereichsgrenzen. Durch das kontinuierliche Verschieben der Gießmittenachse während der gesamten Gießdauer innerhalb dieser Bereichsgrenzen kommt es zu einem weitgehend gleichmäßigen Verschleiß an den Breitseitenwände der Kokille in den Bereichen, die von den Kanten der Schmalseitenwände bestrichen wird. Diese Bereichsgrenzen sind in dem den Verstellvorgang regelnden Rechenprogramm festgelegt. Der Abstand der Bereichsgrenzen liegt vorzugsweise zwischen 10 mm und 50 mm.

Die Verschiebebewegung der Gießmittenachse zwischen den Bereichsgrenzen und damit der Schmalseitenwände entlang der Breitseitenwände folgt einem stetigen Kurvenverlauf, vorzugsweise einem Sinuskurvenverlauf. Allerdings können auch andere Kurvenverläufe gewählt werden.

Eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird dadurch erreicht, dass zum diskontinuierlichen Verschieben der Gießmittenachse zwischen den Schmalseitenwänden mehrere Betriebspunkte für die Positionierung der Gießmittenachse festgelegt werden und dass nach Erreichen eines bestimmten Verschleißwertes an der Breitseitenwand in einem Betriebspunkt die Gießmittenachse einem neuen Betriebspunkt zugeordnet wird. Der "bestimmte Verschleißwert" stellt hierbei einen Schwellwert des Verschleißes für den Wechsel des Betriebspunktes dar. Neben einem zentralen Betriebspunkt, der der Einstellung der Gießmittenachse an einer konventionellen Verstellkokille bzw. Stranggießanlage entspricht, sind beiderseits dieses zentralen Betriebspunktes mindestens je ein weiterer Betriebspunkt vorgesehen, d. h. im den Verstellvorgang regelnden Rechenprogramm festgelegt, die nach Erreichen eines Schwellwertes des Kokillenverschleißes im Betriebspunkt nacheinander eingestellt werden. Dadurch wird der lokal auftretende verstärkte Verschleiß über die Betriebsdauer der Breitseitenwand auf einen breiteren Bereich der Breitseitenwand verteilt und somit die Gesamtlebensdauer der Breitseitenwand grundsätzlich erhöht. Der Schwellwert des Kokillenverschleißes wird hierbei so angesetzt, dass durch diese Verschleißmarke noch keine Beeinträchtigung der Oberflächenqualität des Metallstranges in diesem Bereich entsteht. Der Abstand zwischen benachbarten Betriebspunkten liegt zweckmäßig mindestens zwischen 5 mm und 50 mm.

Vorzugsweise folgt die Verschiebebewegung zwischen zwei Betriebspunkten einem stetigen Kurvenverlauf, vorzugsweise einem Sinuskurvenverlauf. Allerdings können auch andere Kurvenverläufe gewählt werden.

Unter Berücksichtigung spezifischer lokaler Gießbedingungen ist es zweckmäßig den bestimmten Verschleißwert durch verschleißbestimmende Einflussgrößen, wie die Gießzeit, die Gießlänge, die Chargenanzahl, die Gießgeschwindigkeit, oder ähnliche Einflussgrößen, zu bestimmen bzw. festzulegen, da die Schmelzentemperatur, die Strangdicke und auch andere Faktoren einen wesentlichen Einfluss auf die Ausbildung der Strangkante, insbesondere deren Temperatur, im Austrittsbereich der Kokille haben und damit auf die Intensität des Verschleißes.

Zweckmäßig soll die Befüllung der Verstellkokille mit Metallschmelze mittig erfolgen, damit die Schmelzenverteilung und die Strömungsverhältnisse in der Kokille weitgehend symmetrisch ablaufen und damit die Abkühlbedingungen gleichmäßig gehalten werden. Das Verschieben der Gießmittenachse bedingt eine geringfügig asymmetrische Schmelzenzufuhr, die sich auf die Strömungsverhältnisse kaum auswirkt. Zur Vermeidung derartiger Einflüsse kann die Schmelzenzufuhr aus dem oberhalb der Verstellkokille angeordneten Zwischengefäß auf die Position der Gießmittenachse ausgerichtet werden. Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung der Schmelzenzufuhr durch ein synchron mit der Gießmittenachse erfolgendes seitliches Verschieben des Zwischengefäßes. Diese Kalibrierung kann mit den standardmäßig an der Stranggießanlage vorgesehenen Einrichtungen durchgeführt werden.

Nach einer Gießunterbrechung muss der Gießvorgang in bekannter Weise mit einem Anfahrstrang neu gestartet werden. Sofern die Gießmittenachse nicht auf den zentralen Betriebspunkt eingestellt ist, ist es notwendig, dass der Anfahrstrangkopf des Anfahrstranges bei einem Neustart des Stranggießens auf die aktuelle Position der Gießmittenachse eingestellt wird.

Vorzugsweise wird der Positionswechsel der Gießmittenachse vom Prozessleitsystem der Stranggießanlage automatisch geführt. Der dem Prozessleitsystem zugeordnete Prozessrechner hat Zugriff auf alle wesentlichen Daten der Einflussfaktoren, die den Verschleiß mit unterschiedlicher Intensität verursachen und kann mit einem darauf abgestimmten mathematischen Modell den optimalen Zeitpunkt für die Verlagerung der Gießmittenachse ermitteln und entsprechende Steuersignale an die Verstelleinrichtungen der Schmalseitenwände der Verstellkokille geben.

Gleichermaßen kann von der Steuerwarte der Stranggießanlage manuell in das Prozessleitsystem eingegriffen werden und ein Steuersignal zur Verlagerung der Gießmittenachse generiert werden.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet dieser Erfindung ist das Stahlstranggießen.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:

Fig. 1

eine Verstellkokille nach dem Stand der Technik in einer Ansicht von oben und in einem Längsschnitt entlang der Schnittlinie A - A,

Fig. 2

eine Breitseitenwand einer Verstellkokille mit den Verschleißbildern bei einer kontinuierlichen Verschiebebewegung der Gießmittenachse zwischen zwei Bereichsgrenzen nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3

eine Breitseitenwand einer Verstellkokille mit den Verschleißbildern bei drei erfindungsgemäßen Betriebspunkten der Gießmittenachse nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In den Darstellungen der Figuren 1 ist eine Verstellkokille 1 in einer Stranggießanlage mit Breitseitenwänden 2, 3 und mit zwischen diesen Breitseitenwänden klemmbar angeordneten Schmalseitenwänden 4, 5 schematisch dargestellt. Jeder Schmalseitenwand sind zwei übereinander angeordnete Verstelleinrichtungen 6, 7 und 8, 9 zugeordnet, mit denen die Schmalseitenwände auf vorgegebene Gießbreiten B und auf einen gießbreitenabhängigen Gießkonus entsprechend dem Produktionsprogramm eingestellt werden können. Die Verstelleinrichtungen umfassen vorzugsweise regelbare Druckmittelzylinder, die von einem Prozessrechner auf der Anlagenleitebene 10 gesteuert werden. Die beiden Schmalseitenwände 4, 5 sind zur Gießmittenachse 11 symmetrisch angeordnet. Wird nur ein Tauchgießrohr 12 für die Schmelzenzufuhr vorgesehen, so erfolgt die Schmelzenzufuhr fluchtend mit der Gießmittenachse 11. Die Gießmittenachse 11 setzt sich unterhalb der Verstellkokille 1 in Gießrichtung durch die nicht näher dargestellte Strangführung der Stranggießanlage fort.

Fig. 2 zeigt eine Breitseitenwand 2 mit den bei Anwendung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der schmelzenseitigen Oberfläche auftretenden breiten keilförmigen Verschleißmarken 14 bei langer Gießdauer mit konstanter Gießbreite. An der Verstellkokille sind zwei virtuelle Bereichsgrenzen G₁, G₂ vorgesehen, die in einem mathematischen Modell festgelegt und vom Prozessrechner abrufbar sind. Diesen Bereichsgrenzen sind ausgehend von einer zentralen Gießmittenachse 11₀ in gleichem Abstand Gießmittenachsen 11₁, und 11₂ zugeordnet, an denen sich die Position der hier nicht dargestellten Schmalseitenwände orientiert. Dementsprechend tritt aus der Verstellkokille ein Metallstrang aus, der in seiner Positionierung in der der Kokille nachfolgenden Strangführung in seinen maximalen Auslenkungen durch die positionsbezogenen Gießbreiten B₁ und B₂ festgelegt ist. Der gegossene Strang tritt aus der Kokille mit einer Schmalseitenposition aus, die einer Sinuskurve 17 mit großer Wellenlänge folgt und der kontinuierlichen Schmalseitenbewegung in der Kokille entspricht. Durch die Pendelbewegung der Gießmittenachse im Verstellbereich zwischen den Bereichsgrenzen kommt es zu einem vergleichsweise geringen und weitgehend gleichmäßigen Verschleiß an den Breitseitenwänden, wodurch die Einsatzdauer der Breitseitenwände wesentlich erhöht wird.

Fig. 3 zeigt eine Breitseitenwand 2 mit den bei Anwendung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der schmelzenseitigen Oberfläche auftretenden keilförmigen Verschleißmarken bei langer Gießdauer mit konstanter Gießbreite. An der Verstellkokille sind drei virtuelle Betriebspunkte P₀, P₁, P₂ vorgesehen, die in einem mathematischen Modell festgelegt und vom Prozessrechner abrufbar sind. Diesen Betriebspunkten sind Gießmittenachsen 11₀, 11₁, 11₂ zugeordnet, an denen sich die Positionen der hier nicht dargestellten Schmalseitenwände orientieren. Dementsprechend tritt aus der Verstellkokille ein Metallstrang aus, der in seiner Positionierung in der der Kokille nachfolgenden Strangführung durch die positionsbezogenen Gießbreiten B₀, B₁ und B₂ festgelegt ist. Dem Betriebspunkt P₀, der der zentrierten Standardeinstellung einer Stranggießanlage entspricht, ist die Gießmittenachse 11₀ zugeordnet, bei der der gegossene Metallstrang zentrisch mit der Position B₀ in die durch strichpunktierte Linien angedeutete Strangführung 13 eintritt. In diesem Fall treten Verschleißmarken 14 auf, die sich von den Kanten 14a in Richtung zur Gießmittenachse 11₀ erstrecken. Die Kante 14a entsteht im Wesentlichen entlang der Berührungslinie der Schmalseitenwand mit der Breitseitenwand der Verstellkokille durch die Reibungswirkung des Kantenbereiches des sich bildenden Gussstranges auf der Breitseitenwand. Analog bilden sich Verschleißmarken 15 im Betriebspunkt P₁ und Verschleißmarken 16 im Betriebspunkt P₂ aus. Insgesamt wird der Gesamtverschleiß an der Breitseitenwand durch das Verschieben der Gießmittenachse 11 zwischen den Betriebspunkten P₀, P₁, P₂ vergleichmäßigt und minimiert und damit die Einsatzdauer der Breitseitenwände wesentlich erhöht..