Die Erfindung betrifft eine Stranggiessanlage, insbesondere für Stahl-Langprodukte, gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Stranggiessen nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.

Beim Stranggiessen wird bekanntlich das flüssige Metall, z. B. der flüssige Stahl, in eine gekühlte Kokille eingefüllt und unten aus dieser Kokille unter Schalenbildung als Giessstrang kontinuierlich weggeführt. Dieser Giessstrang wird durch eine weitere Kühleinrichtung, eine sogenannte Sekundärkühlung, entlang einer durch hintereinander angeordnete Führungsrollen gebildeten Führungsbahn geführt und dabei durch Beaufschlagen mit Kühlmitteln (Aufspritzen von Wasser, Wasser-Luftgemisch) sowie Kontakt mit den Führungsrollen als auch durch eine Abstrahlung der Wärme weiter abgekühlt.

Aus Qualitätsgründen ist es wichtig, dass der Giessstrang in Bezug auf seinen Querschnitt symmetrisch gekühlt wird. Dazu müssen einerseits die Kühldüsen genau positioniert und ausgerichtet sein sowie gleiche Sprühcharakteristika aufweisen, anderseits ist aber auch eine exakte Führung des Giessstranges entlang seiner Führungsbahn wichtig. Sobald sich im gegossenen Strang aus irgendeinem Grund ein unsymmetrisches Temperaturfeld einstellt, tendiert der Strang dazu, infolge von thermischer Verformung aus der Führungsbahn z.B. seitlich auszuweichen. Diese Verlagerung führt sofort zur ungleichmässigen Kühlwassermittel-Beaufschlagung und somit zur weiteren Verlagerung des Stranges aus seiner Sollposition. Das Problem wird besonders kritisch, wenn kleinformatige Stränge (Knüppel, ca. 100-160 mm Vierkant) unter Einsatz von hochintensiver Spritzwasserkühlung, sogenannter harter Kühlung, gegossen werden. Des Weiteren kann es beim Giessen von Knüppel-Strängen zum Abheben des Stranges von seiner bogenförmigen Führungsbahn kommen, wenn im Kokillenbereich erhöhte Reibkräfte auftreten, und dabei der relativ biegeweiche Strang quasi gestreckt wird.

Zur Führung des Stranges durch die Kühleinrichtung werden Führungsrollen verwendet, welche fix oder nachgiebig (über Federpakete, Pressluftbälge etc.) in einem vorgegebenen Mindestabstand zum Strang montiert sind, wobei die nachgiebige Ausführung praktisch nur an der Strangoberseite verwendet wird.

Es ist bei diesen Lösungen von Nachteil, dass infolge der stark korrosiven und feuchten Umgebung der Kühlkammer die meisten Rollen nach kurzer Dauer festsitzen, da sie nur sporadisch vom Strang berührt und von diesem gedreht werden, weshalb an den Lagerstellen rasch Korrosionsprodukte und Kalkablagerungen sich absetzen können. Festsitzende Rollen werden einerseits infolge der Wärmestrahlung des Stranges thermisch überlastet und anderseits beschädigen sie vielfach die Strangoberflächen mit Riefen und Längskratzern, welche zum Produktausschuss führen. Ausserdem müssen - wenn in der gleichen Stranggiessanlage Stränge mit verschieden grossen Querschnitts-Formaten gegossen werden - jeweils entweder komplett neue Führungselemente eingebaut oder Führungsrollen in eine neue Position versetzt werden. Beides bedeutet Zeitaufwand und beeinträchtigt die Verfügbarkeit der Giessanlage. In der Praxis werden deshalb die Führungsrollen vielfach auf das grösste Format eingestellt, und die kleineren Formate dadurch nur in weiten Grenzen geführt.

Beim Auftreten von Giessstörungen, z.B. Strangdurchbrüchen, erschweren fix positionierte Führungsrollen und Sprühlatten das Entfernen des Durchbruchstranges, und die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft ist zeitaufwendig.

In der Druckschrift JP-A-57130752 ist eine Stranggiessanlage beschrieben, bei welcher der aus der Kokille austretende Strang auf Rollenpaaren zu einer Bogenform umgelenkt und durch eine Wasserspeisung bei diesen Rollenpaaren entsprechend gekühlt wird. Bei dieser Stranggiessanlage ist primär eine Energierückgewinnung des durch den Strang erhitzten Kühlwassers vorgesehen. Diese Rollenpaare sind jeweils wie auf einem Wagen gelagert. Es ist aber an keiner Stelle erwähnt, dass diese Rollenpaare bzw. die Wasserkühlung als Module ausgebildet und dabei noch gesteuert verstellbar sind.

Die Druckschrift DE-A-33 05 660 bezieht sich auf eine Horizontal-Stranggussanlage mit einer Vorrichtung zum Korrigieren der Kontur des Stranges. Hiefür ist eine gesteuert betätigbare Abkühlvorrichtung vorhanden, die ein Kühlfluid auf wenigstens einer von mehreren Ecken des gegossenen Stranges aufspritzt, um die Kontur des Strangquerschnittes anzupassen. Mit dieser Abkühlvorrichtung wird aber nicht der gesamte Strang gekühlt und sie ist nicht als Modul mit einer gesteuerten Verstellbarkeit ausgebildet.

Bei dem Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen gemäss der Offenlegungsschrift DE-A-100 51 959 wird der Strang nach dem Austritt aus der Kokille bogenförmig weggeführt, bei dem er in mehrere Bogenabschnitte unterteilt ist und die Sekundärkühlung in ihrer geometrischen Gestaltung dem Erstarrungsprofil angepasst wird. Hierbei erfolgt auch eine entsprechende Strangstützung, die sich entlang der Bogenabschnitte vermindern soll. Nachfolgend zu den Bogenabschnitten ist ausserdem ein Soft-reduction-Segment und eine diesem vorgeschalteten Intensivkühleinrichtung angeordnet. Diese Soft-reduction-Segments beste-hen aus zwei oder mehreren Rollengerüsten, deren Rollenpaare ohne Antrieb sind. Ein Oberrahmen ist jeweils hydraulisch an einen Unterrahmen anstellbar. Diese Rollengerüste dienen lediglich für die Führung des bereits in einen gerade Bahn laufenden Strang. Mit ihnen kann nicht eine insgesamte Zentrierung des Stranges erzielt werden. Bei der Sekundärkühlung kann beispielsweise der Abstand der Spritzdüsen zur Strangoberfläche in Abhängigkeit des sich einstellenden Erstarrungsprofils verändert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stranggiessanlage der eingangs genannten Art zu schaffen sowie ein Verfahren zum Stranggiessen insbesondere von Stahl vorzuschlagen, mit denen die Qualität des gegossenen Stranges durch eine präzise, in Bezug auf den Strangquerschnitt symmetrisch verteilte Kühlung erheblich verbessert werden kann. Ausserdem sollen die Nebenzeiten bei Umstellung der Giessanlage auf ein anderes Giessformat und beim Unterhalt reduziert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Stranggiessanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Stranggiessanlage sowie des erfindungsgemässen Verfahrens bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei der erfindungsgemässen Stranggiessanlage mit mehreren hintereinander angeordneten Zentriermodulen, von denen jedes eine fix montierte, den Sollverlauf der Führungsbahn definierende äussere Rolle für eine Strangseite sowie weitere Führungsrollen für die anderen Strangseiten aufweist, wobei die weiteren Führungsrollen in im wesentlichen senkrechter Richtung zu den entsprechenden Giessstrangflächen verstellbar sind und der Anpressdruck der jeweiligen Rolle auf den Giessstrang einstellbar und messbar ist, wird sichergestellt, dass die Führungsrollen durch das Klemmen des Stranges ständig mitlaufen und der Giessstrang in seiner Sollposition in der Führungsbahn gehalten wird. Dadurch wird einerseits die Gefahr einer thermischen Überlastung der Rollen und einer Beschädigung der Strangoberfläche erheblich reduziert und eine symmetrische Kühlung gewährleistet.

Zudem kann der Anpressdruck des Stranges an die Zentrierrollen gemessen und ein daraus abgeleitetes Signal an eine Steuereinrichtung abgegeben werden. Beispielsweise bei einem Kraftanstieg an die seitlichen Rollen infolge einer thermisch bedingten Verformung des Giessstranges kann eine gezielte Veränderung der Kühlung örtlich, zum Beispiel an bestimmter Strangseite, durchgeführt werden, so dass ein zentrischer Stranglauf quasi auf dem thermischen Wege erreicht wird.

Ebenso können aus dem Anstieg der Stranganpresskraft des entlang seiner bogenförmigen Führungsbahn bewegten Knüppelstranges an die oberen Zentrierrollen auf die Strangausziehkräfte und somit auf die Reibkräfte im Kokillenbereich Rückschlüsse gezogen werden, was neu Möglichkeiten für die Überwachung des Giessprozesses, insbesondere der Kokillenreibung, eröffnet.

Die erfindungsgemässe Stranggiessanlage ermöglicht Giessen von Strängen mit verschieden grossen Formaten ohne Beeinträchtigung der Verfügbarkeit der Anlage, da sich der jeweilige Wechsel der Führungsrollen und/oder der Sprühorgane bzw. eine manuelle, neue Positionierung derselben erübrigt. Dabei wird durch die zentrische Strangführung bei allen Strangformaten hohe Produktionsqualität gewährleistet und die Umrüstzeiten werden wesentlich verkürzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

schematisch einen Teil (Kokille mit der anschliessender Kühlkammer) einer erfindungsgemässen Stranggiessanlage in Seitenansicht;

Fig. 2

ein Zentriermodul als Teil der Stranggiessanlage nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung; und

Fig. 3

das Zentriermodul nach Fig. 2 mit einem Schutzkasten für eine Steuereinrichtung.

Gemäss Fig.1 umfasst eine Stranggiessanlage eine Kokille 1, in welche das flüssige Metall, insbesondere Stahl, eingefüllt und unten aus dieser wassergekühlten Kokille 1 unter Schalenbildung als Giessstrang 2 kontinuierlich weggeführt wird. Dieser Giessstrang wird durch eine weitere Kühleinrichtung, eine sogenannte Sekundärkühlung, geführt und dabei weiter abgekühlt. Am Kokillenausgang können je nach Bedarf Stützrollen und Sprühorgane 4 als sogenannte Fussrollengerüste oder Stützsegmente installiert sein. Diese sind formatabhängig und werden jeweils beim Giessformatwechsel mit der Kokille ausgewechselt.

Die Kühleinrichtung umfasst mehrere hintereinander angeordnete Sprühmodule 3, in welchen der entlang einer Führungsbahn geführte Giessstrang 2 mit Kühlmitteln, in der Regel mit Wasser oder einem Wasser-Luftgemisch beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck ist jedes Kühlmodul 3 mit einer Vielzahl von als Sprühorgane ausgebildeten Sprühdüsen 5 ausgestattet, welche vorzugsweise in wasserführenden Sprühlatten 7 montiert sind. Die Sprühlatten 7 sind über ein Verstellorgan 6 im wesentlichen konzentrisch zur Giessstrangachse gesteuert einstellbar. Als Verstellorgan 6 sind vorteilhaft Schiebearme 6a für die Sprühlatten 7 an dem Innen bzw. Aussenradius des Stranges, bzw. entsprechende Schwenkarme 6b für seitliche Sprühlatten 7 vorgesehen. Ausserdem ist für dieses Verstellorgan 6 ein mit den Schiebearmen 6a bzw. den Schwenkarme 6b verbundener Antrieb 6c vorgesehen.

Unter besondern Umständen kann beim sogenannten Trockengiessen der Strang hingegen ohne Sprühkühlung, d h. im wesentlichen nur mittels wassergekühlten Rollen gekühlt werden. Es ist in diesem Fall um so wichtiger, dass der Strang ständig mit allen Führungsrollen im Kontakt bleibt.

Der Giessstrang 2 läuft mehrere hintereinander angeordnete Zentriermodule 10 durch, von denen jedes eine fix montierte, den Sollverlauf der Führungsbahn definierende Rolle 11 für eine Strangseite 2a sowie weitere Führungsrollen für die anderen Strangseiten aufweist. Diese sind insbesondere aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ). Im Gegensatz zur Rolle 11 sind diese weiteren Führungsrollen 12, 13, 14 in im wesentlichen senkrechter Richtung zu den entsprechenden Giessstrangflächen 2b, 2c, 2d unabhängig vom Giessstrang-Querschnittsform (Quadrat, Rechteck, Rund, Doppel-T, etc.) verstellbar angeordnet, wie nun im folgenden beschrieben wird.

Das jeweilige Zentriermodul 10 weist einen ortsfesten Rahmen 20 auf. Eine der weiteren Führungsrollen, die obere Führungsrolle 12, wird von einem am Rahmen 20 verschwenkbar gehaltenen, bügelförmigen Halter 22 getragen, derart, dass sie bei seiner Verschwenkung relativ zu der fix montierten Rolle 11 verstellt und dabei auf die Strangseite 2b angepresst werden kann. Die Verschwenkung des Halters 22 wird vorzugsweise mittels eines aus Fig. 2 ersichtlichen Hydraulikzylinders 25 über einen drehfest mit einer Schwenkwelle 21 verbundenen Hebel 26 bewerkstelligt. Bei der Verstellung des Hydraulikzylinders 25 und des Hebels 26 wird die Schwenkwelle 21 und mit ihr auch der bügelförmige Halter 22 entsprechend verschwenkt.

Die beiden übrigen seitlichen Führungsrollen 13, 14 werden von je einem um je eine rahmenfeste Achse 31, 32 verschwenkbaren, hülsenförmigen Teil 33, 34 getragen, und zwar über je zwei mit dem jeweiligen Teil verbundene Flanschteile 33a, 34a, in denen die Rollen gelagert sind. Die beiden hülsenförmigen Teile 33, 34 sind über ineinandergreifende Zahnsegmente 35, 36 miteinander drehverbunden. Einer der beiden Teile, gemäss Fig. 2 der Teil 34, wird von einem weiteren Hydraulikzylinder 40 betätigt bzw. verschwenkt, wobei seine Verschwenkung über die Zahnsegmente 35, 36 auch auf den anderen Teil 33 übertragen wird, so dass die beiden Führungsrollen 13, 14 über die verschwenkbaren Flanschteile 33a, 34a ausschliesslich symmetrisch zueinander, d.h konzentrisch zur Sollachse der Strangführungsbahn verstellt und entsprechend gleichmässig auf die beiden Strang-Seitenflächen 2c, 2d angepresst werden können.

Über die beiden Hydraulikzylinder 25, 40 wird der Anpressdruck der Führungsrollen 12, 13, 14 gesteuert eingestellt, und es wird sichergestellt, dass die Führungsrollen ständig mitlaufen. Dadurch wird die Gefahr einer thermischen Überlastung der Rollen und einer Beschädigung der Strangoberfläche erheblich reduziert.

Zudem kann im Giessbetrieb der aktuelle Anpressdruck gemessen und bei einem Druckanstieg infolge einer thermisch bedingten Verformung des Giessstranges ein Signal an eine Steuereinrichtung abgegeben werden, über welche eine gezielte Veränderung der Kühlung eingeleitet und örtlich, z.B. an bestimmter Strangseite, durchgeführt werden kann, so dass ein zentrischer Stranglauf quasi auf dem thermischen Wege erreicht wird.

Je nach Bedarf kann eine Steuerung der Position und der Anpresskraft der Führungsrollen 12, 13, 14 an den Giessstrang (2) vorgesehen sein. Bei der Steuerung kann diese Position und/oder die Anpresskraft der Führungsrollen durch einen Vergleich der Sollwerte mit Istwerten eingestellt werden.

Es ist auch möglich, eine vorangestellte Position der Zentrierrollen über eine entsprechende Schaltung der Betätigungsorgane, beispielsweise durch regenerative Schaltung der Hydraulikzylinder, bis zu einer sehr hohen, einstellbaren Ablasskraft zu fixieren. Diese Position kann in vorgegebenen Zeitabständen überprüft und bei Bedarf korrigiert werden. Diese Korrektur kann entweder gesteuert oder sogar in Form einer adaptiven Regelung erfolgen, die sich den lokalen geometrischen Bedürfnissen des Stranges anpassen kann.

Unter der erwähnten regenerativen Schaltung der Steuerzylinder ist eine Schaltung gemeint bei der die beiden Zylinderdruckammer über Leitung verbunden sind und die aktive Anpresskraft aus der Stangenfläche und dem Oeldruck resultiert. Erst wenn der Strang aus der Solllage ausweichen will steigt der Druck an der Kolbenseite und der Zylinder wird bis zu einer vorgegebener max. Kraft blockiert.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden die Stellorgane, vorzugsweise Hydraulikzylinder 25, 40 sowie die Steuereinrichtung mit Vorteil in einem wassergekühlten, dicht verschlossenen Kasten 41 oberhalb der Führungsrollen untergebracht und von der Wärmestrahlung und der Korrosiven Umgebung geschützt.

Die erfindungsgemässe Stranggiessanlage ermöglicht ein Giessen von Strängen mit verschieden grossen Formaten ohne Beeinträchtigung der Verfügbarkeit der Anlage, da sich der jeweilige Wechsel der Führungsrollen bzw. neue Positionierung derselben erübrigt. Dabei wird bei allen Strangformaten hohe Produktionsqualität gewährleistet.

Es wäre möglich, die mit Sprühdüsen bestückten Sprühlatten mit den Stellmechanismen der Führungsrollen zu koppeln und dadurch eine automatische Verstellung der Kühlorgane bei Formatwechseln zu realisieren, was eine schnelle, ferngesteuerte Umstellung der Giessanlage auf neues Giessformat ermöglichen würde.

Die kompletten Zentriermodule können mittels speziellen, ausserhalb der Kühlkammer positionierten Manipulatoren in die Kühlkammer schnell ein- und ausgebaut werden. Dabei kann jedes Modul an der Anschlussstelle in der Kühlkammer eine spezielle Steckereinheit aufweisen, mit Hilfe derer alle Medien und Signale automatisch angeschlossen werden können.

Im Prinzip könnten im Rahmen der Erfindung auch bei einer speziellen Anlage erfindungsgemässe Sprühorgane vorgesehen sein, welche in mehreren hintereinander angeordneten Sprühmodulen (3) enthalten sind und im wesentlichen konzentrisch zur Giessstrangachse gesteuert verstellbar sind.