Einrichtung an einer Stranggiesskokille zum Ermitteln der zwischen den Seitenwänden der Kokille und der Strangoberfläche herrschenden Reibungskräfte

Abstract

 Um rechtzeitig vor dem Auslaufen flüssiger Metallschmelze aus dem Strang infolge eines Hängenbleibens der Strangschale an der Kokille gewarnt zu sein, ist die Kokille mit einem Beschleunigungsaufnehmer (31) verbunden und ist an der Abstützung (25) der Kokille eine Kraftmeßeinrichtung (26) zur Messung der von der Kokille auf die Abstützung übertragenen Kräfte vorgesehen und sind weiters der Beschleunigungsaufnehmer (31) und die Kraftmeßeinrichtungen (26) durch eine elektrische Subtrahierschaltung verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an einer oszillierenden Stranggießkokille, insbesondere Stahlbrammen-Stranggießkokille, zum Ermitteln der zwischen den Seitenwänden der Kokille und der Strangoberfläche herrschenden Reibungskräfte.

[0002] Beim Stranggießen kann es durch Aufreißen der Strangschale zu einem Auslaufen der flüssigen Metallschmelze und damit zu einem Betriebsstillstand der Stranggießanlage kommen. Etwa 70.% der Strangschalendurchbrüche haben ihre Ursache in einem Hängenbleiben der Strangschale an einer Kupferseitenwand der Kokille. Um solche "Schalenhänger" zu vermeiden, hat man bisher während des Gießens die Schmelze laufend visuell beobachtet. Kommt es zu einem Herauswachsen der Strangschale aus der Badoberfläche, ist die Schale in der Kokille gerissen und höchste Gefahr für ein Auslaufen der flüssigen Metallschmelze gegeben. Durch sofortiges Stoppen des Gießens gelingt es manchmal in solchen Situationen, ein Auslaufen der Metallschmelze zu vermeiden. Für das visuelle Beobachten der Strangschale benötigt man einen eigenen Mitarbeiter, der sich in unmittelbarer Nähe der Badoberfläche aufhalten muß, was mit nicht unbeträchtlichen Gefahren verbunden ist. Da oft über längere Zeiträume der Betrieb der Anlage ordnungsgemäß abläuft, kann die Konzentration dieses Beobachters nachlassen, sodaß ein zeitgerechtes Einschreiten, d.h. Stoppen des Gießens, nicht möglich ist, da dieser Mitarbeiter das Herauswachsen der Strangschale nicht sogleich im Anfangsstadium bemerkt.

[0003] Es ist aus der DE-OS 27 43 579 bekannt, mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers diejenigen Beschleunigungskomponenten zu erfassen und sichtbar zu machen, welche nicht auf .die der Kokille beaufschlagte Pendelbewegung zurückzuführen sind. Tritt eine Abweichung dieser sichtbar gemachten Schwingungen der Kokille (mit einer Frequenz höher als ihre Oszillierfrequenz) gegenüber früheren, bei ordnungsgemäßem Gießverlauf beobachteten Schwingungen auf, so wird dies als Anzeichen für mangelnde Schmierung und für ein Hängenbleiben der Strangschale an der Kokille gewertet. Als Abhilfe wird in Abhängigkeit von der beobachteten Schwingungsfrequenz die Pulverzusammensetzung des Gießpulvers geändert. Bei diesem Verfahren ist eine Ausbruchwarnung nur durch genaues Beobachten und durch ständigen Vergleich mit dem durch Erfahrung für gut befundenen Schwingungsverlauf der Kokille gegeben. Abgesehen davon, daß ein solcher Vergleich stets mit subjektiven Fehlern behaftet ist, werden bei diesem Verfahren Änderungen im Oszillierantrieb durch Abnützung und Verschmutzung sowie Änderungen der Oszillierfrequenz, die enorme Störfaktoren beim Beobachten der Schwingungen der Kokille darstellen, ungenügend berücksichtigt. Solche Störfaktoren können nur durch langwierige Vergleichsversuche eliminiert werden.

[0004] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die es ermöglicht, "Schalenhänger" sofort anzuzeigen und eine verläßliche Warnung vor einem Auslaufen von Metallschmelze zu geben, u.zw. unabhängig von subjektiven Einflüssen.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kokille mit einem Beschleunigungsaufnehmer verbunden ist und an der Abstützung der Kokille eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der von der Kokille auf die Abstützung übertragenen Kräfte vorgesehen ist und daß der Beschleunigungsaufnehmer und die Kraftmeßeinrichtungen durch eine elektrische Subtrahierschaltung verbunden sind.

[0006] Nach einer bevorzugten Ausführungsform., bei der die Seitenwände der Kokille an einem Wasserkasten abgestützt sind, ist die Kraftmeßeinrichtung als zwischen den Kokillenseitenwänden und den Wasserkasten der Kokille vorgesehene Druckmeßdosen ausgebildet.

[0007] Zweckmäßig sind dabei die Druckmeßdosen unterhalb der Breitseitenwände an einer die Breitseitenwände untergreifenden, am Wasserkasten starr befestigten Stützplatte angeordnet.

[0008] Um auch die Stelle orten zu können, an der ein Schalenhänger auftritt, sind zweckmäßig die Druckmeßdosen jeweils in den an die Schmalseitenwände grenzenden Bereichen unterhalb der Breitseitenwände angeordnet.

[0009] Um einwandfreie Meßergebnisse ohne Verfälschungen zu erhalten, sind die Kokillenseitenwände, insbesondere die Breitseitenwände, vorteilhaft am Wasserkasten in vertikaler Richtung verschiebbar befestigt.

[0010] Dabei ist zweckmäßig eine Kokillenseitenwand, insbesondere eine Breitseitenwand, mit dem Wasserkasten mittels Gelenkstangen, die sowohl an Wässerkasten als auch an der Kokillenseitenwand gelenkig befestigt sind, verbunden, wobei vorteilhaft zwei einander gegenüberliegende Kokillenseitenwände, insbesondere Breitseitenwände, miteinander mittels an den Kokillenseitenwänden gelenkig gelagerter Bolzen verbunden sind.

[0011] Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckmeßdose mit einer die Werte der Druckmeßdosen summierenden Addiereinrichtung verbunden ist, daß der Addiereinrichtung eine das Eigengewicht der Kokillenseitenwände subtrahierende Tariereinrichtung nachgeschaltet ist und daß im Anschluß an die die Werte des Beschleunigungsaufnehmers subtrahierende Subtrahiereinrichtung ein Spitzenwertgleichrichter vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem Anzeigegerät zugeleitet ist.

[0012] Zur Erfassung des Ortes, an dem eine erhöhte Reibung auftritt, ist vorteilhaft jede Druckmeßdose mit einer eigenen abgleichbaren Subtrahiereinrichtung verbunden, ist jeder Subtrahiereinrichtung ein eigener Spitzenwertgleichrichter nachgeschaltet und sind die Ausgangssignale jedes Spitzenwertgleichrichters jeweils einem eigenen Anzeigegerät zugeleitet.

[0013] Eine weitere Ausführungsform, bei der die Seitenwände der Kokille an eir.em Wasserkasten abgestützt sind und der Wasserkaster mittels Oszillierhebel an einen Oszillierantrieb gekoppelt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung als an den Oszillierhebeln befestigte Dehnmeßstreifen ausgebildet ist.

[0014] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an mehreren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kokille und Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1 zeigen. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen zwei verschiedene Schaltschemen für die erfindungsgemäße Einrichtung nach den Fig. 1 und 2. In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht gezeigt; Fig. 6 ₂eigt das zugehörige Schaltschema.

[0015] Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind die vier, einen rechteckigen Innenraum 1 begrenzenden Kokillenseitenwände 2 bis 5, u.zw. die Breitseitenwände 2, 3 und die Schmalseitenwände 4, 5, innerhalb eines diese Seitenwände rahmenartig umgebenden Wasserkastens 6 eingesetzt. Der Wasserkasten 6 ist hohl ausgebildet. Eine (2) der Breitseitenwände, u.zw._' die sogenannte Festseite, ist am Wasserkasten 6 in horizontaler Richtung zwar einstellbar gelagert, jedoch nach einer einmalig erfolgten Einstellung in horizontaler Richtung fixiert. Sie ist lediglich in vertikaler Richtung gegenüber den Wässerkasten. 6 verschiebbar. Dazu dienen obere und untere Gelenkstangen 7; 8, die an Wasserkasten 6 und an der Kokillenseitenwahd 2 mittels Gelenke 9, 10 beweglich gelagert sind.

[0016] Die beiden Breitseitenwände 2, 3 sind mittels Bolzen 11, 12 miteinander verbunden. Jeder dieser Bolzen 11, 12 ist an der die Festseite bildenden Breitseitenwand 2 mittels eines Kugelgelenkes 13 gelenkig gelagert und mittels eines weiteren Kugelgelenkes 14 mit einem in einem Federtopf 1'5 verschiebbar geführten Kolben 16 verbunden. Die Bolzen 11, 12 könnten auch starr mit den Seitenwänden 2, 3 verbunden sein; es müßte aber in diesem Fall eine elastische Durchbiegung der Bolzen 11, 12 bei einer Vertikalbewegung der Seitenwände 2, 3 in Kauf genommen werden. Der Federtopf 15 hat die Aufgabe, die beiden Breitseitenwände 2, 3 zueinander zu pressen, um dem ferrostatischen Druck der in den Innenraum 1 gegossenen Schmelze standzuhalten.

[0017] Die Schmalseitenwände 4, 5 stützen sich an den Breitseitenwänden 2, 3 mittels an ihren Oberseiten angeordneter Stützleisten 17 ab. Die Schmalseitenwände 4, 5 können über an ihnen mittels Gelenke 18 angelenkter Stellspindeln 19 auf die jeweils gewünschte Strangbreite eingestellt werden..Zum Verstellen der die Losseite bildenden Breitseitenwand 3 (zum Zweck des Einstellens unterschiedlicher Brammendicken) sind ebenfalls Stellmittel, beispielsweise Druckmittelzylinder 20, vorgesehen. Die Bolzen 11, 12 werden dabei gegenüber dem Kugelgelenk 13 in ihrer Längsrichtung verstellt.

[0018] Die Schmal- und Breitseitenwände 2 bis 5 sind hohl ausgebildet und über Kühlwasserzu- und Kühlwasserableitungsrohre 21 mit dem Hohlraum 22 des Wasserkastens 6 leitungsmäßig verbunden. Für die verstellbaren Seitenwände sind diese Rohre 21 als Teleskoprohre ausgebildet. Um die gegenüber dem Wasserkasten erforderliche. vertikale Beweglichkeit der Kokillenseitenwände nicht zu behindern, sind die Rohre 21 so ausgebildet, daß sie eine Bewegung der Kokillenseitenwände 2 bis 5 in vertikaler Richtung zulassen. An der Unterseite der Breitseitenwände 2, 3 sind Fußrollen 23 mittels Konsolen 24 befestigt.

[0019] Die Unterseite des Wasserkastens 6 weist eine bis unter die Breitseitenwände 2, 3 reichende Stützplatte 25 auf, an der sich die Breitseitenwände 2, 3 über Druckmeßdosen 26 abstützen. Die Druckmeßdosen 26 sind in an der Unterseite der Breitseitenwände vorgesehene Ausnehmungen 27 eingesetzt und an die Ausnehmungen 27 nach oben begrenzenden Deckplatten 28 angeschraubt. Die Druckmeßdosen sind auch mit der Stützplatte 25 des Wasserkastens 6 verschraubt, wobei die an der die Losseite bildenden Breitseitenwand 3 vorgesehenen Druckmeßdosen 26 in Längsschlitzen 29 dieser Stützplatte 25 verschiebbar sind.

[0020] Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind insgesamt vier Druckmeßdosen 26 vorgesehen, wobei die Druckmeßdosen jeweils in den an die Schmalseitenwände 4, 5 grenzenden Bereichen unterhalb der Breitseitenwände 2, 3 angeordnet sind. An einer Seitenwand 30 des Wasserkastens 6 ist ein Beschleunigungsaufnehmer 31 befestigt.

[0021] Fig. 3 zeigt ein zu dieser Einrichtung gehörendes Schema der Schaltung. Von den vier Druckmeßdosen 26 führt jeweils eine Leitung 32 zu einer Addiereinrichtung 33, der eine Tariereinrichtung 34 nachgeschaltet ist. Die Tariereinrichtung 34 subtrahiert das statische Eigengewicht der Kokillenseitenwände von der Summe der Meßwerte der vier Druckmeßdosen 26. In der nachgeschalteten Subtrahiereinrichtung 35 wird die vom Beschleunigungsaufnehmer 31 ermittelte, in einem Verstärker 36 verstärkte dynamische Massenkraft der Kokille abgezogen. Der Subtrahiereinrichtung 35 nachgeschaltet ist ein Spitzenwertgleichrichter 37, dessen Ausgangssignal an ein Anzeigegerät 38 bzw. an ein Alarmgerät 39 weitergegeben wird. Weiters ist noch ein Anzeigegerät 40 für den Momentanwert an die zwischen Subtrahiereinrichtung 35 und Gleichrichter 37 vorgesehene Leitung 41 angeschlossen.

[0022] Die Funktion der Einrichtung ist folgende: Bei Auftreten einer Reibungskraft zwischen Strangschale und den Kupferplatten 42 der Kokillenseitenwände 2 bis 5 werden die Seitenwände mehr oder weniger nach unten gepreßt, je nachdem, ob sich die Kokille während des Oszillierens gerade nach unten oder nach oben bewegt. Dadurch werden die Druckmeßdosen 26 mehr oder weniger belastet und die Kokillenseitenwände 2 bis 5 entsprechend der Nachgibigkeit der Druckmeßdosen 26 um ein - allerdings nur sehr geringes Maß - in vertikaler Richtung gegenüber dem Wasserkasten 6 verschoben. Die von den vier Druckmeßdosen 26 erfaßten Werte werden addiert, von diesem Summenwert wird in der Tariereinrichtung 34 das statische Eigengewicht abgezogen und von diesem Wert wiederum in der Subtrahiereinrichtung 35 die Beschleunigungskraft abgezogen. Dadurch wird erreicht, daß bei frei oszillierender (d.h. ohne Reibungskraft oszillierender) Kokille am Ausgang der Subtrahiereinrichtung 35 unabhängig von der Oszillierfrequenz kein Signal entsteht. Erst eine zusätzlich wirkende Reibungskraft gibt dort ein Signal. Dieses Signal ist mit der Oszillierfrequenz moduliert, da die Kokille bei der Auf- und Abbewegung den Strang überholt. Da nur eine Zugkraft die .Strangschale aufreißen kann, wird der Spitzenwert des Signals bei Aufwärtsbewegung der Kokille mittels eines Spitzenwertgleichrichters 37 ermittelt. Die Alarmeinrichtung.39 zeigt an, falls ein vorher eingestellter, als zulässig erkannter Wert überschritten wird.

[0023] Mit dieser Meßeinrichtung kann ein drohender Ausbruch flüssigen Materials frühzeitig erkannt werden. Wird aufgrund einer zu großen Reibungskraft die Gießgeschwindigkeit zurückgenommen - was ein stärkeres Schalenwachstum zur Folge hat - bis sich wieder ein normaler Gießzustand einpendelt, können die sonst wegen Ausbruchgefahr notwendigen Gießabbrüche vermieden werden. Des weiteren bringt die erfindungsgemäße Einrichtung wertvolle Aufschlüsse über den Zustand der Grenzflächen Strang-Kokille, da das Meßsignal stets der wahren Reibungskraft entspricht.

[0024] Fehlerhaft eingestellte Kokillen (d.h. Kokillen mit fehlerhaft eingestellter Konizität) bzw. ungeeignetes Gießpulver können mit dieser Einrichtung bereits während des Gießens erkannt werden und nicht erst durch Sichtprüfung an der fertig gegossenen, Oberflächenrisse aufweisenden Bramme.

[0025] Bei dem in Fig. 4 dargestellten Schaltschema sind die Signale der Druckmeßdosen 26 einzeln zur Anzeige gebracht.

[0026] Zur Kompensation der Beschleunigungskräfte werden abgleichbare Subtrahiereinrichtungen 35' verwendet, die ein unterschiedliches Tragverhalten der Druckmeßdosen 26 ausgleichen. An jede Subtrahiereinrichtung 35' ist jeweils ein eigener Spitzenwertgleichrichter 37 angeschlossen.

[0027] Die Alarmeinrichtung 39 ist in diesem Fall so ausgelegt, daß Signal gegeben wird, wenn bereits die Anzeige einer einzelnen Druckmeßdose 26 einen vorgegebenen, als zulässig erkannten Wert überschreitet. An den Anzeigegeräten. 3.8 läßt sich feststellen, von welcher Druckmeßdose 26 ein über dem zulässigen Wert liegender Meßwert kommt, sodaß der Ort eines "Schalenhängers" annähernd bestimmt werden kann.

[0028] Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Wasserkasten 6' , in den die Kokillenseitenwände 2.', 3' eingesetzt sind, mittels beidseitig des Hubtisches 6" befindlicher Oszillierhebel 43, 44 (in Fig. 5 hintereinander befindlich) heb- und senkbar. Die Oszillierhebel 43, 44 sind über Koppelstangen 45, 46 und einen Hebel 47 an einem Oszillierantrieb 48 angeschlossen. Das ortsfeste Stützgerüst, an dem der Oszillierhebel gelagert ist, ist mit 49 bezeichnet.

[0029] An jedem der Oszillierhebel 43, 44 sind jeweils Dehnmeßstreifen 50, 51 aufgeklebt, die die Dehnung dieser Hebel infolge Durchbiegung ermitteln. Da die Durchbiegung der Hebel 43, 44 durch die an den Grenzflächen Strang-Kokillenseitenwand wirkenden Reibungskräfte nur gering ist, sind zur Erhöhung der Empfindlichkeit an beiden Hebeln 43, 44 je ein Dehnmeßstreifen 50 in Längs- und einer(51)in Querrichtung aufgeklebt.

[0030] Die Registrierung des Meßsignals erfolgt auf einem Schreiber 52, wobei das durch das Oszillieren pulsierende Signal vorher mittels eines Trägerfrequenz-Meßverstärkers 53 verstärkt und mittels eines Gleichrichters 54 gleichgerichtet wird. Auch bei dieser Einrichtung werden die auf die Kokille wirkenden reinen Beschleunigungskräfte, die von.den Dehnmeßstreifen 50, 51 miterfaßt werden und die notwendig sind, um die Masse der Kokille mit Oszillierfrequenz auf und ab zu bewegen, abgezogen. Dies geschieht durch Erfassen der Massenkräfte der Kokille mittels des Beschleunigungsaufnehmers 31 und Subtrahieren der vom Beschleunigungsaufnehmer 31 ermittelten Signale von dem Signal der Dehnmeßstreifen.

Ansprüche

1. Einrichtung an einer oszillierenden Stranggießkokille, insbesondere Stahlbrammen-Stranggießkokille, zum Ermitteln der zwischen den Seitenwänden (2 bis 5; 2', 3') der Kokille und der Strangoberfläche herrschenden Reibungskräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille mit einem Beschleunigungsaufnehmer (31) verbunden ist und an der Abstützung (25; 43, 44) der Kokille eine Kraftmeßeinrichtung (26; 50, 51) zur Messung der von der Kokille auf die Abstützung übertragenen Kräfte vorgesehen ist und daß der Beschleunigungsaufnehmer (31) und die Kraftmeßeinrichtungen.(26; 50, 51) durch eine elektrische Subtrahierschaltung verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwände (2 bis 5) der Kokille an einem Wasserkasten (6) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung als zwischen den Kokillenseitenwänden (2, 3) und dem Wasserkasten (6) der Kokille vorgesehene Druckmeßdosen (26) ausgebildet ist (Fig. 1 und 2).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdosen (26) unterhalb der Breitseitenwände (2, 3) an einer die Breitseitenwände untergreifenden, am Wasserkasten (6) starr befestigten Stützplatte (25) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdosen (26) jeweils in den an die Schmalseitenwände (4, 5) grenzenden Bereichen unterhalb der Breitseitenwände (2, 3) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenseitenwände (2 bis 5), insbesondere die Breitseitenwände (2, 3), am Wasserkasten (6) in vertikaler Richtung verschiebbar befestigt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kokillenseitenwand, insbesondere eine Breitseitenwand (2), mit dem Wasserkasten (6) mittels Gelenkstangen ( 7, 8), die sowohl am Wasserkasten (6) als auch an der Kokillenseitenwand (2) gelenkig befestigt sind, verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Kokillenseitenwände, insbesondere Breitseitenwände (2, 3), miteinander mittels .an den Kokillenseitenwänden (2, 3) gelenkig gelagerter Bolzen (11, 12) verbunden sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckmeßdose (26) mit einer die Werte der Druckmeßdosen summierenden Addiereinrichtung (33) verbunden ist, daß der Addiereinrichtung (33) eine das Eigengewicht der Kokillenseitenwände subtrahierende Tariereinrichtung (34) nachgeschaltet ist und daß im Anschluß an die die Werte des Beschleunigungsaufnehmers (31) subtrahierende Subtrahiereinrichtung (35) ein Spitzenwertgleichrichter (37) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem Anzeigegerät (38, 39) zugeleitet ist (Fig. 3).

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckmeßdose (26) mit einer eigenen abgleichbaren Subtrahiereinrichtung (35') verbunden ist, jeder Subtrahiereinrichtung (35') ein eigener Spitzenwertgleichrichter (37) nachgeschaltet ist und die Ausgangssignale jedes Spitzenwertgleichrichters jeweils einem eigenen Anzeigegerät (38) zugeleitet sind (Fig. 4).

10. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwände (2', 3') der Kokille an einem Wasserkasten (6') abgestützt sind und der Wasserkasten (6') mittels Oszillierhebel (43, 44) an einen Oszillierantrieb (48) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung als an den Oszillierhebeln (43, 44) befestigte Dehnmeßstreifen (50, 51) ausgebildet ist (Fig. 5).

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (31) am Wasserkasten (6, 6') befestigt ist.

Zeichnung