Strangführungseinrichtung und Verfahren zum Führen eines noch nicht durcherstarrten Metallbandes

Die Erfindung betrifft eine Strangführungseinrichtung und ein Verfahren zum Führen eines noch nicht durcherstarrten Metallbandes, insbesondere einer Dünnbramme in einer Stranggießanlage.

An das Profil einer Bramme und insbesondere einer Dünnbramme werden hohe Anforderungen hinsichtlich seiner Bombierung bzw. Keiligkeit gestellt, wenn die Bramme eine Stranggießanlage verlässt und einer Walzstraße zugeführt wird. So liegen die geforderten Tolleranzen für eine Profilüberhöhung bei einer Dünnbramme, die einer Compact Strip Production CSP-Fertigstraße zugeführt werden soll, im Bereich von 0,5 bis 1 % bezogen auf die Brammendicke. Dies bedeutet, dass die Profilüberhöhung z.B. bei einer 50 mm dicken Bramme lediglich zwischen 0,25 bis 0,5 mm betragen darf. Außerdem soll diese Profilüberhöhung über die gesamte Brammenlänge möglichst konstant sein.

Ursache für die Profilüberhöhung bei den Metallbändern ist der sogenannte fer- rostatische Druck, welcher im Innern der noch nicht durcherstarrten Metallbänder besteht und von Innen gegen die Strangschale drückt und so eine Wölbung der Strangschale nach außen bewirkt. Dieser ferrostatische Druck ist zwar im Innern des flüssigen Teils des Strang im Wesentlichen konstant; er ist aber um so größer, je länger der flüssige Teil des Metallbandes ist. Die durch den ferro- statischen Druck bedingte Aufwölbung der Strangschale führt zu einer Belastung der das Metallband in der Strangführungseinrichtung führenden Führungsrollen und diese geben die Belastung über ihre Lager weiter an einen Segmentrahmen, an dem die Führungsrollen mit Hilfe der Lager gelagert sind. Die übertragende Belastung führt typischerweise zu einer Durchbiegung bzw. Auffede- rung des Segmentrahmens, insbesondere im Bereich von Zwischenlagern bei geteilten Führungsrollen. Diese unerwünschte Auffederung des Segmentrah-

mens führt typischerweise zu einer unerwünschten änderung der Rollenspaltgeometrie und damit insbesondere zu einer unerwünscht großen Profilüberhöhung bei dem in der Strangführung geführten Metallband. Aufgrund der unerwünschten Profilüberhöhung genügt das Metallband dann oftmals den Anforderungen des nachgeschalteten Walzwerkes nicht mehr.

Diese Problematik ist im Stand der Technik bekannt und wird z.B. in der europäischen Patentschrift EP 1 043 095 B1 diskutiert. Es wird dort betont, dass es zur Einhaltung der erwähnten Anforderungen ganz wesentlich darauf ankommt, dass die Rollenspaltgeometrie im Bereich der Resterstarrung im Hinblick auf die genannte Problematik gezielt beeinflusst wird. Zu diesem Zweck lehrt das besagte europäische Patent, im mittleren Bereich des Segmentrahmens, d.h. im Bereich von Zwischenlagern bei geteilten Führungsrollen, ein Kraftmittel in Form eines Hydraulikzylinders vorzusehen, um dort die besagte unerwünschte Auffederung des Segmentrahmens zumindest teilweise zu kompensieren.

Derartige Hydraulikzylinder sind jedoch sowohl in der Anschaffung wie auch in der Wartung kostenintensiv und außerdem verursachen sie laufende Kosten, z.B. aufgrund von regelmäßig verbrauchter elektrischer Energie.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine bekannte Strangführungseinrichtung sowie für ein bekanntes Verfahren zum Führen eines insbesondere noch nicht durcherstarrten Metallbandes alternative Mittel bereit zu stellen zum Durchführen einer zumindest teilweisen Kompensation einer Segmentauffederung.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur zumindest teilweisen Kompensation der Segmentauffederung ausgebildet ist entweder in Form einer Bombierung der zwischengelagerten Führungsrolle und/oder in Form einer nachgiebigeren Ausbildung der Außenlager im Vergleich zu dem Zwischenlager und/oder in Form eines größeren Abstandes zwischen dem Segmentrahmen

und der Mittelachse der Teilrollen bei dem Zwischenlager als bei den Außenlagern.

Die Erfindung nimmt die beschriebene Auffederung des Segmentrahmens im Bereich der Zwischenlager unter Last als gegeben hin; es wird nicht versucht das Ausmaß der Auffederung durch eine andere Gestaltung, insbesondere eine Versteifung des Segmentrahmens zu verändern.

Stattdessen bewirken alle drei beanspruchten Vorschläge eine zumindest teilweise Kompensation der Segmentauffederung in der Weise, dass die Rollen- spaltgeometrie trotz Auffederung des Segmentrahmens nicht oder nur in tole- rablen Grenzen gegenüber einer Belastungssituation ohne die beanspruchten Mittel verändert wird.

Alle drei beanspruchten Mittel sind relativ kostengünstig zu realisieren; insbe- sondre erfordern sie keine laufenden Kosten für kontinuierlich verbrauchte Betriebsmittel wie Strom oder öl.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung wird zwischen einem „lastfreien" Zustand und einem „Lastzustand" der Strangführungseinrichtung unter- schieden.

„lastfreier" Zustand der Strangführungseinrichtung bedeutet, dass kein Metallband durch den Rollenspalt geführt wird.

Demgegenüber bezeichnet „Lastzustand" den Fall, dass ein Metallband, insbesondere ein noch nicht durcherstarrtes Metallband, durch den Rollenspalt geführt wird. In dem noch nicht durcherstarrten Metallband herrscht, wie einleitend bereits beschrieben, ein innerer ferrostatischer Druck, welcher die Strangschale des Metallbandes nach außen drückt und so grundsätzlich eine Profilüberhö- hung des Metallbandes bewirkt. über die Strangschale wirkt der ferrostatische Druck indirekt auch auf die Führungsrollen der Strangführungseinrichtung und

über die Führungsrollen wiederum auch auf den Segmentrahmen. Der Druck auf den Segmentrahmen verursacht letztenendes insbesondere im Bereich der Zwischenlager eine Auffederung des Segmentrahmens.

Wichtig ist die Feststellung, dass alle drei erfindungsgemäß beanspruchten Mit- tel zum Kompensieren der Segmentauffederung unabhängig davon ausgebildet und vorhanden sind, ob die Strangführungseinrichtung unter Last oder in lastfreiem Zustand betrachtet wird. Dem steht nicht entgegen, dass sich der Querschnitt des Rollenspaltes jeweils lastabhängig ändert.

Die beanspruchten Mittel zur (Teil-) Kompensation der Segmentauffederung ermöglichen vorteilhafterweise eine Beschränkung bzw. Einstellung der durch den ferrostatischen Druck bedingten unerwünscht großen Profilüberhöhung des Metallbandes auf einen zulässigen Schwellenwert.

Besondere Ausgestaltungen der Mittel sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wenn in einer Strangführungseinrichtung eine Vielzahl von Führungsrollenpaaren in Transportrichtung des Metallbandes hintereinander angeordnet sind ist es vorteilhaft, wenn zumindest einzelne der erfindungsgemäßen Mittel zum kompensieren der Auffederung des Segmentrahmens in Transportrichtung des Metallbandes tendenziell zunehmend stärker bei den Führungsrollen ausgeprägt sind.

Dieses Merkmal zielt auf eine Lösung der folgenden Problematik: Die Lage der Sumpfspitze und damit die Länge des noch nicht durcherstarrten Bereiches bei einem Metallband innerhalb einer Strangführungseinrichtung hängt maßgeblich von den Gießparametern Gießgeschwindigkeit, überhitzung und Stärke der Sekundärkühlung ab. Grundsätzlich ist der noch flüssige Teil des Metallbandes umso länger, je größer die Gießgeschwindigkeit und je geringer die Kühlung ist. Je länger der noch flüssige Teil des Strangs ist, desto größer ist jedoch auch der ferrostatische Druck im Innern des Metallbandes. Die beanspruchte zuneh-

mende stärkere Ausbildung der Mittel zum Kompensieren der Auffederung bewirkt vorteilhafterweise einen notwendigeren größeren Gegendruck auf Metallbändern mit besonders langen noch nicht durcherstarrten Bereichen. Dem dann herrschenden größeren ferrostatischen Druck wird dann durch die beanspruchte Ausgestaltung der Mittel, insbesondere im Bereich der Enderstarrung des Metallbandes, in ausreichend großem Maße entgegengewirkt. Vorteilhafterweise ermöglicht die beanspruchte in Transportrichtung des Metallbandes tendenziell stärkere bzw. zunehmender Kompensation der Segmentauffederung die Ausbildung einer gewünschten zumindest näherungsweise konstanten Profilüberhöhung über der gesamten Länge des Metallbandes und zwar vorteilhaft- erweise unabhängig von der Größe der aktuell gefahrenen Gießparameter wie Gießgeschwindigkeit, überhitzung oder Stärke der Sekundärkühlung.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Führen eines insbesondere noch nicht durcherstarrten Metallbandes gelöst. Die Vortei- Ie dieses Verfahrens entsprechen den im letzten Absatz genannten Vorteilen der dort diskutierten Ausführungsform.

Der Erfindung sind insgesamt vier Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Mittel zum Kompensieren einer Auffederung des Segmentrahmens;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Mittel;

Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Mittel; und

Figur 4 den Zusammenhang zwischen Lage der Sumpfspitze, davon abhängiger Auffederung der Segmentrahmen und der erfindungsgemäßen Teilkompensation der Segmentauffederung

zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. In den einzelnen Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Figuren 1 - 3 zeigen jeweils einen Querschnitt durch eine Strangführungseinrichtung 100 einer Stranggießanlage zum Führen eines insbesondere noch nicht durcherstarrten Metallbandes, wie z.B. einer Dünnbramme (in den Figuren nicht gezeigt). Die Strangführungseinrichtung 100 umfasst einen Segmentrah- men 110 der in Figuren durch die dargestellten Segmenttraversen 110 repräsentiert wird. An dem Segmentrahmen ist mindestens ein Paar sich gegenüber liegender Führungsrollen 120 drehbar gelagert. Die beiden sich gegenüber liegenden Führungsrollen 120 spannen einen veränderbaren Rollenspalt S auf, in welchem das Metallband (nicht gezeigt) geführt ist. Die Führungsrollen 120 sind bei der vorliegenden Erfindung mindestens einfach geteilt; in den Figuren besteht jede Führungsrolle 120 beispielhaft aus zwei nebeneinander angeordneten Teilrollen 122, 124. Die Teilrollen sind jeweils über ein Außenlager 132, 134 und mindestens ein gemeinsames Zwischenlager 133 an dem Segmentrahmen bzw. an der Segmenttraverse 110 drehbar gelagert.

In allen drei Figuren Figur 1 , Figur 2 und Figur 3 ist der Segmentrahmen mit den Führungsrollen in lastfreiem Zustand gezeigt. Unter Last, d.h. wenn das noch nicht durcherstarrte Metallband mit einer Profilüberhöhung durch den Rollenspalt S geführt wird, wird der Segmentrahmen 110, insbesondere im Bereich der Zwischenlager 133 stark belastet und biegt sich dann dort durch. Die Richtung der Durchbiegung ist in den Figuren 1 und 2 durch die Pfeile im Bereich der Zwischenlager 133 angedeutet.

Als ein erstes Mittel zur zumindest teilweisen Kompensation dieser Segment- auffederung wird erfindungsgemäß eine Bombierung der zwischengelagerten Führungsrollen vorgeschlagen, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Zur Realisie-

rung der Bombierung bei der einfach zwischengelagerten Führungsrolle sind deren beiden Teilrollen 122, 124 jeweils kegelstumpfartig mit gradliniger oder gewölbter Kontur K ausgebildet. Die so ausgebildeten Teilrollen sind jeweils mit ihren dickeren Enden an dem gemeinsamen Zwischenlager 133 gelagert. Unter Belastung (in Figur 1 nicht gezeigt) bewegen sich die Zwischenlager 133 auf- grund der besagten Auffederung des Segmentrahmens stärker von der Mitte des Rollenspaltes S weg als die Außenlager; die in Figur 1 für den lastfreien Zustand gezeigte negative Bombierung des Rollenspaltes wird dann zumindest teilweise aufgehoben bzw. in einen gradlinig begrenzten Rollenspalt oder sogar in einen Rollenspalt mit leichter gewünschter positiver Bombierung entspre- chend einer gewünschten geringen Profilüberhöhung bei dem Metallband geändert. Vorteilhafterweise ist die Bombierung der Teilrollen bzw. der Führungsrollen parabelförmig oder nach Maßgabe einer Polynomfunktion ausgebildet.

Figur 2 veranschaulicht ein zweites Mittel zum zumindest teilweisen Kompen- sieren einer Auffederung des Segmentrahmens. Dieses zweite Mittel besteht darin, dass die Außenlager 132, 134 nachgiebiger bzw. weicher gefedert ausgebildet sind als das mindestens eine Zwischenlager 133 im Bereich der maximalen Segmentauffederung. Bei Vorhandensein mehrerer Zwischenlager sind die Zwischenlager zur Mitte des Metallbandes hin vorteilhafterweise zuneh- mend härter gefedert, weil die Größe der Auffederung des Segmentrahmens mechanisch bedingt zur Mitte des Segmentrahmens bzw. der Segmenttraverse hin zunimmt, während sie zu den Rändern hin abfällt. Gemäß einer Variante dieses zweiten Ausführungsbeispiels kann das Zwischenlager im Bereich der Mitte des Metallbandes auch starr, d.h. nicht gefedert ausgebildet sein; diese Variante ist in Figur 2 dargestellt. Unter Last (in Figur 2 nicht dargestellt) kommt es dann zu der besagten maximalen Auffederung der Segmenttraverse im Bereich des Zwischenlagers 133 und lediglich zu einer geringeren Belastung im Bereich der Außenlager 132, 134. Insgesamt stellt sich dann unter Last vorzugsweise eine leicht positive Bombierung für den Rollenspalt S ein, welche einer Profilerhöhung des gewalzten Metallbandes in der gewünschten Größenordnung entspricht. Durch geeignete Dimensionierung bzw. Auslegung der Fe-

derhärten im Bereich der Außenlager und des Zwischenlagers kann die gewünschte Profilüberhöhung sehr genau eingestellt werden.

Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Mittel zum Teilkompensieren der Segmentauffederung. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, wird dort die besonders starke Segmentauffederung im Bereich des Zwischenlagers 133 dadurch zumindest teilkompensiert, dass der Abstand A1 zwischen dem Segmentrahmen 110 und der Mittelachse M der Teilrollen 122, 124 bei den Zwischenlagern 133 größer ausgebildet ist als bei den Außenlagern 132, 134. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die in Figur 3 für den last- freien Zustand gezeigte negative Bombierung des Rollenspaltes im Lastfall nivelliert oder sogar überkompensiert, so dass dann ein Rollenspalt bzw. ein Profil des Metallbandes mit gradlinig begrenzten parallelen Breitseiten oder ein Metallband mit einer gewünschten sehr geringen Profilüberhöhung resultiert.

Alle erfindungsgemäß beanspruchten Mittel für eine zumindest teilweise Kompensation der Auffederung des Segmentrahmens können nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination miteinander Anwendung finden.

Figur 4 zeigt den Weg eines Metallbandes 200 nach dem Gießen in einer Kokil- Ie durch eine nachgeschaltete vertikal angeordnete Strangführungseinrichtung 100. In dem Diagramm rechts neben der dargestellten Strangführungseinrichtung ist jeweils mit den Linienabschnitten ganz rechts außen die jeweilige Auffederung des Segmentrahmens bzw. der Segmenttraversen in den einzelnen Segmenten in Abhängigkeit von der Lage des Erstarrungspunktes bzw. der Sumpfspitze dargestellt. Konkret liest sich das Diagramm in Figur 4 wie folgt: Bei einer bestimmten Lage der Sumpfspitze, d.h. bei einer bestimmten Entfernung der Sumpfspitze von dem Gießspiegel, in Figur 4 beispielhaft mit SS1 bezeichnet, ergibt sich die Größe der zugehörigen Auffederung der Führungsrollen im zweiten Segment der Strangführungseinrichtung, indem die punktiert ge- zeichnete Linie, ausgehend von dem Punkt SS1 , horizontal, d.h. in X-Richtung nach rechts außen verfolgt wird. Die Größe der jeweiligen Auffederung ergibt

sich dann als Abstand A der Linie ganz rechts außen von der Y-Achse. Es ist zu erkennen, dass die Auffederung mit zunehmender Entfernung vom Gießspiegel, d.h. in Y-Richtung tendenziell zunimmt. Dieser Effekt liegt darin begründet, dass in diesen Fällen der Erstarrungspunkt bzw. die Sumpfspitze erst relativ spät innerhalb der Strangführungseinrichtung liegt, dass dementsprechend der noch nicht durcherstarrte Bereich des Metallbandes relativ groß ist und dass dementsprechend auch der ferrostatische Druck der für die Aufbiegung bzw. Auffederung des Segmentrahmens verantwortlich ist, besonders groß ist.

Die in Figur 4 gezeigten Knicke in den Linien ganz rechts Außen deuten auf eine konstruktiv bzw. mechanisch bedingte weichere Aufhängung der Führungsrollen am Ende der einzelnen Segmente hin.

Schließlich zeigen die fett gedruckten Linien das Ausmaß der Auffederung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel zur Teilkompensation der Auffede- rung. Es ist zu erkennen, dass die durch den Einsatz der erfindungemäßen Mittel resultierende Auffederung des Segmentrahmens erheblich geringer ist, als die durch die Linien rechts außen repräsentierte Auffederung des Segmentrahmens ohne die erfindungsgemäßen Mittel; vergleiche Abstand B zu Abstand A. Schließlich ist aus Figur 4 ebenfalls zu erkennen, dass der Abstand C zwischen den jeweils fett gedruckten Linien und den Linien links außen mit steigender Segmentzahl, d.h. mit zunehmender Entfernung von dem Gießspiegel, zunehmend größer wird. Dieser größer werdende Abstand C symbolisiert eine in Transportrichtung des Metallbandes 200 vorteilhafterweise wachsende Kompensationsleistung durch jeweils entsprechend stärker ausgebildete Mittel. Die- se stärkere Ausbildung der Mittel, z.B. in Form einer stärkeren Bombierung der Teilrollen zur Mitte des Rollenspaltes hin oder in Form einer Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Segmentrahmen und der Mittelachse der Teilrolle bei den Zwischenlagern oder durch eine zunehmend härtere Federung des Zwischenlagers im Vergleich zu den Randlagern mit zunehmender Entfernung von Gießspiegel, ermöglicht vorteilhafterweise ein zumindest näherungsweises Konstanthalten der gewünschten Profilüberhöhung bei dem Metallband im Be-

reich der Resterstarrung bzw. am Ausgang der Führungseinrichtung 100. Das besagte näherungsweise Konstanthalten der Profilüberhöhung ist in Figur 4 darin zu erkennen, dass der Abstand B zwischen der Y-Achse und den fettgedruckten Linien zumindest näherungsweise über der gesamten Länge der Strangführungseinrichtung konstant bleibt; zumindest ändert sich dieser Ab- stand B bzw. die dementsprechende Profilüberhöhung bei weitem nicht in dem Maße, wie dies ohne den Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel der Fall wäre, was durch den Abstand A zwischen den Linienabschnitten ganz links außen und der Y-Achse repräsentiert wird.