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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Zweiwalzengießvorrichtung
zum Herstellen von metallischem Band, insbesondere zum Herstellen
von gegossenem Stahlband, wobei die Zweiwalzengießvorrichtung
mit zwei Gießwalzen,
die zwischen sich einen Gießspalt
begrenzen, mit an die Gießwalzen
zustellbaren Seitenplatten, die im Gießbetrieb den Gießspalt an
dessen Schmalseiten abdichten, indem sie mit einem Feuerfestmaterial
den Gießspalt überbrückend an
den Stirnseiten der Gießwalzen
anliegen, und mit einer Anpresseinrichtung ausgestattet ist, die
die Seitenplatten mit einer Anpresskraft an die ihnen jeweils zugeordneten
Stirnseiten anpresst.
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Vorrichtungen
der voranstehend genannten Art werden zum Gießen von Metallband aus Metallschmelze,
insbesondere Stahlschmelze eingesetzt. Sie weisen zwei gegenläufig um
parallel zueinander angeordnete Drehachsen rotierende Gießwalzen auf,
die zwischen sich einen Gießspalt
begrenzen, durch den das zu gießende
Metallband austritt. An seinen Schmalseiten ist der Gießspalt üblicherweise durch
jeweils eine Seitenplatte abgedichtet. Die Seitenplatten können dazu
in Längsrichtung
der Gießwalzen
zugestellt werden. Während
des Gießbetriebs
werden sie dann unter einem hohen Anpressdruck an den ihnen jeweils
zugeordneten Stirnseiten der Gießwalzen dicht anliegend gehalten
(WO 98/04369, EP-A 0 714 715, EP-B 0 620 061).
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Die
in Vorrichtungen der voranstehend erläuterten Art eingesetzten Seitenplatten
sind üblicherweise
aus einem Insert und einer Tragplatte zusammengesetzt, die das Insert
trägt.
Das Insert besteht dabei aus Feuerfestmaterial, das direkt zur Anlage
an die zugeordneten Stirnseiten der Gießwalzen und mit der Schmelze
in Kontakt kommt, während
die Tragplatte, im Fachgebrauch auch "Backplate" genannt, die hohen Anpresskräfte aufnimmt
und auf das Insert verteilt.
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Da
die Anpresskräfte
während
des Gießbetriebes
aufrechterhalten werden müssen,
kommt es zwischen den Gießwalzen
und den Seitenplatten zu einem abrasiven Verschleiß, der sich
in einem Materialabtrag am Insert der Seitenplatten niederschlägt. Dieser
Materialabtrag bedingt, dass die Seitenplatten während des Gießbetriebes
laufend in Richtung des Gießspaltes
nachgeführt
werden müssen,
bis die Dicke der Inserts im Bereich ihrer an den Gießwalzen direkt
anliegenden Abschnitte einen Mindestwert unterschritten haben.
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Das
Nachführen
der Seitenplatten erfolgt üblicherweise
in einer Positionsregelung derart, dass die Seitenplatte unter Aufrechterhaltung
der Anpresskraft entsprechend dem durch den Reibkontakt zwischen
dem Insert der Seitenplatten und den ihnen zugeordneten Stirnseiten
der Gießwalzen
eintretenden Materialabtrag in Richtung der Gießwalzen laufend vorgeschoben
werden. Problematisch erweist sich dabei, dass im Bereich der Kontaktflächen zwischen
den Seitenplatten und der Gießfläche keine gleichmäßige Kraftverteilung
vorliegt, sondern dass die von der Anpresseinrichtung aufgebrachten
Anpresskräfte
von Kräften überlagert
werden, die infolge der zwischen den Seitenplatten und den Gießwalzen
erfolgenden Relativbewegungen verursacht werden. Diese unterschiedliche
Verteilung der Kräfte
und Behinderungen der Bewegungen der Seitenplatten, die beispielsweise
durch Verschmutzungen der Führungen
etc. verursacht werden, führen
zu unterschiedlichem Verschleiß in
den verschiedenen Bereichen der Seitenplatten mit der Folge, dass
die Seitenplatte in bestimmten stark belasteten Bereichen aufgrund
des dort höheren
Verschleißes
die geforderte Position bereits erreicht hat, während sie in einem weniger
stark belasteten Bereich aufgrund des dort niedrigeren Materialabtrags
diese Position noch nicht eingenommen hat. Diese lokalen Abweichungen
werden bei einer positionsgeregelten Steuerung der Anpresskraft
dadurch ausgeglichen, dass die für die
Erzeugung der Anpresskraft eingesetzten Einrichtungen im weniger
verschlissenen Bereich die Anpresskraft erhöhen, um die Seitenplatte insgesamt möglichst
schnell in die geforderte Sollstellung zu bringen.
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Infolge
dieses Regelverhaltens einer positionsabhängigen Steuerung der Anpresseinrichtung kann
es zu extremen Kraftbelastung der für sich gesehen sehr steifen,
nicht nachgiebigen Seitenplatten kommen. In der Praxis führen diese
Kraftbelastungen zu einem oder mehreren Brüchen des jeweils betroffenen
Inserts, wodurch der Gießprozess
nachhaltig gestört
werden kann. Im Extremfall können
die Brüche
einen Gießabbruch
erforderlich machen. Auch können
die Bruchstücke
der Seitenplatten zu einer Beschädigung
der Gießrollen
durch in den Gießspalt eingezogene
Bruchstücke
führen.
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Eine
weiteres Verfahren zum Bandgießen der
eingangs angegebenen Art ist aus der
DE 695 00 520 T2 bekannt. Zusätzlich zu
den beim Stand der Technik regelmäßig angewendeten Maßnahmen
ist es gemäß diesem
Verfahren vorgesehen, zur permanenten Ermittlung des Berührungszutandes
zwischen den Seitenplatten und den Stirnseiten der Gießwalzen
während
des Gießvorgangs
die auf jede Seitenplatte in Abziehrichtung einwirkende Antriebskraft
zu messen, wobei diese Messung für
jede Seitenplatte auf Höhe
einer jeden Walze erfolgt, von den gemessenen Werten der Druckkräfte und
der Antriebskräfte
eine Größe abgeleitet
wird, die die Reibungsbedingungen auf Höhe der beiden Kontaktflächen zwischen
den Seitenplatten und den Stirnseiten darstellt, der Wert dieser
Größe mit einem
vorgegebenen Einstellwert verglichen wird und wenigstens ein Gießparameter
gesteuert wird als Funktion des Ergebnisses dieses Vergleichs, um
diese Größe auf den
Einstellwert zu bringen.
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Die
Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren anzugeben, das
eine optimierte Regelung der Kraftbeaufschlagung der Seitenplatten
einer Zweiwalzengießvorrichtung
ermöglicht,
so dass die Gefahr eines Bruchs der Seitenplatten minimiert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der eingangs angegebenen Art gelöst, welches folgende Schritte
umfasst:
- a) Nachführen der Seitenplatte entsprechend
dem durch die zwischen Gießwalze
und Seitenplatte bestehenden Reibpaarung entstehenden Verschleiß derart,
dass die Position der Seitenplatte jeweils einer Sollposition entspricht,
- b) Ermitteln der an der von der Seitenplatte jeweils eingenommenen
Position wirkenden Kraft,
- c) Vergleichen der jeweils wirkenden Kraft mit einer maximal
zulässigen
Kraft,
- c.1) wobei für
den Fall, dass die jeweils wirkende Kraft die maximal zulässige Kraft überschreitet, das
gemäß Schritt
a) ausgeführte
Nachführen
der Seitenplatte solange unterbrochen wird, bis die an der von der
Seitenplatte eingenommenen Position ermittelte jeweils wirksame
Kraft unter die maximal zulässige
Kraft abgesunken ist.
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Gemäß der Erfindung
wird einer Positionsregelung eine Kraftregelung unterlagert. Hierbei
wird das Nachführen
der Seitenplatten zunächst
positionsgeregelt durchgeführt.
Der jeweils eingesetzte Positionsregler übergibt einer im Hintergrund
arbeitenden Überwachungseinrichtung
eine Steuergröße, aus
der die Überwachungseinrichtung
die am Ort der Positionserfassung jeweils wirkende Kraft ermittelt wird.
Selbstverständlich
kann es sich bei dieser Steuergröße um einen
Kraftmesswert handeln, aus dem sich die im Bereich des Ortes der
Positionsmessung tatsächlich
wirkenden Kräfte
direkt oder indirekt ableiten lassen.
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Dabei
ist die Ermittlung der jeweils wirkenden Kraft möglichst so durchzuführen, dass
das Ergebnis der Kraftermittlung in guter Näherung der tatsächlich wirkenden
Kraft entspricht. Zu diesem Zweck kann der Ermittlung der jeweils
wirkenden Kräfte
beispielsweise ein für
die jeweilige Seitenplatte ermitteltes Momentengleichgewicht zugrunde
gelegt werden, in das nicht nur die in horizontaler Richtung von
den jeweiligen Anpresseinrichtungen aufgebrachten Kräfte berücksichtigt
werden, sondern auch diejenigen in vertikaler Richtung wirkenden
Kräfte, die
bei laufendem Betrieb in Folge der zwischen den Inserts der Seitenplatten
und den Stirnseiten der Gießwalzen
unvermeidbar vorhandenen Reibung verursacht werden. Indem sowohl
die von den Anpresseinrichtungen selbst erzeugten Anpresskräfte als
auch die in die Seitenplatte einfließenden Reibkräfte berücksichtigt
werden, kann sichergestellt werden, dass die jeweils ermittelte
Kraft der jeweils tatsächlich
wirkenden Kraft entspricht.
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Die
ermittelte Kraft wird dann mit der maximal zulässigen Kraft verglichen, bei
deren Überschreiten
die Gefahr eines Bruchs der Seitenplatte bzw. des von ihr getragenen
Inserts besteht. Wird dieser Maximalwert erreicht, so wird die Positionsregelung
außer
Kraft gesetzt mit der Folge, dass das Nachführen der Seitenplatte unterbrochen
wird. Durch den weiter fortschreitenden Verschleiß der Seitenplatte
kommt es anschließend
zu einem Abbau der jeweils wirksamen Kräfte. Unterschreiten diese den
maximal zulässigen
Wert, so wird der positionsgeregelte Betrieb solange wieder aufgenommen,
bis es zur nächsten
Annäherung
der jeweils wirksamen Kraft an den maximal zulässigen Wert kommt.
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Auf
diese Weise wird sicher verhindert, dass es während des Gießbetriebes
zu einer Überlastung der
Seitenplatten in Folge von unzulässig
hoch ansteigenden Kräften
kommt. Der bei einer rein positionsgeregelten Nachführung der
Seitenplatten bestehende Gefahr eines Bruchs der Inserts kann so
wirksam entgegen gewirkt werden.
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Eine
besonders praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die jeweils von der Seitenplatte eingenommene
Position an mindestens zwei oder mehr Stellen der Seitenplatte erfasst
wird, dass für
jede der an den verschiedenen Stellen erfassten Positionen die an
den betreffenden Stellen jeweils wirkende Anpresskraft ermittelt
wird und dass das Nachführen
unterbrochen wird, wenn die jeweils wirkende Anpresskraft an einer der
Positionen die maximal zulässige
Anpresskraft überschreitet.
Mit dieser Variante der Erfindung wird dem Umstand Rechnung getragen,
dass in der Praxis die Anpresskräfte üblicherweise
nicht zentral an einer einzigen Stelle auf die jeweilige Seitenplatte ausgeübt werden,
sondern dass die Einleitung der Anpresskraft herkömmlich an
mehreren Stellen der Seitenplatte erfolgt. Auf diese Weise wird
im Normalbetrieb, d. h. bei Betriebszuständen, bei denen es zu keinen
Ungleichförmigkeiten
infolge äußerer oder
innerer Einflüsse
kommt, sichergestellt, dass die Seitenplatten gleichmäßig belastet
und in einer parallel zu den Stirnflächen der Gießwalzen
ausgerichteten Ebene positioniert sind. Indem für jede Stelle, die charakteristisch
für die
Lage der Seitenplatte im Bereich der jeweiligen Krafteinleitung
ist, die dort jeweils tatsächlich
wirkende Kraft ermittelt und der erfindungsgemäßen Überprüfung in Bezug auf den zulässigen Maximalwert
der Belastung unterzogen wird, wird sicher erreicht, dass es an
keiner Stelle der Seitenplatte zu einer Überlastung kommt.
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Eine
alternativ oder ergänzend
anwendbare Ausgestaltung der Erfindung, durch die eine lokale Überlastung
der Seitenplatten verhindert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweils von der Seitenplatte eingenommene Position an mindestens zwei
oder mehr Stellen der Seitenplatte erfasst wird, dass die für die einzelnen
Stellen jeweils erfassten Positionen miteinander verglichen werden
und dass in dem Fall, dass eine der erfassten Positionen über ein
Toleranzmaß hinausgehend
von den an den anderen stellen erfassten Positionen abweicht die
von der Anpresseinrichtung auf die der betreffenden Position zugeordneten
Stelle der Seitenplatte ausgeübte
Anpresskraft solange nicht erhöht
wird, bis die an der jeweiligen Stelle erfasste Position im Rahmen des
Toleranzbereiches den an den anderen Stellen der Seitenplatte erfassten
Positionen entspricht.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen schematisch:
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1 eine
Zweiwalzengießmaschine
in einer Teilansicht von oben;
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2 eine
in der Zweiwalzengießmaschine eingesetzte
Seitenplatte in einer Ansicht von vorne;
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3 einen
Verlauf der in der Zweiwalzengießmaschine auf eine der Seitenplatten
ausgeübten Anpresskraft.
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Die
Zweiwalzengießvorrichtung 1 zum
Gießen
eines nicht dargestellten Stahlbands aus einer Stahlschmelze weist
zwei achsparallel und mit Abstand zueinander angeordnete Gießwalzen 2, 3 auf, die
um ihre Längsachsen
LG drehbar angetrieben sind. Auf diese Weise
bilden die Gießwalzen 2, 3 in an
sich bekannter Weise die Längsseiten
eines rechtwinklig langgestreckt geformten Gießspalts 4, durch den
das zu gießende
Stahlband austritt.
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Die
einander gegenüberliegenden
kurzen Seiten des Gießspalts 4 sind
jeweils durch eine Seitenplatte 5 abgedichtet, deren Breite
und Form in an sich ebenso bekannter Weise so bemessen sind, dass
sie den Gießspalt 4 überbrücken und
an den ihnen zugeordneten Stirnseiten 6, 7 der
Gießrollen 2, 3 anliegen.
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Die
Seitenplatten 5 umfassen eine Trägerplatte 5a und ein
Insert 5b, das von der Trägerplatte 5a getragen
wird. Die Trägerplatte 5a besteht
aus einem Stahlwerkstoff, während
das direkt zur Anlage an die Stirnseiten 6, 7 der
Gießwalzen 2, 3 und
in Kontakt mit der zu vergießenden
Schmelze kommende Insert 5b aus einem Feuerfestmaterial
hergestellt ist.
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Die
jeweils aktuelle Position der Seitenplatte 5 wird durch
Sensoren 8, 9, 10, 11 erfasst,
die beispielsweise die Lage der Seitenplatte 5 im Bereich
ihres oberen linken und rechten Abschnitts Aol,
Aor (Sensoren 8, 10) und
unteren linken und rechten Abschnitts Aul,
Aur (Sensoren 9, 11) messen.
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Die
Sensoren 8–11 senden
die von ihnen in den jeweiligen Abschnitten Aol,
Aor, Aul, Aur erfassten Positionswerte an eine Positionsregeleinrichtung 12. Die
Positionsregeleinrichtung 12 steuert vier Anpresszylinder 131 , 132 ,
von denen jeweils einer auf einen der vier genannten Abschnitte
Aol, Aor, Aul, Aur der Seitenplatte 5 die
jeweils geforderte Anpresskraft F ausübt.
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Die
Positionsregeleinrichtung 12 liefert die von den Sensoren 8–11 jeweils
gelieferten, die Lage der Seitenplatte 5 in ihren vier
Abschnitten Aol, Aor, Aul, Aur repräsentierenden
Positionswerte an eine Kraftüberwachungseinrichtung 14.
Unter Berücksichtigung
der von den Anpresszylindern 13 jeweils aufgebrachten Kräfte F ermittelt
diese durch einen Vergleich der von den Sensoren 8–11 gelieferten
Positionsmesswerte mit einer Sollposition die im jeweiligen Abschnitt
Aol, Aor, Aul, Aur jeweils tatsächlich wirksamen
Kräfte
Fw1, Fw2.
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Überschreitet
die jeweils ermittelte wirksame Kraft Fw1,
Fw2 eine maximal zulässige Kraft Fmax,
bei deren Überschreiten
die Gefahr einer Beschädigung des
Inserts 5b der Seitenplatte 5 in Folge von örtlicher Überlastung
entstehen könnte,
so unterbricht die Kraftüberwachungseinrichtung 14 den
Signalweg zwischen der Positionsregeleinrichtung 12 und
demjenigen der Anpresszylinder 131, 132, dem derjenige der Abschnitte Aol, Aor, Aul, Aur zugeordnet
ist, bei dem es zu dem unzulässigen
Kraftanstieg gekommen ist.
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Bezüglich des
betroffenen Anpresszylinders 131 , 132 ist die Positionsregelung 12 dann
wirkungslos. Der Anpresszylinder 131 bzw. 132 weicht daraufhin der tatsächlich wirksamen
Kraft Fw1, Fw2 aus,
und zwar solange, bis die für
den jeweils betroffenen Abschnitt Aol, Aor, Aul, Aur ermittelte tatsächlich wirkende Kraft Fw1, Fw2 wieder unter
die maximal zulässige Kraft
Fmax gesunken ist. Dieses Ausweichen erfolgt beispielsweise
dadurch, dass die Seitenplatte 5 auch in ihrem betreffenden
Abschnitt Aol, Aor,
Aul bzw. Aur nach
einer gewissen Zeit soweit abgenutzt ist, dass eine weitestgehend
gleichmäßige Ausrichtung
der Abschnitte Aol, Aor,
Aul, Aur der Seitenplatte 5 gewährleistet
ist. Die Abnutzung der Seitenplatte 5 in dem jeweiligen
Abschnitt Aol, Aor,
Aul oder Aur hat
zur Folge, dass die im jeweiligen Abschnitt Aol,
Aor, Aul bzw. Aur tatsächlich
wirksame Kraft Fw1, Fw2 bei
gleichzeitig konstant gehaltener Stellung des jeweiligen Anpresszylinders 13 soweit
abgebaut wird, dass sie sicher unter der maximal zulässigen Kraft
Fmax liegt.
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Liegt
ein ausreichender Abstand der für
den jeweiligen Abschnitt Aol, Aor,
Aul bzw. Aur ermittelten tatsächlich wirkenden
Kraft von der maximal zulässigen
Kraft vor, so gibt die Kraftüberwachungseinrichtung 14 die
Verbindung zwischen dem jeweiligen Anpresszylinder 131 , 132 und
der Positionsregeleinrichtung 12 wieder frei, so dass auch
der betreffende Zylinder 131 , 132 wieder im normalen positionsgeregelten
Betrieb die Seitenplatte 5 dem Verschleiß ihres Inserts 5b entsprechend
nachführt.
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Das
in 3 dargestellte Diagramm zeigt exemplarisch für den Anpresszylinder 131 den über die Betriebsdauer t aufgetragenen
Verlauf der für
den ihm zugeordneten Abschnitt Aor ermittelten
tatsächlich
wirkenden Kraft Fw1. Es ist ersichtlich,
dass die Kraftüberwachungseinrichtung 14 diese
Kraft Fw1 auf die maximal zulässige Kraft
Fmax limitiert, sobald der Wert der ermittelten
tatsächlich
wirkenden Kraft die maximal zulässige
Kraft Fmax erreicht.
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- 1
- Zweiwalzengießvorrichtung
- 2,
3
- Gießwalzen
- 4
- Gießspalt
- 5
- Seitenplatte
- 6,
7
- Stirnseiten
- 5a
- Trägerplatte
- 5b
- Insert
- 6,
7
- Stirnseiten
- 8,
9, 10, 11
- Sensoren
- 12
- Auswert-
und Steuereinrichtung
- 131, 132
- Anpresszylinder
- 14
- Kraftüberwachungseinrichtung
- Aol, Aor, Aul, Aur
- Abschnitte
der Seitenplatte 5
- Fw1, Fw2
- ermittelte,
tatsächlich
wirksamen Kräfte
- Fmax
- maximal
zulässige
Kraft