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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wechseln der Pfannen bei
Stranggießanlagen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Zur
kontinuierlichen Herstellung von Stahlprofilen aus flüssigem Stahl
ist in der Stahlindustrie das Stranggießverfahren seit langem bekannt.
Dabei wird flüssiger
Stahl durch eine gekühlte
Kokille geleitet, wobei in Folge der dort stattfindenden Abkühlung eine
Anfangsverfestigung des Stahls eintritt. Die Formgebung wird durch
die Querschnittsform der Kokille erreicht. Beim Austritt des Stahls
aus der Kokille ist der Erstarrungsvorgang bereits soweit fortgeschritten,
dass über
den Profilumfang eine eigenstabile Schale bei noch flüssigem Kern
vorhanden ist. Zur weiteren Abkühlung
und Erstarrung wird das Stahlprofil über einen Austrag einem Kühlbett zugeleitet.
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Bei
diesem Vorgang ist von besonderer Bedeutung, dass die Beaufschlagung
der Kokille mit flüssigem
Stahl kontinuierlich erfolgt, da ansonsten sehr mühsam und
zeitaufwendig ein neuer Strang aufgebaut werden muss. Um eine stetige
Beaufschlagung der Kokille sicherzustellen, wird flüssiger Stahl
in sogenannten Pfannen zur Gießstelle
gebracht. Dort wird der flüssige
Stahl zunächst
in einen Zwischenspeicher gegossen, von wo er zur Kokille geleitet
wird. Da von dem Zwischenspeicher aus üblicherweise mehrere Kokillen
mit Stahl versorgt werden, wird der Zwischenspeicher auch als Verteiler
bezeichnet.
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Ist
der Inhalt einer Pfanne in den Zwischenspeicher entleert worden,
so muss diese Füllmenge solange
ausreichen die Kokillen zu beschicken, bis eine neue mit flüssigem Stahl
volle Pfanne wieder die Befüllung
des Zwischenspeichers aufnehmen kann. Es muss also mit einer Verteilerfüllung die
Zeitspanne überbrückt werden,
die für
den Wechsel der Pfannen notwendig ist. Gelingt der Wechsel der Pfannen innerhalb
dieser Zeitspanne nicht, so läuft
die Kokille leer und das Stranggießverfahren ist unterbrochen. Zum Wiederanfahren
der Produktion ist es notwendig, einen neuen Strang stromabwärts der
Kokille aufzubauen, was sehr zeitaufwendig und aufgrund der in einem
Stahlwerk vorherrschenden Umstände äußerst anstrengend
ist.
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Zur
Sicherstellung einer kontinuierlichen Beschickung des Verteilers
ist der Einsatz eines Gießsystems
mit zwei Pfannen bekannt. Das System weist unter anderem einen vertikalen
Drehturm auf mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Tragarmen. An
den Tragarmen hängen
die beiden Pfannen, von denen eine in Gießposition über den Verteiler gebracht
ist und die andere sich in Wartestellung befindet. Nach Entleerung
der ersten Gießpfanne
wird durch Rotation des Drehturmes um 180° die andere Pfanne in Gießposition
geschwenkt, wobei gleichzeitig die leere Gießpfanne in Wartestellung gelangt. Aus
der Wartestellung wird die leere Pfanne mittels eines Kranes abgehängt und
durch eine neue ersetzt, die sich dann in Wartestellung befindet.
Ein dementsprechender Pfannendrehturm, allerdings mit nur einer
Gießpfanne,
ist in der
DE 31 222
15 A1 beschrieben.
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Diese
Vorgehensweise ermöglicht
einen raschen Wechsel der Pfannen, hat jedoch den Nachteil, dass
infolge der Abmessungen des Drehturmes und der Rotationsbewegungen
der Pfannen um den Turm herum ein verhältnismäßig großer Platzbedarf besteht. Vor
allem bei bestehenden Stranggießanlagen,
die mit einem effektiveren Pfannenwechselsystem nachgerüstet werden
sollen, ist dieser Raum oftmals nicht vorhanden. Ein weiterer Nachteil
von Drehtürmen
ergibt sich aus dem asymmetrischen Lastzustand, der sich beim Pfannenwechsel
stets einstellt. Ein asymmetrischer Lastzustand entsteht immer dann,
wenn gleichzeitig eine befüllte
und leere Pfanne an den Tragarmen hängen. Diese Belastung führt zu hohen
Biegebeanspruchungen im Turm und Spitzenbelastungen im Drehlager,
die konstruktiv mit entsprechendem Aufwand zu berücksichtigen
sind.
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Daneben
sind auch linear arbeitende Systeme bekannt, bei denen die Pfannen
zum Wechseln auf schienengebundenen Wagen zur Seite gefahren werden.
Falls der Wagen dabei nur eine Pfanne aufnehmen kann, ist um einen
möglichst
kurzen Pfannenwechsel auszuführen,
der Einsatz zweier Krane unverzichtbar. Dabei hebt der eine Kran
die leere Pfanne aus dem Wagen, während der andere Kran die gefüllte Pfanne
zum Einsetzen in den Wagen bereit hält. In diesem Fall stellt sich
die Notwendigkeit eines zusätzlichen
Krans als nachteilig heraus, da dieser für andere Arbeitsvorgänge blockiert
ist. Darüber
hinaus dauert ein so durchgeführter
Pfannenwechsel in Folge der notwendigen Kranspiele verhältnismäßig lang,
so dass hier die Gefahr einer Unterbrechung des Stranggießens mit
den damit verbundenen Nachteilen besonders hoch ist.
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Aus
der
DE 21 46 221 A1 ist
eine Gießvorrichtung
mit einem Wagen bekannt, der zwei Aufnahmen für jeweils eine Gießpfanne
besitzt. Die Gießpfannen
können
wechselweise in Gießposition
gefahren werden, wobei die Zeit des Gießens aus der einen Pfanne genutzt
wird, die zuvor entleerte Pfanne erneut zu befüllen und zurück in Wartestellung
im Wagen zu bringen. Dadurch soll gemäß der
DE 21 46 221 A1 ein kontinuierliches
Füllen
eines Formkastens möglich
sein.
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Vor
diesem Hintergrund stellt sich der Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung
zum Wechseln der Pfannen beim Stranggießen anzugeben, mit der ein
Pfannenwechsel in möglichst
kurzer Zeit und mit möglichst
geringem Platzbedarf durchgeführt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
erster Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Pfannen dank
der Erfindung sehr nahe an die Drehachse und damit auch zueinander
angeordnet werden können,
da ein einzuhaltender Mindestabstand, beispielsweise bedingt durch
einen zentralen Turm, entfällt.
Die dadurch erzielbare platzsparende Pfannenanordnung ermöglicht den
Einsatz dieses Systems auch unter beengten Verhältnissen, wie sie zum Beispiel
bei nachträglichen
baulichen Erweiterungen bestehender Anlgen regelmäßig vorkommen.
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Die
enge Anordnung der Pfannen an der Drehachse führt zudem dazu, dass die Gießpfannen bei
ihrer Rotation im Zuge des Pfannenwechsels nur kurze Wege zurücklegen.
Auf diese Weise kann der Pfannenwechsel schneller durchgeführt werden.
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Das
während
der Rotationsbewegung des Pfannenstuhls benötigte Lichtraumprofil verändert sich
nur unwesentlich, so dass sich daraus kaum Störungen für den übrigen Betriebsablauf im Stahlwerk ergeben.
Auch ist dadurch das Unfallrisiko für das Personal, ausgehend von
sich im Raum bewegenden Teilen, weitestgehend reduziert.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus dem freien Bereich
unterhalb der Gießpfannen und
dem Verteiler. Dadurch kann die aus dem Verteiler ausfließende Schlacke
ungehindert dem Schlackekübel
zugeführt
werden.
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Die
Lagerung des Pfannenstuhls am umfangsseitigen Rand und die Belastung
innerhalb dieser Lagerung führt
dazu, dass die Lastabtragung in den Untergrund im wesentlichen mittels
Druckkräften erfolgt.
Eine Zugbeanspruchung infolge von Momenten, wie sie zum Beispiel
bei Drehtürmen
auftreten, entfällt.
Auf diese Weise kann die Tragkonstruktion einfacher und sicherer
ausgebildet werden.
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Durch
die Möglichkeit,
zwei Pfannen in den Pfannenstuhl einzusetzen, genügt für den Pfannenwechsel
nunmehr nur noch ein einziger Kran. Weitere in einem Stahlwerk vorhandene
Kräne werden
für den
Pfannenwechsel nicht benötigt,
da der Pfannenwechsel während
der Befüllphase
des Verteilers erfolgen kann und somit keine anderen Betriebsabläufe mehr
blockiert werden. Ein mit der Erfindung ausgestattetes Stahlwerk
ist daher in der Lage effektiver zu arbeiten. Die dadurch möglichen
Kosteneinsparungen gegenüber
konventionellen Anlagen sind angesichts der bestehenden Wettbewerbssituation
für die Betreiber
von Stranggießanlgen
von großer
Bedeutung.
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Zur
Ausführung
der Drehbewegung des Pfannenstuhls gegenüber dem Lagerring wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Rollenbahn verwendet, die eine Rotation mit geringst
möglichem
Widerstand ermöglicht
und daher nur geringe Antriebskräfte
erforderlich macht. Vorzugsweise sind dabei die Rollen am Pfannenstuhl angeordnet,
während
der Lagerring die Laufbahn für die
Rollen bietet. Durch die Ausbildung einer nach außen geneigten
Laufbahn und dementsprechend konisch ausgebildeten Rollen ist die
Ausführung
einer schlupffreien und damit weitestgehend verschleißfreien
Ausführung
der Rotationsbewegung trotz der großen Kräfte gewährleistet. Zusätzlich findet
dadurch eine stetige Zentrierung des Pfannenstuhls bezüglich der
Drehachse statt. Der Einsatz von zylindrischen Rollen auf planer
Laufbahn liegt jedoch ebenso im Rahmen der Erfindung.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform der
Erfindung ist der Lagerring über
einen Teil seiner Umfangslänge
unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass beim Ausheben einer Pfanne
aus dem Pfannenstuhl während
des Pfannenwechsels die Pfanne nicht über den Lagerring hinweggehoben
werden braucht, was einen entsprechenden freien Raum nach oben voraussetzt.
Diese Ausführungsform
eignet sich somit vorzugsweise unter beengten Platzverhältnissen.
Um die mit der Öffnung
des Lagerrings einhergehende Verschlechterung des Tragverhaltens
des Lagerrings aufzufangen, ist erfindungsgemäß die Möglichkeit vorgesehen, in die
Unterbrechung ein Passstück
einzusetzen, um die ursprüngliche
Tragfähigkeit
des Lagerrings zu erhalten.
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Der
Lagerring selbst ist vorzugsweise aus einer Vielzahl von Segmenten
gebildet, was zunächst Vorteile
beim Aufbauen des Lagerrings bringt. Dadurch ist aber auch die Möglichkeit
gegeben, nachträglich
Segmente auszutauschen, falls diese im Laufe der Zeit infolge Verschleiß unbrauchbar
werden. Eine Verbindung der Segmente untereinander kann beispielsweise
durch Flanschverbindungen hergestellt werden.
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Der
Pfannenstuhl besitzt vorteilhafterweise eine tellerförmige Gestalt
mit einem Durchmesser, der dem des Lagerrings entspricht. Um den
Pfannenstuhl möglichst
leicht auszubilden, ohne dabei dessen Tragverhalten zu schmälern, wird
eine Ausbildung des Pfannenstuhls in Form eines Tragrostes mit Mittelrippe
und Nebenrippen bevorzugt.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung der wesentlichen Teile einer Stranggießanlage,
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2 eine
Schrägansicht
von oben auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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3 eine
Draufsicht auf die in 2 dargestellte Vorrichtung,
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4 eine
Seitenansicht der in den 2 und 3 dargestellte
Vorrichtung entlang der in 3 eingetragenen
Linie IV-IV,
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5 eine
Seitenansicht der in den 2 und 3 dargestellte
Vorrichtung entlang der in 3 eingetragenen
Linie V-V,
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6 eine
Schrägansicht
eines Lagerring,
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7 eine
Schrägansicht
eines Pfannenstuhl mit Lagerring,
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8 eine
Schrägansicht
eines Pfannenstuhl mit Lagerring und eingesetzten Pfannen und
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9 eine
Detaildarstellung im Bereich zwischen Lagerring und Pfannenstuhl.
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In 1 sind
die wesentlichen Funktionskomponenten einer Stranggießanlage
schematisch dargestellt. Man sieht einen ortsfesten, auf Fundamenten 1 gründenden
Unterbau 2, der sich im wesentlichen aus einem Tragrahmen 3 und
den Stützen 4 zusammensetzt.
Die Stützen 4 sind
im Kreis angeordnet und tragen mit ihrem oberen Ende einen Lagerring 5.
Der Lagerring 5 bildet das Auflager für einen um eine vertikale Achse 6 drehbaren
Pfannenstuhl 7, der die beiden Pfannen 8 und 9 trägt. 1 zeigt
einen Zustand, bei dem sich die Pfanne 8 in Warteposition
und die Pfanne 9 in Gießposition befindet. Die Unterseite
der Pfannen 8 und 9 weist Standfüße 10 sowie
jeweils einen Ausgießer 11 auf.
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Unterhalb
der sich in Gießposition
befindenden Pfanne 9 sieht man einen senkrecht zur Darstellungsebene
verlaufenden, ortsfest zum Tragrahmen 3 angeordneten, trogförmigen Verteiler 12,
in den der Ausgießer 11 der
Pfanne 9 hineinreicht. Am oberen Rand des Verteilers 12 sieht
man einen Auslauf 13, um die Schlacke aus dem flüssigen Stahl
zu entfernen. Der unterhalb des Auslaufs 13 befindliche
Teil des Unterbaus 2 ist als Auffangwanne und Ableitung zum
Schlackenkübel
ausgebildet. An der Unterseite des Verteilers 12 ist wiederum
ein Ausgießer 14 angeordnet,
durch welchen der flüssige
Stahl abfließen kann.
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Direkt
unterhalb des Verteilers 12 wird eine Kokille 15 derart
vom Tragrahmen 3 gehalten, dass der Ausgießer 14 des
Verteilers 12 gerade noch in die Kokille 15 hineinreicht.
Die Kokille 15 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel
einen rechteckförmigen
Querschnitt und ist im übrigen
wassergekühlt. Über den
Ausgießer 14 gelangt
der flüssige
Stahl in die Kokille 15 und erfährt dort aufgrund der Abkühlung eine
Anfangsverfestigung, wodurch ein Strang 16 mit bereits
erstarrter Schale aber noch flüssigem Kern
entsteht. Der Strang 16 wird über seitliche Rollenführungen 17 zum
Austrag und im weiteren zum Kühlbett
geleitet.
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Beim
Pfannenwechsel während
des Stranggießens
ist es erforderlich, die volle Pfanne 8 in Gießposition
zu bringen um die leere Pfanne 9 zu ersetzen. Die für diese
Aufgabe geeignete erfindungsgemäße Pfannenwechselvorrichtung
ist in den 2 bis 9 näher dargestellt.
Als Basiselement hierfür dient
der Lagerring 5, dessen Aufbau vor allem aus 6 ersichtlich
ist. Der Lagerring 5 besteht aus einer Vielzahl von Kreisbogensegmenten 18,
die an ihren Stirnseiten über
Flansche 19 zur Bildung eines Rings miteinander verbunden
sind. Im vorliegenden Beispiel ist der Lagerring 5 nicht
geschlossen, sondern weist umfangsseitig eine Öffnung 20 auf. Die Öffnung 20 dient
zur Erleichterung beim Herausheben einer Pfanne 8 oder 9,
da ein Anheben der Pfanne 8 oder 9 über den
Lagerring 5 nicht notwendig ist. Aus statischen Gründen kann
es jedoch erforderlich sein, den Lagerring 5 geschlossen
auszubilden, was ebenfalls von der Erfindung umfasst ist. In Abhängigkeit
der vorherrschenden statischen Verhältnisse kann der Lagerring 5 auch über einen
Teil seines Umfangs eine geringere Höhe aufweisen, was den Vorteil
bringt, dass die Kokille 12 näher zur in Gießposition
befindlichen Pfanne 9 positioniert werden kann.
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Während der
Lagerring 5 mit seiner Unterseite starr mit den Stützen 4 verbunden
ist, ist die Oberseite des Lagerrings 5 als Laufbahn 21 ausgebildet. Wie
insbesondere aus 9 ersichtlich, ist die Laufbahn 21 quer
zur Laufrichtung nach außen
geneigt.
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Koaxial
zum Lagerring 5 ist auf diesem ein tellerförmiger Pfannenstuhl 22 angeordnet.
Der genaue Aufbau des Pfannenstuhls 7 ist vor allem aus den 2 bis 5 und
insbesondere aus 7 ersichtlich. In der Draufsicht
auf den Pfannenstuhl 7 (2, 3, 7)
erkennt man dessen im wesentlichen tellerförmige Gestalt mit randseitigen, punktsymmetrisch
zur Achse 6 angeordneten Ausnehmungen 23, die
zur Aufnahme der Pfannen 8 und 9 gedacht sind.
Umfangsseitig wird der Pfannenstuhl 7 von einem auf dem
Kopf stehenden U-Profil 24 eingefasst. Auf der Oberseite
steift eine durch den Mittelpunkt verlaufende und die sich gegenüberliegenden
U-Profile 24 verbindende Mittelrippe 25 den Pfannenstuhl 7 aus
und unterteilt ihn dadurch zwei Felder. Die beiden Felder werden
durch die punktsymmetrische Anordnung von Nebenrippen 26,
die sich von der Mittelrippe 25 zu dem U-Profil 24 erstrecken,
verstärkt.
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Die
die Ausnehmungen 23 seitlich einfassenden Nebenrippen 26 bilden
Aufnahmen für
die Pfannen 8 und 9. Dazu weisen diese Nebenrippen 26 an
ihrer Oberseite mittels Hydraulikzylinder 22 betätigbare
Hubbacken 27 zum Heben und Senken der Pfannen 8 und 9 auf.
Die Hubbacken 27 besitzen Aufstandsflächen 28, auf denen
die Pfannen 8 und 9 aufliegen sowie hintere Anschlagsflächen 29,
die zur Zentrierung der Pfannen 8 und 9 beim Einheben
in die Aufnahmen 23 dienen.
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Die
Lagerung des Pfannenstuhls 7 auf dem Lagerring 5 erfolgt über eine
Vielzahl von Rollen 30. Die Rollen 30 werden zum
größten Teil
von dem U-Profil 24 aufgenommen (9), das
zu diesem Zweck eine entsprechende Anzahl horizontaler Achslager 31 besitzt.
Lediglich die Abrollfläche
der Rollen 30 steht über
den unteren Rand des U-Profils 24 über und liegt auf der Laufbahn 21 des
Lagerrings 5 auf. Die Abrollfläche der Rollen 30 weist
dabei die gleiche Querneigung auf wie die Laufbahn 21 des
Lagerrings 5. Auf diese Weise wird ein Schlupf zwischen
der Laufbahn 21 und der Abrollfläche der Rollen 30 verhindert.
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Der
Antrieb zur Ausführung
einer Drehbewegung des Pfannenstuhls 7 gegenüber dem
Lagerring 5 ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Eine
bevorzugte Lösung
sieht vor, einen Zahnkranz innen oder außen am Lagerring 5 in
der Nähe
des Pfannenstuhls 7 zu befestigen. Am Pfannenstuhl 7 sind
ein oder mehrere angetriebene Zahnräder vorgesehen, deren Zähne mit
den Zähnen
des Zahnkranzes kämmen.
Die Zähne
von Zahnkranz und Zahnrad sind dabei sehr groß dimensioniert, um die Betriebssicherheit
des Antriebs zu gewährleisten.
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Ein
alternativer Antrieb besteht aus mehreren, direkt angetriebenen
Rollen 30 zur Übertragung einer
Drehbewegung auf den Pfannenstuhl 7 oder einem Ketten-
oder Seilantrieb, der direkt auf den Pfannenstuhl 7 wirkt.
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Erfindungsgemäß wird ein
Hin- und Herdrehen des Pfannenstuhls 7 auf dem Lagerring 5 um
jeweils 180° bevorzugt.
Dies entspricht einer Drehbewegung mit wechselndem Drehsinn. Ebenso
wäre eine
Drehbewegung mit gleichbleibendem Drehsinn um jeweils 180° denkbar.
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Die 2 bis 5 und
die 8 zeigen einen Pfannenstuhl 7 mit eingesetzten
Pfannen 8 und 9. Die Pfannen 8 und 9 bestehen
im wesentlichen aus zylindrischen Behältnissen zur Aufnahme des flüssigen Stahls
und können
dabei leicht ein Gewicht von 70 to erreichen. Der obere Rand der
Pfannen 8, 9 besitzt einen Schlackenauslauf 32.
Seitlich an der Behälterwandung
sind an sich diametral gegenüberliegenden
Punkten Aufhängeelemente 33 vorgesehen,
die gelenkig mit der Wandung der Pfannen 8, 9 verbunden
sind. Die Aufhängeelemente 33 bilden zum
einen obere Einhängepunkte 34 für den Kranhaken
sowie untere Lagerpunkte 35, mit denen sie auf den Hubbacken 27 der
Aufnahmen 23 des Pfannenstuhls 7 aufliegen. Der
Boden der Pfannen 8 und 9 weist wie schon unter 1 beschrieben
Standfüße 10 zum
Abstellen der Pfannen 8 und 9 sowie einen Ausgießer 11 auf,
durch welchen der flüssige
Stahl in den Verteiler 12 gelangt.
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Der
Vorgang des Pfannenwechsels erfolgt wie nachstehend beschrieben.
In der Ausgangsposition für
den Pfannenwechsel ruht die mit flüssigem Stahl volle Pfanne 8 in
der Aufnahme 23 des Pfannenstuhls 7 bei abgesenkten
Hubbacken 27, was der Warteposition entspricht. Die in
Gießposition
befindliche Pfanne 9 hat ihren Inhalt soeben vollständig in den
Verteiler 12 entleert, der seinerseits nun die maximale
Füllhöhe erreicht
hat.
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In
einem ersten Schritt werden beide Pfannen 8 und 9 durch
Ausfahren der Hubbacken 27 angehoben, wobei der Ausgießer 11 der
Pfanne 9 aus dem Verteiler 12 gezogen wird. Nachfolgend
wird der Pfannenstuhl 7 um 180° gedreht, wodurch die volle Pfanne 8 in
Gießposition
und die leere Pfanne 9 in Warteposition gelangt. Anschließend wird
die Pfanne 9 durch Einfahren der Hubbacken 27 abgesenkt,
so dass der Ausgießer 11 der Pfanne 8 in
den Verteiler 12 eintaucht. Anschließend erfolgt die Beschickung des
Verteilers 12 mit flüssigem
Stahl aus der Pfanne 9. Dieser Vorgang muss abgeschlossen
sein, bevor der Verteiler 12 leer läuft, da ansonsten eine Unterbrechung
des Stranges 16 eintritt. Die in Warteposition befindliche
leere Pfanne 9 wird nun mittels eines Kranes aus dem Pfannenstuhl 22 gehoben.
Anschließend
kann eine mit flüssigem
Stahl befüllte
Pfanne, die für
den Pfannenwechsel bereits vorgehalten wird, in den Pfannenstuhl 7 eingehoben
werden. Nach Absenken der neuen Pfanne durch Einfahren der Hubbacken 27 ist
die Warteposition für
den nächsten Pfannenwechsel
erreicht.