Dauerhaft verlässlich

Fluidtechnik

Hydraulik – Die Stahlproduktion erfordert zuverlässige Anlagen. Servo-Hydraulikzylinder überstehen klaglos 200 Millionen Lastwechsel.

31. August 2010

Ein zentrales Element bei der Herstellung von Qualitätsstahl im Stranggussverfahren ist die sogenannte Kokille: In ihr wird aus dem glutflüssigen Stahlstrom der rechteckige Strang, der an seiner Oberfläche erstarrt ist. Dazu strömt der 1.500 Grad heiße flüssige Stahl an wassergekühlten Kupferplatten vorbei und bildet an der Oberfläche eine mehrere Millimeter dicke sogenannte Strangschale. In der nachfolgenden rollengestützten Strangführung erfolgt dann unter Spritzwasser-Kühlung die komplette Durcherstarrung des Stranges.

Entscheidend ist dabei, dass der Stahl beim Durchströmen der Kokille nicht an der kühlenden Kokillenwand haften bleibt, schließlich führt schon eine kurze Unterbrechung des Materialflusses zu Unregelmäßigkeiten im Stahl. Im ungünstigsten Fall kann zudem die bereits feste Strangschale reißen, und es ergießen sich Tonnen des glutflüssigen Stahls in die Anlage.

Um einen solchen fatalen Durchbruch zu vermeiden, hat die Stahlindustrie in den frühen Fünfzigerjahren die Kokillen-Oszillation entwickelt. Dabei ermöglichen es oszillierende Bewegungen der Kokillenwände, zu Schmierzwecken ein Flussmittel zwischen Kokillenwand und Strangschale einzubringen. Stand der Technik ist dabei heute die hydraulisch angetriebene Resonanz-Oszillation. Bei der ThyssenKrupp Steel AG in Duisburg-Bruckhausen ist dazu ein hydraulisch betriebener Kurzhebel-Oszillator im Einsatz, den der Düsseldorfer Hütten- und Walzwerkspezialist SMS Siemag entwickelt hat.

Schwingende Kokille

Eine besondere Bedeutung haben dabei die Hubtischeinrichtungen mit integrierten Hydraulik-Zylindern der Herbert Hänchen GmbH & Co. KG aus Ostfildern bei Stuttgart, die eine kontinuierliche Oszillation der Kokille in senkrechter Richtung gewährleisten. Jeden der beiden Hubtische bewegen dazu zwei servogeregelte Hydraulik-Zylinder der früheren Baureihe 328 in Servofloat-Qualität mit der patentierten schwimmenden Ringspaltdichtung. Diese ist inzwischen Teil der High-End-Baureihe Ratio-Test 326, die sich unter anderem durch einen nahezu frei wählbaren Kolbendurchmesser auszeichnet.

Die Zylinder, die eine Kraft von 400 Kilonewton aufbringen, bewegen die 25 Tonnen schwere Kokille mit einer Frequenz bis zu 3 Hertz. Dabei lassen sich das Schwingungsprofil sowie auch Amplitude und Frequenz während des Betriebs frei modifizieren, um die Relativbewegung jeder einzelnen Schwingung zwischen Kokille und Strang exakt konstant zu halten. Die Bewegung wird über ein magnetostriktives Wegmesssystem erfasst und mit einem Industrie-PC geregelt, der zugleich die Verbindung zum Leitrechner sicherstellt.

Reibungslos Dicht

Weil die Abwärtsbewegung der Kokille deutlich schneller erfolgen muss als die Eigenbewegung des Strangs, haben die Hydraulikspezialisten aus Ostfildern den Zylinder hoch dynamisch und praktisch reibungsfrei ausgelegt. In den geregelten Servo-Zylindern kommt daher die patentierte schwimmende Ringspalt-Dichtung der Servofloat-Ausführung zum Einsatz, die eine Produktionsgenauigkeit im Bereich weniger Mikrometer erfordert. Dabei folgt eine Stahlbüchse der radialen Auslenkung der Kolbenstange mit einem über den gesamten Druckbereich konstanten Dichtspalt mit einer Breite von wenigen Hundertstel Millimetern.

Die vernachlässigbare Reibung ermöglicht höchste Positionier- und Wiederholgenauigkeit. Zudem sind die Zylinder Stick-slip-frei und für äußerst langsame und schnelle Bewegungen geeignet.

Oberste Priorität hat jedoch die Verfügbarkeit, beschreibt Ulrich Grziwotz, Teamleiter Team Service & Entwicklung des Bereichs Strangguss bei ThyssenKrupp, die Anforderungen an die Bauteile seiner Anlage: »Wenn jeder Stillstand ein kleines Vermögen kostet, dann ist Qualität Pflicht.«

Durch die praktisch reibungsfreie Ausführung verschleißen die Hänchen-Zylinder jedoch auch im extremen Langzeiteinsatz nicht, berichtet der für die Instandhaltung bei ThyssenKrupp Steel verantwortliche Fachkoordinator Marc Ramacher: »Ursprünglich planten wir die Wartung oder den Austausch der Zylinder jährlich, doch der Austauschzyklus zur Generalüberholung wurde zunächst auf zwei, dann auf vier und jetzt auf sechs Jahre erhöht.«

Bei Frequenzen zwischen 1,5 Hertz im Normalbetrieb und einer maximalen Frequenz von drei Hertz bei einem Hub von ±3 bis 4 Millimeter bewältigt jeder der Linearantriebe in diesen sechs Jahren 200 Millionen Lastwechsel. Aber auch nach dieser Zeit mussten die Zylinder nicht komplett ausgetauscht werden, bestätigt Ramacher: »Es reichte, sie zur Überprüfung und Generalüberholung an Hänchen zu schicken.«

Jörg Beyer/bt

Fakten

-Die Herbert Hänchen GmbH in Ostfildern ist ein Spezialist für hydraulische Norm-, Regel-, Stell- und Prüfzylinder für viele Einsatzgebiete.

-Die gehonten Zylinderrohre und Kolbenstangen sowie die hochentwickelte Dichtungstechnik gewährleisten einen äußerst geringen Verschleiß und eine extrem lange Lebensdauer.

Erschienen in Ausgabe: 06/2010