EP2209573B1

EP2209573B1 - Verfahren zum kontinuierlichen austenitischen walzen eines in einem kontinuierlichen giessprozess hergestellten vorbandes

Info

Publication number: EP2209573B1
Application number: EP08852273.5A
Authority: EP
Inventors: Gerald Hohenbichler
Original assignee: Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: BRPI0819789A2; KR20100099202A; ES2428761T3; EP2209573B2; BRPI0819789A8; RU2463127C2; RU2010125493A; UA101338C2; KR101514625B1; WO2009065840A1; AT506065B1; AT506065A4; EP2209573A1; CN101868313B; CN101868313A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen austenitischen Walzen eines in einem kontinuierlichen Gießprozess in einer Stranggießanlage mit einer Gießdicke von weniger als 300 mm, vorzugsweise mit einer Gießdicke von weniger als 150 mm, hergestellten Vorbandes durch Dickenreduktionsschritte in mindestens einer - von mehreren aufeinander folgenden Walzgerüsten gebildeten - Walzstraße zu einem Warmband mit einer Walzenddicke zwischen 0,5 und 15 mm und nachfolgender Querteilung des gewalzten Warmbandes in Bundgrößen bzw. Bundlängen vor dem Aufwickeln in einer Speichereinrichtung.
Weiters betrifft die Erfindung eine kombinierte Gieß- und Walzanlage zur Herstellung von austenitisch gewalztem Warmband in einem kontinuierlich fortlaufenden Gieß- und Walzprozess mit einer Stranggießanlage zum Gießen von Stahlsträngen mit einer Gießdicke von weniger als 300 mm, vorzugsweise zum Gießen von Stahlsträngen mit einer Gießdicke von weniger als 150 mm, und mit mindestens einer Walzstraße, die mehrere aufeinander folgende Walzgerüste umfasst, zur Erzeugung eines im austenitischen Temperaturbereich gewalzten Warmbandes mit einer Walzenddicke zwischen 0,5 und 15 mm und einer dem letzten Walzgerüst nachgeordneten Zerteilanlage und Bandspeichereinrichtung.
Unter einem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen austenitischen Walzen eines in einem kontinuierlichen Gießprozess hergestellten Vorbandes ist ein Verfahren zu verstehen, bei dem das in einer Stranggießanlage hergestellte Vorband ohne Vorbandtrennschnitt mit Gießgeschwindigkeit in das erste Walzgerüst oder die erste Walzstraße und mit einer vorgenommene Dickenreduzierungen berücksichtigenden Transportgeschwindigkeit in jede nachfolgende Walzstraße eingeleitet wird, um Warmband zu erzeugen. Gleichermaßen ist die kombinierte Gieß- und Walzanlage in ihrem strukturellen Aufbau so konfiguriert, dass das gegossene Vorband ohne Vorbandtrennschnitt mit Gießgeschwindigkeit in das erste Walzgerüst der ersten Walzstraße eintritt.
Aus der DE 38 40 812 A1 ist ein kombiniertes Gieß- und Walzverfahren bekannt, bei dem ein in einer Stranggießanlage gegossenes Stahlband in zwei Verformungsschritten unmittelbar aus der Gießhitze und ohne Trennschnitt zwischen der Gießanlage und den nachgeordneten Walzeinrichtungen gewalzt wird. Eine erste Walzverformung des gegossenen Stahlstranges erfolgt unmittelbar nach der Durcherstarrung im Auslaufbereich der Stranggießanlage mit einem einzelnen Walzgerüst bei einer Strangtemperatur von etwa 1100°C. Die weitere Walzung erfolgt in einer mehrgerüstigen Walzstraße mit einer Walzgeschwindigkeit, die von der Gießgeschwindigkeit, die maximal 5 m/min beträgt, und dem erreichten Verformungsgrad im ersten Walzgerüst abhängt. Zur Sicherstellung einer Endwalzung im austenitischen Bereich ist ein induktives Wiederaufheizen des Stahlbandes zwischen dem ersten Walzgerüst und der nachfolgenden Walzstraße zwingend notwendig. Auch Zwischenerwärmungsstufen zwischen den einzelnen Walzgerüsten der Walzstraße sind vorgesehen.
Aus der WO 92/00815 A1 ist weiters ein kombiniertes Gieß- und Walzverfahren bekannt, bei dem ein in einer Stranggießanlage erzeugter gegossener Stahlstrang ohne vorheriger Querteilung in zwei aufeinander folgenden Verformungsstufen zu einem wickelbaren Gut walzverformt wird, welches Kaltwalzeigenschaften aufweist. Eine erste Dickenreduktion des gegossenen Stahlstranges erfolgt noch innerhalb der Stranggießmaschine zu einem Zeitpunkt, in dem der Stahlstrang noch einen flüssigen Kern aufweist (liquid core reduction). Eine zweite Dickenreduktion des im Weiteren durcherstarrten Stahlstranges erfolgt unmittelbar nach dem Verlassen der Stranggießmaschine in einer mehrgerüstigen Walzanlage bei einer Bandtemperatur von etwa 1100°C im austenitischen Bereich. Im Verlauf dieser zwei Verformungsstufen wird das Stahlband von einer Gießdicke <100 mm auf ein wickelbares Warmband mit einer Banddicke von 10-30 mm warm gewalzt.
Aus der WO 97/36699 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von warm gewalztem Stahlband bekannt, bei dem der gegossene Stahlstrang ohne Trennschnitt unmittelbar einer mehrgerüstigen Walzstraße zugeführt und im austenitischen Bereich fertig gewalzt wird. Hierbei wird für einen spezifischen, auf eine Brammenbreite von 1,0 m bezogener Volumenfluss, der größer als 0,487 m²/min ist, eine bestimmte Mindestanzahl von Verformungsschritten vorgeschlagen, um eine austenitische Endwalzung sicher zu gewährleisten. Betriebsbedingt kann durch verschiedene Umstände im Gießprozess eine Stahlbandtemperatur am Ende der Stranggießanlage vorliegen, die eine austenitische Walzung im letzten Gerüst der Walzstraße nicht mehr gewährleistet und die auch durch die Homogenisierung vor dem ersten Walzgerüst nicht korrigiert werden kann. Es ist daher in einer verfahrenstechnischen Weiterbildung vorgeschlagen worden, zwischen zwei oder mehreren Walzgerüsten der Walzstraße zusätzliche Heiz- oder Kühlaggregate zur Einstellung beliebiger Temperaturverläufe des Walzbandes vorzusehen. Diese sehr allgemeine Definition für die Positionierung entsprechender Heiz- und/oder Kühlaggregate lässt eine optimale Auslegung der Walzstraße und die Festlegung einer bestmöglichen Gruppierung von Walzgerüsten nicht zu.
Aus der EP 0 823 294 A1 ist weiters ein Verfahren zur Herstellung eines gewalzten Stahlbandes aus niedrig gekohlten und ultra-niedrig gekohlten Stählen in einem kontinuierlichen Gieß- und Walzprozess beschrieben, bei dem ebenfalls kein Trennschnitt zwischen dem Gießprozess und dem Walzprozess vorgenommen wird. Das gegossene Stahlband mit einer Erstarrungsdicke von mehr als 70 mm wird in einer ersten Verformungsstufe in einem Temperaturbereich von 1150°C - 900°C bis auf eine Banddicke <20mm austenitisch gewalzt. Anschließend erfolgt eine beschleunigte Abkühlung auf eine Temperatur im Bereich von <738°C mit anschließender ferritischer Walzung in mindestens drei Walzstichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen austenitischen Walzen eines in einem kontinuierlichen Gießprozesses hergestellten Vorbandes mit minimiertem Investitionsaufwand durch Angabe der maximal erforderlichen Gerüstanzahl, Zwischenheizungen und/oder-heizleistungen und in Abhängigkeit von gewünschten Produktions- und Materialkennzahlen vorzuschlagen. Darunter sind beispielsweise die Endwalzdicke (des aufzuwickelnden Bandes) sowie die Gießdicke und die durch die chemische Analyse definierten Austenitgrenztemperatur zu verstehen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Gesamtanlagenkonfiguration zur Durchführung des Walzverfahrens auf Basis eines zu erwartenden Produktionspektrums unter der Nebenbedingung zu optimieren, dass Brammendicken von 30 bis 150 mm betragen und die breitenspezifische Erzeugungsrate der Verbundanlage 2,5 bis 4,5 t/min Warmband, vorzugsweise 3,0 bis 3,6 t/min (bei einer typischen Heißbrammendichte von 7,4 t/m³) betragen soll.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Vorband in jeder der Stranggießanlage nachgeordneten Walzstraße mit einer Anzahl von n_i Dickenreduktionsschritten dickenreduziert wird, wobei die Anzahl n_i der durchzuführenden Dickenreduktionsschritte durch die Bedingung $n_{i} \leq \{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n_{i} \in N$

bestimmt wird, wobei
T_VB,i [°C] die querschnittsgemittelte Vorbandtemperatur am Ende der Gießmaschine (im Bereich der Sumpfspitze) bzw. am Ende einer vor der i-ten Walzstraße installierten Zwischenerwärmungseinrichtung,
T_aust [°C] die stahlgüteabhängige Austenitbildungs-Grenztemperatur (austenit. Endwalztemperatur),
h_Br [mm] die Brammen-/Gießdicke bei Durcherstarrung (= Sumpfspitze),
d_end,i [mm] die Banddicke nach den n_i Dickenreduktionsschritten, der i-ten Walzstraße,
m_vor die Anzahl aller ab der Brammendurcherstarrung erfolgten Dickenreduktionsschritte bis zum Einlauf in das erste Gerüst der nachfolgenden i-ten Walzstraße,
v_g [m/min] die Brammengießgeschwindigkeit
sind.
Mit dieser Berechnungsvorschrift kann in einfacher Weise für eine bestimmte Stahlqualität bei festgelegten Ein- und Ausgangsbedingungen (Bandformate, Temperaturen) die maximale Anzahl der notwendigen Dickenreduktionsschritte bzw. erforderlichen Walzgerüste einer Walzstraße ermittelt werden, bei denen auch im letzten Dickenreduktionsschritt bzw. Walzgerüst der Walzstraße noch eine Walzung im austenitischen Bereich möglich ist. Und in weiterer Folge wird dadurch bestimmt, wie viele Zwischenerwärmungen und welche Zwischenerwärmungsleistungen erforderlich werden, um eine bestimmte Warmbandenddicke, durchgehend austenitisch gewalzt, zu erreichen.
Unter dem Begriff "Walzstraße" ist die aufeinanderfolgende Anordnung mehrerer Walzgerüste zu verstehen, wobei der Gerüstabstand benachbarter Walzgerüste 5,6 m, vorzugsweise 4,9 m, nicht überschreitet und zwischen benachbarten Walzgerüsten keine Zwischenerwärmungsstufe angeordnet ist oder eine Zwischenerwärmung des Walzbandes stattfindet. Jedes Walzgerüst umfasst ein Arbeitswalzenpaar.
Weiters ist es mit dieser Berechnungsvorschrift auch möglich, die Anzahl der notwendigen Dickenreduktionsschritte bzw. die Anzahl der erforderlichen Walzgerüste mehrerer hintereinander angeordneter Walzstraßen bzw. Gruppen von Walzgerüsten zu bestimmen, wenn zwischen den einzelnen Walzstraßen oder Gruppen von Walzgerüsten Zwischenerwärmungseinrichtungen zur Erhöhung der Bandtemperatur vorgesehen sind. Bei Anwendung der Berechnungsvorschrift auf eine der Stranggießanlage nachgeordnete zweite oder weitere Walzstraße werden sämtliche, bereits erfolgte Dickenreduktionsschritte in der/den ersten Walzstraße(n) durch den Faktor m_vor berücksichtigt, wobei die ursprüngliche Brammendicke h_Br berücksichtigt bleibt. Somit kann auch bei mehreren Walzstraßen oder Gruppen von Walzgerüsten für jede dieser Gruppen die maximal sinnvolle Anzahl von Dickenreduktionsschritten ermittelt werden. Bei der ersten der Stranggießanlage unmittelbar nachgeordneten Walzstraße gilt m_vor = 0, da ja noch keinerlei vorgelagerte Dickenreduktionsschritte vorliegen.
Vorzugsweise wird die Anzahl n der innerhalb einer Walzstraße aktivierten Dickenreduktionsschritte durch die Bedingung $\{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000} - 2 \leq n \leq$
$\{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n \in N$

bestimmt. Dies bedeutet, dass die Anzahl der innerhalb jeder Walzstraße entsprechend den produktspezifischen Anforderungen aktivierten Dickenreduktionsschritte durch die beiden größten natürlichen Zahlen N aus der Menge der sich aus der mathematischen Bedingung ergebenden natürlichen Zahlen N bestimmt ist und aus diesen ausgewählt werden kann.
Diese Verfahrensvorschrift ermöglicht somit bei einer bestehenden Gieß- und Walzanlage zum kontinuierlichen Gießen und austenitischen Walzen von Stahlband eine Bestimmung der zu aktivierenden optimalen Anzahl von Dickenreduktionsschritten bzw. Walzgerüsten in jeder der Gießanlage nachgeordneten Walzstraßen aus der Menge der vorhandenen Walzgerüste.
Von Dickenreduktionsschritt zu Dickenreduktionsschritt kommt es zu einer Abnahme der querschnittsgemittelten Vorbandtemperatur, wobei diese die stahlgüteabhängige Austenitbildungs-Grenztemperatur nicht unterschreiten darf. Damit die stahlgüteabhängige Austenitbildungs-Grenztemperatur auch im letzten Dickenreduktionsschritt einer Walzstraße nicht unterschritten wird, erfolgt nach der Durchführung von Dickenreduktionsschritten in einer Walzstraße und vor der Durchführung von Dickenreduktionsschritten in einer darauf folgenden Walzstraße eine Zwischenerwärmung des Walzbandes, wobei die querschnittsgemittelte Walzbandtemperatur um 50 K bis 450 K, vorzugsweise um 120 K bis 350 K, erhöht wird. Diese Zwischenerwärmung erfolgt vorzugsweise durch eine induktive Querfelderwärmung. Jedoch können, vor allem in Abhängigkeit der Zwischenbanddicke, auch andere bekannte Methoden für die Umsetzung der Zwischenerwärmung herangezogen werden.
Vorzugsweise werden bei einer Gießdicke h_Br < 45 mm alle Dickenreduktionsschritte in einer Walzstraße und bei einer Gießdicke h_Br > 60 mm alle erforderlichen Dickenreduktionsschritte in zumindest zwei Walzstraßen durchgeführt. Im Gießdickenbereich zwischen 45 mm und 60 mm kann die Walzung in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren sowohl in einer Walzstraße als auch in zwei Walzstraßen erfolgen. Beispielsweise würde die Walzung bei der Grobblech-Erzeugung vorzugsweise in einer Walzstraße und bei einer Warmband-Erzeugung vorzugsweise in zwei Walzstraßen erfolgen.
Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, dass bei einer Gießdicke h_Br< 50 mm alle Dickenreduktionsschritte in einer einzigen Walzstraße ohne Zwischenerwärmung durchgeführt werden und bei einer Gießdicke h_Br ≥ 50 mm die erforderlichen Dickenreduktionsschritte in zumindest zwei Walzstraßen durchgeführt werden.
Bei Gießdicken unter 50 mm und bei Walzbandenddicken über 3,5 mm ist es zumeist ausreichend nach dem Gießprozess eine einzige Walzstraße mit maximal n Walzgerüsten entsprechend der Berechnungsvorschrift vorzusehen und im Anschluss daran das Band in einer Kühlstrecke abzukühlen, entsprechend dem vorgegebenen Bundgewicht querzuteilen und einem Aufwickelsystem zuzuführen. Eine zusätzliche deutliche Banderwärmung ist hierbei nicht notwendig.
Bei einer Gießdicke des Vorbandes von 50 mm und mehr ergibt sich bei der Festlegung der Anzahl der notwendigen Dickenreduktionsschritte zur Erreichung der zu haspelnden Warmbanddicke meist, dass zumindest zwei Gruppen von Walzgerüsten anzuordnen sind, wobei die Anzahl der maximal notwendigen Walzgerüste für jede Gruppe die Bedingungen der Berechnungsvorschrift erfüllt, d.h. die errechnete Anzahl an Reduktionsschritten keinesfalls über-, sondern tendenziell unterschnitten werden sollten. Zwischen den beiden Gruppen von Walzgerüsten erfolgt eine Zwischenerwärmung des Vorbandes um mindestens 50 K auf eine deutlich über der Austenitbildungs-Grenztemperatur liegende Vorbandtemperatur. Jedenfalls ist für die angedachten breitenspezifischen Erzeugungsraten von 2,5 bis 4,5 t/min, bevorzugt, 3,0 bis 3,6 t/min, eine Aufteilung in zumindest zwei Gruppen von Walzgerüsten zweckmäßig, wenn die Endwalzdicke unter 3,5 mm liegt.
Das Verfahren ist vorteilhaft anwendbar, wenn das in einem kontinuierlichen Gießprozess hergestellte Vorband mit einer Gießdicke von mindetens 30 mm, vorzugsweise mit einer Gießdicke von mindestens 60 mm, hergestellt wird. Das Verfahren ist besonders günstig anwendbar, wenn bei Gießdicken von 30 bis 300 mm, vorzugsweise bei Gießdicken von 60 bis 150 mm, eine Walzenddicke von 0,5 bis 15 mm, vorzugsweise von 0,8 bis 12 mm und im besonderen 1,0 bis 8 mm, erreicht werden soll.
Zur Umsetzung des Verfahrens ist es zweckmäßig, dass die Berechnungsvorschrift zur Ermittlung der Anzahl von n_i oder n unmittelbar aufeinander folgenden Dickenreduktionsschritten für jede Walzstraße auf Basis der Bedingung $n_{i} \leq \{\frac{T_{VB, 1} - T_{aust}}{75} + {a .}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{b}{d_{end, i}})}^{C} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n_{i} \in N$

oder der Bedingung $\{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000} - 2 \leq n \leq$
$\{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n \in N$

als mathematisches Modell einem Prozessrechner auf einer Prozessleitebene zugeordnet ist und von diesem entsprechende Aktivierungssignale zur Aktivierung einzelner Walzgerüste einer oder mehrerer Walzstraßen an Einzelregelkreise der einen oder mehrerer Walzstraßen übermittelt werden, wobei Zustandsinformationen über den gegossenen Vorstreifen von einem Prozessrechner der vorgelagerten Stranggießanlage mitberücksichtigt werden und wahlweise insbesondere die erforderliche Temperatur T_VB,_i , d.h die gemittelte Querschnittstemperatur des jeweiligen Vorbandes am Ende der Zwischenerwärmung vor der Walzstraße.
Die Erfindung betrifft weiters eine kombinierte Gieß- und Walzanlage zur Herstellung von austenitisch gewalztem Warmband in einem kontinuierlich fortlaufenden Gieß- und Walzprozess mit einer Stranggießanlage zum Gießen von Stahlsträngen mit einer Gießdicke von weniger als 300 mm, vorzugsweise zum Gießen von Stahlsträngen mit einer Gießdicke von weniger als 150 mm, und mit mindestens einer Walzstraße, die mehrere aufeinander folgende Walzgerüste umfasst, zur Erzeugung eines im austenitischen Temperaturbereich gewalzten Warmbandes mit einer Walzenddicke zwischen 0,5 und 15,0 mm und einer dem letzten Walzgerüst nachgeordneten Zerteilanlage und Bandspeichereinrichtung.
Bei der Auslegung der kombinierten Gieß- und Walzanlage ist ein in Zukunft zu erwartendes abnehmerbestimmtes und darauf abgestimmtes beabsichtigtes Produktionsprogramm für Warmband zugrunde zu legen. Ein wesentliches Ziel besteht darin, mit einer kompakten, ein breites Produktionsspektrum abdeckenden Gieß- und Walzanlage ein kontinuierliches ausschließlich austenitisches Walzen eines Warmbandes zu gewährleisten.
Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe umfasst jede der mindestens einen Walzstraße eine Anzahl von n_i unmittelbar aufeinander folgenden Walzgerüsten, wobei die Anzahl der Walzgerüste n_i durch die Bedingung $n_{i} \leq \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]; n_{i} \in N$

bestimmt wird, wobei
T_VB,i [°C] die querschnittsgemittelte Vorbandtemperatur am Ende der Gießmaschine (im Bereich der Sumpfspitze) bzw. am Ende einer vor der i-ten Walzstraße installierten Zwischenerwärmungseinrichtung,
T_aust [°C] die stahlgüteabhängige Austenitbildungs-Grenztemperatur (austenit. Endwalztemperatur),
h_Br [mm] die Brammen-/Gießdicke bei Durcherstarrung (= Sumpfspitze),
d_end,i [mm] die Banddicke nach den n_i Walzgerüsten/Dickenreduktionsschritten, der i-ten Walzstraße,
m_vor die Anzahl aller ab der Brammendurcherstarrung aktivierten Walzgerüste / erfolgten Dickenreduktionsschritte bis zum Einlauf in das erste Gerüst der nachfolgenden i-ten Walzstraße,
sind.
Vorzugsweise ist die Anzahl n der innerhalb einer Walzstraße installierten Walzgerüste durch die Bedingung $\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}] - 1 \leq n \leq$
$\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]; n \in N$

bestimmt bzw. begrenzt. Dies bedeutet, dass die Anzahl der innerhalb jeder Walzstraße entsprechend den produktspezifischen Anforderungen vorgesehenen Walzgerüste durch die größte natürliche Zahl N aus der Menge der sich aus der mathematischen Bedingung ergebenden natürlichen Zahlen N bestimmt ist. Die Anwendung dieser Bedingung auf das bei der Anlagenprojektierung zugrundeliegende Produktspektrum ermöglicht eine optimierte Auslegung der Gesamtanlage.
Zur Sicherstellung einer austenitischen Walzung im letzten Walzgerüst jeder der gegebenenfalls aufeinander folgenden Walzstraßen ist jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Walzstraßen W_i-1 und W_i eine Zwischenerwärmungseinrichtung zur Anhebung der querschnittsgemittelten Vorbandtemperatur auf T_VB,i auf ein entsprechend ausreichendes Temperaturniveau angeordnet. Um eine möglichst gleichmäßige Anhebung der querschnittsgemittelten Vorbandtemperatur zu erreichen ist die Zwischenerwärmungseinrichtung als Einrichtung zur induktiven Querfelderwärmung ausgebildet.
Die der kombinierten Gieß- und Walzanlage zugrundeliegende Gießanlage umfasst eine auf unterschiedliche Gießdicken einstellbare Durchlaufkokille oder auswechselbare Durchlaufkokillen und eine nachgeordnete Strangführung mit spaltverstellbaren Strangsegmenten. Zweckmäßig ist im Fall einer auf eine Gießdicke h_Br < 45 mm eingestellten Durchlaufkokille und Strangführung genau eine Walzstraße mit n Walzgerüsten aktiviert und im Fall einer auf eine Gießdicke hBr > 60 mm eingestellten Durchlaufkokille und Strangführung sind mindestens zwei Walzstraßen mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Walzgerüsten aktiviert. Im Gießdickenbereich zwischen 45 mm und 60 mm kann die Walzung in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren sowohl in einer Walzstraße als auch in zwei Walzstraßen erfolgen, wobei zwischen den aufeinander folgenden Walzstraßen eine Zwischenerwärmungseinrichtung vorgesehen ist.
Nach einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass im Fall einer auf eine Gießdicke h_Br ≤ 50 mm eingestellten Durchlaufkokille und Strangführung genau eine Walzstraße mit n Walzgerüsten aktiviert ist und andernfalls mindestens zwei Walzstraßen, mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Walzgerüsten, aktiviert sind.
In Abhängigkeit von insbesondere der in den einzelnen Walzgerüsten der Walzstraßen angestrebten Dickenreduktion und des thermischen oder thermodynamischen Zustands des Vorbandes bzw. Zwischenbandes, ist es zweckmäßig, wenn der Arbeitswalzendurchmesser der Arbeitswalzen in der ersten Walzstraße nach der Gießanlage in einem Durchmesserbereich von 650 mm bis 980 mm liegt, um größtmögliche Dickenreduktionen bei sehr hohen Brammen- bzw. Vorbandtemperaturen zu erreichen. Ein bevorzugter Bereich der Arbeitswalzendurchmesser liegt zwischen 650 mm und 800 mm. Der Arbeitswalzendurchmesser der Arbeitswalzen in der zweiten Walzstraße nach der Gießanlage liegt in einem Durchmesserbereich von 500 mm bis 870 mm, da die Zwischenbanddicke bereits geringer ist. Ein bevorzugter Bereich der Arbeitswalzendurchmesser liegt für diesen Fall zwischen 500 mm und 720 mm. Generell gilt, dass die Arbeitswalzendurchmesser abnehmen sollen, wenn die Einlaufdicke des Walzgutes geringer ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen kombinierten Gieß- und Walzanlage nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2: einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen kombinierten Gieß- und Walzanlage nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3: einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen kombinierten Gieß- und Walzanlage nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung
Fig. 4: Regelschema für die Steuerung der erfindungsgemäßen kombinierten Gieß- und Walzanlage.

In den Figuren 1 bis 3 sind mehrere mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen kombinierten Gieß- und Walzanlage dargestellt, die eine Stranggießanlage zum kontinuierlichen Gießen eines Stahlstranges mit Dünnbrammen- oder Mittelbrammenquerschnitt und einer unmittelbar daran anschließenden Walzstraße W zum austenitischen Walzen des gegossenen Stranges bzw. Vorbandes umfasst. Die Stranggießanlage G konventioneller Bauart gemäß dem Stand der Technik ist durch eine Durchlaufkokille 3 und eine Strangführung 4 mit Strangführungsrollen 5 angedeutet. Die Stranggießkokille 3 mit anschließender Strangführung bestimmt die Gießdicke h_Br des Vorbandes 6, das nach einer Umlenkung von einer im Wesentlichen vertikalen Gießrichtung in eine horizontale Transportrichtung unmittelbar der Walzstraße W zugeführt wird oder fakultativ zuvor eine Homogenisierungseinrichtung 7 durchläuft, in der eine Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Vorband angestrebt werden könnte. Das Vorband 6 mit der Gießdicke h_Br tritt - ohne dass ein Trennschnitt durchgeführt wird - mit Gießgeschwindigkeit v_g und mit einer querschnittsgemittelten Vorbandtemperatur T_VB,1 in das erste Walzgerüst 8a der Walzstraße W ein. Die Anzahl der in der Walzstraße W eingesetzten Walzgerüste 8a, 8b,...., 8n wird durch gewünschte Enddicke, d_end,1 und durch die Endwalztemperatur im Walzgerüst 8n bestimmt, die zwingend über der stahlgüteabhängigen Austenitbildungs-Grenztemperatur T_aust liegen muss. Die Anzahl n₁ der maximal einsetzbaren Walzgerüste für eine bestimmte Stahlqualität mit bestimmten geometrischen Vorgabewerten bestimmt sich hierbei nach der allgemeinen Formel $n_{i} \leq \frac{T_{VB, 1} - T_{aust}}{75} + 1, {5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]; n_{i} \in N {und}_{} i = 1.$
Die Anzahl der Walzgerüste ergibt sich hierbei durch die größte natürliche Zahl im Feld der möglichen Ergebniswerte.
Anschließend durchläuft das warmgewalzte Band eine Kühlstrecke 9, wird entsprechend vorbestimmter Bundgewichte mit einer von einer Querteilschere gebildeten Zerteilanlage 10 quergeteilt und in einer Bandhaspeleinrichtung 11 zu Bunden gewickelt.
Die in der Stranggießanlage festgelegte Ausgangs-Strangdicke und die angestrebte Walzenddicke des zu einem Bund gewickelten Warmbandes bestimmen neben der Stahlqualität ganz wesentlich die Anzahl der notwendigen Walzgerüste / Dickenreduktionsschritte, um ein Endprodukt mit den geforderten Material- und Gefügeeigenschaften zu erzielen. Die querschnittsgemittelte Vorbandtemperatur T_VB,1 am Ende der Gießmaschine und somit vor Eintritt in das erste Walzgerüst ist nur in sehr engen Grenzen variabel und hängt von den Betriebsbedingungen der Stranggießmaschine ab. Die stahlgüteabhängige Austenitbildungs-Grenztemperatur ist eine Materialkonstante, die für jede Stahlqualität im Wesentlichen festliegt. Während des Walzvorganges wird einerseits Verformungsenergie in Form von Wärme freigesetzt, andererseits gibt der Vorstreifen auf seinem Weg durch die Walzgerüste Wärme an die Umgebung ab. In Summe nimmt die Vorbandtemperatur üblicherweise kontinuierlich ab und dies umso stärker je niedriger die Walzgeschwindigkeit, bzw. eingangsseitig die Gießgeschwindigkeit ist. Die oben angeführte, entwickelte Formel liefert die Festlegung der max. sinnvollen Anzahl der Walzgerüste bzw. Dickenreduktionsschritte, die in einer Walzstraße vorgenommen werden sollen, wobei die Bandtemperatur die Austenitbildungs-Grenztemperatur in der Walzstraße nicht unterschreitet, unter Berücksichtigung aller Vorverformungsschritte. Wenn mit Brammendicken > 50 mm Walzendicken < 3,5 mm angestrebt werden, ist die Anordnung zweier oder mehrerer Walzstraßen W1, W2, W3 notwendig, wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2 und 3 dargestellt.
Die kombinierte Gieß- und Walzanlage in der Ausführungsform gemäß Figur 2 stimmt in den Grundansätzen mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 1 überein. Anstelle der Walzstraße W gemäß Figur 1 sind jetzt zwei aufeinander folgende, durch eine Zwischenerwärmungseinrichtung 12 getrennte Walzstraßen W1 und W2 vorgesehen.
Die Walzstraße W1 umfasst eine bestimmte Maximal-Anzahl von Walzgerüsten 8a, 8b, ..., 8n, die mit der oben angegebenen Berechnungsvorschrift zu ermitteln ist. Gleichermaßen weist die Walzstraße W2 eine bestimmte Maximal-Anzahl von Walzgerüsten 13a, 13b, ..., 13m auf, die ebenfalls mit der oben angegebenen Berechnungsvorschrift zu ermitteln ist, wobei für W₂ die Anzahl der in der Walzstraße W1 bereits vorgenommenen Dickenreduktionsschritte in der Berechnungsvorschrift durch den Exponenten m_vor zu berücksichtigen ist. In der Zwischenerwärmungsvorrichtung 12 wird die querschnittsgemittelte Vorbandtemperatur wieder auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau über der Austenitbildungs-Grenztemperatur des in der Walzstraße W1 dickenreduzierten Vorstreifens gebracht, um die in der Walzstraße W2 vorzunehmenden Walzstiche im austenitischen Bereich durchführen zu können. Die mit der Zwischenerwärmungseinrichtung erzielte Temperaturerhöhung liegt bedarfabhängig im Bereich von 50 K bis zu 450 K, vorzugsweise im Bereich von 120 K bis 350 K.
Die in Figur 3 schematisch dargestellte kombinierte Gieß- und Walzanlage ist mit drei Walzstraßen W1, W2 und W3 ausgestattet und besonders geeignet, wenn ausgehend von einer relativ großen Gießdicke (zB. >150 mm) und langer metallurgischer Strangführungslänge, bzw. relativ niedriger gemittelter Brammentemperatur T_VB austenitisch gewalztes Warmband mit einer sehr geringen Walzenddicke (zB. <1,2 mm) erzeugt werden sollen. Zwischen der Walzstraße W1 mit den Walzgerüsten 8a, ..., 8n und der Walzstraße W2 mit den Walzgerüsten 13a, ... 13m ist eine Zwischenerwärmungseinrichtung 12 und zwischen der Walzstraße W2 und der Walzstraße W3 mit den Walzgerüsten 15a, 15b,..., 15o ist eine weitere Zwischenerwärmungseinrichtung 14 angeordnet. Die Ermittlung der Anzahl der benötigten Walzgerüste in der Walzstraße W3 erfolgt analog zur Ermittlung der Maximal-Anzahl der Walzgerüste in der Walzstraße W2. Allerdings sind in der Berechnungsvorschrift für die Walzstraße W₂ beim Exponenten m_vor alle Vorverformungsstufen in den Walzstraßen W1 und W2 zu berücksichtigen.
In der betrieblichen Praxis ist es notwendig, Warmband in verschiedenen Stahlqualitäten und mit sehr unterschiedlichen Walzenddicken ausgehend von Stahlsträngen mit unterschiedlichen Gießdicken zu produzieren. Eine vielschichtige Produktpalette kann auf einer kombinierten Gieß- und Walzanlage der erfindungsgemäßen Art sehr leicht produziert werden, wenn bereits in der konzeptionellen Phase der Anlagenerstellung eine auf diese Produktpalette abgestimmte Anordnung der Walzstraßen erfolgt ist. Dadurch ist eine produktspezifische Aktivierung benötigter Walzgerüste möglich. Daher wird die Anlage üblicherweise tatsächlich die jeweilige Maximalanzahl an Gerüsten in jeder Walzstraße, in Abhängigkeit von max. Brammendicke, minimaler Bandaufwickeldicke, den jeweiligen Zwischenbanddicken d_end,i und den Zwischenerwärmungstemperaturen T_VB,i gemäß der entwickelten Formel sowie Zwischenerwärmungseinrichtungen enthalten. Darüber hinaus können betriebsbedingte Temperaturschwankungen bei der Herstellung des Vorstreifens in der Stranggießanlage durch entsprechende Steuerung der Walzstraßen insbesondere, durch Aktivierung einer optimalen Walzgerüstkonfiguration, erreicht werden. Dies kann auf der Prozessleitebene P erfolgen, die entsprechende Zustandsinformationen von einem Prozessrechner PS der vorgelagerten Stranggießanlage erhält und Aktivierungssignale an die Einzelregelkreise PW1 und PW2 der Walzstraßen W1 und W2 übermittelt (Fig. 4). Die spezielle Berechnungsvorschrift ist hierbei als mathematisches Modell dem Prozessrechner auf der Prozessleitebene zugeordnet, wobei der aktuelle mittlere bzw. stationäre breitenspezifische Massendurchsatz als Multiplikationsfaktor einfließen soll. Für dieses Fall erfolgt die Festlegung der Anzahl der Dickenreduktionsschritte in den einzelnen Walzgerüsten gemäß der Bedingung $n_{i} \leq \{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n_{i} \in N$

wobei die Anzahl der Dickenreduktionsschritte für jede Walzstraße aus den beiden größten natürlichen Zahlen aus der Menge der natürlichen Zahlen wählbar ist, die sich aus der Bedingung ergeben.
Die Zwischenerwärmungseinrichtung 12 ist auf der Prozessleitebene P in den Regelkreis eingebunden.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen austenitischen Walzen eines in einem kontinuierlichen Gießprozess in einer Stranggießanlage mit einer Gießdicke von weniger als 300 mm, vorzugsweise mit einer Gießdicke von weniger als 150 mm, hergestellten Vorbandes durch Dickenreduktionsschritte in mindestens einer - von mehreren aufeinander folgenden Walzgerüsten gebildeten - Walzstraße zu einem Warmband mit einer Walzenddicke zwischen 0,5 und 15 mm und nachfolgender Querteilung des gewalzten Warmbandes in Bundgrößen bzw. Bundlängen vor dem Aufwickeln in einer Speichereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorband (6) in jeder der der Stranggießanlage nachgeordneten Walzstraßen (W, W1, W2, W3) mit einer Anzahl von (n, n₁, n_i) Dickenreduktionsschritte dickenreduziert wird, wobei die Anzahl n_i der durchzuführenden Dickenreduktionsschritte durch die Bedingung $n_{i} \leq \{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n_{i} \in N$

bestimmt wird, wobei
T_VB,i [°C] die querschnittsgemittelte Vorbandtemperatur am Ende der Gießmaschine (im Bereich der Sumpfspitze) bzw. am Ende einer vor der i-ten Walzstraße installierten Zwischenerwärmungseinrichtung,
T_aust [°C] die stahlgüteabhängige Austenitbildungs-Grenztemperatur (austenit. Endwalztemperatur),
h_Br [mm] die Brammen-/Gießdicke bei Durcherstarrung (= Sumpfspitze), d_end,i [mm] die Banddicke nach den n_i Dickenreduktionsschritten, der i-ten Walzstraße,
m_vor die Anzahl aller ab der Brammendurcherstarrung erfolgten Dickenreduktionsschritte bis zum Einlauf in das erste Gerüst der nachfolgenden i-ten Walzstraße,
Vg [m/min] Brammengießgeschwindigkeit
ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der innerhalb einer Walzstraße aktivierten Dickenreduktionsschritte durch die Bedingung $\begin{array}{l} \{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000} - 2 \leq n \leq \\ \{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n \in N \end{array}$

bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Durchführung von Dickenreduktionsschritten in einer Walzstraße (W1 oder W2) und vor der Durchführung von Dickenreduktionsschritten in einer darauf folgenden Walzstraße (W2 oder W3) eine Zwischenerwärmung des Walzbandes erfolgt, wobei die querschnittsgemittelte Walzbandtemperatur um 50 K bis 450 K, vorzugsweise um 120 bis 350 K, erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenerwärmung durch induktive Querfelderwärmung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gießdicke h_Br < 45 mm alle Dickenreduktionsschritte in einer Walzstraße und bei einer Gießdicke h_Br > 60 mm alle erforderlichen Dickenreduktionsschritte in zumindest zwei Walzstraßen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gießdicke h_Br < 50 mm alle Dickenreduktionsschritte in einer Walzstraße durchgeführt werden, anderenfalls die erforderlichen Dickenreduktionsschritte vorzugsweise in zumindest zwei Walzstraßen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenddicke des Warmbandes zwischen 0,8 und 12 mm, vorzugsweise zwischen 1,0 mm und 8 mm, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem kontinuierlichen Gießprozess hergestellte Vorband mit einer Gießdicke von mindestens 30 mm, vorzugsweise mit einer Gießdicke von mindestens 60 mm, hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bedingung $n_{i} \leq \{\frac{T_{VB, 1} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n_{i} \in N$

oder der Bedingung $\{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000} - 2 \leq n \leq$
$\{\frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{75} + {1, 5.}^{10} \log [\frac{h_{Br}}{2^{mvor}} . {(\frac{1, 4}{d_{end, i}})}^{2, 2} . \frac{T_{VB, i} - T_{aust}}{T_{aust}}]\} \frac{7, 4. h_{Br} . v_{g}}{4000}; n \in N$

zur Ermittlung der Anzahl n_i oder n unmittelbar aufeinander folgenden Dickenreduktionsschritten für jede Walzstrasse in einem Prozessrechner auf einer Prozessleitebene (P) abgebildet ist und von diesem Prozessrechner auf Basis dieser Bedingung Aktivierungssignale zur Aktivierung einzelner Walzgerüste (8a, 8b,...., 8n; 13a, 13b, ..., 13m; 15a, 15b, ..., 15o) einer oder mehrerer Walzstraße (W, W1, W2, W3) an die Einzelregelkreise (PW1, PW2) der einen oder mehrerer Walzstraßen übermittelt werden.