EP3291933A1 - GIEß-WALZ-ANLAGE UND VERFAHREN ZU DEREN BETRIEB - Google Patents

GIEß-WALZ-ANLAGE UND VERFAHREN ZU DEREN BETRIEB

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EP3291933A1
EP3291933A1 EP16720393.4A EP16720393A EP3291933A1 EP 3291933 A1 EP3291933 A1 EP 3291933A1 EP 16720393 A EP16720393 A EP 16720393A EP 3291933 A1 EP3291933 A1 EP 3291933A1
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EP
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casting
strand
rolling
strand guide
furnace
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EP16720393.4A
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English (en)
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Uwe Plociennik
Thomas Heimann
Christoph Tischner
Markus Reifferscheid
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SMS Group GmbH
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SMS Group GmbH
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Publication date
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B22D11/1282—Vertical casting and curving the cast stock to the horizontal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B13/00—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
    • B21B13/22—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories for rolling metal immediately subsequent to continuous casting, i.e. in-line rolling of steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14—Plants for continuous casting
    • B22D11/142—Plants for continuous casting for curved casting

Definitions

  • Rolling operation has sufficiently high average temperature. As a result, the furnace in normal casting operation no longer needs to heat the strand for the subsequent rolling mill or only in exceptional need.
  • roller segments In the presence of two roller segments in the strand guide these are preferably formed substantially identical.
  • the mold is preferably formed vertically or as a curved mold.
  • the length of the mold is preferably at most 1100 mm, more preferably between 900 mm and 1000 mm.
  • the height of the strand guide without mold preferably has a maximum height of 3 m.
  • the connection system preferably has a separating device, in particular a pair of scissors, which is arranged between the directional driver and the oven.
  • the straightening unit and the scissors are structurally built together as "straightening shears.” Since the kiln does not need to heat the strand in the normal casting operation, it can be very short (less than 100 m) and must be at least as long as a slab fits into it and the slab from the pouring to the
  • connection system furthermore has a cold-string delivery unit, preferably a cold-rod rocker, with integrated insulation.
  • the Rieht- and driver unit preferably has driven rollers on the top and the bottom of the slab. This is because of the doubling of
  • Embodiment at least one inductive heating element. Furthermore, can be provided that the furnace at least one heat hood upstream or downstream in the conveying direction.
  • Casting machine adapted. It preferably consists of a short furnace (less than 100 m, for example also 60 m with a band length of 50 m) or, alternatively, an inductive heating with a subsequent passive heat hood.
  • the method for operating such a casting / rolling plant is carried out by feeding the casting strand cast in the casting machine into the rolling mill without further heating in the furnace and rolling it therein.
  • Strand guide is completely solidified. This approach is particularly advantageous in terms of low investment and operating costs.
  • FIG. 1 schematically shows a casting-rolling plant, wherein a casting machine without driven segments is used
  • Fig. 2 shows a tabular listing, in the for different materials
  • FIG. 5 shows a strand guide with mold and a first straightening roller after the tangent point
  • FIG. 6 shows a strand guide with a segment and with two segments
  • pan transport via ladle is possible;
  • Another alternative possibility consists of fixed, preferably two, parking spaces for the pans and in a transport by means of a steelwork crane.
  • the average temperature of the strand at the end of the strand guide must be as high as possible be. This is achieved by the smallest possible distance
  • Target interval to aim for the last role of the strand guide.
  • the design of the hopper mold - vertical or curved - has an influence on the design of the upper part of the strand guide.
  • the strand guide begins perpendicular or with a large radius of curvature (clothoids). Furthermore possible is a bent mold, d. H. the strand guide has a same
  • the radius of curvature of the strand guide is preferably reduced from the radius present at the mold outlet to the minimum radius of curvature (see FIG. 2). Then there is the possibility to increase the radius of curvature to the end of the strand guide again, such. B. in the double clothoid.
  • the use of the minimum radius of curvature within the strand guide leads to a minimized height. In addition, this results in a short strand guide length and thus a small distance to the straightening drivers.
  • the minimum radius of curvature in the strand guide depends on the material and the strand thickness. It depends on the maximum allowable elongation of the outer fiber of the curved strand. Reference is made to the illustration in FIG. 2. Similarly, larger strand thicknesses can be cast for larger radii of curvature in the strand guide.
  • Fig. 7 the respectively preferred arrangement of strand guide 4 and straightening 6 is shown as a function of the production volume and with respect to the tangent point T.
  • the distance between the last supported roll and the straightening unit must be as small as possible.
  • Curvature radius of 2,100 mm sought. It follows: 2,100 mm / 40 mm «2,400 mm / 45 mm
  • the strand guide must be designed with the specified system height and the position of the straightening driver. This can be achieved with the help of an already curved
  • the Rieht- and driver unit 6 consists of at least two pairs of rollers with drive for transmitting the forces for strand transport. To double the pull-out forces, the rollers are driven on the top and bottom.
  • Radiation protection components to provide. In the interstices of the system components, energy losses are reduced through the installation of insulation and radiation protection components.
  • the scissors 9 can be protected against the thermal radiation of the high surface temperatures of the strand by insulation and radiation protection components.
  • the cold strand 12 is conveyed away between the scissors 9 and the kiln inlet to the hall ceiling.
  • the distance between scissors 9 and kiln inlet is after the entry and removal of the cold strand 12 to protect against energy loss.
  • protection for adjacent mechanical or electrical equipment such. As the scissors 9, to install against the high thermal radiation of the furnace.
  • the furnace system can be heated with fossil fuels or electrically, in particular inductively. There are also combinations of both variants possible. Alternatively, an inductive heating with subsequent passive
  • the strand or the slab does not have to be actively or less heated (lower operating costs).
  • the rolling of the previous band can be accelerated and, on the other hand, the casting of the new slab can be slowed down.
  • the casting speed is reduced. So that the temperature does not drop too much, the cooling in the casting machine is reduced according to the casting speed. If the slab nevertheless becomes so cold that it can no longer be brought to the required rolling temperature in the oven, it must be chopped with scissors.
  • FIG. 13 a flow chart for process control during roll change is shown for this purpose.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gieß-Walz-Anlage (1) zum Herstellen von Metallbändern (2), wobei das Metallband (2) die Gieß-Walz-Anlage (1) in eine Förderrichtung (F) durchläuft, umfassend: eine Gießmaschine (3) mit einer Kokille mit vertikalem Ausgang zum Erzeugen eines Gießstrangs und einer der Kokille in Förderrichtung (F) nachgelagerte Strangführung (4) zum Umlenken des Gießstrangs aus der Vertikalen in die Horizontale, ein der Strangführung (4) in Förderrichtung (F) nachgelagertes Verbindungssystem (5), das mindestens einen Richttreiber (6) zum Ziehen des Gießstrangs aus der Strangführung (4) umfasst sowie einen Ofen (7) zum Erwärmen des Gießstrangs und ein dem Verbindungssystem (5) in Förderrichtung (F) nachgelagertes Walzwerk (8) zum Walzen des Gießstrangs zum Metallband (2). Um beigeringen Investitions- und Betriebskosten hochwertiges Metallband herstellen zu können, sieht die Erfindung vor, dass die Strangführung (4) ein einziges oder zwei Rollensegmente aufweist, wobei deren zur Strangführung vorgesehene Rollen frei sind von einem Antrieb. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Gieß-Walz-Anlage.

Description

Gieß-Walz-Anlage und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Gieß-Walz-Anlage für kleine Jahresproduktionen zum Herstellen von Metallbändern, wobei das Metallband die Gieß-Walz-Anlage in eine Förderrichtung durchläuft, umfassend eine Gießmaschine mit einer Kokille mit vertikalem Ausgang zum Erzeugen eines Gießstrangs und einer der Kokille in
Förderrichtung nachgelagerte Strangführung zum Umlenken des Gießstrangs aus der Vertikalen in die Horizontale, ein der Strangführung in Förderrichtung nachgelagertes Verbindungssystem, das mindestens einen Richttreiber zum Ziehen des Gießstrangs aus der Strangführung und eine Trennvorrichtung, insbesondere eine Schere, umfasst sowie einen Ofen zum Erwärmen des Gießstrangs und ein dem Verbindungssystem in Förderrichtung nachgelagertes Walzwerk zum Walzen des Gießstrangs zum
Metallband. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Gieß-Walz-Anlage.
Eine Gieß-Walz-Anlage der gattungsgemäßen Art ist aus der EP 0 535 368 B1 bekannt. Ähnliche und andere Lösungen offenbaren die EP 0 099 076 B1 , die EP 2 571 640 B1 , die WO 2013/1 13832 A1 und die DE 10 2010 022 003 A1.
Sogenannte CSP-Anlagen werden in üblichen Ausführungsformen als Vertical Solid Bending (VSB) - Anlagen oder als Vertical Liquid Bending (VLB) - Anlagen gebaut und betrieben. Solche Anlagentypen sind für Produktionen von über 1 Millionen Tonnen pro Jahr ausgelegt.
Insbesondere für kleine Jahresproduktion von unter 800.000 Tonnen sind bei einer Abmessung von beispielsweise 1300 mm x 45 mm spezielle Maßnahmen nötig, um mit möglichst geringem Investitionsaufwand und geringen Betriebskosten ein qualitativ hochwertiges Band herzustellen.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Gieß-Walz- Vorrichtung so fortzubilden, dass die Funktionalität der Anlage erhöht werden kann, wobei es insbesondere möglich werden soll, bei geringen Investitions- und Betriebskosten hochwertiges Metallband herzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführung ein einziges oder zwei Rollensegmente aufweist, wobei deren zur Strangführung vorgesehene Rollen frei sind von einem Antrieb.
Dabei ist das Verbindungssystem zwischen Stahl- und Walzwerk insbesondere so ausgestaltet, dass der Strang am Ofeneinlauf eine für den anschließenden
Walzbetrieb genügend hohe Durchschnittstemperatur hat. Hierdurch muss der Ofen im normalen Gießbetrieb den Strang für das anschließende Walzwerk nicht mehr oder nur bei außerordentlichem Bedarf aufheizen.
Bei Vorhandensein zweier Rollensegmente in der Strangführung sind diese bevorzugt im wesentlichen baugleich ausgebildet.
Die Strangführung ist dabei bevorzugt ausgebildet, den Gießstrang so zu biegen, dass er einen minimalen Krümmungsradius von 2.100 mm aufweist. Die Strangführung weist bevorzugt zumindest abschnittsweise die Form einer
Klothoide auf.
Die Kokille ist bevorzugt senkrecht oder als gebogene Kokille ausgebildet. Die Länge der Kokille beträgt bevorzugt maximal 1.100 mm, besonders bevorzugt zwischen 900 mm und 1.000 mm.
Die Höhe der Strangführung ohne Kokille weist dabei bevorzugt eine maximale Höhe von 3 m auf. Somit ist die wesentlich niedriger als vorbekannte vergleichbare Anlagen. Das Verbindungssystem weist bevorzugt eine Trennvorrichtung, insbesondere eine Schere, auf, die zwischen Richttreiber und Ofen angeordnet ist. Die Richteinheit und die Schere werden konstruktiv als„Richtschere" zusammen gebaut. Da der Ofen den Strang im normalen Gießbetrieb nicht aufheizen muss, kann er sehr kurz gebaut sei (kleiner als 100 m). Er muss mindestens so lang sein, dass eine Bramme ganz hinein passt und die Bramme von der Gieß- auf die
Walzgeschwindigkeit beschleunigt werden kann (Ofenlänge = Brammenlänge + Beschleunigungslänge).
Der Ofen weist daher mit Vorteil eine minimierte Länge auf. Die Länge setzt sich zusammen aus der Brammenlänge, der Beschleunigungslänge und der zusätzlichen Heizlänge zur Kompensation der Wärme Verluste.
Das Verbindungssystem weist ferner eine Kaltstrangausfördereinheit, bevorzugt eine Kaltstrang-Wippe, mit integrierter Isolierung auf.
Die Strangführung endet bevorzugt vor dem Tangentenpunkt; dies ist bei geringen Produktionen bevorzugt, um einen minimalen Energiebedarf zu erhalten.
Die Strangführung kann auch im oder hinter dem Tangentenpunkt enden. Dies ist bei höheren Produktionen vorteilhaft.
Die Rieht- und Treibereinheit weist bevorzugt angetriebene Rollen auf der Oberseite und der Unterseite der Bramme auf. Dies ist wegen der Verdopplung der
Abzugskräfte vorteilhaft. Der Ofen ist bevorzugt kürzer ist als 100 m. Der Ofen weist gemäß einer
Ausführungsform mindestens ein induktives Heizelement auf. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass dem Ofen mindestens eine Wärmehaube in Förderrichtung vor- oder nachgeordnet ist.
Die Erwärmungseinheit ist somit speziell auf die Erfordernisse der kurzen
Gießmaschine angepasst. Sie besteht bevorzugt aus einem kurzem Ofen (kleiner als 100 m, z. B. auch 60 m bei Bandlängen von 50 m) oder alternativ aus einer induktiven Erwärmung mit einer anschließenden passiven Wärmehaube.
Der Kaltstrang kann zwischen Trennvorrichtung und Ofen nach oben hin wegbefördert werden. Im Gießbetrieb ist dieser Raum durch eine verschiebbare Wärmehaube gegen Wärmeverlust geschützt. Zur Ausförderung des Kaltstranges wird diese
Wärmehaube über den anschließenden Ofen geschoben.
Das Verfahren zum Betreiben einer solchen Gieß-Walz-Anlage erfolgt erfin- dungsgemäß dadurch, dass der in der Gießmaschine gegossene Gießstrang ohne weitere Erwärmung im Ofen dem Walzwerk zugeführt und in diesem gewalzt wird.
Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass der gegossene Gießstrang in der
Strangführung so abgekühlt wird, dass er beim Erreichen des Richttreibers vollständig durch erstarrt ist.
Bevorzugt wird der gegossene Gießstrang in der Strangführung so abgekühlt, dass er 500 mm bis 10 mm (Zielintervall) in Förderrichtung vor der letzten Rolle der
Strangführung vollständig durcherstarrt ist. Diese Vorgehensweise ist bezüglich geringen Investitions- und Betriebskosten besonders vorteilhaft.
Der Erstarrungsanteil FS (= Fraction Solid = Festanteil) an der Enderstarrung liegt dabei bevorzugt im Bereich von FS=0.9 bis FS=1.0, bevorzugt genau bei FS=1.0. Die Sumpfspitze wird somit gezielt in das Zielintervall gelegt, was durch Regelung der Gießgeschwindigkeit und/oder der Kühlvolumenströme erfolgt. Die Segmente der Strangführung können gewechselt werden, um den Krümmungsradius zu vergrößern, was für rissempfindliche Stähle oder größere Dicken vorteilhaft ist. Somit ist eine einfache Erweiterung der Micro-CSP-Anlage auf hochwertigere Stähle oder höhere Produktionen möglich.
Die Ofeneinlauftemperatur ist dabei bevorzugt größer als 1.050 °C. Durch die kurze Gießmaschine und die kompakte Bauweise des Verbindungssystems ist bei dieser Ofeneinlauftemperatur der Strang optimal vorbereitet, so dass er im Ofen für das anschließende Walzwerk nicht weiter aufgeheizt werden muss.
Bevorzugt werden Kohlenstoffstähle mit niedrigen und mittleren Kohlenstoffgehalten verarbeitet. Die Abmessungen betragen dabei bevorzugt zwischen 40 und 60 mm, vorzugsweise zwischen 45 und 55 mm; aber auch andere Stähle mit vergleichbaren Abmessungen werden bevorzugt verarbeitet.
Die Erfindung betrifft insofern die Verknüpfung eines Stahlwerks mit einem Walzwerk durch eine kleine Gießmaschine (Mikro-Gießmaschine) und ein Verbindungssystem.
Die kompakte Bauform der Gießmaschine mit dem Verbindungssystem realisiert einen niedrigen Investitionsaufwand mit geringen Betriebskosten. Dies wird durch Komponenten mit geringen Abmessungen und kurzen Abständen erreicht. Zusätzlich ist für kostengünstige Produktionsbedingungen eine hohe Austrittstemperatur des gegossenen Strangs am Ende der Gießmaschine erforderlich. Durch die
erfindungsgemäße kompakte Bauweise geht wenig Energie verloren, so dass im nachfolgenden Ofensystem nur bei besonderen Produktionsbedingungen Energie zugeführt werden muss.
Dabei sollen hauptsächlich Kohlenstoffstähle mit niedrigem und mittlerem
Kohlenstoffgehalt mit Auslaufdicken aus der Strangführung der Gießanlage von 40 bis 60 mm, vorzugsweise 45 bis 55 mm, gegossen werden, aber auch andere Stähle mit vergleichbaren Abmessungen. Demgemäß sieht die Erfindung eine Verknüpfung zwischen Stahlwerk und Walzwerk durch die Einbindung einer geeigneten Gießmaschine mit Verbindungssystem als Schlüsselkomponenten vor. Die Verknüpfung sieht die wesentlichen Komponenten Pfannendrehturm, Verteiler, Gießmaschine mit Kokille, Richttreibereinheit, Schere, Kaltstrangausfördersystem und Ofensysteme vor. Schlüsselkomponente ist eine Gießmaschine mit kurzer Strangführung und geringem Abstand zum Ofen.
Namentlich werden dabei vorliegend die Komponenten hinter der Gießmaschine - wie Richttreibereinheit, Schere, Kaltstrangausfördersystem und Ofensysteme - als Verbindungssystem angesprochen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Gieß-Walz-Anlage, wobei eine Gießmaschine ohne angetriebene Segmente eingesetzt wird,
Fig. 2 zeigt eine tabellarische Auflistung, in der für verschiedene Werkstoffe
zulässige Dehnungen, minimalste Krümmungsradien und maximale
Strangdicken aufgezeigt sind,
Fig. 3 zeigt eine Strangführung mit Kokille und einer ersten Richtteiberrolle vor dem Tangentenpunkt T,
Fig. 4 zeigt eine Strangführung mit Kokille und einer ersten Richtteiberrolle im
Tangentenpunkt,
Fig. 5 zeigt eine Strangführung mit Kokille und einer ersten Richtteiberrolle nach dem Tangentenpunkt, Fig. 6 zeigt eine Strangführung mit einem Segment und mit zwei Segmenten,
Fig. 7 zeigt schematisch produktionsabhängige Bauformen der Strangführung, Fig. 8 zeigt ein Verbindungssystem als Baueinheit mit kompaktem Richttreiber und Schere, Fig. 9 zeigt eine Kaltstrang-Wippe als passive Verlängerung des Ofens im
Gießbetrieb,
Fig. 10 zeigt eine Kaltstrang-Wippe als passive Verlängerung beim Transport des Kaltstrangs,
Fig. 11 zeigt eine verschiebbare Wärmehaube bei der Kaltstrang-Ausförderung,
Fig. 12 zeigt die verschiebbare Wärmehaube während der Produktion und Fig. 13 zeigt einen Ablaufplan zur Prozesssteuerung beim Walzenwechsel.
In Fig. 1 ist eine Gieß-Walz-Anlage 1 für die Herstellung eines Metallbandes 2 zu sehen. Die Anlage weist eine Gießmaschine 3 auf, in der aus einer Kokille 14 flüssiges Metall vertikal nach unten austritt und entlang einer Strangführung 4 von der Vertikalen in Richtung der Horizontalen umgelenkt wird. Das Material des Bandes bzw. das Band selber wird in eine Förderrichtung F durch die Anlage 1 gefördert.
Die Anlage 1 hat weiterhin ein Walzwerk 8. Zwischen der Gießmaschine 3 und dem Walzwerk 8 ist ein Verbindungssystem 5 angeordnet. Das Verbindungssystem 5 weist einen Richttreiber 6, eine sich anschließende Trennvorrichtung, bevorzugt eine
Schere 9, und einen Ofen 7 auf; des weiteren ist eine Kaltstrang-Wippe 10 vorhanden.
Eingetragen ist in Fig. 1 noch der Tangentenpunkt T, an dem das gegossene
Metallband 2 in die Horizontale mündet.
Wesentlich ist, dass die Strangführung 4 ein einziges Rollensegment oder nur zwei Rollensegmente aufweist, wobei deren zur Strangführung vorgesehene Rollen frei sind von einem Antrieb. Das gegossene Metallband wird vielmehr vom Richttreiber 6 aus der Gießmaschine 3 herausgezogen.
Durch die angestrebte geringe (Jahres)Produktion können Pfannen mit geringerem Volumen und somit kompakte Pfannendrehtürme und Verteiler eingesetzt werden. Durch die geringen Pfannengrößen kann ein starrer Pfannendrehturm eingesetzt werden.
Alternativ hierzu ist ein Pfannentransport über Pfannenwagen möglich; eine weitere alternative Möglichkeit besteht durch feste, vorzugsweise zwei, Abstellplätze für die Pfannen sowie in einem Transport mittels eines Stahlwerkskrans.
Betreffend die Kokille 14 sei folgendes bemerkt: Bei den Standard CSP-Anlagen für Produktionsmengen von über einer Million Tonnen pro Jahr wird zumeist eine 1.100 mm lange Trichterkokille für Gießgeschwindigkeiten bis 8 m/min eingesetzt.
Für die Gießmaschine in Kompaktbauweise können verkürzte Trichterkokillen zum Einsatz kommen, deren Länge zwischen 900 und 1.100 mm liegt, je nach bevorzugter Gießgeschwindigkeit. Gegebenenfalls kann die Kokille noch kürzer gebaut werden. So werden gleichzeitig Investitions- und Betriebskosten gespart.
Betreffend die Strangführung 4 ist folgendes von Belang: Gemäß der hier
vorliegenden Aufgabenstellung einer niedrigen Produktion in Verbindung mit der Kompaktbauweise der Kokille und der erfindungsgemäßen Strangführung ergibt sich vorteilhaft eine Gießmaschine 3, die kürzer als herkömmlich ist. Die Strangführung 4 endet im Bogen der Strangführung vor dem Richttreiber 6. Die Durcherstarrung des Stranges erfolgt vor dem Richttreiber 6, also innerhalb der Strangführung 4. Dies ist erforderlich, da sonst die notwendigen Ausziehkräfte zum Transport des Stranges nicht übertragen werden können.
Um Investitionsaufwand und Betriebskosten besonders niedrig zu halten, muss die Durchschnittstemperatur des Stranges am Ende der Strangführung möglichst hoch sein. Dies wird erreicht durch einen möglichst geringen Abstand der
Enderstarrungsposition zur letzten Rolle der Strangführung sowie durch ein möglichst ausgeglichenes Temperaturprofil im Strang. Aufgrund der Abhängigkeit von unterschiedlichen Produktionskampagnen, wegen schwankender Prozessparameter wie Gießtemperatur, Kühlvolumenströme, radialen Rollenabständen (= Maulweiten) und Gießgeschwindigkeiten aber auch wegen Analyseschwankungen wird eine gleichbleibende Position der Durcherstarrung verhindert. Daher ist eine Enderstarrung im Bereich 10 mm bis 500 mm, dem
Zielintervall, vor der letzten Rolle der Strangführung anzustreben. Der Bereich der Enderstarrung wird mit einem Erstarrungsanteil von FS = 0.9 bis 1.0, im Idealfall FS = 1.0, definiert.
Da die Ofeneinlauftemperatur bei kürzeren Sumpflängen stark sinkt (siehe die
Ausführungen unten zum Ofen), muss die Sumpfspitze im vorgegebenen Zielintervall liegen, um die Ofenlänge kurz zu halten. Dies wird durch eine Regelung der
Gießgeschwindigkeit und/oder der Kühlvolumenströme erreicht.
Die Bauform der Trichterkokille - senkrecht oder gekrümmt - hat Einfluss auf die Gestaltung des oberen Teils der Strangführung.
Mögliche Bauformen der Kokille sind die senkrechte Kokille, d. h. die Strangführung beginnt senkrecht oder mit großem Krümmungsradius (Klothoide). Weiterhin möglich ist eine gebogene Kokille, d. h. die Strangführung hat einen gleichen
Krümmungsradius oder einen abnehmenden Krümmungsradius.
Der Krümmungsradius der Strangführung wird ausgehend vom am Kokillenauslauf vorliegenden Radius vorzugsweise bis zum minimalsten Krümmungsradius (siehe Fig. 2) verringert. Anschließend besteht die Möglichkeit, den Krümmungsradius zum Ende der Strangführung wieder zu vergrößern, wie z. B. bei der doppelten Klothoide. Die Verwendung des minimalsten Krümmungsradius innerhalb der Strangführung führt zu einer minimierten Bauhöhe. Zusätzlich ergeben sich daraus eine kurze Strangführungslänge und damit ein geringer Abstand zu den Richttreibern. Der minimalste Krümmungsradius in der Strangführung ist abhängig vom Werkstoff und der Strangdicke. Er ist abhängig von der maximal zulässigen Dehnung der Außenfaser des gekrümmten Stranges. Hierzu wird auf die Darstellung in Fig. 2 verwiesen. Analog dazu können für größere Krümmungsradien in der Strangführung größere Strangdicken vergossen werden.
Dabei gilt, dass die Bauformen der Strangführung durch die Produktion bzw.
Gießgeschwindigkeit, die größte zu vergießende Strangdicke und den zu
vergießenden Werkstoff bestimmt wird.
Bei niedriger Produktion (z. B. 500.000 Tonnen pro Jahr) endet die Strangführung 4 vor dem Tangentenpunkt T; diese Situation ist in Fig. 3 dargestellt. Bei höherer Produktion (z. B. 800.000 Tonnen pro Jahr) endet die Strangführung 4 im oder nach dem Tangentenpunkt T; diese Situation ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Hier kann in der Strangführung z. B. ein Verlauf der Krümmungsradien in Form einer doppelten Klothoide eingesetzt werden. Für kleine Bauformen bietet es sich an, die Strangführung 4 aus nur einem einzigen Segment (plus Richteinheit bzw. Richttreiber) zu erstellen. Bei größeren Bauformen sind indes zwei Segmente vorgesehen. In Fig. 6 sind diese beiden Möglichkeiten illustriert.
Antriebe innerhalb der Strangführung sind nicht unbedingt erforderlich, da das Ausziehen des Strangs 2 durch die am Ende der Strangführung 4 befindliche Richt- und Treibereinheit 6 übernommen wird. Für kleinere Produktionen bzw. Gießgeschwindigkeiten ist eine geringere Strangführungslänge erforderlich. Für mittlere Produktionen bzw. Gießgeschwindigkeiten ist eine etwas längere
Strangführungslänge erforderlich.
Für höhere Produktionen bzw. Gießgeschwindigkeiten ist eine längere
Strangführungslänge erforderlich.
In Fig. 7 ist die jeweils bevorzugte Anordnung von Strangführung 4 und Richttreiber 6 in Abhängigkeit des Produktionsvolumens und in Bezug auf den Tangentenpunkt T dargestellt. Um möglichst wenig Temperatur durch Strahlung zu verlieren, muss der Abstand zwischen letzter gestützter Rolle und der Richteinheit möglichst gering sein.
Kostenreduzierend ist, dass die Strangführung 4 keine angetriebenen Rollen besitzt. Außerdem kann der konstruktiv benötigte Abstand zwischen letzter Rolle und der Richteinheit durch Isolierungen und Strahlungsschutzkomponenten gegen
Energieverluste gesichert werden.
Zur Erweiterung der Produktpalette und zur Produktionserhöhung sei folgendes bemerkt: Soll die Produktionspalette einer bestehenden Mikro-CSP-Anlage für Low und Medium Carbon auf einfache Art auf rissempfindliche Stähle oder größere Dicken (was einer größeren Produktion entspricht) erweitert werden, so muss der minimale Krümmungsradius durch einen Austausch der Segmente vergrößert werden.
Dies sei an folgendem Beispiel illustriert: Bei der maximal möglichen Dehnung wird für eine Dicke von 40 mm ein
Krümmungsradius von 2.100 mm angestrebt. Es ergibt sich: 2.100 mm / 40 mm « 2.400 mm / 45 mm
Demgemäß wird bei gleicher Dehnung für rissempfindliche Stähle mit 45 mm Dicke ein minimaler Krümmungsradius von 2.400 mm benötigt.
Mit vorgegebener Anlagenhöhe und Position der Richttreiber ist die Strangführung auszulegen. Dies kann erreicht werden mit Hilfe einer schon gekrümmten
Trichterkokille und einer modifizierten Strangführung. Der Richttreiber 6 und die Trennvorrichtung (Schere) können als Richttreiber- Scheren-Baueinheit 1 1 ausgestaltet werden (s. hierzu Fig. 8).
Zur weiteren generellen Kostenreduzierung und zur Erzielung schnellerer
Segmentwechselzeiten können die Rieht- und Treibereinheit und die Segmente vorzugsweise getrennt voneinander gewechselt werden, so dass die Rieht- und Treibereinheit beim Segmentwechsel nicht mit gewechselt werden muss.
Die Rieht- und Treibereinheit 6 besteht aus mindestens zwei Rollenpaaren mit Antrieb zum Übertragen der Kräfte für den Strangtransport. Zur Verdopplung der Auszugskräfte werden die Rollen auf der Ober- und der Unterseite angetrieben.
Um den Abstand zwischen der Richteinheit und der Schere zu verkürzen, können Richttreiber und Schere als kompakte Baueinheit 11 (als„Richtschere")
zusammengefasst sein (s. Fig. 8). Alternativ kann die„Richtschere" auch mit einer angetriebenen Richtrolle vor der Schere und einer Richtrolle hinter der Schere ausgeführt werden. Aufgrund der dann höheren Strangtemperaturen benötigt die Schere eine geringere Scherkraft. Hierdurch kann die Schere und deren Antrieb für sich kleiner und kompakter gebaut werden. Liegt die Kaltstrang-Ein- und -Ausfädelzone zwischen Richttreiber 6 und der Schere 9, ist dieser Bereich wiederum möglichst kurz zu bauen und mit Isolierung und
Strahlungsschutzkomponenten zu versehen. Im Bereich der Zwischenräume der Anlagenkomponenten werden Energieverluste durch den Einbau von Isolierungen und Strahlungsschutzkomponenten verringert. Die Schere 9 kann gegen die Wärmestrahlung der hohen Oberflächentemperaturen des Stranges durch Isolierung und Strahlungsschutzkomponenten geschützt sein.
Die vorgeschlagene Anlage weist weiterhin eine Kaltstrangausfordereinheit, bevorzugt eine Kaltstrang-Wippe 10, auf (s. hierzu die Figuren 9 und 10). Die Kaltstrang-Einfädeleinheit kann sich zwischen Richtreibereinheit 6 und Schere 9 oder vorzugsweise nach der Schere 9 befinden.
Falls der Kaltstrang nach der Schere 9 vom Strangkopf getrennt wird, muss auch dieser Bereich möglichst kurz sein, um möglichst wenig Energie zu verlieren. Alle freien Strecken können durch Isolierungen und Strahlungsschutzkomponenten abgedeckt sein.
In einer möglichen Ausführungsform kann der Kaltstrang über eine Wippe 10 oberhalb des Ofens 7 transportiert und dort abgelegt werden. Die Wippe 10 ist dann so gebaut, dass sie im normalen Gießbetrieb oberhalb des Ofens 7 liegt (siehe Fig. 9). Ihre über den Ofen 7 in Richtung Gießmaschine 3 hinausgehende Länge wird nach unten hin durch Isolierungen und Strahlungsschutzkomponenten geschützt. Diese Isolierungen dienen zum einem, um die Wippe 10 gegen die hohe Temperatur des Stranges zu schützen, und zum anderen, um die Energieverluste des Stranges zu verringern. An den Seitenwänden der Wippe 10 sind weitere Isolierungen und
Strahlungsschutzkomponenten vorhanden, die bis in die Nähe des Hallenbodens reichen. Hierdurch wird der Raum zwischen Schere 9 und Ofen 7 zu einer Art
Wärmehaube ausgebildet: das erlaubt eine passive Verlängerung des Ofens 7. In einer alternativen Ausführungsform (s. hierzu Fig. 1 1 und 12) wird der Kaltstrang 12 zwischen der Schere 9 und dem Ofeneinlauf zur Hallendecke hin wegbefördert. Auch in dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen Schere 9 und Ofeneinlauf nach dem Ein- und Ausfördern des Kaltstranges 12 gegen Energieverluste zu schützen. Hier wird eine Wärmehaube 13 z. B. über den Ofen 7 hinweg verschoben oder durch eine Kippvorrichtung über den Ofen 7 gedreht. Zusätzlich ist ein Schutz für benachbarte mechanische oder elektrische Einrichtungen, wie z. B. die Schere 9, gegen die hohe Wärmestrahlung des Ofens anzubringen.
Für sämtliche Transportrollen zwischen Gießmaschine und Ofeneinlauf können nicht gekühlte Rollen verwendet werden, vorzugsweise Ofenrollen. Sie entziehen der Strangunterseite weniger Energie beim Rollenkontakt.
Das Ofensystem kann mit fossilen Brennstoffen oder elektrisch, insbesondere induktiv, beheizt werden. Es sind auch Kombinationen aus beiden Varianten möglich. Alternativ kann auch eine induktive Erwärmung mit anschließender passiver
Wärmehaube zum Ausgleich des Temperaturprofils eingesetzt werden, bzw. nur eine passive Wärmehaube.
Der Ofen muss mindestens so lang sein, dass eine Bramme ganz hinein passt und sie anschließend noch von der einlaufenden Gießgeschwindigkeit, vorzugsweise 4 bis 5 m/min, auf die benötigte Walzgeschwindigkeit (ca. 18 m/min) beschleunigt werden kann. Bei einer Brammenlänge von ca. 50 m reicht hierzu ein 60 m langer Ofen aus.
Es gilt: Die Beschleunigungslänge ist die Länge, um die Bramme von der Gieß- auf die Walzgeschwindigkeit zu beschleunigen. Für die Ofenlänge gilt: Die minimale Ofenlänge ist die Brammenlänge plus die Beschleunigungslänge.
Um Walzenwechselzeiten auszugleichen, muss diese minimale Ofenlänge eventuelle verlängert werden (siehe unten zum Thema Walzenwechselzeiten). Nur wenn die Ofeneinlauftemperatur unterhalb der minimal zulässigen Walztemperatur liegt, muss der Ofen die Bramme aktiv auf diese Temperatur aufheizen. Hierzu sei folgendes Beispiel gegeben:
Zum Aufheizen einer 1.050 °C heißen Bramme werden bei einer Ofentemperatur von 1.100 °C folgende zusätzliche Ofenlängen benötigt:
1 m kürzere Sumpflänge zusätzliche Ofenlänge
1 m nicht isolierter Abstand
zwischen Gießmaschine und
Ofeneinlauf 5 m zusätzliche Ofenlänge
1 m isolierten Abstand
zwischen Gießmaschine und
Ofeneinlauf zusätzliche Ofenlänge mit
= verkürzte Sumpflänge
= nicht isolierte Abstand zwischen Ende Gießmaschine und Ofen d Abstand Iso = isolierte Abstand zwischen Ende Gießmaschine und Ofen
Daraus ergibt sich für die zum Aufheizen zusätzlich benötigte Ofenlänge: zusätzlich benötigte Ofenlänge « 28 * dSum f + 5 * dAbstand + 2 * dAbstandiso Aus dieser Näherungsformel wird ersichtlich: Der Abstand zwischen dem Ende der Gießmaschine, insbesondere dem Ende des Zielintervalls, und dem Ofeneinlauf ist möglichst gering zu halten.
Die Sumpfspitze ist an das Ende der Gießmaschine (= in das Zielintervall) zu legen.
Zwischen dem Ende der Gießmaschine, insbesondere dem Ende des Zielintervalls, und dem Ofeneinlauf ist der Strang bzw. die Bramme durch Isolierungen oder
Strahlungsschutzkomponenten gegen Energieverluste zu sichern. Das führt dazu, dass der Strang bzw. die Bramme heißer in den Ofen einläuft.
Somit kann der Ofen kürzer ausgelegt werden (niedrigere Investitionskosten).
Im Standard-Produktionsbetrieb muss der Strang bzw. die Bramme nicht oder weniger aktiv aufgeheizt werden (niedrigere Betriebskosten).
Zur Bestimmung des exakten Temperaturverlaufs im Ofen können mathematischphysikalische Modelle eingesetzt werden. Zu den Walzenwechselzeiten sei folgendes bemerkt:
Im Walzprozess verschleißen die Walzen und müssen, je nach Produktivität und Walzen werkst off, z. B. alle fünf Stunden gewechselt werden. Ziel ist es, diesen Walzenwechsel ohne Gießabbruch durchzuführen, da beim erneuten Angießen die Durchbruchgefahr steigt und Aggregate vorzeitig ersetzt werden müssten.
Um den Walzenwechsel ohne Gießabbruch durchzuführen, muss ausreichend Zeit zwischen dem Ende des vorherigen Bandes und dem Walzen der neuen Bramme geschaffen werden. Hierzu kann zum einen das Walzen des vorherigen Bandes beschleunigt werden und zum anderen das Gießen der neuen Bramme verlangsamt werden. Hierzu wird die Gießgeschwindigkeit herunter gefahren. Damit die Temperatur nicht zu stark absinkt, wird die Kühlung in der Gießmaschine entsprechend der Gießgeschwindigkeit reduziert. Falls die Bramme dennoch so kalt wird, dass sie im Ofen nicht mehr auf die nötigte Walztemperatur gebracht werden kann, muss sie mit der Schere gehäckselt werden. Die benötigten
Walzenwechselzeiten sind ein Kriterium für die Bestimmung der benötigten
Ofenlänge.
Durch Kenntnis der benötigten Walzgeschwindigkeit, können die Gießgeschwindigkeit und die Temperatursteuerung in der Gießmaschine so optimiert werden, dass die maximal möglichen Strangtemperaturen erreicht werden. Hierdurch werden der Energiebedarf im Ofen reduziert und die Betriebskosten verringert.
In Fig. 13 ist hierzu ein Ablaufplan zur Prozesssteuerung beim Walzenwechsel dargestellt.
Bezugszeichenliste:
1 Gieß-Walz-Anlage
2 Metallband / Bramme
3 Gießmaschine
4 Strangführung
5 Verbindungssystem
6 Richttreiber / Rieht- und Treibereinheit
7 Ofen
8 Walzwerk
9 Trennvorrichtung (Schere)
10 Kaltstrang-Wippe
1 1 Richttreiber-Scheren-Baueinheit
12 Kaltstrang
13 verschiebbare Wärmehaube
Förderrichtung
Tangentenpunkt

Claims

Patentansprüche:
Gieß-Walz-Anlage (1 ) zum Herstellen von Metallbändern (2), wobei das
Metallband
(2) die Gieß-Walz-Anlage (1 ) in eine Förderrichtung (F) durchläuft, umfassend: eine Gießmaschine
(3) mit einer Kokille mit vertikalem Ausgang zum Erzeugen eines Gießstrangs und einer der Kokille in Förderrichtung (F) nachgelagerte Strangführung (4) zum Umlenken des Gießstrangs aus der Vertikalen in die Horizontale, ein der Strangführung
(4) in Förderrichtung (F) nachgelagertes Verbindungssystem
(5), das mindestens einen Richttreiber
(6) zum Ziehen des Gießstrangs aus der Strangführung (4) und eine Trennvorrichtung (9), insbesondere eine Schere, umfasst sowie einen Ofen
(7) zum Erwärmen des Gießstrangs und ein dem Verbindungssystem (5) in Förderrichtung (F) nachgelagertes Walzwerk
(8) zum Walzen des Gießstrangs zum Metallband (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführung (4) ein einziges oder zwei Rollensegmente aufweist, wobei deren zur Strangführung vorgesehene Rollen frei sind von einem Antrieb.
Gieß-Walz-Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein zweier Rollensegmente in der Strangführung (4) diese im wesentlichen baugleich ausgebildet sind.
Gieß-Walz-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführung (4) ausgebildet ist, den Gießstrang so zu biegen, dass er einen minimalen Krümmungsradius von 2.100 mm aufweist. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführung (4) zumindest abschnittsweise die Form einer Klothoide aufweist.
Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille als gebogene Kokille ausgebildet ist.
Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Kokille maximal 1.100 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 900 mm und 1.000 mm.
Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Strangführung (4) ohne Kokille eine maximale Höhe von 3 m aufweist.
Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungssystem (5) die Rieht- und Treibereinheit (6) und den Ofen (7) aufweist, wobei zwischen der Rieht- und Treibereinheit (6) und dem Ofen (7) eine Trennvorrichtung (9), insbesondere eine Schere, angeordnet ist, wobei die Rieht- und Treibereinheit und die Trennvorrichtung vorzugsweise konstruktiv als bauliche Einheit ausgebildet sind.
9. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungssystem (5) eine Kaltstrang-Wippe (10) mit integrierter Isolierung aufweist.
10. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführung (4) vor dem Tangentenpunkt (T) endet.
1 1. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangführung (4) im oder hinter dem Tangentenpunkt (T) endet.
12. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Rieht- und Treibereinheit (6) angetriebene Rollen auf der Oberseite und der Unterseite der Bramme (2) aufweist.
13. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (7) kürzer als 100 m ist.
14. Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Ofen (7) mindestens ein induktives Heizelement aufweist.
15. Gieß-Walz-Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ofen (7) mindestens eine Wärmehaube in Förderrichtung (F) vor- oder nachgeordnet ist.
16. Verfahren zum Betreiben einer Gieß-Walz-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Gießmaschine (3) gegossene Gießstrang ohne weitere
Erwärmung im Ofen (7) dem Walzwerk (8) zugeführt und in diesem gewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der gegossene Gießstrang in der Strangführung so abgekühlt wird, dass er beim Erreichen des Richttreibers (6) vollständig durcherstarrt ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der gegossene Gießstrang in der Strangführung so durch Regelung der
Kühlwassermenge und/oder der Gießgeschwindigkeit abgekühlt wird, dass er 500 mm bis 10 mm in Förderrichtung (F) vor der letzten Rolle der Strangführung vollständig durcherstarrt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofeneinlauftemperatur größer als 1.050 °C ist.
0. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffstähle mit niedrigen und mittleren Kohlenstoffgehalten verarbeitet werden.
1. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang mit einer Dicke zischen 40 mm und 60 mm, vorzugsweise 45 mm bis 55 mm, aus der Strangführung der Gießanlage ausläuft.
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