AT501314B1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen herstellen eines dünnen metallbandes - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15

Beschreibung [0001] Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnen Metallbandes: [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnen Metallbandes, insbesondere eines Warmbandes aus Stahl, unmittelbar aus einer Metallschmelze und mit einer Bandgießdicke <10 mm nach einem Walzengießverfahren unter Anwendung einer Walzengießeinrichtung.

[0003] Im Speziellen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlbandes mit einer Bandgießdicke < 6 mm. Die Warmbanddicke beim Speichern des Warmbandes im Anschluss an die Walzverformung liegt zwischen 0,3 und 4 mm.

[0004] Die der Erfindung zu Grunde liegenden, vorgeschlagenen Walzengießverfahren umfassen alle Arten von Gießverfahren, bei denen Metallschmelze auf der Manteloberfläche einer Gießwalze zur Erstarrung gebracht und ein Metallband kontinuierlich gebildet wird. Sowohl das Einwalzengießverfahren unter Verwendung einer Einwalzengießeinrichtung als auch das vertikale oder horizontale Zweiwalzengießverfahren unter Verwendung einer Zweiwalzengießeinrichtung ist für die Umsetzung der Erfindung geeignet. Auch die Anordnung der Achsen der zwei zusammen wirkenden Gießwalzen in einer schräg zur Horizontalen geneigten Ebene ist für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.

[0005] Bei einem vertikalen Zweiwalzengießverfahren wird Metallschmelze in einen von zwei rotierenden Gießwalzen und zugeordneten Seitenplatten seitlich begrenzten Schmelzenraum eingebracht, wobei die Drehachsen der Gießwalzen im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegen. Die beiden Gießwalzen mit den zugeordneten Seitenplatten, inklusive notwendiger Stell- und Regeleinrichtungen bilden hierbei die Kernkomponente der Zweiwalzengießeinrichtung. Die Metallschmelze erstarrt kontinuierlich an den Mantelflächen der rotierenden, innengekühlten Gießwalzen und bildet Strangschalen aus, die mit den Mantelflächen mitbewegt werden. Im engsten Querschnitt zwischen den beiden Gießwalzen werden die beiden Strangschalen zu einem zumindest weitgehend durcherstarrten Metallband verbunden. Das gegossene Metallband wird mit Gießgeschwindigkeit zwischen den Gießwalzen ausgefördert und anschließend einer Inline-Dickenreduktion in einer Walzanlage zugeführt. Anschließend wird das gewalzte Warmband einer Speichereinrichtung zugeführt und in dieser gespeichert. Dieses Verfahren ist vorzugsweise für die Herstellung von Stahlband geeignet, aber auch Metallbänder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung können in dieser Weise hergestellt werden. Verfahren und Anlagen dieser Art sind beispielsweise aus der WO 05/15233, aus der WO 01/94049 oder aus der WO 03/035291 in den Grundzügen bereits bekannt.

[0006] Zur Gewährleistung einer einwandfreien Weiterverarbeitung sind bei gewalztem Warmband Planheitstoleranzen einzuhalten, die teilweise in Normen festgelegt sind oder von Kunden entsprechend der beabsichtigten Weiterverarbeitung eingefordert werden. Erfahrungen bei der Herstellung von warmgewalztem Stahlband haben gezeigt, dass es sehr schwierig ist, diese Vorgaben bei Anwendung des Zweiwalzengießverfahrens auf einer entsprechenden Gießanlage zu erfüllen.

[0007] Gängige Werte für die Planheit von dünnem Warmband sind in Normenwerken (z.B. DIN 10051) festgelegt und liegen für gewalztes Warmband für die eingangs beschriebenen Dickenbereiche bei Werten von 20 bis 30 l-units.

[0008] Ein wesentlicher Grund für Schwierigkeiten beim Erreichen üblicher Planheitswerte ergibt sich aus der hohen Produktionsgeschwindigkeit beim gewählten Erzeugungsverfahren für das gegossene Zwischenprodukt. Das Metallband wird in einem Prozess höchster Erstarrungsgeschwindigkeiten unmittelbar in einem Format mit extremem Breiten/Dicken-Verhältnis erzeugt, wodurch zwar eine Vielzahl von Walzstichen zum Erreichen der gewünschten Warmband-Enddicke entfallen, andererseits aber eine breitenunabhängige, gleichmäßige konvektive Wärmeübertragung bzw. Flüssigmetalltemperatur an der Erstarrungsfront (bei der Bildung der 1/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15

Strangschalen) als Folge der hochturbulenten Strömungsvorgänge im Metallbad nur bedingt möglich sind. Hierdurch ergibt sich schon beim Austritt des gegossenen Metallbandes aus dem Gießspalt zwischen den Gießwalzen ein Temperatur-Breiten-Profil am Metallband, welches Fluktuationen von bis zu 100 % und darüber, bezogen auf die Unterkühlung gegenüber der Gleichgewichts-Solidustemperatur, aufweist, sodass Eigenspannungsverhältnisse und Kriechverhalten vorliegen, die Unebenheiten des gegossenen Bandes verursachen. Auch wenn die Fluktuation nur in einem Bereich von 30 - 40 % liegt, kommt es bereits zu Unebenheiten, die außerhalb der Warmband-Norm liegen.

[0009] Das Inline-Walzen eines gegossenen Metallbandes kann ebenfalls zum Entstehen weiterer Unebenheiten beitragen, wenn die Bandeinlauftemperatur (Eintrittstemperatur des Metallbandes in das Walzgerüst) über die Breite des Metallbandes relativ ungleichmäßig ist, bzw. das Einlaufbandprofil unbekannt ist oder wechselnd. Daraus resultiert ein variables Umformverhalten im Walzspalt durch unterschiedliche Auffederung bzw. Walzspaltprofile quer zur Walzrichtung.

[0010] Das gegossene Metallband weist bei erstmaligem Eintritt in ein Walzgerüst ein Eintrittsgefüge mit einer Gussstruktur auf, welches mit geringer Stichabnahme in ein feinkörnigeres Walzgefüge umgewandelt wird, um für die jeweiligen Weiterverarbeitungsschritte günstige Materialeigenschaften zu erreichen. Gleichzeitig liegt die Eingangsdicke vor dem Walzgerüst bei weniger als 10 mm, vorzugsweise bei weniger als 6 mm. Bei den bevorzugten geringen Eingangsdicken ist eine Beeinflussung des relativen Bandprofils ohne Planheitsdefekt nicht möglich. Weiters führt die hohe Rauhigkeit des Metallbandes, hervorgerufen durch den Gießvorgang und durch etwaige Verzunderung, zu einem hohen Arbeitswalzenverschleiß. Diese Verschleißerscheinungen auf den Arbeitswalzen treten verstärkt im Bandkantenbereich auf und führen zu Fehlern im Bandprofil. Die Verschleißerscheinungen werden hierbei abgesehen von der Banddicke und dem Temperaturniveau in hohem Maße durch den Bandwerkstoff, das Bandprofil und das thermische Profil beeinflusst.

[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der es möglich ist, in einem kontinuierlichen Produktionsprozess, unmittelbar ausgehend von Metallschmelze und einer Bandgießdicke von weniger als 10 mm, ein hochqualitatives, warmgewalztes Metallband mit einem vergleichbaren Eigenschaftsprofil herzustellen, insbesondere hinsichtlich der anzustrebenden Planheitstoleranzen, wie sie derzeit bei der Herstellung von warmgewalzten Metallband, insbesondere von Stahlband, aus stranggegossenen Dünnbrammen oder Brammen, bei Gießdicken zwischen 40 und 300 mm, mit dem Stand der Technik entsprechenden Walzeinrichtungen erzielbar sind.

[0012] Unter das vergleichbare Eigenschaftsprofil eines hochqualitativen warmgewalzten Metallbandes fallen insbesondere: [0013] · die Homogenität des erzeugten Metallbandes, insbesondere die mechanischen Eigen schaften des Metallbandes in Quer- und Längsrichtung und über die gesamte Produktion, [0014] · die Erzielung von Planheitswerten ähnlich der derzeit vorgeschriebenen und in der

Praxis erzielbaren Werte für Warmband und gegebenenfalls nach Durchlaufen einer Fertigstraße für Kaltband, [0015] · ein Oberflächenerscheinungsbild und Rauhigkeitswerte, nahe den bei konventionellen

Herstellverfahren erzielbaren, [0016] · Einhaltung geometrischer Anforderungen hinsichtlich weiterführender oberflächenbe handelnder oder formgebender Verarbeitungsschritte.

[0017] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass am bewegten Metallband eine Planheitsmessung vorgenommen wird und die Planheitsmesswerte dieser Planheitsmessung zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Metallbandes herangezogen werden, dass die Inline-Dickenreduktion des Metallbandes in mindes- 2/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 tens einer Verformungsstufe in einer mindestens eingerüstigen Walzstraße erfolgt und die Planheitsmessung vor oder nach mindestens einer Verformungsstufe vorgenommen wird und dass das Metallband bis zum ersten Walzgerüst der mindestens eingerüstigen Walzanlage unter Bandzug gehalten und zentriert wird.

[0018] Die Beeinflussung der Planheit des Metallbandes kann hierbei entweder während der Metallbandbildung zwischen den Mantelflächen der beiden Gießwalzen oder während der Inli-ne-Dickenreduktion über einen Regelkreis, aber auch durch manuellen Eingriff erfolgen. Die Planheitsmessung erfolgt entlang der Wegstrecke zwischen der von mindestens einer Gießwalze gebildeten Walzengießeinrichtung und der Speichereinrichtung, in einer Ebene quer zur Bandlaufrichtung.

[0019] Die Inline-Dickenreduktion des Metallbandes erfolgt in mindestens einer Verformungsstufe in einer mindestens eingerüstigen Walzanlage und die Planheitsmessung wird vor oder nach mindestens einer dieser Verformungsstufen vorgenommen, vorzugsweise unmittelbar nach der ersten Verformungsstufe.

[0020] Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Planheitsmessung durch Ermittlung der Spannungsverteilung im Metallband in einer quer zur Transportrichtung liegenden Ebene.

[0021] Zweckmäßig werden die Messwerte der Planheitsmessung zur Beeinflussung des Walzspaltes in mindestens einem Walzgerüst der Walzanlage herangezogen. Die gemessenen und in einer zentralen Recheneinheit gegebenenfalls aufbereiteten Planheitswerte werden für eine „Closed Loop Flatness Control" herangezogen, wobei Komponenten des Walzgerüstes, bzw. dem Walzgerüst weitgehend unmittelbar vorgelagerte Einrichtungen für die Walzspaltbeeinflussung bzw. für die Beeinflussung von Zustandsgrößen des Metallbandes eingesetzt werden.

[0022] Die Beeinflussung des Walzspaltes in den Walzgerüsten erfolgt durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen: [0023] - eine Arbeitswalzenbiegung, [0024] - eine Arbeitswalzenverschiebung, [0025] - eine zumindest zonenweise thermische Beeinflussung des Walzenballens oder der

Arbeitswalzen.

[0026] Gleichermaßen können die Messwerte aus der Planheitsmessung für eine zumindest zonenweise thermische Beeinflussung des Metallbandes herangezogen werden.

[0027] Eine weitere Möglichkeit, um aus den Planheitsmesswerten Stellsignale für den Planheitsregelkreis zu generieren, besteht darin, die Messwerte der Planheitsmessung zur Beeinflussung des Oberflächenprofils der mindestens einen Gießwalze heranzuziehen.

[0028] In Ergänzung zur Planheitsmessung wird eine weitere Verbesserung der Planheitstoleranzen am hergestellten Warmband dadurch erreicht, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene zumindest vor oder nach der Walzanlage ein Temperaturprofil des Metallbandes ermittelt wird und das gemessene Temperaturprofil zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Warmbandes herangezogen wird.

[0029] Lokale Temperaturabweichungen des Warmbandes, die längsgerichtet zonenweise auftreten, können spezifisch beeinflusst werden, wenn die Temperaturverteilung im Metallband in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene in Abhängigkeit vom gemessenen Temperaturprofil abschnittsweise beeinflusst wird. Je mehr unabhängig regelbare Kühl-, bzw. Heizzonen quer zur Bandlaufrichtung angeordnet sind, desto besser regelbar ist das Temperaturprofil am gegossenen Metallband.

[0030] Eine weitere Möglichkeit, die Planheit des Metallbandes zu vergleichmäßigen, besteht darin, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene zusätzlich das Banddickenprofil gemessen wird und das gemessene Banddickenprofil zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Warmbandes herangezogen wird. 3/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 [0031] Die Erfindung wird bevorzugt bei der Herstellung eines Metallbandes nach dem Zweiwalzengießverfahren, insbesondere dem vertikalen Zweiwalzengießverfahren, angewandt, wobei zwischen der Walzengießeinrichtung und der Speichereinrichtung eine Planheitsmesseinrichtung zur Erfassung von Planheitsmesswerten des Metallbandes angeordnet ist und der Planheitsmesseinrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Erfassung und Umsetzung der ermittelten Planheitsmesswerte zugeordnet ist.

[0032] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnen Metallbandes, insbesondere eines Warmbandes aus Stahl, unmittelbar aus einer Metallschmelze und mit einer Banddicke < 10 mm mit einer Walzengießeinrichtung, mit einer nachgeordneten mindestens eingerüstigen Walzanlage und mit einer Speichereinrichtung für das Speichern des gewalzten Metallbandes gelöst, wenn zwischen der Walzengießeinrichtung und der Speichereinrichtung eine Planheitsmesseinrichtung zur Erfassung von Planheitsmesswerten des Metallbandes angeordnet ist, der Planheitsmesseinrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Erfassung und Umsetzung der Planheitsmesswerte zugeordnet ist, die Planheitsmesseinrichtung vor oder nach einem Walzgerüst einer mindestens eingerüstigen Walzanlage angeordnet ist und ein Bandtreiber zur Aufrechterhaltung eines Bandzuges und zur Zentrierung des Metallbandes bis zum ersten Walzgerüst vorgesehen ist.

[0033] Zweckmäßig ist die Planheitsmesseinrichtung zur Erfassung von Planheitsmesswerten in einer Ebene quer zur Transportrichtung des Metallbandes angeordnet.

[0034] Vorzugsweise ist die Planheitsmesseinrichtung vor oder nach einem Walzgerüst einer mindestens eingerüstigen Walzanlage angeordnet. Bei einer mehrgerüstigen Walzstraße ist die Planheitsmesseinrichtung vor oder bevorzugt nach dem ersten Walzgerüst angeordnet.

[0035] Die Planheitsmessung kann mit verschiedenen am Markt angebotenen Planheitsmesseinrichtungen durchgeführt werden. Zumeist sind solche Messeinrichtungen zur Ermittlung von Planheitswerten von der Kaltbandproduktion her bekannt, sodass für die spezielle Anwendung bei Warm band mit Walztemperatur entsprechende Adaptionen hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit und der Messgenauigkeit bei hohen Temperaturen notwendig sind. Für die Planheitsmessung im Heißbereich wird die Planheitsmesseinrichtung vorzugsweise von einer Planheitsmessrolle, einer Einrichtung zur optischen Gestalterfassung oder einer Einrichtung zur Erfassung sonstiger Inhomogenitäten von Bandoberflächeneigenschaften gebildet. Bei der Planheitsmessung mit einer Planheitsmessrolle befindet sich das Metallband zumeist unter Bandzug, der bei der Auswertung der Messergebnisse in der Auswerteeinrichtung berücksichtigt wird. Bei einer optischen Gestalterfassung des Metallbandes darf das Metallband nicht unter Bandzug stehen, um gute Messergebnisse zu erzielen. Planheitsmesseinrichtungen, wie sie bei konventionellen Kalt- und Warmwalzeinrichtungen angewendet werden, sind aus der DE 37 21 746 A1, der US 6,606,919 B2, der US 2002/0178840 A1 und der US 2002/0080851 A1 bereits bekannt und dort in ihrem Aufbau im Detail beschrieben.

[0036] Die Auswerteeinrichtung, vorzugsweise eine zentrale Recheneinheit, ist über Signalleitungen zur Übermittlung von Stellgrößen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Walzspaltes in den Walzgerüsten verbunden: [0037] - einem Biegeblock zur Arbeitswalzenbiegung, [0038] - einer Arbeitswalzen-Verschiebeeinrichtung, [0039] - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen direkten oder indirekten thermischen

Beeinflussung des Walzenballens [0040] - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zumindest zonenweisen thermischen Beeinflussung des Metallbandes.

[0041] Alternativ oder auch zusätzlich ist die Auswerteeinrichtung über Signalleitungen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Oberflächenprofils der mindestens einen Gießwalze verbunden: [0042] - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen direkten oder indirekten thermischen 4/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15

Beeinflussung des Gießwalzenballens, [0043] - einer vorzugsweise hydraulisch betätigbaren Verformungseinrichtung an der Gießwal ze zur Aufbringung radial wirkender Verformungskräfte, [0044] - einer Gasspüleinrichtung zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstar- rungsverhältnisse am Gießwalzenballen, [0045] - einer Beschichtungseinrichtung zur zonenweisen Beschichtung des Gießwalzenballen mit einem den Wärmetransport bzw. die Nukleationsdichte beeinflussenden Beschichtungsmittel zur Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse, [0046] - einer Reinigungseinrichtung zur zonenweisen Reinigung des Gießwalzenballen zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse am Gießwalzenballen.

[0047] Zur Erzielung von Planheitswerten in einem sehr engen Toleranzfeld ist in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene nahe vor oder nach mindestens einem Walzgerüst der Walzanlage zusätzlich eine Temperaturmesseinrichtung zur Erfassung des Temperaturprofils des Metallbandes angeordnet und dieser Temperaturmesseinrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Erfassung und Umsetzung der Messwerte zugeordnet. Diese Temperaturmessung soll in geringem Abstand, vorzugsweise unmittelbar vor dem ersten Walzgerüst erfolgen, um die Verhältnisse im Walzspalt möglichst genau abzubilden.

[0048] Zweckmäßig ist die Temperaturmesseinrichtung der Walzanlage vorgeordnet und die Auswerteeinrichtung über Signalleitungen zur Übermittlung von Stellgrößen an regelbare Kühl-und Heizzonen zur Vergleichmäßigung des Temperaturprofils mit einer Bandheizeinrichtung oder Bandkühleinrichtung verbunden.

[0049] Eine weitere Möglichkeit zur Minimierung von Planheitsabweichungen am Warmband besteht darin, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene eine Banddickenprofilmesseinrichtung zur Ermittlung des Banddickenprofils angeordnet ist und dieser Banddickenprofilmesseinrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Erfassung und Umsetzung der Messwerte und zur Übermittlung von Stellgrößen an Stelleinrichtungen zugeordnet ist.

[0050] Die Auswerteeinrichtung ist über Signalleitungen zur Übermittlung von Stellgrößen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Banddickenprofils in den Walzgerüsten verbunden: [0051] - Arbeitswalzenanstelleinrichtung, [0052] - einem Biegeblock zur Arbeitswalzenbiegung, [0053] - einer Arbeitswalzen-Verschiebeeinrichtung, [0054] - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen direkten oder indirekten thermischen

Beeinflussung des Walzenballens.

[0055] Weiters kann die Auswerteeinrichtung individuell über Signalleitungen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Banddickenprofils mittels der mindestens einen Gießwalze verbunden sein: [0056] - mit einer Gießwalzenanstelleinrichtung, [0057] - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen thermischen Beeinflussung des Gießwal zenballens, [0058] - einer vorzugsweise hydraulische betätigbaren Verformungseinrichtung an der Gieß walze zur Aufbringung radial wirkender Verformungskräfte, [0059] - einer Gasspüleinrichtung zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstar- rungsverhältnisse am Gießwalzenballen, [0060] - einer Beschichtungseinrichtung zur zonenweisen Beschichtung des Gießwalzenballen 5/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 mit einem den Wärmetransport oder die Nukleationsdichte beeinflussenden Beschichtungsmittel zur Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse, [0061] - einer Reinigungseinrichtung zur zonenweisen Reinigung des Gießwalzenballen zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse am Gießwalzenballen.

[0062] Die Messergebnisse der Planheitsmessung, aber auch mehrerer Planheitsmessungen entlang der Produktionslinie, können zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Metallbandes ausschließlich in mindestens einem Walzgerüst, oder ausschließlich in der Walzengießeinrichtung, oder aber auch in Kombination an beiden genannten Einrichtungen eingesetzt werden. Zusätzlich ist eine Beeinflussung der Planheit des Metallbandes auch über zugeordnete Einrichtungen, wie z.B. eine Bandheizeinrichtung, möglich.

[0063] Vorzugsweise ist die Walzengießeinrichtung für die erfindungsgemäße Umsetzung des Zweiwalzengießverfahrens ausgebildet und umfasst zwei rotierend angetriebene Gießwalzen und zwei Seitenplatten, die gemeinsam einen Schmelzenraum für die Aufnahme von Metallschmelze und einen Gießspalt für die Ausbildung des Querschnittformates eines gegossenen Metallbandes bilden.

[0064] Die Umsetzung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in einer semi-industriellen Versuchsanlage hat schon nach wenigen Versuchen eine Verringerung der Planheitsabweichungen um bis zu 50 % erbracht.

[0065] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen: [0066] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Produktionsanlage für dünnes Warmband mit einer

Zweiwalzengießeinrichtung und einer eingerüstigen Walzanlage unter Einbindung einer Planheitsmesseinrichtung, [0067] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Produktionsanlage für dünnes Warmband mit einer

Zweiwalzengießeinrichtung und einer mehrgerüstigen Walzanlage unter Einbindung einer Planheitsmesseinrichtung.

[0068] In den Figuren 1 und 2 sind zwei Ausführungsformen einer Anlage zur Herstellung eines Warmbandes aus Stahl in einem schematischen Längsschnitt dargestellt, der die wesentlichen Anlagenkomponenten, sowie Mess- und regeltechnische Einrichtungen für die Herstellung eines dünnen Warmbandes innerhalb der für dünnes Warmband üblichen Planheitstoleranzen umfasst. Der grundsätzliche Anlagenaufbau ist bei Herstellung eines Nichteisen-Metallbandes der Gleiche.

[0069] In einer Zweiwalzengießeinrichtung 1 wird in einen von zwei innengekühlten, gegensinnig rotierenden Gießwalzen 2 und von zwei stirnseitig an die Gießwalzen positionierte Seitenplatten 3 geformten Schmelzenraum 4 Stahlschmelze eingebracht und aus einem von den Gießwalzen 2 und den Seitenplatten 3 gebildeten Gießspalt ein gegossenen Stahlband 5 mit vorbestimmtem Querschnittsformat vertikal nach unten gerichtet ausgefördert. Nach der Umlenkung des Stahlbandes in eine horizontale Transportrichtung wird das gegossene Stahlband in einer Walzanlage 6 einer Dickenreduktion und Gefügeveränderung unterworfen und danach einer Speichereinrichtung 7 zugeführt. Je nach Stahlqualität, Gießdicke und Enddicke des Warmbandes ist die Walzanlage 6 als eingerüstige Walzanlage 8 (Fig. 1), beispielsweise für Bandstahl mit geringen Qualitätsanforderungen, oder als mehrgerüstige Walzstraße 9 (Fig. 2), beispielsweise für die Herstellung von hochwertige Stahlqualitäten mit größerem Reduktionsgrad und mit besonderen Anforderungen an Oberflächenbeschaffenheit und Verformungseigenschaften, ausgebildet. Die Speichereinrichtung 7 umfasst eine Haspeleinrichtung zum Aufwickeln des Warmbandes zu Bunden und kann auch in einen Haspelofen integriert sein. Der Speichereinrichtung ist ein Bandtreiber 10 zur Einstellung eines Bandzuges beim Aufwickeln und eine Bandschere vorgelagert. 6/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 [0070] Zur Einstellung einer konstanten Walztemperatur vor dem ersten Walzgerüst durchläuft das Stahlband eine dem ersten Walzgerüst 11 vorgelagerte Bandheizeinrichtung 12, die gegebenenfalls auch eine Kühleinrichtung umfasst. Die Bandheizeinrichtung 12 ermöglicht quer zur Bandlaufrichtung eine zonenweise Temperaturbeeinflussung des Stahlbandes, beispielsweise ein verstärktes Aufheizen der Bandkanten, wenn in diesem Bereich bereits eine zu starke Abkühlung erfolgt ist. Dem ersten Walzgerüst 11 ist eine Temperaturmesseinrichtung 13 unmittelbar vorgelagert, mit der die Bandtemperatur in einer quer zur Bandlaufrichtung gelegten Ebene kontinuierlich in mehreren Zonen erfasst und zur Führung der Bandheizeinrichtung 12 herangezogen wird. Mit dem Bandtreiber 14 wird das Stahlband in der Bandheizeinrichtung 12 und bis zum ersten Walzgerüst 11 unter Bandzug gehalten und gegebenenfalls auch zentriert. Mit einer Banddickenprofilmesseinrichtung 15 wird die Banddicke des die Zweiwalzengießanlage verlassenden gegossenen Stahlbandes gemessen, die mit einer Gießwalzen-Stelleinrichtung 16 voreingestellt wird oder entsprechend der Messergebnisse korrigiert wird.

[0071] Dem ersten und einzigen Walzgerüst 11 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 und dem ersten Walzgerüst 11 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 ist im kurzen Abstand eine Planheitsmesseinrichtung 18 nachgeordnet, mit der der Planheitsverlauf am Stahlband in einer Ebene quer zur Bandlaufrichtung erfasst wird. Planheitsabweichungen ergeben sich entweder aus Dickenabweichungen über die Bandbreite oder durch Welligkeiten des Bandes. Die Planheitsmesseinrichtung 18 umfasst eine für den Heißeinsatz adaptierte Planheitsmessrolle 19. Eine Planheitsmessrolle, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, ist in der amerikanischen Patentschrift US 6,606,919 B2 im Detail beschrieben. Das entsprechende Messverfahren zur Ermittlung von Planheitsabweichungen ist in der Anmeldung US 2002/0178840 A1 beschrieben und kann auch hier angewendet werden. Die ermittelten Messwerte werden einer Auswerteeinrichtung 20 zugeführt, die von einer zentralen Recheneinheit (CPU) gebildet ist, dort werden die Messsignale ausgewertet und den Planheitsabweichungen entgegenwirkende Stellsignale an Stelleinrichtungen 21 des ersten Walzgerüstes 11 und/oder an Stelleinrichtungen 22 der Zweiwalzengießeinrichtung 1 übertragen.

[0072] Bei den möglichen Stelleinrichtungen 21 des ersten Walzgerüstes handelt es sich um Einrichtungen, die bei konventionellen Walzgerüsten standardmäßig verfügbar sind. Die Stelleinrichtung 21 kann einen Biegeblock zur Arbeitswalzenbiegung von beispielsweise zylindrischen Arbeits- oder Stützwalzen oder eine Arbeitswalzen-Verschiebeeinrichtung zur axialen Verschiebung von konturierten Arbeits- oder Stützwalzen umfassen. Weiters kommen Heiz- und Kühleinrichtungen zur zonenweisen thermischen Beeinflussung des Walzenballens der Arbeitswalzen als mögliche Stelleinrichtung in Frage.

[0073] In Teilbereichen entstehen Planheitsabweichungen bzw. Dickenprofilabweichungen am Stahlband bereits während der Bildung des Stahlbandes in der Zweiwalzengießeinrichtung. Bei der geringen Bandgießdicke können diese Abweichungen durch die nachfolgenden Walzstiche nicht mehr oder nur zu einem geringen Teil beseitigt werden. Insbesondere können die bei der Stahlbandbildung entstehenden Dickenprofilabweichungen bei den Walzstichen zu Planheitsabweichungen führen. Es ist daher zweckmäßig, bereits auf Basis der gemessenen Planheitswerte mit einer Stelleinrichtung 22 unmittelbar an der Zweiwalzengießeinrichtung 1 regelnd in die Bandprofilbildung einzugreifen. Mögliche Stelleinrichtungen 22 zur Beeinflussung des Oberflächenprofils der Gießwalzen an der Zweiwalzengießeinrichtung umfassen eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung zur zonenweisen direkten oder indirekten thermischen Beeinflussung der äußeren Form des Gießwalzenballens, vorzugsweise hydraulisch betätigbare Verformungseinrichtungen an den Gießwalzen zur Aufbringung radial wirkender Verformungskräfte auf den Gießwalzenmantel, eine Gasspüleinrichtung zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse an den Gießwalzenballen, eine Beschichtungseinrichtung zur zonenweisen Beschichtung der Gießwalzenballen mit einem den Wärmetransport beeinflussenden Beschichtungsmittel zur Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse oder auch eine Reinigungseinrichtung zur zonenweisen Reinigung der Gießwalzenballen zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse an den Gießwalzenballen.

[0074] Eine zweckmäßige Regelung zur Minimierung der Planheitsabweichungen kann darin 7/13

Claims (20)

1. österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 bestehen, dass sowohl die Profilbildung während des Gießprozesses in der Zweiwalzengießeinrichtung als auch die Profilbildung bzw. Veränderung beim ersten Walzstich im ersten Walzgerüst überwacht und beeinflusst wird. Dies kann allein über entsprechende Auswertungen in der Auswerteeinrichtung erfolgen oder aber auch unter Einbeziehung einer weiteren Planheitsmesseinrichtung vor dem ersten Walzgerüst. [0075] Mit den Temperaturmesseinrichtungen 13, 13a, 13b erfasste Temperaturprofile über die Bandbreite und mit den Banddickenprofilmesseinrichtungen 15, 15a erfasste Banddickenprofile können in der Auswerteeinrichtung zusätzlich zu den Planheitswerten in ein mathematisches Modell einfließen, mit dem eine optimale Regelstrategie entwickelt und dementsprechende Stellsignale generiert werden. [0076] Mit der Temperaturmesseinrichtung 13b, die in einem Abstand unterhalb der beiden Gießwalzen 2 angeordnet ist, kann das Temperaturprofil des gegossenen Metallbandes unmittelbar nach dessen Bildung erfasst werden. Dieses Temperaturprofil ermöglicht Rückschlüsse auf die Strangschalenbildung am Walzenballen der Gießwalzen und die dabei vorherrschenden Erstarrungs- bzw. Temperaturverhältnisse. Die Berücksichtigung dieses Temperaturprofils ermöglicht bei der Auswertung der Planheitsmesswerte in der Auswerteeinrichtung präziser auf die Bandbildungsbedingungen abgestimmte Stellgrößen, insbesondere für die Steuerung der Stelleinrichtungen 22 an der Zweiwalzengießeinrichtung zu generieren. [0077] Die mit Hinblick auf eine vertikale Zweiwalzengießeinrichtung beschriebenen Maßnahmen können gleichermaßen auf eine Einwalzengießeinrichtung übertragen werden. Vorzugsweise ist der Gießwalze der Einwalzengießeinrichtung eine Glättwalze zur Konditionierung der Freien Bandoberfläche zugeordnet und die Stelleinrichtungen zur Beeinflussung der Planheit können sowohl der Gießwalze als auch der Glättwalze zugeordnet sein. Patentansprüche 1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnen Metallbandes oder eines Warmbandes aus Stahl unmittelbar aus einer Metallschmelze und mit einer Bandgießdicke <10 mm nach einem Walzengießverfahren, bei dem an einer Mantelfläche mindestens einer rotierenden Gießwalze (2) Metallschmelze aufgebracht und ein Metallband gebildet wird, das Metallband mit Gießgeschwindigkeit einer Inline-Dickenreduktion zugeführt wird und das Metallband nachfolgend einer Speichereinrichtung (7) zugeführt und in dieser gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass am bewegten Metallband eine Planheitsmessung vorgenommen wird und die Planheitsmesswerte dieser Planheitsmessung zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Metallbandes herangezogen werden, dass die Inline-Dickenreduktion des Metallbandes in mindestens einer Verformungsstufe in einer mindestens eingerüstigen Walzanlage erfolgt und die Planheitsmessung vor oder nach mindestens einer Verformungsstufe vorgenommen wird, wobei die Planheitsmesswerte der Planheitsmessung zur Beeinflussung eines Walzspaltes in mindestens einem Walzgerüst (11) der Walzanlage (6, 8) herangezogen werden und dass das Metallband bis zum ersten Walzgerüst (11) der mindestens eingerüstigen Walzanlage (6, 8) unter Bandzug gehalten und zentriert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmessung unmittelbar nach der ersten oder einzigen Verformungsstufe vorgenommen wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmessung durch Ermittlung der Spannungsverteilung im Metallband in einer quer zur Transportrichtung liegenden Ebene erfolgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des Walzspaltes in den Walzgerüsten (11) durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erfolgt: - eine Arbeitswalzenbiegung, - eine Arbeitswalzenverschiebung, 8/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 - eine zumindest zonenweise thermische Beeinflussung des Walzenballens, - eine zumindest zonenweise thermische Beeinflussung der Arbeitswalze, - eine zumindest zonenweise thermische Beeinflussung des Metallbandes.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmesswerte der Planheitsmessung zur Beeinflussung des Oberflächenprofils der Gießwalze (2) herangezogen werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des Oberflächenprofils der Gießwalze (2) durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erfolgt: - einer zonenweise thermischen Beeinflussung des Gießwalzenballens mit einer Heiz-/Kühleinrichtung, - einem Aufbringen radial wirkender Verformungskräfte mit einer hydraulisch betätigbaren Verformungseinrichtung an der Gießwalze, - einem zonenweisen Beschichten des Gießwalzenballens mit einem den Wärmetransport oder die Nukleationsdichte beeinflussenden Beschichtungsmittel zur Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse, - einer zonenweisen Reinigung des Gießwalzenballen zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse am Gießwalzenballen.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene nahe vor oder nach der Walzanlage (6, 8) ein Temperaturprofil des Metallbandes ermittelt wird und das gemessene Temperaturprofil zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Warmbandes herangezogen wird.
8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturverteilung im Metallband in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene in Abhängigkeit vom gemessenen Temperaturprofil abschnittsweise beeinflusst wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene das Banddickenprofil gemessen wird und das gemessene Banddickenprofil zur gezielten Beeinflussung der Planheit des Warmbandes herangezogen wird.
10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgießverfahren als vertikales Zweiwalzengießverfahren ausgebildet ist, - wobei Metallschmelze in einen von rotierenden Gießwalzen (2) und Seitenplatten (3) begrenzten Schmelzenraum (4) eingebracht wird, - Metallschmelze an den Mantelflächen der Gießwalzen (2) mitlaufend in Form von Strangschalen kontinuierlich erstarrt, - diese Strangschalen im engsten Querschnitt zwischen den Gießwalzen (2) zu einem zumindest weitgehend durcherstarrten Metallband verbunden werden, - das Metallband mit Gießgeschwindigkeit zwischen den Gießwalzen (2) ausgefördert wird.
11. 11. Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines dünnen Metallbandes oder eines Warmbandes aus Stahl unmittelbar aus einer Metallschmelze und mit einer Banddicke <10 mm mit einer Walzengießeinrichtung (1), mit einer nachgeordneten mindestens eingerüstige Walzanlage (6, 8) und einer Speichereinrichtung (7) für das Speichern des gewalzten Metallbandes, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Walzengießeinrichtung und der Speichereinrichtung (7) eine Planheitsmesseinrichtung (18) zur Erfassung von Planheitsmesswerten des Metallbandes angeordnet ist und dass der Planheitsmesseinrichtung eine 9/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 Auswerteeinrichtung (20) zur Erfassung und Umsetzung der Planheitsmesswerte zugeordnet ist, dass die Planheitsmesseinrichtung (18) vor oder nach einem Walzgerüst (11) einer mindestens eingerüstigen Walzanlage (8, 9) angeordnet ist und dass ein Bandtreiber (14) zur Aufrechterhaltung eines Bandzuges und zur Zentrierung des Metallbandes bis zum ersten Walzgerüst (11) vorgesehen ist, und dass die Auswerteeinrichtung (20) über Signalleitungen zur Übermittlung von Stellgrößen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen (21) zur Beeinflussung des Walzspaltes in den Walzgerüsten (11) verbunden ist: - einem Biegeblock zur Arbeitswalzenbiegung, - einer Arbeitswalzen-Verschiebeeinrichtung, - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen thermischen Beeinflussung des Walzenballens, - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zumindest zonenweisen thermischen Beeinflussung des Metallbandes.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmesseinrichtung (18) zur Erfassung von Planheitsmesswerten in einer Ebene quer zur Transportrichtung des Metallbandes angeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheitsmesseinrichtung (18) von einer Planheitsmessrolle (19), einer Einrichtung zur optischen Gestalterfassung oder einer Einrichtung zur Erfassung sonstiger Inhomogenitäten von Bandoberflächeneigenschaften gebildet ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (20) über Signalleitungen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen (22) zur Beeinflussung des Oberflächenprofils der Gießwalze (2) verbunden ist: - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen thermischen Beeinflussung des Gießwalzenballens, - einer hydraulisch betätigbaren Verformungseinrichtung an der Gießwalze zur Aufbringung radial wirkender Verformungskräfte, - einer Gasspüleinrichtung zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungs-verhältnisse am Gießwalzenballen, - einer Beschichtungseinrichtung zur zonenweisen Beschichtung des Gießwalzenballen mit einem den Wärmetransport oder die Nukleationsdichte beeinflussenden Beschichtungsmittel zur Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse, - einer Reinigungseinrichtung zur zonenweisen Reinigung des Gießwalzenballen zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse am Gießwalzenballen.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene zumindest vor oder nach mindestens einem Walzgerüst (11) der Walzanlage (8, 9) eine Temperaturmesseinrichtung (13, 13a, 13b) zur Erfassung des Temperaturprofils des Metallbandes angeordnet ist und dieser Temperaturmesseinrichtung eine Auswerteeinrichtung (20) zur Erfassung und Umsetzung der Messwerte zugeordnet ist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (13,13b) der Walzanlage (8, 9) vorgeordnet ist und die Auswerteeinrichtung (20) über Signalleitungen zur Übermittlung von Stellgrößen zur Vergleichmäßigung des Temperaturprofils mit einer Bandheizeinrichtung (12) oder Bandkühleinrichtung verbunden ist.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einer quer zur Transportrichtung des Metallbandes liegenden Ebene eine Banddickenprofilmesseinrichtung (15, 15a) zur Ermittlung des Banddickenprofils angeordnet ist und dieser 10/13 österreichisches Patentamt AT501314B1 2012-03-15 Banddickenprofilmesseinrichtung eine Auswerteeinrichtung (20) zur Erfassung und Umsetzung der Messwerte zugeordnet ist.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (20) über Signalleitungen zur Übermittlung von Stellgrößen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen (21) zur Beeinflussung des Bandickenprofils in den Walzgerüsten (11) verbunden ist: - einer Arbeitswalzenanstelleinrichtung, - einem Biegeblock zur Arbeitswalzenbiegung, - einer Arbeitswalzen-Verschiebeeinrichtung, - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen thermischen Beeinflussung des Walzenballens.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (20) über Signalleitungen mit mindestens einer der folgenden Stelleinrichtungen (21) zur Beeinflussung des Banddickenprofils mittels der Gießwalze (2) verbunden ist: - einer Gießwalzenanstelleinrichtung, - einer Heiz-/Kühleinrichtung zur zonenweisen thermischen Beeinflussung des Gießwalzenballens, - einer hydraulisch betätigbaren Verformungseinrichtung an der Gießwalze zur Aufbringung radial wirkender Verformungskräfte, - einer Gasspüleinrichtung zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungs-verhältnisse am Gießwalzenballen, - einer Beschichtungseinrichtung zur zonenweisen Beschichtung des Gießwalzenballen mit einem den Wärmetransport oder die Nukleationsdichte beeinflussenden Beschichtungsmittel zur Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse, - einer Reinigungseinrichtung zur zonenweisen Reinigung des Gießwalzenballen zur zonenweisen Beeinflussung der Strangschalen-Erstarrungsverhältnisse am Gießwalzenballen.
20. 20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzengießeinrichtung zwei rotierend angetriebene Gießwalzen (2) und zwei Seitenplatten (3) umfasst, die gemeinsam einen Schmelzenraum (4) für die Aufnahme von Metallschmelze und einen Gießspalt für die Ausbildung des Querschnittformates eines gegossenen Metallbandes bilden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 11/13