CN104254406A - 用于制造金属带材的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在设备中制造金属带材(1)的方法，该设备包括连铸机(2)、第一炉(3)、第二炉(4)和接在其后的轧机(5)。为了节省能量根据本发明该方法具有下列步骤：a)确定金属板坯或金属带材(1)的待制造的生产规模，其中包括至少两种不同的金属板坯或金属带材(1)；b)确定所有的待制造的金属板坯或金属带材(1)相应的进入轧机(5)的入口温度(TFM)；c)确定从第一炉(3)出来的出口温度(TAO1)，其中该出口温度选择为比最高的在步骤b)中所确定的进入轧机(5)的入口温度(TFM)小很多并且比最低的在步骤b)中所确定的进入轧机(5)的入口温度(TFM)略小或者基本相同；d)运转第一炉(3)，使得待制造的金属板坯或金属带材(1)以根据步骤c)所确定的出口温度(TAO1)离开第一炉(3)；e)借助第二炉(4)将待制造的金属板坯或待制造的金属带材(1)加热或者说再次加热到其所需的进入轧机(5)的入口温度(TFM)，只要该温度处于第一炉(3)的根据步骤d)达到的出口温度(TAO1)以上。本发明还涉及一种用于制造金属板坯或金属带材的设备。

Description

用于制造金属带材的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在设备中制造金属带材的方法，所述设备包括连铸机、沿输送方向位于其后的第一炉、沿输送方向接在第一炉之后的第二炉和沿输送方向接在第二炉之后的轧机。本发明还涉及一种用于制造金属板坯或金属带材的设备。
背景技术
现有技术中已知有多种上述类型的用于制造金属带材的设备。
由EP 1 960 131 B1已知，根据所选择的工作方式、即在连续地制造金属带材时或在间断地制造带材时来激活或停止用于加热板坯的保持炉和感应炉。
EP 1 963 034 B1设有一种感应炉以加热板坯，该感应炉的工作频率选择地如此低，使得加热效果集中在板坯芯上。
DE 10 2008 055 650 A1描述了一种使得在薄板坯设备中能量需求和CO2排出量最小化的方法，其中采用计算模型，借助该计算模型特别是求得冷却所需的水量和其在设备中的分布以及浇铸速度。
保持炉和感应炉的结合使用也可由EP 1 469 954 B2和US 7 942191 B2得知。
当在所谓的CSP设备中制造热轧带材时，首先在连铸机中浇铸薄板坯，然后在辊底式炉中加热到所希望的炉温并且紧接下来在精轧机组(轧机)中轧成成品带材厚度。当在辊底式炉中再次加热薄板坯时需要(例如为燃气形式的)加热能量并且当在精轧机组中降低厚度时为了变形而需要电流。对此，所需的炉温基本上取决于需要轧制的最终厚度和带材宽度以及取决于带材材料。
具有在精轧机组中的较小最终厚度或者高负载的带材对此尤其决定最大炉温水平(例如1150℃)。但是这种极端带材通常仅占很小的生产份额。在一个轧制计划内或在一天内轧制不同的带材。许多带材都不需要高的入口温度。即，这些带材被过度加热。这里本可以节省加热能量。然而，辊底式炉并不能随意地迎合每个带材并且不能单独地改变精轧机组入口温度(T-FM；定义为加热之后并且在最后的炉之后在精轧机组之前的平均的板坯温度)。由于辊底式炉的惰性，所以炉温基本保持等高的水平。这种预先已知的CSP设备的典型的概念性结构在图1示出，平均温度关于设备长度的变化曲线、即，从连铸机至精轧机组之后的变化曲线可以从图2中看出。
图1示出了一种设备，该设备包括连铸机2，在该连铸机中浇铸板坯1。板坯1到达辊底式炉3中，在该辊底式炉中将板坯加热到入口温度TFM。板坯在这里具有例如60mm的厚度并且根据边界条件以4-8m/min的速度沿输送方向F运动。辊底式炉例如240m长。然后，板坯1以在炉之后的温度TFM被输送到轧机5(精轧机组)中并且轧成具有所希望厚度、例如数值为2.4mm的带材。然后该带材到达冷却路径10。
相应的温度变化曲线由图2得到。这里可以看出，入口温度TFM为1150℃。
对于具有1150℃的入口温度TFM的实施例，可以在下面给出在辊底式炉中所使用的能量和用于在精轧机组中变形所使用的能量(从经过连铸机之后例如60mm的板坯厚度至2.4mm的最终带材厚度)以及CO2排放和能量成本(如轧屑洗涤泵、用于轧辊冷却装置的泵等这样的辅助设备的能量损耗不计)：
具有水冷却的辊的辊底式炉需要178.1kWh/t的加热能量。加热成本为5.34€/t，CO2排放为41.0kg CO2/t。在精轧机组中，在电流成本为3.35€/t和CO2排放为26.8kg CO2/t时需要47.8kWh/t的变形能量用于变形。总计在成本为8.69€/t和CO2排放为67.7kg CO2/t时能量需求为225.9kWh/t。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开头所述类型的方法和相应的设备，借助这种方法以及设备能够进一步降低在制造金属带材时、特别是在连铸连轧设备(CSP设备)中制造热轧带材的过程中的能量损耗并由此不仅节省成本而且还降低CO2排放。
根据本发明的方法实现了本发明的目的，其中该方法具有下列步骤：
a)确定在限定的生产周期期间金属板坯或金属带材的待制造的生产规模，其中包括至少两种不同的金属板坯或金属带材；
b)确定所限定的生产周期的至少一部分的、优选所有的待制造的金属板坯或金属带材的相应的进入轧机的入口温度；
c)确定从第一炉出来的出口温度，其中所选择的该出口温度比最高的在步骤b)中所确定的进入轧机的入口温度小并且比最低的在步骤b)中所确定的进入轧机的入口温度小或者基本相同；
d)运转第一炉，使得待制造的金属板坯或金属带材以根据步骤c)所确定的出口温度离开第一炉；
e)借助第二炉将待制造的金属板坯或待制造的金属带材加热或者说再次加热到其所需的进入轧机的入口温度，只要该温度处于第一炉的根据步骤d)达到的出口温度以上。
在上面步骤c)中，从第一炉出来的出口温度可以选择为与最低的在步骤b)中所确定的进入轧机的入口温度基本相同。对此，基本相同特别是指在第一炉之后，即，在第二炉的区域中在其未激活的状态下仅有微小的温度变化(冷却)。
所述步骤c)这样确定从第一炉出来的出口温度，即在考虑到第二炉的最大炉功率的情况下借助第二炉调整最大的进入轧机的入口温度(第二炉在任何情况下都必须能够在最大可行的炉功率下从第一炉的出口温度开始达到进入轧机的最大入口温度)。
所述步骤b)和c)也能够以重复的方式被优化，对此该步骤能够以相反的顺序进行。
可以规定，使用辊底式炉作为第一炉和/或使用感应炉或者DFI炉(Direct Flame Impingement炉、即可直接火焰冲击的炉)或者感应炉和DFI炉的结合、即炉组作为第二炉。
对此可以使第一炉这样进行工作，即使得金属板坯或者金属带材的出口温度最大为1125℃。在第一炉中优选使用能够节省能量的干燥的炉辊。
优选使第二炉(或者炉组)这样工作，即使得金属板坯或者金属带材的温度升高最大100℃。由此能够实现小于大约10m的短的再次加热路径(感应加热路径)。
第一炉能够作为板坯回热炉使用。
第一炉的可达到的温度梯度优选小于第二炉的可达到的温度梯度。即，第二炉(或者炉组)具有高的加热速度和高的温度动态的特点，通过这些特点能够在相对短的路径上单独地加热板坯。
根据一个改进方案以迭代的方式确定从第一炉出来的出口温度和进入轧机的入口温度，使得在所限定的生产周期中对于第一炉和第二炉和轧机而言用于制造热轧带材的能量成本和/或CO2排放量和/或能量消耗的总和最小。
可以借助计算模型实现根据上述步骤b)所述的进入轧机的入口温度的确定和/或根据上述步骤c)所述的从第一炉出来的出口温度的确定和/或用于所有待制造的金属板坯或金属带材的能量消耗和/或CO2排放量和/或能量成本的确定。
对此可以特别地规定，在进行计算以使能量成本和/或CO2排放量和/或能量消耗最小化时将进入轧机的入口温度的最小化作为部分目标值对此也可以使用第一炉的最小出口炉温。还可以使用第二炉中的温度升高的最小化。
对此，优选在确定从第一炉出来的最佳出口温度和进入轧机的入口温度时在计算模型中相应地考虑工艺极限值和设备极限值。
也可以使用DFI炉(Direct Flame Impingement炉、即可直接火焰冲击的炉)作为第一炉。
还可以使用DFI炉(Direct Flame Impingement炉、即可直接火焰冲击的炉)作为第一炉和/或第二炉，其燃烧嘴和/或燃烧嘴设置和/或火焰与板坯表面的距离的选择使得，在板坯表面上没有轧屑或者板坯材料熔化发生。也可以使用这样的DFI炉作为第一炉和/或第二炉，其燃烧嘴构造成在整个宽度上均匀地加热板坯，对此燃烧嘴在其宽度上作为方形喷嘴优选连续地构造。或者也可以使用其燃烧嘴在输送方向上构造为多行的DFI炉作为第一炉和第二炉，其中燃烧嘴在行与行之间交错地设置，由此使得燃烧嘴整体上对金属带材在宽度上进行均匀加热。
根据一个改进方案在第一炉之前对金属板坯或金属带材进行预轧制操作。
第一炉能够分成两个炉部分，其中金属板坯或金属带材在两个炉部分之间进行轧制操作。
在不使用第二炉或者至少不使用该炉的各个模块的情况下可以将该炉或者这些模块从生产线移出并且将辊道封装件置于其位置上。
用于制造金属板坯或金属带材的设备包括连铸机、沿输送方向接在其后的第一炉、沿输送方向接在第一炉之后的感应炉形式的第二炉和沿输送方向接在感应炉之后的轧机，根据本发明该设备的特点在于，感应炉具有在输送方向上相间隔的多个感应线圈，其中在感应线圈的区域中设有隔热装置。
在感应线圈之前和/或之后和/或之间能够至少区段式地设置隔热盒。
在感应线圈之前和/或之后和/或之间还能够至少区段式地设置隔热的辊道辊轮。
感应线圈能够在靠近金属板坯或金属带材的一侧上设有至少一个隔离板或者隔离垫。
隔热盒、隔热的辊道辊轮和/或隔离板能够由陶瓷纤维材料构成，其中优选用薄的耐高温的板材遮盖隔热盒、隔热的辊道辊轮和/或隔热板。
根据一个改进方案可以设置隔离罩，其中感应线圈和隔离罩与运动装置相连接，从而在不使用感应线圈的情况下能够将其从生产线移出并且能够将隔离罩推入到该位置处。
还可以设有用于在任何情况下都能够暂时对隔离罩施加摇动运动的装置，其中该摇动运动优选横向于金属板坯或者金属带材的输送方向。由此能够有利于掉落轧屑的滑落。
对此能够将隔离罩构造为漏斗形状。
根据一个改进方案通过用于隔离罩的运动装置实现了用于施加摇动运动的装置，其中该运动装置优选构造用于跳跃式地改变运动速度。因此隔离罩的横向驱动同时也用于使隔离罩摇动。通过运动装置使隔离罩运动也是可能的，其中使隔离罩移到不平的轨道上并由此被摇动。
最后，也能够设有用于优选周期性地为隔离罩吹气的装置。由此，通过例如每到规定的一段时间之后用压缩空气对隔离罩的下部吹气，也能够有效地清除或去除轧屑。
为了能够在马上进入轧机之前灵活地设置炉温，在辊底式炉之后额外地设置短的感应加热炉。
在不使用(温度隔离的)感应加热炉时可以将其或其各个模块(感应器)横向地移出生产线并且将最优隔离的辊道罩移到其位置上。能够使用相同的或单独的运动装置用于移动感应器和隔离罩。
因此，本发明以有利的方式通过适当地设置精轧机组入口温度使得能量消耗最小化、进而使得能量成本最小化并且降低了CO2排放量，以及实现了从第一炉出来的最佳出口温度。
为了使用该方法，优选使用计算模型，以根据加热工艺、轧制工艺和冷却路径的边界条件用于调整最佳的或最小的辊底式炉出口温度和精轧机组入口温度以及最后调整最小能量消耗或最小CO2排放量或最小能量成本。对此需要考虑工艺极限值和设备极限值。
感应加热炉或者DFI炉是高动态调节机构，借助该高动态调节机构能够实现带体与带体之间很大的温度变化；与此相反，辊底式炉构成低动态调节机构，该低动态调节机构在某些情况下可能在较长时间上才引起温度变化。根据本发明，使用所述的辊底式炉来优选调节最小的板坯回热温度，而感应加热炉或者DFI炉调整精轧机组(精轧机组入口温度)之间的优选最小的目标温度。
隔离的感应加热路径和DFI炉能够在实现最佳隔热的同时实现较高动态的加热并从而实现高效的加热。
优选地，用于确定辊底式炉温度的优化算法和用于使用针对各个带材或/和针对使用对较长的生产周期(辊底式炉温度的轧制计划、日期、最大变化时间段)的感应加热的优化算法的冲突以预先计算的形式进行。
将在(辊底式炉中)低于1125℃的低炉温时能够节省能量的炉辊(优选干燥的炉辊，即没有通过冷却剂进行内部冷却的炉辊)和以感应的方式将板坯(或者预制带材)再次加热到优选最小的精轧机组入口温度T-FM相结合地使用可能是有利的。
为了避免温度损失优选使用感应加热炉来再次加热带材，然而在不使用时盖住整个感应加热炉或者感应加热炉区域的局部。
代替例如构造为辊底式炉的第一炉也可以(替代性地或者部分地)使用被动的或者主动的辊道封装件或者步进梁式炉。
优选考虑铸造厚度作为用于降低能量消耗和能量成本的另一优化参数。
附图说明
附图示出了本发明的多个实施例。在附图中：
图1示意性地示出了根据现有技术用于制造金属板坯或金属带材的设备的侧视图，该设备具有连铸机、辊底式炉和精轧机组这些主要组成部分，
图2示出了参照图1所示设备的进程的在板坯或带材中的温度的变化曲线，
图3示意性地示出了根据本发明的用于制造金属板坯或金属带材的设备的侧视图，
图4示出了参照图3所示设备的进程在板坯或带材中的温度的变化曲线，其中示出了两种不同的板坯或带材的温度变化曲线(一种通过实线表示，一种通过虚线表示)，
图5示意性地示出了具有多个带材的生产方案，其中给出了各个带材的成品带材厚度，
图6示出了图5中各个带材所需的进入精轧机组中的入口温度TFM，
图7示出了关于在使用根据本发明的方法时针对辊底式炉中具有水冷却的炉辊的示例和具有干燥的炉辊的示例所产生的能量成本的概要图，
图8示意性地示出了根据一个可替代的实施方式用于制造金属板坯或金属带材的设备的侧视图，
图9示意性地示出了根据另一个可替代的实施方式用于制造金属板坯或金属带材的设备的侧视图，
图10示意性地示出了根据现有技术的局部示出的感应炉的侧视图，
图11示意性地示出了具有根据本发明的设计的的感应炉的局部侧视图，
图12以根据图11的附图示意性地示出了感应炉，但是在这里感应器部分地由隔离罩替换，
图13示出了参照根据可替换的生产方式的设备的进程在板坯或带材中的温度的变化曲线，
图14示意性地示出了用于该设备的能量最佳化运转的计算模型，以及
图15示意性地示出了优化模型的流程图。
具体实施方式
如上所述，在附图中能够看到用于制造金属带材1的设备。该设备包括连铸机2和沿输送方向F在后面的辊底式炉形式的第一炉3。感应炉形式的第二炉4接在该第一炉之后。轧机(精轧机组)沿输送方向F接在该第二炉之后。在该轧机5之后设有冷却路径10。
为了能够为每个带材单独地设置在精轧机组之前的整体能量优化温度TFM，根据本发明规定，以对应的方式为薄板坯分配加热工作。辊底式炉3在此加热薄板坯1的程度仅直到对于大多数带材来说都足够为止(例如到1000至1050℃)。只有一些极端的带材，即薄的带材或者特别高强度的带材或者使精轧机组受到严重负载的带材或者在需要确保高的最终轧制温度时，才通过感应的方式单独地加热到更高的精轧机组入口温度T-FM。亦即，进行加热的程度如其出于负载技术或轧制工艺上所需的一样。
较低的温度水平导致变形能量的提高。然而变形能量的提高明显低于辊底式炉3中以及可能在感应加热炉4中所节省的加热能量。图3示出了具有辊底式炉3和连接其后的感应加热炉4的CSP设备。根据图4的温度变化曲线示出了主要在感应加热炉4和精轧机组5的区域中可能的运行方式。相比于(根据现有技术的)图1和图2，辊底式炉的温度降低到例如1000℃。对于许多带材来说，由此得到的大约990℃的精轧机组入口温度T-FM就已经足够，并且当例如在停止的第二炉(感应炉4)的区域中有一些热量/温度损失到周围环境中时，也与从第一炉(辊底式炉3)出来的出口温度TAO1近似相同。因为精轧机组5在本实施例中以批量模式工作，所以在这里略微更快地被轧制。
图4以实线示出了常见的运行方式，以虚线示出了(具有较高温度的)少见的运行方式。
消耗的能量、能量成本和CO2排放量的总和相应地降低。如果通过感应加热调整例如为T-FM的最大温度＝1150℃(参见图4中虚线所示的温度变化曲线)，那么相比于图1和图2所示的状态同样降低了能量消耗。但是能量成本以及CO2排放量升高，因为电流很贵并且不是首选能源。但是很少调整到该温度。
对于所示实施例，借助感应加热炉和辊底式炉调整最佳的或者最小的精轧机组入口温度。代替所示的感应加热炉也可以替代性地采用功率大的炉，例如DFI炉，以达到相似的效果。
因此，对于使能量成本和能量消耗以及CO2排放量最小化，其目的是在所述极限的范围中将精轧机组入口温度T-FM优化并且在许多情况下使其最小化。作为用于优化(最小化)的调节机构使用辊底式炉3的出口温度作为低动态的调节机构并且使用感应加热炉4作为高动态的调节机构，能够从带材到带材地或者也可以在带材长度上单独地起作用。
该优化通过计算模型执行。由此求得每个带材在所限定的生产周期内的总能量成本、CO2排放量和能量消耗。第一炉的炉温TAO1以及精轧机组入口温度T-FM以这种方式变化，即，以迭代的方式调整最佳(最小)的消耗量。通常为每个带材优选求得最小的精轧机组入口温度T-FM。对于计算来说，轧制道次规划模型需要考虑最大允许的速度或转速、最大允许的轧制力、轧制力矩和马达负载并且检查带材断面和平整度以及所希望的材料性能(微合金元素的组织和分辨率)是否合适。此外，冷却路径模型还检查例如水量是否足够。
一般来说检查工艺极限值和设备极限值并且由此确定最小的能量消耗或者最小的CO2排放量或者最小的能量成本。这些计算工作可以在每次轧制之前直接进行或/和在较长的生产周期(例如轧制方案或日期或者辊底式炉的温度的最大变化时间段)的前期中提前进行。
结果是对于辊底式炉3以及对于感应加热炉4的待选择的功率的最佳温度或燃气需求取决于进给速度、板坯厚度、宽度和材料。辊底式炉3的合适的最佳温度的选择也取决于炉入口温度和板坯厚度的选择或者可能存在的前置轧机机架，这些同样必须被考虑到并且影响能量平衡。优化算法与铸造机模型、炉模型、描述感应加热炉效果的模型、道次规划模型、断面和平整度模型以及冷却路径模型相关联并且看做是更高的2.5级模型。
通常假设，代替优选的感应炉4也可以采用适合加热板坯的DFI炉(Direkt Flame Impingement炉、即可直接火焰冲击的炉)，板坯或者说带材在该炉中以最佳的直接的火焰冲击受到加热，而不会形成板坯表面熔化。这种所谓的采用DFI富氧工艺的富氧炉是一种特殊炉，其中用纯氧代替空气并且混合气体或液体的燃料并且火焰直接朝向带材方向、确切地说朝向薄板坯的方向。这不仅优化了燃烧过程而且还降低了氮氧化物排放量。采用这种加热工艺也能够在达到良好的效率的同时实现高的热密度。
为了在板坯宽度上尽可能均匀地加热，DFI炉的燃烧嘴沿输送方向一排一排地交错设置或者燃烧嘴在整个宽度上作为方形喷嘴构造。
求出这些参数：用于辊底式炉3、感应加热炉4和轧制生产线5以及可能的11中的变形的能量、电流成本和CO2排放量并将它们求和并且调整感应加热炉中的炉温和温度提高量或者说温度T-FM，以得到上述参数总和的最佳结果。
根据图5和图6的实施例示出了优化效果以及关于多个带材在辊底式炉3的出口处的温度以及精轧机组入口温度T-FM的原则上的变化曲线。在这里例如用带材厚度代表其他的参数表示精轧机组的负载。在带材较厚时不进一步提高炉温并且在不激活感应加热炉4的情况下直接进行轧制。炉温处于例如1000℃。如果在轧制方案规划中长期都是较薄的带材，那么相应地调整炉温(例如到1030℃)；对此参见图6中的虚线。只有在需要的情况下才以感应的方式将各个薄的带材或者带材组再次加热到高于1000℃至1150℃(最大所需的温度)(参见图6中的阴影线区域)。对此最佳的方式是根据产品组合确定炉温TAO1，从而大部分产品都不再需要以感应的方式再次加热。
由图6可知，在辊底式炉的温度(这里大约是1000℃而之后是1030℃)和最大所需的这里是1150℃的温度T-FM(参见图6中的虚线；对不需要较高温度的带材没有激活感应加热炉)之间的区域中避免了过度加热。仅有一些带材通过感应加热炉进行再次加热(阴影线区域)。
相比于根据图1和图2所示的现有技术中的CSP设备，在图7中经改变的温度控制的效果更加明显。这里针对各种变量或者说针对各种精轧机组入口温度T-FM示出了能量消耗、CO2排出量和能量成本。简单地说，在这里从相同的轧制工艺开始(进入厚度＝60mm，输出厚度＝2.4mm)使得温度效果或者说加热效果更加明显。在表格中具有不同的精轧机组入口温度T-FM的带材的生产份额不同。作为温度T-FM的参考点这里给出感应加热炉IH之后的温度。例如60％的薄板坯不必加热(T-FM＝990℃)，20％的板坯以感应的方式从1000℃的炉温加热到1050℃，10％的板坯加热到1100℃并且10％加热到1150℃。将这些部分求和就得到整个结果。这种优化方法的成功应用对所示的产品组合来说降低了能量成本、能量消耗以及CO2排放量。能量成本例如降低到图1所示的处于1150℃的恒定炉温的运行方式的初始水平的83％。
优选地，通过温度最小化来节省能量的方法与使用能够节省能量的干燥的炉辊相结合。通常来说，如果辊底式炉3(或者在2线制设备中的两个炉)被运行到低于1050℃至1100℃的温度，那么能够有利地使所有的辊由能量最佳的干燥的炉辊实施。此外还产生较小的炉辊磨损或者能够使用更简单的成本更有利的炉辊材料。图7中的“II)干燥的炉辊”示出了在其他方面相同的条件下干燥的炉辊所产生的效果。由此在该实施例中能量消耗减半并且能量成本也继续降低到例如初始值的64％。
所述的用于通过调整最佳的精轧机组入口温度T-FM使能量消耗、CO2排放量和能量成本最小化的方法不仅能够用于紧凑的CSP设备，而且还能够用于具有位于连铸机后面或者辊底式炉内的一个或多个前置轧机机架的CSP设备。这种变化方案在图8和9中示出，这里在辊底式炉3之前加入轧机机架11(图8)或者将辊底式炉3分成两个炉部分3’和3”，其中在这两个炉部分之间设置轧机机架11。
同样地，该方法能够在具有类似设计的薄带材连铸连轧设备中以及在传统的由厚板坯铸造机、厚板坯炉、前置轧机机架和位于炉之后或成品轧制生产线之前的感应加热炉构成的制造设备中使用。在具有前置轧机机架的设备中需要考虑前置轧机机架拆除(Abnahme)或/和前置轧机机架轧制速度以进一步影响和优化精轧机组入口温度T-FM。代替辊底式炉3也可以替代性地或者部分地采用被动的或主动的辊道封装件。
但是，该方法优选在连铸连轧设备(CSP设备)中使用，用于或铸造优选厚度范围在30-120mm并且特别优选厚度范围在45-90mm的金属板坯或者薄板坯。
在不使用整个感应加热炉4或者不使用部分感应加热路径的情况下以热工技术封闭辊道的这些区域，从而使这些区域中的温度损失最小。对此，整个的感应加热路径或者感应加热炉和辊道封装件的各个模块可横向移动地实施。或者是感应加热炉，或者是最佳隔离的辊道封装件位于到轧制生产线的输送路线上。也可以替代性地或者额外地实施具有集成的隔离部的感应加热炉。
感应加热炉4是能够在相对短的路径上给薄板坯输送大量能量的元件。然而，在感应加热的过程中薄板坯同时向周围环境、辊道辊轮和冷却的感应加热炉炉衬放射能量。由于这种损耗降低了感应加热炉4的有效作用程度。图10(现有技术)示出了感应加热路径的常见结构。可以看出具有用于遮盖线圈的平板12的感应线圈6。感应炉衬被冷却，从而使感应线圈不会过热。还可以看见辊道辊轮8和驱动辊13。
为了提高有效作用程度或者说在感应加热的区域中降低温度损耗，如图11所示在感应加热炉区域内同时设置隔热部。作为隔热装置，在感应器之间的上部设有隔热盒7，在感应器6之前设有隔热的辊道辊轮8(其间设有绝缘部的盘式辊轮)和薄的隔热板或隔热垫9(可以设置在上面或下面)。
隔热材料优选由耐高温的具有低的导热性、密度和比热的陶瓷材料构成。也可以使用薄的耐高温的板材衬在隔热盒上。
感应器6之间的隔热盒7能够选择性地以可在高度上调节或者伸缩的方式实施，以例如应付对薄板坯1的不对称加热和/或可能出现的板坯弯曲。
在辊轮8和感应线圈7之间也设有隔离部14。
为了降低辊轮8向下的温度损耗，也可以在辊轮的下面设置隔离部15。
在不使用感应线圈6的情况下可以如图12所示例如通过侧向移动用隔离罩16、17替换这些区域。这里可以看出，在下面还有布置为漏斗形状的隔离罩16。由此促使轧屑滑落下来并从而避免使轧屑积聚在下面的隔离罩上。通过有时候使下面的隔离罩16横向于板坯1的输送方向摇动额外地改善了掉落的轧屑的滑落情况。这种摇动过程可以通过隔离罩的本就存在的横向移动实现、或者在采用横向输送时借助于驱动速度的改变或者优选通过在不平的输送路径上运动来实现。或者也可以不时地通过吹气装置吹落轧屑。用于清除轧屑以及避免沉淀物的所有方法都能够以类似的方式用于可移动的隔离单元和固定的隔离罩。
除了感应加热炉内的隔离部，在辊底式炉和感应加热炉之间以及感应加热炉区域之后都设有隔热部。由此以有利的方式减小了对表面的冷却并促进了感应加热炉的效果。
因为具有集成隔热部的感应加热炉受到相对良好的封闭，因此该装置也可选择地在保护气体氛围(氮气、氩气、炉废气)下运转，以避免在这里生成氧化皮。
图14示出了用于确定辊底式炉出口温度TAO1和精轧机组入口温度T-FM的优化模型的组成部分或者说是各种子模型的相互作用关系。该模型或者该方法在线地、即在连续的制造过程中被使用或/和替代性地离线地用于作为预备的研究目的以及有利地用于最佳的轧制方案规划。由此能够适当地组合具有相似的负载或者性能的带材组，有针对性地形成相同的最小炉温TAO1或者精轧机组入口温度T-FM的通道，以进一步减小能量消耗。
图15中示出了用于例如使能量成本最小化的优化步骤的流程图。对此，主优化参数是辊底式炉出口温度TAO1以及精轧机组入口温度T-FM。针对所限定的生产周期的带材K计算上述参数并且迭代地改变以及调整温度TAO1和T-FM，使得以总和的形式得出最小的能量成本。
类似于用于使总能量成本最小化的做法，也可以选择性地使CO2排放量或者能量消耗最小化。对此，在图15中的用星号(*)标记的方框中仅需要替换相应的参数。
所提供的用于使能量消耗、CO2排放量和能量成本最小化的方法也可以在没有辊底式炉3之后的第二炉或者第二炉组(例如没有感应加热炉4)的情况下使用。在这种情况下，辊底式炉3根据精轧机组情况(成品带材厚度、负载、成品带材温度、冷却路径中所需的水量等)调整到最小的精轧机组入口温度T-FM。这不是单独地针对每个薄板坯，而是在轧制方案建立的前期就涉及到并且在考虑到炉加热动态的情况下为在时间周期中关键的产品选择最小的精轧机组入口温度T-FM，参见图13。对此，优化算法在第二炉上也是相同的，但是不考虑能量问题。然而由于(在第一熔炉中)较低的炉加热动态有效性较低。
上述关于最佳的辊底式炉温和感应的再加热炉的调整以及用燃料(天然气、高炉煤气、石油)或者电的加热炉的分配的计算结果在每个国家都可能是不同的，因为燃料和电流的成本非常不同。因此上述情况仅看作是示例。
附图标记列表
1   金属板坯/预制带材/金属带材
2   连铸机
3   第一炉(辊底式炉)
3’ 炉部分
3” 炉部分
4   第二炉(感应炉)
5   轧机(精轧机组)
6   感应线圈
7   隔热盒
8   辊道辊轮
9   隔离板
10  冷却路径
11  轧机机架
12  平板
13  驱动辊
14  隔离部
15  隔离部
16  隔离罩
17  隔离罩
TFM＝T-FM 进入轧机的入口温度(最后的炉之后，精轧机组之前)
TAO1 从第一炉出来的出口温度
ΔT 温度变化
ΔT/Δt 温度梯度(每个时间单位上的温度变化)
F 输送方向

Claims (31)

1.用于在设备中制造金属带材(1)的方法，所述设备包括连铸机(2)、沿输送方向(F)位于其后的第一炉(3)、沿输送方向(F)接在第一炉(3)之后的第二炉(4)和沿输送方向(F)接在第二炉(4)之后的轧机(5)，其特征在于，所述方法具有下列步骤：
a)在限定的生产周期中确定金属板坯或金属带材(1)的待制造的生产规模，其中包括至少两种不同的金属板坯或金属带材(1)；
b)确定所限定的生产周期的至少一部分的、优选所有的待制造的金属板坯或金属带材(1)的相应的进入轧机(5)的入口温度(TFM)；
c)确定从第一炉(3)出来的出口温度(TAO1)，其中该出口温度选择为比最高的在步骤b)中所确定的进入轧机(5)的入口温度(TFM)小并且比最低的在步骤b)中所确定的最低的进入轧机(5)的入口温度(TFM)小或者基本相同；
d)运转第一炉(3)，使得待制造的金属板坯或金属带材(1)以根据步骤c)所确定的出口温度(TAO1)离开第一炉(3)；
e)借助第二炉(4)将待制造的金属板坯或待制造的金属带材(1)加热或者说再次加热到其所需的进入轧机(5)的入口温度(TFM)，只要所述温度处于第一炉(3)的根据步骤d)达到的出口温度(TAO1)以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据权利要求1所述的步骤c)中，从第一炉(3)出来的出口温度(TAO1)选择为与最低的在根据权利要求1所述的步骤b)中所确定的进入轧机(5)的入口温度(TFM)基本相同。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用辊底式炉作为第一炉(3)和/或使用感应炉或者DFI炉(Direct FlameImpingement炉)或者感应炉和DFI炉的结合作为第二炉(4)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述第一炉(3)这样进行工作，即使得金属板坯或者金属带材(1)的出口温度(TAO1)最大为1125℃，其中在第一炉(3)中优选使用能够节省能量的干燥的炉辊。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使第二炉(4)这样工作，即使得金属板坯或者金属带材(1)的温度升高最大100℃。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一炉(3)作为板坯回热炉使用。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，第一炉(3)的可达到的温度梯度(ΔT/Δt)小于第二炉(4)的可达到的温度梯度(ΔT/Δt)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，以迭代的方式确定从第一炉(3)出来的出口温度(TAO1)和进入轧机(5)的入口温度(TFM)，使得在所限定的生产周期中对于第一炉(3)和第二炉(4)和轧机(5)而言用于制造热轧带材的能量成本和/或CO2排放量和/或能量消耗的总和最小。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，借助计算模型实现根据权利要求1中的步骤b)所述的进入轧机(5)的入口温度(TFM)的确定和/或根据权利要求1中的步骤c)所述的从第一炉(3)出来的出口温度(TAO1)的确定和/或用于所有待制造的金属板坯或金属带材(1)的能量消耗和/或CO2排放量和/或能量成本的确定。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在为了使能量成本和/或CO2排放量和/或能量消耗最小化而进行计算时将进入轧机(5)的入口温度(TFM)的最小化作为部分目标。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行计算以使能量成本和/或CO2排放量和/或能量消耗最小化时使用第一炉(3)的最小出口炉温(TAO1)作为部分目标。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行计算以使能量成本和/或CO2排放量和/或能量消耗最小化时使用第二炉(4)中的温度升高(ΔT)的最小化作为部分目标。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，在确定从第一炉(3)出来的最佳出口温度(TAO1)和进入轧机(5)的入口温度(TFM)时在计算模型中考虑工艺极限值和设备极限值。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，使用DFI炉(Direct Flame Impingement炉)作为第一炉(3)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，使用DFI炉(Direct Flame Impingement炉)作为第一炉(3)和/或第二炉(4)，其燃烧嘴和/或燃烧嘴设置和/或火焰与板坯表面的距离的选择使得，在板坯表面上没有轧屑或者板坯材料熔化发生。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，使用DFI炉(Direct Flame Impingement炉)作为第一炉(3)和/或第二炉(4)，其燃烧嘴构造成在整个宽度上均匀地加热板坯，对此燃烧嘴在其宽度上作为方形喷嘴优选连续地构造。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，使用其燃烧嘴在输送方向(F)上构造为多行的DFI炉(Direct FlameImpingement炉)作为第一炉(3)和第二炉(4)，其中燃烧嘴在行与行之间交错地设置，由此所有燃烧嘴整体上对金属带材(1)在宽度上进行均匀加热。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于，在第一炉(3)之前对金属板坯或金属带材(1)进行预轧制操作。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于，第一炉(3)分成两个炉部分(3’、3”)并且金属板坯或金属带材(1)在两个炉部分(3’、3”)之间进行轧制操作。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于，在不使用第二炉(4)的情况下或者至少不使用所述炉(4)的各个模块的情况下将所述炉或者所述模块从生产线移出并且将辊道封装件置于所述炉或者所述模块的位置上。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其特征在于，优选在连铸连轧设备(CSP设备)中使用优选厚度范围在30-120mm并且特别优选厚度范围在45-90mm的金属板坯或者薄板坯。
22.用于制造金属板坯或金属带材(1)、特别是用于实施根据权利要求1至20中任一项所述方法的设备，所述设备包括连铸机(2)、沿输送方向(F)位于其后的第一炉(3)、沿输送方向(F)接在第一炉(3)之后的感应炉形式的第二炉(4)和沿输送方向(F)接在感应炉(4)之后的轧机(5)，其特征在于，感应炉(4)具有在输送方向(F)上相间隔的多个感应线圈(6)，其中在所述感应线圈(6)的区域中设有隔热装置(7、8、9、14、15)。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，在所述感应线圈(6)之前和/或之后和/或之间至少区段式地设置隔热盒(7)。
24.根据权利要求22或23所述的设备，其特征在于，在所述感应线圈(6)之前和/或之后和/或之间至少区段式地设置隔热的辊道辊轮(8)。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的设备，其特征在于，所述感应线圈(6)在靠近金属板坯或金属带材(1)的一侧上设有至少一个隔离板(9)或者隔离垫。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的设备，其特征在于，隔热盒(7)、隔热的辊道辊轮(8)和/或隔离板(9)由陶瓷纤维材料构成，其中优选用薄的耐高温的板材遮盖所述隔热盒、所述隔热的辊道辊轮和/或所述隔离板。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的设备，其特征在于，设置至少一个隔离罩(16、17)，其中所述感应线圈(6)和至少一个隔离罩(16、17)与运动装置相连接，从而在不使用感应线圈(6)的情况下能够将所述感应线圈从生产线移出并且能够将至少一个隔离罩(16、17)推入到所述感应线圈的位置处。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，设有用于在任何情况下都能够暂时对至少一个隔离罩(16)施加摇动运动的装置，其中该摇动运动优选横向于金属板坯或者金属带材(1)的输送方向(F)。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，通过用于至少一个隔离罩(16)的运动装置实现了用于施加摇动运动的装置，其中所述运动装置优选构造用于跳跃式地改变运动速度。
30.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，通过用于至少一个隔离罩(16)的运动装置实现了用于施加摇动运动的装置，其中所述隔离罩(16)可动地安置在不平的轨道上。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的设备，其特征在于，设有用于优选周期性地为至少一个隔离罩(16)吹气的装置。
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