DE102007022932A1

DE102007022932A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes durch Stranggießen

Info

Publication number: DE102007022932A1
Application number: DE102007022932A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Seidel; Peter Sudau
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2007-12-20
Also published as: JP2009538227A; CA2653360A1; US20090165986A1; CA2653360C; WO2007137739A2; BRPI0712479A2; AU2007267471A1; RU2388573C1; KR101068458B1; TW200815128A; AU2007267471B2; EG24972A; EP2032283A2; WO2007137739A3; AR061187A1; KR20080108368A; MX2008015067A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes (1) durch Stranggießen, wobei zunächst in einer Gießmaschine (2) eine Bramme (3), vorzugsweise eine Dünnbramme, gegossen wird, die aus einer vertikalen Orientierung (V) in eine horizontale Orientierung (H) umgelenkt wird, wobei in Förderrichtung (F) der Bramme (3) hinter der Gießmaschine (2) die Bramme (3) einer Fräsoperation in einer Fräsmaschine (4) unterzogen wird, bei der zumindest eine Oberfläche der Bramme (3), vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, abgefräst wird. Um eine höhere Wirtschaftlichkeit und verbesserte Bearbeitungsparameter beim Walzen des Bandes zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass das Fräsen der Bramme (3) als erster mechanischer Bearbeitungsschritt nach der Umlenkung der Bramme (3) in die horizontale Orientierung (H) erfolgt, wobei das Gießen der Bramme (3) mit einer Dicke (d) von mindestens 50 mm erfolgt und wobei das Gießen der Bramme (3) mit einem Massenfluss als Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Brammendicke (v xd) von mindestens 350 m/min x mm erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes durch Stranggießen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes durch Stranggießen, wobei zunächst in einer Gießmaschine eine Bramme, vorzugsweise eine Dünnbramme, gegossen wird, die aus einer vertikalen Orientierung in eine horizontale Orientierung umgelenkt wird, wobei in Förderrichtung der Bramme hinter der Gießmaschine die Bramme einer Fräsoperation in einer Fräsmaschine unterzogen wird, bei der zumindest eine Oberfläche der Bramme, vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, abgefräst wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes durch Stranggießen.
Beim kontinuierlichen Gießen von Brammen in einer Stranggussanlage können Oberflächenfehler, wie beispielsweise Oszillationsmarkierungen, Gießpulverfehler oder längs und quer verlaufende Oberflächenrisse, entstehen. Diese treten bei konventionellen und Dünnbrammen-Gießmaschinen auf. Je nach Einsatzzweck des Fertigbandes werden deshalb die konventionellen Brammen zum Teil geflämmt. Manche Brammen werden auf Kundenwunsch generell geflämmt. Die Ansprüche an die Oberflächenqualität von Dünnbrammenanlagen nehmen dabei kontinuierlich zu.
Für die Oberflächenbearbeitung bieten sich das Flämmen, Schleifen oder das Fräsen an.
Das Flämmen hat den Nachteil, dass das abgeschmolzene Material infolge des hohen Sauerstoffgehaltes nicht wieder ohne Aufbereitung eingeschmolzen werden kann. Beim Schleifen mischen sich Metallsplitter mit dem Schleifscheibenstaub, so dass der Abrieb entsorgt werden muss. Beide Verfahren sind schwierig an die gegebene Transportgeschwindigkeit anpassbar.
Es bietet sich deshalb vorrangig eine Oberflächenbearbeitung durch Fräsen an. Die heißen Frässpäne werden dabei gesammelt und lassen sich paketieren und ohne Aufbereitung wieder problemlos einschmelzen und so dem Produktionsprozess wieder hinzufügen. Weiterhin kann die Fräserdrehzahl leicht auf die Transportgeschwindigkeit (Gießgeschwindigkeit, Fertigstraßen-Einzugsgeschwindigkeit) eingestellt werden. Das erfindungsgegenständliche Verfahren und die zugehörige Vorrichtung stellen daher primär auf das Fräsen ab.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einer Fräsoperation bzw. einer Fräsmaschine, die hinter einer Stranggussanlage stattfindet bzw. angeordnet ist, ist bekannt. Es wird hierzu auf die CH 584 085 und auf die DE 199 50 886 A1 verwiesen.
Eine ähnliche Lösung ist auch in der DE 71 11 221 U1 offenbart. Dieses Dokument zeigt die Bearbeitung von Aluminiumbändern unter Ausnutzung der Gießhitze, bei dem die Maschine mit der Gießanlage verbunden ist.
Auch eine Inline-Abtragung von der Oberfläche einer Dünnbramme (Flämmen, Fräsen, etc.) kurz vor einer Walzstraße an Ober- und Unterseite oder nur einseitig wurde bereits vorgeschlagen, wozu auf die EP 1 093 866 A2 hingewiesen wird.
Eine weitere Ausgestaltung einer Oberflächenfräsmaschine zeigt die DE 197 17 200 A1 . Hier wird u. a. die Veränderbarkeit der Fräskontur der Fräseinrichtung, die hinter der Stranggussanlage oder vor einer Walzstraße angeordnet ist, beschrieben.
Eine andere Anordnung einer Inline-Fräsmaschine in einer konventionellen Warmbandstraße zur Bearbeitung eines Vorbandes und deren Ausgestaltung schlagen die EP 0 790 093 B1 , die EP 1 213 076 B1 und die EP 1 213 077 B1 vor.
Die JP 1031 4908 A beschreibt hingegen das Flämmen des stranggegossenen Bandes hinter der Gießmaschine.
Bei der DE 199 53 252 A1 wird der in einer Gießmaschine gegossene Strang zunächst durch eine Querteileinrichtung und dann durch verschiedene Öfen geführt, bevor er einer Walzoperation unterzogen wird.
Bei der Oberflächenbearbeitung der Dünnbrammen in einer sog. CSP-Anlage sollen in der Bearbeitungslinie („inline") abhängig von den detektierten Oberflächenfehlern ein- oder beidseitig ca. 0,1–2,5 mm von der warmen Brammenoberfläche entfernt werden. Um die Ausbringung nicht zu stark zu mindern, ist eine möglichst dicke Dünnbramme empfehlenswert (H = 60–120 mm).
Die Oberflächenbearbeitung und die dazugehörigen Einrichtungen sind nicht auf Dünnbrammen beschränkt, sondern können auch hinter einer konventionellen Dickbrammengießanlage inline eingesetzt werden sowie bei Brammen, die mit einer Dicke von mehr als 120 mm bis zu 300 mm gegossen werden.
Die Inline-Fräsmaschine wird in der Regel nicht für alle Produkte eines Walzprogramms eingesetzt, sondern nur für die, bei denen höhere Oberflächenanforderungen gefordert werden. Dies ist aus Ausbringungsgründen vorteilhaft und vermindert die Fräsmaschinenabnutzung und ist deshalb sinnvoll.
Es besteht der Wunsch, die vorbekannte Technologie noch effizienter und damit kostengünstiger einzusetzen. Damit sollen vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, Dünnbrammen in hoher Qualität und bei hohem Massendurchsatz produziert werden können.
Zu den Betriebsparametern einer Stranggussanlage sei folgendes angemerkt:
Die Gießparameter für einige Parameter-Beispiele, die typischerweise für einfach zu gießende Stähle erreichbar sind, sind in folgender Tabelle zu sehen:
Hierbei handelt es sich um Geschwindigkeiten, die in der Regel am oberen Ende des Betriebsbereiches liegen. Bei höherfestem Material mit C > 0,3%, Siliziumstahl und mikrolegiertem Stahl liegen die Geschwindigkeiten typischerweise 20% niedriger, d. h. bei 350 m/min × mm – 20% = 280 m/min × mm.
Als nachteilig hat sich erwiesen, dass bei hohem Massenfluss bzw. Gießgeschwindigkeit die Brammenoberflächenqualität leidet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass erreicht werden kann, dass bei hoher Wirtschaftlichkeit ein verbesserter Herstellprozess bzw. Bearbeitungsprozess stattfinden kann. Dabei soll insbesondere eine Optimierung mit Blick auf die benötigte Einbringung von Wärme in den Gießstrang bzw. in den Herstellungsprozess erfolgen, auch und insbesondere, was den sich nach dem Gießen anschließenden Walzprozess anbelangt.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme als erster mechanischer Bearbeitungsschritt nach der Umlenkung der Bramme in die horizontale Orientierung erfolgt, wobei das Gießen der Bramme mit einer Dicke von mindestens 50 mm erfolgt und wobei das Gießen der Bramme mit einem Massenfluss als Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Brammendicke von mindestens 350 m/min × mm erfolgt.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das Gießen der Bramme mit einem Massenfluss als Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Brammendicke von mindestens 280 m/min × mm erfolgt, wobei das Material der Bramme höherfestes Material mit einem Kohlenstoffanteil von C > 0,3%, Siliziumstahl oder mikrolegierter Stahl ist. Bei diesen Materialien ist der Massenfluss also um 20% geringer als oben erwähnt.
Das Fräsen der Bramme erfolgt bevorzugt unmittelbar nach der Umlenkung der Bramme in die horizontale Orientierung. Das Fräsen der Bramme kann auch nach der Umlenkung der Bramme in die horizontale Orientierung und deren Passieren einer thermischen Ausgleichsstrecke und/oder eines Ofens erfolgen.
Vor oder hinter der Fräsmaschine kann eine Messung mindestens eines Oberflächenparameters der Bramme erfolgen und die Einstellung der Bearbeitungspara meter beim Fräsen in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Oberflächenparameters erfolgen. In Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Oberflächenparameters erfolgt bevorzugt die Fräszustellung. Ferner kann vorgesehen werden, dass in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Oberflächenparameters eine Biegung mindestens eines Fräsers der Fräsmaschine um eine senkrecht zu seiner Längsachse stehende, horizontale Achse erfolgt.
Die Bramme kann vor der Messung des mindestens einen Oberflächenparameters gereinigt werden.
Das Fräsen der Bramme in der Fräsmaschine erfolgt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung so, dass die Brammenoberseite und die Brammenunterseite in Förderrichtung am gleichen Ort abgefräst werden. Es kann alternativ aber auch vorgesehen werden, dass das Fräsen der Bramme in der Fräsmaschine so erfolgt, dass die Brammenoberseite und die Brammenunterseite in Förderrichtung an zwei aufeinander folgenden Orten abgefräst werden.
Die Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes durch Stranggießen, mit einer Gießmaschine, in der eine Bramme, vorzugsweise eine Dünnbramme, gegossen wird, wobei in Förderrichtung der Bramme hinter der Gießmaschine mindestens eine Fräsmaschine angeordnet ist, in der zumindest eine Oberfläche der Bramme, vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, abgefräst werden kann, ist erfindungsgemäß so ausgeführt, dass in Förderichtung vor und/oder hinter der Fräsmaschine Mittel vorgesehen sind, mit denen mindestens ein Oberflächenparameter der Bramme gemessen werden kann, wobei Stellmittel vorhanden sind, mit denen der mindestens eine Fräser der Fräsmaschine in Abhängigkeit des gemessenen Oberflächenparameters verstellt werden kann.
Diese Stellmittel können zur Einstellung der Fräszustellung des Fräsers ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Stellmittel zur Beaufschlagung des Fräsers mit einem Biegemoment um eine horizontale und senkrecht zur Fräserlängsachse stehende Achse ausgebildet sind. Dies hat die später noch näher erläuterten Vorteile zur Folge.
Die Mittel zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters können eine Kamera zur Ermittlung der Tiefe von Rissen auf der Brammenoberfläche umfassen. Ferner können die Mittel zur Messung die Ermittlung der geometrischen Form der Bramme über ihre Breite quer zur Förderrichtung erlauben.
Die Mittel zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters können dabei unmittelbar hinter der Fräsmaschine angeordnet sein. Sie können auch hinter einer sich in Förderrichtung hinter der Fräsmaschine befindlichen Fertigstraße angeordnet sein. Es hat sich ferner bewährt, wenn die Mittel zur Messung hinter einer sich in Förderrichtung hinter der Fräsmaschine befindlichen Kühlstrecke angeordnet sind.
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird es möglich, eine hohe Gießgeschwindigkeit zu fahren und den sich direkt und gekoppelt anschließenden Walzprozess optimal zu betreiben. Insbesondere werden damit akzeptable Bandauslauftemperaturen aus der Fertigstraße erreicht.
Dies führt zu einer qualitativ verbesserten Herstellung von Brammen, insbesondere von Dünnbrammen.
Es wird namentlich mittels der Erfindung möglich, die Gießgeschwindigkeit von dem bisherigen Niveau auf v × d > 350 m/min × mm bis auf ca. 480–650 m/min × mm, d. h. um ca. 30% bis 75% zu steigern. Damit ergibt sich in vorteilhafter Weise,
dass die Produktivität der Anlage erhöht werden kann,
dass eine ausreichend hohe Produktion auch mit einer Stranggussanlage mit niedrigen Investitionskosten ermöglicht wird und
dass besonders beim Endlos-Gießwalzen hohe Walztemperaturen gewährleistet sind, besonders dann, wenn statt einer Entzunderung ein Oberflächenfräsen vor dem Walzprozess stattfindet.
In vorteilhafter Weise ergibt sich eine hohe Qualität der Bramme bei hinter der Gießanlage angeordneter Fräsmaschine oder gegebenenfalls auch einer anderen Oberflächenbearbeitungsmaschine, indem Oberflächenfehler abgetragen werden.
Das Zusammenwirken einer Hochgeschwindigkeits-Gießanlage und der Oberflächenabtragung, insbesondere Fräsung, ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität, insbesondere der Oberflächenqualität des erzeugten Produkts.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch die Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes durch Stranggießen, bei der sich an eine Gießmaschine eine Fräsmaschine, eine Vorstraße, eine Heizung, eine Fertigstraße und eine Kühlstrecke anschließt,
2 eine zu 1 alternative Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Fräsmaschine hinter einem Ofen und vor einer Fertigstraße und einer Kühlstrecke angeordnet ist,
3 den vorderen Bereich der Vorrichtung gemäß der 1 bzw. 2 gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung,
4 einen Teil der Vorrichtung gemäß der 1 bzw. 2 gemäß einer weiteren alternativen Ausführung, wobei Messmittel und Stellmittel vorgesehen sind, mit denen der Fräsprozess beeinflusst werden kann,
5 schematisch den Verlauf der Gießfehler über der Gießgeschwindigkeit,
6 ein Beispiel für den Verlauf der Zustellung des Fräsers beim Fräsen der Bramme über der Brammenlänge bzw. über der Zeit und
7 einen Fräser in der Vorderansicht, der mit einem Biegemoment beaufschlagt wird.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes 1 durch Stranggießen dargestellt. Die entsprechende Bramme 3 wird in einer Gießmaschine 2 in bekannter Weise stranggegossen. Bei der Bramme 3 handelt es sich bevorzugt um eine Dünnbramme. In den Strangsegmenten 11 wird der gegossene Strang in bekannter Weise von seiner Orientierung in vertikale Richtung V in die Horizontale H umgelenkt bzw. umgebogen. Unmittelbar nach der Umlenkung in die Horizontale H kann eine Profilmessung und Oberflächeninspektion durch Mittel 8 zur Messung erfolgen. Damit können die Oberflächenbeschaffenheit der Bramme sowie deren geometrische Ausbildung erfasst werden.
In Förderrichtung F schließt sich an die Mittel 8 eine Fräsmaschine 4 an, in der die Bramme 3 an ihrer Ober- und Unterseite abgefräst werden kann.
Wesentlich ist, dass das Fräsen der Bramme 3 als erster mechanischer Bearbeitungsschritt nach der Umlenkung der Bramme 3 in die horizontale Orientierung H bei hoher Gießgeschwindigkeit erfolgt. Speziell ist hier vorgesehen, dass das Fräsen der Bramme 3 unmittelbar nach der Umlenkung derselben in die horizontale Orientierung H erfolgt.
Bei der Herstellung von Brammen als Hochgeschwindigkeits-Dünnbrammen ergeben sich durch die spezifische direkte Nachordnung des Fräsprozesses an das Gießen technologische Vorteile, wie noch zu sehen sein wird. Die Gießfehler nehmen nämlich mit steigender Gießgeschwindigkeit derart zu, dass das unmittelbar nachgeschaltete Fräsen eine effiziente Vorbereitung der Bramme für die nachfolgenden Prozessschritte darstellt, so dass insgesamt ein sehr wirtschaftlicher Prozess möglich wird.
Demgemäß wird angestrebt, dass das Gießen der Bramme 3 mit einer Dicke von mindestens 50 mm erfolgt. Als Massenfluss (ausgedrückt als Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Brammendicke) hat sich ein Wert von mindestens 350 m/min × mm bewährt. Das Zusammenwirken dieser Prozessparameter mit dem sehr weit vorne erfolgenden Fräsen der Bramme ergibt große Vorteile hinsichtlich der erreichbaren Brammenqualität und Wirtschaftlichkeit bei der Fertigung.
Hinter der Fräsmaschine 4 schließt sich bei der Lösung gemäß 1 eine Vorstraße 12 an. Es folgt ein Ofen 13, der hier als induktive Heizung ausgeführt ist. Nach einer Entzunderung 14 gelangt die Bramme dann in eine Fertigstraße 9. Hinter dieser ist in Förderrichtung F eine Kühlstrecke 10 angeordnet.
Die in 1 dargestellte Anlage eignet sich besonders gut für das Endloswalzen der Bramme 3. Durch die Kopplung von Gießen und Walzen ergeben sich bei hoher Gießgeschwindigkeit ein wirtschaftlicher Prozess und ein günstiger Wärmehaushalt in der Anlage.
Die in 2 dargestellte alternative Anlage ist ähnlich aufgebaut und besonders gut für ein kombiniertes endloses oder alternativ diskontinuierliches Walzen geeignet.
In Übereinstimmung mit der Lösung gemäß 1 ist nach dem Umlenken des gegossenen Stranges in die Horizontale H eine Profilmessung und Oberflächeninspektion mit den Mitteln 8 vorgesehen. Dann folgt ein Halteofen bzw. eine Rollgangskapselung 15. Hieran schließt sich der Ofen 13 an, der als induktive Heizung ausgeführt ist.
Statt der Entzunderung 14 vor der Fertigstraße ist zwecks Temperaturoptimierung eine Fräsmaschine 4 vor der Fertigstraße 9 platziert, wobei zwischen den einzelnen Walzgerüsten induktive Heizungen 16 angeordnet sein können. Schließlich folgt in Förderrichtung F wieder die Kühlstrecke 10.
Die Lösung gemäß 3 unterscheidet sich von denjenigen gemäß 1 und 2 dadurch, dass sich nach der Umlenkung der gegossenen Bramme 3 – abgesehen von den Messmitteln 8, die auch hier wieder vorgesehen sind – nicht sofort die Fräsmaschine 4 anschließt, sondern dass die Bramme 3 erst noch durch eine thermische Ausgleichsstrecke 5 bzw. Temperaturhaltestrecke in Form einer Rollgangskapselung geführt wird. Die beiden Fräser 6 der Fräsmaschine 4 sind hier übereinander angeordnet und bearbeiten die Bramme 3 gleichzeitig an der Ober- und Unterseite, wobei mit Hilfe von Treiberrollen 21 und Leitplatten 22 vor und hinter dem Fräser durch entsprechende vertikale Anstellung der beiden Elemente eine Aufteilung der Fräsabnahme auf die Ober- und Unterseite der Bramme erfolgt.
Die in 3 skizzierte Anlage eignet sich besonders, um dickere Brammen mittels Hochgeschwindigkeitsgießen zu fertigen, wobei allerdings der Einsatz für Dünnbrammen keineswegs ausgeschlossen ist. Es wird so dicht wie möglich hinter der Gießmaschine 2 und vor der Fräsmaschine 4 die Dämmung des Rollgangs angeordnet.
Aus 4 geht hervor, dass der Fräsvorgang in der Fräsmaschine 4 im geschlossenen Regelkreis erfolgen kann, was die Fräsparameter anbelangt.
Hier gelangt die Bramme 3 aus einem Ofen 13 in die Fräsmaschine 4, wobei vor der Fräsmaschine Mittel 8 zum Messen angeordnet sind, mit denen eine Profilmessung bzw. eine Oberflächeninspektion vorgenommen werden kann.
Hier wird in der Fräsmaschine 4 die Bramme 3 auch wieder an ihrer Ober- und Unterseite bearbeitet, d. h. gefräst, wobei allerdings die Bearbeitung an der Oberseite und die an der Unterseite an zwei etwas beabstandeten Orten – in Förderrichtung F betrachtet – erfolgt. Die Fräser 6 wirken mit Stützrollen 17 zusammen. Hinter der Fräsmaschine 4 sind wiederum Mittel 8 zum Messen angeordnet. Die Bramme 3 gelangt nach der Oberflächenbearbeitung mit hoher Temperatur in eine Fertigstraße 9, wobei hinter dieser nochmals Mittel 8 zum Messen angeordnet sind.
Die Mittel 8 können Messelemente zur optischen Bestimmung der Bandform (Ski) aufweisen, was für die in Förderrichtung vordersten Mittel 8 mit der Bezugsziffer 8' angedeutet ist. Sie können auch Bramenprofil- und Temperaturmesselemente aufweisen.
In 4 angedeutet sind Steuer-/Regelmittel 18, die als Eingangsgrößen neben den Sollwerten für die Fräsbeträge für die Ober- und Unterseite der Bramme die Messwerte der Messmittel 8 empfangen. Sie steuern bzw. regeln gemäß abgespeicherter Algorithmen den Fräsprozess, der in der Fräsmaschine 4 vorgenommen wird.
Primär ist dabei an den Fräsbetrag gedacht, d. h. an die Zustellung der walzenförmigen Fräser 6, die die Menge des zu zerspanenden Materials der Bramme 3 definiert. Dies kann für die Ober- und die Unterseite separat und unterschiedlich erfolgen – in Abhängigkeit der gemessenen Werte.
Die Ableitung des Fräsbetrags erfolgt aus der Oberflächeninspektion der Bramme, wobei Risse und die geometrische Form beachtlich sind. Hieraus kann sich eine unterschiedliche Abnahme (Zustellung) über der Brammenlänge ergeben.
Berücksichtigt wird bei der Bestimmung der Fräserzustellung auch der errechnete Fräserschneiden-Verschleiß in einem Schneidenverschleißmodell, das den Verschleiß abhängig vom Verschleißweg, Fräsvolumen, Fräsgeschwindigkeit, Materialfestigkeit etc. ermittelt.
Es kann auch anhand der gemessenen Werte ein fester Fräsbetrag festgelegt werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Anpassung der Fräserform und -biegung in Abhängigkeit des gemessenen Profils (s. hierzu 7).
Hinter der Fräsmaschine 4 kann das Oberflächenergebnis überprüft werden und gegebenenfalls eine Nachregelung erfolgen, wenn die gemessenen Werte noch nicht befriedigend sind.
Zu den Hintergründen der vorgeschlagenen Verfahrensweise wird zunächst auf 5 Bezug genommen. Hier ist der Verlauf der Gießfehler E und insbesondere deren Häufigkeit über der Gießgeschwindigkeit v aufgetragen. Der bis zu der gestrichelten Linie reichende Bereich der Gießgeschwindigkeit ist das typische Einsatzgebiet von Dünnbrammen, wobei die Brammendicke beispielsweise 60 mm beträgt. Das ebenfalls wichtige Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Gieß-Dicke beträgt an der gestrichelten Linie v × d = 360 m/min × mm.
Die Gießfehler steigen stark an, wenn die Gießgeschwindigkeit oder das Produkt aus Gießdicke und Geschwindigkeit weiter zunehmen.
6 zeigt schematisch die Fräsabnahme bzw. Fräser-Zustellung s über der Zeit t bzw. Brammenlänge. Die ausgezogene Linie gilt für die Oberseite der Brammen, die gestrichelte Linie gilt für die Unterseite der Bramme. Die Fräsabnahme, d. h. die Zustellung s, ist abhängig von den detektierten Fehlern. Dabei ist zu sehen, dass für die Oberseite und die Unterseite der Bramme unterschiedliche Werte vorgegeben werden können.
In 7 ist illustriert, wie in einer besonders vorteilhaften Weise im Fräsbetrieb auf das Fräsergebnis in Abhängigkeit gemessener Werte Einfluss genommen werden kann.
Dargestellt ist ein walzenförmiger Fräser 6 mit seinen schematisch angedeuteten Schneiden 19. Die Fräserkontur, die sich entsprechend durch den Fräsvorgang auf der Bramme 3 abbildet, kann dadurch beeinflusst werden, dass ein Biegemoment M in den Fräser 6 eingeleitet wird. Das Biegemoment M dreht um eine horizontale Achse, die senkrecht auf der Fräser-Längsachse 7 steht.
Erzeugt werden kann das Moment M durch Doppel-Kräfte F_F, die in den endseitigen Wellenzapfen des Fräsers 6 eingeleitet werden können. Während die Linie 7 die Fräser-Längsachse im nicht verformten Zustand markiert, ergibt sich der Biegeverlauf 20, wenn die Kräfte F_F eingeleitet werden. Dann biegt sich der Fräser 6 wie dargestellt durch. Da das Biegeverhalten des Fräsers 6 in Abhängigkeit der Kräfte F_F bekannt ist, kann somit gezielt Einfluss auf das Fräsergebnis genommen werden, wenn über die Brammen-Breite bestimmte Balligkeiten gemessen werden, die durch Beaufschlagung des Fräsers 6 mit dem Biegemoment M gezielt beeinflusst, d. h. eliminiert werden können.
Damit kann ebenfalls eine dynamische Anpassung des Fräsprozesses an das gemessene Brammenprofil bzw. an die gemessene Brammenform erfolgen.
Mit den Bezugsziffern 7 bzw. 20 sind die neutralen Fasern des Fräsers 6 für die beiden Lastzustände illustriert.
Die Fräsabnahme, d. h. die Zustellung, kann über der Brammenbreite unterschiedlich eingestellt werden bzw. sich an die einlaufende Brammenform anpassen. Als Stellglieder für die Einstellung über der Breite dient die Fräserbiegung.
Man kann zusammenfassend den Vorschlag wie folgt fassen:
Da die Produktion einer CSP-Anlage durch die Gießmaschine bestimmt wird, bietet die Erfindung an, eine Gießmaschine mit hoher Gießgeschwindigkeit zu konzipieren. Bei extremer Steigerung der Gießgeschwindigkeit ist statt einer CSP-Anlage mit zwei Strängen mit konventionellen Gießanlagen alternativ eine 1-Strang-CSP-Anlage mit Hochgeschwindigkeits-Gießmaschine von Vorteil.
Eine hohe Gießgeschwindigkeit ist auch besonders notwendig beim gekoppelten Gießen und Walzen (Gieß-Walz-Anlage), damit die Bandauslauftemperaturen aus der Fertigstraße akzeptabel sind.
Mit zunehmender Gießgeschwindigkeit nehmen jedoch die Oberflächenfehler (z. B. Schalen etc.) überproportional zu (siehe 5). Bei Wahl einer hohen Gießgeschwindigkeit muss deshalb die schlechter werdende Dünnbrammen-Oberflächenqualität durch eine Oberflächenbearbeitungsmaschine kompensiert werden, wozu die Erfindung den Fräsprozess vorsieht. D. h. Dünnbrammen-Hochgeschwindigkeitsgießen wird sinnvoll bei gleichzeitigem Einsatz einer Dünnbrammen-Oberflächenbearbeitungsmaschine, damit eine hohe bzw. akzeptable Bandoberflächenqualität sichergestellt werden kann.
Es wird insbesondere vorgeschlagen, bei Dünnbrammen oberhalb einer Dicke von 50 mm und/oder oberhalb des Massenflusses (Geschwindigkeit × Dicke) von 350 m/min × mm eine Dünnbrammenoberflächenbearbeitung durchzuführen, die in der Linie hinter der Gießanlage, innerhalb des Ofens oder vor der Walzstraße angeordnet ist. Die z. B. anzustrebende Dünnbrammendicke ist ca. 60–110 mm bei einer Gießgeschwindigkeit von 6–9 m/min. Der bislang typische Massenfluss ist niedriger.
Nicht nur für Dünnbrammenanlagen ist eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit sinnvoll. Es ist auch eine vorteilhafte Anwendung für Dickbrammenanlagen (H > 110 mm) denkbar. Hier ist die Fräsmaschine so dicht wie möglich hinter der Stranggussanlage anzuordnen bzw. der Bereich zwischen Verlassen der Gießanlage (letzte Segmentrolle) bis zur Fräsmaschine mit einer Rollgangskapselung zu versehen, damit möglichst mit hoher Brammentemperatur der Fräsprozess bei hoher Gießgeschwindigkeit stattfinden kann.
Am Brammenkopf und/oder am Brammenende kann bei Bedarf auf den Fräsvorgang – zwecks Schutz vor Fräserbeschädigung – verzichtet werden. Wird eine unvorteilhafte Oberflächenform (Crossbow, Ski oder andere Unebenheiten) optisch detektiert, so werden optional davon der Fräsbetrag, der Fräsbeginn und das Fräsende sowie die Fräserprofileinstellung abhängig gemacht.
Um den Fräsabtrag zu minimieren und sich dem Brammeneingangsprofil anzupassen, bildet die Fräserschneidenanordnung über der Breite einen „Fräsercrown" (analog zum „Walzencrown"). Zwecks dynamischer Anpassung an die Brammenform ist die erläuterte Fräswalzen-Zapfenbiegung gemäß 7 vorgesehen.
Beim Inline-Fräsen der Oberfläche ist die Brammengeschwindigkeit v_Bramme nach Fräsmaschinenanordnung entweder von der Gießmaschine oder der Walzstraße vorgegeben. D. h. der Vorschub ist durch die Fräsmaschine nicht beeinflussbar. Um immer die optimalen Fräsbedingungen einzustellen, wird vorzugsweise die Fräserdrehzahl n_Fräser entsprechend der Gleichung nFräser – K × vBramme angepasst, mit K als empirisch ermitteltem, materialabhängigem Faktor.
Gesteuert wird die Fräserdrehzahl mit dem Fräsmodell, das in 4 dargestellt ist, welches das Fräsergebnis mit Hilfe der Oberflächensensoren überwacht.
In den dargestellten Ausführungsformen ist an der Oberseite und Unterseite jeweils eine Fräswalze zu sehen. Bei hohen erforderlichen Fräsabnahmen pro Seite bzw. bei sehr harten Materialien ist es denkbar, zwei Fräseinheiten hintereinander je an Ober- und Unterseite anzuordnen.
Alternativ zum Einsatz von Walzenfräsern ist an den vorgesehenen Stellen auch der Einsatz von anderen Fräsern, wie Stirnfräsern, oder auch von Schleifwerkzeugen oder andere Oberflächen-Abtragswerkzeugen (wie Flämm-Maschinen) möglich.
Als Schneidwerkstoff für die Schneidplatten der Fräser können insbesondere vorgesehen sein: HSS; unbeschichtete oder bevorzugt beschichtete Hartmetalle; Keramik; polykristalline Schneidstoffe. In der Regel können handelsübliche Wendeschneidplatten eingesetzt werden.
Wie erläutert, ist eine Oberflächeninspektion (Kamera, Rissprüfung, Rauhigkeitsprüfung) vor oder/und hinter dem Ofen bzw. vor der Fräsmaschine empfehlenswert. Die gemessenen Signale werden für den optimalen Einsatz des Fräsabtrages verwendet. Hieraus kann abgeleitet werden, ob ein- oder mehrseitig oder nur partielle Längenbereiche gefräst werden sollen und welcher Abtrag einzustellen ist. Um eine genaue bzw. sichere Oberflächenanalyse durchführen zu können, ist bevorzugt eine Entzunderung bzw. Reinigung der Bramme vor der Inspektion vorgeschaltet.
Der Nutzen einer In-line-Brammeninspektion liegt zusätzlich in der Überwachung der Wirkung der Gießanlage: Überwachung der Wirkung der elektromagnetischen Bremse; Optimierung der Kokillen-Oszillationskurven; Überwachung der Oberfläche bei hoher Geschwindigkeit; Detektieren von Rissen, Gießpulverfehler und andere Gießfehler im frühen Produktionsprozessstadium.
Zusätzlich ist eine Überprüfung des Fräsergebnisses bzw. des allgemeinen Oberflächenzustandes mit der Oberflächeninspektion direkt hinter der Fräsmaschine, hinter der Fertigstraße bzw. hinter der Kühlstrecke möglich. Das Ergebnis wird dort überwacht und adaptiv mittels eines Fräsmodells (Algorithmus) der Fräsbetrag optimiert bzw. minimiert und somit in das Gesamtsystem eingebunden.
Der Einsatz des Fräsers bzw. der Fräsmaschine kann an verschiedenen Stellen vorgesehen werden. Er ist hinter der Gießanlage, innerhalb des Ofens oder vor der Walzstraße möglich. Bevorzugt kommt er unmittelbar vor der Umformung statt eines Zunderwäschers zum Einsatz, um besonders beim Endlos-Gießwalzen eine hohe Bandtemperatur in der Walzstraße zu erreichen, was besonders vorteilhaft ist.
Die Steuerung der Fräsabnahme, der Fräsbeginn und das Fräsende sowie die Einstellung der Fräserdrehzahl erfolgt bevorzugt mittels eines Fräsmodells. Das Fräsmodell berücksichtigt zur Bestimmung der Zustellung: Sollwerte, Messwerte der Messmittel, errechneten Schneidenverschleiß, Erfahrungswerte früherer Fräsbeträge (Adaption).
Es ist auch eine Anordnung mehrerer Fräser pro Seite hintereinander bei höherer Fräsabnahme möglich.
Alternativ zum Einsatz von Walzenfräsern könne auch Stirnfräser eingesetzt werden. Allerdings sind grundsätzlich auch andere abtragende Verfahren einsetzbar, z. B. der Einsatz von Schleifwerkzeugen oder anderer mechanischer oder schmelzender Abtragwerkzeuge (wie z. B. Flämm-Maschinen). Das Flämmen ist gerade beim Hochgeschwindigkeits-Endlosgießen interessant.
Der erfindungsgemäß angesprochene erste mechanische Bearbeitungsschritt, den das Fräsen darstellen soll, ist so zu verstehen, dass es vor dem Fräsen jedenfalls zu keinem mechanischen Bearbeiten kommt, das beim Stranggießen typischerweise zum Einsatz kommt. Sofern beispielsweise vor dem Fräsen eine geringfügige mechanische Bearbeitung erfolgen sollte, die von der Größenordnung her nicht im verfahrenstypischen Bereich liegt (z. B. ein geringfügiges Walzen mit einer Dickenabnahme von wenigen Millimetern in einem kleinen Gerüst oder in einem Treiber, der ohnehin typischerweise vorhanden ist), ist dies nicht als die erste mechanische Bearbeitung im erfindungsgemäßen Sinne zu verstehen.

1: Metallband
2: Gießmaschine
3: Bramme
4: Fräsmaschine
5: thermische Ausgleichsstrecke
6: Fräser
7: Fräser-Längsachse
8: Mittel zur Messung
8': Mittel zur Messung
9: Fertigstraße
10: Kühlstrecke
11: Strangsegmente
12: Vorstraße
13: Ofen
14: Entzunderung
15: Halteofen/Rollgangskapselung
16: induktive Heizung
17: Stützrolle
18: Steuer-/Regelmittel
19: Schneide
20: Biegeverlauf
21: Treiberrollen
22: Leitplatten
F: Förderrichtung
V: Vertikale
H: Horizontale
d: Dicke der Bramme
v: Gießgeschwindigkeit
v × d: Massenfluss, ausgedrückt durch das Produkt aus Geschwindigkeit und Dicke
M: Biegemoment
F_F: Kraft

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes (1) durch Stranggießen, wobei zunächst in einer Gießmaschine (2) eine Bramme (3), vorzugsweise eine Dünnbramme, gegossen wird, die aus einer vertikalen Orientierung (V) in eine horizontale Orientierung (H) umgelenkt wird, wobei in Förderrichtung (F) der Bramme (3) hinter der Gießmaschine (2) die Bramme (3) einer Fräsoperation in einer Fräsmaschine (4) unterzogen wird, bei der zumindest eine Oberfläche der Bramme (3), vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, abgefräst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme (3) als erster mechanischer Bearbeitungsschritt nach der Umlenkung der Bramme (3) in die horizontale Orientierung (H) erfolgt, wobei das Gießen der Bramme (3) mit einer Dicke (d) von mindestens 50 mm erfolgt und wobei das Gießen der Bramme (3) mit einem Massenfluss als Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Brammendicke (v × d) von mindestens 350 m/min × mm erfolgt.
Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes (1) durch Stranggießen, wobei zunächst in einer Gießmaschine (2) eine Bramme (3), vorzugsweise eine Dünnbramme, gegossen wird, die aus einer vertikalen Orientierung (V) in ei ne horizontale Orientierung (H) umgelenkt wird, wobei in Förderrichtung (F) der Bramme (3) hinter der Gießmaschine (2) die Bramme (3) einer Fräsoperation in einer Fräsmaschine (4) unterzogen wird, bei der zumindest eine Oberfläche der Bramme (3), vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, abgefräst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme (3) als erster mechanischer Bearbeitungsschritt nach der Umlenkung der Bramme (3) in die horizontale Orientierung (H) erfolgt, wobei das Gießen der Bramme (3) mit einer Dicke (d) von mindestens 50 mm erfolgt und wobei das Gießen der Bramme (3) mit einem Massenfluss als Produkt aus Gießgeschwindigkeit und Brammendicke (v × d) von mindestens 280 m/min × mm erfolgt, wobei das Material der Bramme höherfestes Material mit einem Kohlenstoffanteil von C > 0,3%, Siliziumstahl oder mikrolegierter Stahl ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme (3) unmittelbar nach der Umlenkung der Bramme (3) in die horizontale Orientierung (H) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme (3) nach der Umlenkung der Bramme (3) in die horizontale Orientierung (H) und deren Passieren einer thermischen Ausgleichsstrecke (5) und/oder eines Ofens (13) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder hinter der Fräsmaschine (4) eine Messung mindestens eines Oberflächenparameters der Bramme (3) erfolgt und die Einstellung der Bearbeitungsparameter beim Fräsen in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Oberflächenparameters erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Oberflächenparameters die Fräszustellung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des mindestens einen gemessenen Oberflächenparameters eine Biegung mindestens eines Fräsers (6) der Fräsmaschine (4) um eine senkrecht zu seiner Längsachse (7) stehende, horizontale Achse (M) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bramme (3) vor der Messung des mindestens einen Oberflächenparameters gereinigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme (3) in der Fräsmaschine (4) so erfolgt, dass die Brammenoberseite und die Brammenunterseite in Förderrichtung (F) am gleichen Ort abgefräst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Fräsabnahme auf der Ober- und Unterseite der Bramme (3) mittels einer vertikalen Anstellung von Treiberrollen (21) und/oder Leitplatten (22) vor und hinter dem Fräser (6) oder der Fräsmaschine (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen der Bramme (3) in der Fräsmaschine (4) so erfolgt, dass die Brammenoberseite und die Brammenunterseite in Förderrichtung (F) an zwei aufeinander folgenden Orten abgefräst werden.
Vorrichtung zum Herstellen eines Metallbandes (1) durch Stranggießen, mit einer Gießmaschine (2), in der eine Bramme (3), vorzugsweise eine Dünnbramme, gegossen wird, wobei in Förderrichtung (F) der Bramme (3) hinter der Gießmaschine (2) mindestens eine Fräsmaschine (4) angeordnet ist, in der zumindest eine Oberfläche der Bramme (3), vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende Oberflächen, abgefräst werden kann, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderichtung (F) vor und/oder hinter der Fräsmaschine (4) Mittel (8) vorgesehen sind, mit denen mindestens ein Oberflächenparameter der Bramme (3) gemessen werden kann, wobei Stellmittel vorhanden sind, mit denen der mindestens eine Fräser (6) der Fräsmaschine (4) in Abhängigkeit des gemessenen Oberflächenparameters verstellt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel zur Einstellung der Fräszustellung des Fräsers (6) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel zur Beaufschlagung des Fräsers mit einem Biegemoment (M) um eine horizontale und senkrecht zur Fräserlängsachse (7) stehende Achse ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters eine Kamera zur Ermittlung der Tiefe von Rissen auf der Brammenoberfläche umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters zur Ermittlung der Temperaturverteilung der Bramme (3) über der Brammenbreite ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters die Ermittlung der geometrischen Form der Bramme (3) über ihre Breite quer zur Förderrichtung (F) erlauben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters unmittelbar hinter der Fräsmaschine (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters hinter einer sich in Förderrichtung (F) hinter der Fräsmaschine (4) befindlichen Fertigstraße (9) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Messung mindestens eines Oberflächenparameters hinter einer sich in Förderrichtung (F) hinter der Fräsmaschine (4) befindlichen Kühlstrecke (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsmaschine (4) unmittelbar vor einer Umformstufe für die Bramme (3) angeordnet ist.