DE102008029581A1

DE102008029581A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bändern aus Silizum-Stahl oder Mehrphasenstahl

Info

Publication number: DE102008029581A1
Application number: DE102008029581A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Seideli; Joachim Dr. Ohlert
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2008-06-21
Publication date: 2009-01-22
Also published as: US20100116380A1; KR20100006565A; US8137485B2; RU2010106017A; RU2435657C2; CN101809173A; EP2171103A1; JP2010534137A; BRPI0812549A2; AR067868A1; MX2009012654A; WO2009012963A1; CA2687434A1; AU2008280462A1; BRPI0812549B1; TW200927313A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bändern (1) aus Silizium-Stahl, insbesondere aus kornorientiertem Siliziumstahl, sowie aus Mehrphasenstahl, bei dem zunächst in einer Gießmaschine (2) eine Bramme (3) gegossen wird, wobei diese anschließend in mindestens einer Walzstraße (4, 5) zum Band (1) gewalzt wird und wobei vor und/oder hinter der mindestens einen Walzstraße (4, 5) eine Erhitzung der Bramme (3) in mindestens einem Ofen (6, 7) erfolgt. Zur Verbesserung der Qualität und Herstellungsmöglichkeit von kornorientiertem Siliziumstahl oder von Mehrphasenstahl sieht die Erfindung vor, dass die Bramme (3) hinter der Gießmaschine (2) und vor einer Vorwalzstraße (4) in einem ersten Ofen (6) auf eine Vorwalztemperatur (T1) erwärmt wird oder die Bramme (3) unter Ausnutzung der Gießhitze ohne Vorhandensein des ersten Ofens (6) in die Vorwalzstraße (4) gelangt, dass die Bramme (3) dann in der Vorwalzstraße (4) gewalzt wird, dass die Bramme hinter der Vorwalzstraße (4) in einem zweiten Ofen (7) auf eine definierte Temperatur (T2), die höher als die Vorwalztemperatur (T1) ist, erwärmt wird und dass dann die Bramme (3) in einer Fertigwalzstraße (5) auf die endgültige Banddicke gewalzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bändern aus Stahl, bevorzugt aus Silizium-Stahl, insbesondere aus kornorientiertem Siliziumstahl, oder aus Mehrphasenstahl bzw. aus einem Stahl mit vergleichbar hohen Legierungsgehalten (z. B. mikrolegiertem Stahl), bei dem zunächst in einer Gießmaschine eine Bramme gegossen wird, wobei diese anschließend in mindestens einer Walzstraße zum Band gewalzt wird und wobei vor und/oder hinter der mindestens einen Walzstraße eine Erhitzung der Bramme in mindestens einem Ofen erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bandes aus Silizium-Stahl und Mehrphasenstahl.
In letzter Zeit ist die Nachfrage nach Anlagen zur Herstellung von Silizium-Stahl gestiegen. Dabei wird zwischen kornorientiertem (GO bzw. CGO und HGO) und nicht kornorientiertem (NGO) Siliziumstahl unterschieden. Die Walzung von nicht kornorientierten Siliziumstählen ist in Dünnbrammenanlagen bereits bekannt geworden. Hier lässt sich sehr wirtschaftlich und mit guter Qualität dieses Material herstellen. In zunehmendem Maße wird auch die Erzeugung von kornorientiertem Siliziumstahl nachgefragt.
Kornorientierter Siliziumstahl wird zur Zeit in konventionellen Warmbandstraßen gewalzt. Hier gibt es verschiedene Prozessrouten. Bei einer Prozessroute, bei der qualitativ hochwertiger kornorientierter Siliziumstahl hergestellt wird, wird zunächst die Bramme nach der Erwärmung vorgewalzt. Hierbei erfolgt die Umwandlung des groben Gussgefüges in ein feineres, homogeneres Gefüge mit einem möglichst hohen Anteil äquiaxialer Bereiche. Das Vorwalzen vergrößert das Prozessfenster und wirkt sich günstig auf die magnetischen Eigenschaften des Endprodukts aus. Anschließend findet eine erneute Erwärmung auf höhere Ofentemperaturen statt. Hierbei werden die verschiedenen Arten von Ausscheidungen, die während der späteren Prozessschritte als Inhibitoren fungieren sollen, möglichst vollständig in Lösung gebracht. Es entsteht eine für den Folgeprozess günstige Gefügeausbildung. Ausgehend von der hohen Temperatur wird die Bramme dann in einer Vor- und Fertigstraße zum dünnen Warmband fertig gewalzt.
Details der genannten Technologie werden beispielsweise in der EP 0 193 373 B1 , in der DE 40 01 524 A1 , in der EP 1 025 268 B1 , in der EP 1 752 548 A1 und in der DE 602 05 647 T2 beschrieben.
Insbesondere für die Herstellung von kornorientiertem Siliziumstahl sind die gegenwärtig eingesetzten Fertigungsverfahren noch nicht zufriedenstellend. Dies gilt mit Blick auf den Mengenausstoß und die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, verbesserte Ergebnisse bei der Herstellung von Siliziumstahlband, insbesondere von Band aus kornorientiertem Siliziumstahl, zu erreichen, sowohl was die Ausstoßmenge an Band pro Zeit und die eingesetzte Energie bei der Verarbeitung als auch was die Qualität des Bandes anbelangt.
Die Nachfrage nach Mehrphasenstahl unterlag während der letzten Jahre ebenfalls einem stetigen Anstieg. Mehrphasenstähle werden üblicherweise in konventionellen Warmbandstraßen hergestellt. Dabei muss aufgrund der Temperaturdifferenz über der Länge beim Eintritt in die Fertigstraße in Kauf genommen werden, dass sich die Walzgeschwindigkeit über der Länge ändert, um eine konstante Endwalztemperatur einzustellen. Die über der Länge zunehmende Geschwindigkeit des Bandes führt zu Schwierigkeiten, in der Kühlstrecke ein über der Länge homogenes Gefüge einzustellen, da Mehrphasenstähle komplizierten Temperatur-Zeit-Zyklen unterworfen werden müssen. Das Aufheizen vor dem Walzen dient unter anderem auch dazu, das relativ grobe und ungleichmäßige Gussgefüge zu homogenisieren, was aber nur in einem begrenzten Umfang möglich ist. insgesamt sind die Fertigungsverfahren zur Herstellung von Mehrphasenstählen noch nicht befriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, verbesserte Ergebnisse auch bei der Herstellung von Mehrphasenstahl zu erreichen, sowohl was die Ausstoßmenge an Band pro Zeit und die eingesetzte Energie bei der Verarbeitung als auch was die Qualität des Bandes anbelangt.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Bramme hinter der Gießmaschine und vor einer Vorwalzstraße in einem ersten Ofen auf eine Vorwalztemperatur erwärmt wird, dass die Bramme dann in der Vorwalzstraße gewalzt wird, dass die Bramme hinter der Vorwalzstraße in einem zweiten Ofen auf eine definierte Temperatur, die höher als die Vorwalztemperatur ist, erwärmt wird und dass dann die Bramme in einer Fertigwalzstraße auf die endgültige Banddicke gewalzt wird.
Alternativ wird auf den ersten Ofen verzichtet und unter Ausnutzung der Gießtemperatur direkt in-line mit der Gießmaschine die Bramme in der Vorwalzstraße ge walzt. Anschließend erfolgt – wie zuvor beschrieben – die Erwärmung auf eine höhere Temperatur und die Fertigwalzung.
Dabei liegt vorzugsweise die Vorwalztemperatur zwischen 1.000°C und 1.200°C und die definierte Temperatur vor der Fertigstraße zwischen 1.150°C und 1.350°C, für Siliziumstahl insbesondere oberhalb 1.200°C und für Mehrphasenstahl unterhalb 1.300°C.
Das Band kann im Falle der Verarbeitung von Mehrphasenstahl während einer vorgegebenen Haltezeit auf der erhöhten Temperatur, vorzugsweise bei 1.150°C bis 1.300°C, gehalten werden, bis sich ungleichmäßige Verteilungen von Legierungselementen (Seigerungen) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, abgebaut haben. Indes kann das Band im Falle der Verarbeitung von kornorientiertem Siliziumstahl während einer vorgegebenen Haltezeit auf der erhöhten Temperatur, vorzugsweise bei 1.200°C bis 1.350°C, gehalten werden, bis die unterschiedlichen Arten von Ausscheidungen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in Lösung gebracht wurden.
Das Band kann dabei während der vorgegebenen Haltezeit in einer Fähre oder in einem Ofen in oder neben der Haupttransportlinie verwahrt werden.
Die Erwärmung auf die höhere Temperatur kann zumindest teilweise durch Induktionserhitzung erfolgen. Sie kann auch zumindest teilweise durch direkte Flammenbeaufschlagung der Bramme erfolgen. In letzterem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass die direkte Flammenbeaufschlagung der Bramme durch einen Gasstrahl mit mindestens 75% Sauerstoff erfolgt, in den ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff gemischt wird. Es ist jedoch auch eine indirekte Flammenbeaufschlagung konventioneller Art mit Einsatz von Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch (Oxyfuel-Verfahren) vorgesehen.
Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags sieht vor, dass das Walzen der Bramme im Batch-Betrieb erfolgt. Alternativ kann vorgesehen werden, dass das Walzen der Bramme im Endlos-Betrieb abhängig von der zu walzenden Enddicke, von der Gießgeschwindigkeit und vom Material erfolgt.
Die zuvor beschriebene Fahrweise mit den Schritten Gießen, Vorwalzung bei einer ersten Temperatur und anschließender Erwärmung auf eine erhöhte Temperatur und Fertigwalzung kann sowohl bei Siliziumstählen als auch bei mikrolegierten Stählen und Mehrphasenstählen erfolgen.
Die Vorrichtung zum Herstellen eines Bandes aus Silizium-Stahl, insbesondere aus kornorientiertem Siliziumstahl, sowie aus Mehrphasenstahl zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zwischen der Gießmaschine und einer Vorwalzstraße ein erster Ofen angeordnet ist, mit dem die Bramme auf eine Vorwalztemperatur erwärmt werden kann. Alternativ wird die Gießwärme ausgenutzt und die Vorwalzstraße direkt hinter der Gießanlage angeordnet. Weiterhin ist hinter der Vorwalzstraße und vor einer Fertigwalzstraße ein zweiter Ofen angeordnet, mit dem die Bramme auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden kann, wobei der zweite Ofen als Hochtemperaturofen ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist hinter der Vorwalzstraße zusätzlich eine Coilbox als Vorbandspeicher angeordnet.
Der zweite Ofen umfasst vorzugsweise eine Kombination von konventionellem Ofen und Induktionsheizung. Er kann auch eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme umfassen. Weiterhin kann der zweite Ofen einen konventionellen Ofen umfassen.
In Förderrichtung der Bramme kann zunächst ein konventioneller Ofen und dann eine Induktionsheizung oder eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme angeordnet sein. Eine Alternative sieht vor, dass in Förderrich tung der Bramme zunächst eine Induktionsheizung oder eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme und dann ein konventioneller Ofen angeordnet sind. Eine weitere Alternative sieht vor, dass in Förderrichtung der Bramme zunächst ein konventioneller Ofen, dann eine Induktionsheizung oder eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme und dann ein weiterer konventioneller Ofen angeordnet sind. Schließlich kann auch vorgesehen werden, dass in Förderrichtung der Bramme zunächst eine Induktionsheizung oder eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme, dann ein konventioneller Ofen und dann eine weitere Induktionsheizung oder eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme angeordnet ist.
Teile des ersten Ofens oder des zweiten Ofens können auch zumindest teilweise als Fähre (insbesondere Pendel- oder Querfähre oder Coilfähre) ausgeführt sein, so dass bei einer 2-Strang-Gießanlage beide Dünnbrammen in die Walzlinie geschoben und an der Walzstraße (oder an den Walzstraßen) ausgewalzt werden können.
Weiterhin ist auch eine 1-Strang-Gießanlage mit mindestens einer Pendel- oder Querfähre oder Coilfähre möglich, um eine Speicherung einer Dünnbramme bzw. verformten Dünnbramme in einer Fähre oder in einem parallel angeordneten Ofen zu ermöglichen.
Vor dem ersten Ofen ist bevorzugt eine Schere angeordnet.
Die erste Walzstraße kann aus einem einzigen Walzgerüst oder aus mehreren Walzgerüsten bestehen.
Es kann eine vertikale Gießmaschine oder eine Bogen-Gießmaschine eingesetzt werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Rollgangskapselung vorgesehen ist, die anstelle eines konventionellen Ofens in die Fertigungslinie einschwenkbar bzw. einbringbar ist.
Hinter der Vorwalzstraße kann eine Coilbox platziert sein.
Die mindestens eine Induktionsheizung oder die mindestens eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme kann in Richtung quer zur Förderrichtung der Bramme verschiebbar angeordnet sein. In diesem Falle kann vorgesehen werden, dass mindestens ein konventioneller Ofen vorgesehen ist, der in Richtung quer zur Förderrichtung der Bramme verschiebbar angeordnet ist, um die Induktionsheizung bzw. die Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung zu ersetzen.
Eine Fortbildung sieht vor, dass der vor der Vorwalzstraße angeordnete erste Ofen eine Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme umfasst oder teilweise aus einer induktiven Heizung besteht.
Die Vorwalzstraße kann gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung direkt ohne Vorhandensein des ersten Ofens hinter der Gießanlage angeordnet sein.
Teile des ersten Ofens oder des zweiten Ofens können als Fähre ausgeführt sein. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fähre als Pendel- oder Querfähre oder als Coilfähre ausgebildet ist, um eine Speicherung einer Dünnbramme bzw. einer verformten Dünnbramme in einem Ofen neben der Haupttransportlinie einer 1-oder 2-Strang-Gießanlage zu ermöglichen.
Der Ofen kann als Produktionspuffer während z. B. eines Walzenwechsels dienen. Weiterhin ist der Ofen zum gezielten Halten der Brammen auf der erhöhten Tem peratur vor der Fertigwalzung aus metallurgischen Gründen (z. B. Ausgleich von Seigerungen, Ausscheidungen in Lösung bringen) vorgesehen.
Vor der Vorverformung der Bramme können Mittel zur Hochdruckentzunderung angeordnet sein. Diese sind vorzugsweise für einen Betrieb mit einem Druck zwischen 400 und 600 bar ausgebildet.
Die Vorrichtung kann weiterhin Richt- oder Niederhalterollen und/oder eine Kamera zur Ski-Erkennung aufweisen. Die Richt- oder Niederhalterollen und/oder die Kamera sind dabei vorzugsweise vor einer Induktionsheizung angeordnet.
Zur Beseitigung eines Skis kann bei allen Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass mindestens eine Schopfschere unmittelbar vor der Induktionsheizung angeordnet ist (statt hinter der Induktionsheizung).
Es können auch zwei Schopfscheren ohne sich dazwischen befindlichem Walzgerüst hintereinander angeordnet sein. Dabei können die beiden Schopfscheren unterschiedlich ausgebildet sein, wodurch es möglich wird, zur Anpassung an unterschiedliche Transportgeschwindigkeiten der verformten Dünnbramme individuell die eine oder die andere Schere einzusetzen.
Das Erfindungskonzept stellt auf die an sich bekannte CSP-Technologie ab. Hierunter sind Dünnbrammen-Dünnband-Gießwalzanlagen zu verstehen, die eine effiziente Produktion von Warmband ermöglichen, wenn die starre Verbindung von Stranggussanlage und Walzstraße und deren Temperaturführung durch die Gesamtanlage beherrscht wird. In Anlehnung an die Fahrweise in der konventionellen Warmbandstraße wird also nach dem Gießen die Dünnbramme wieder etwas erwärmt oder die Gießtemperatur ausnutzt, dann vorgewalzt, zum zweiten Mal auf eine höhere Temperatur gebracht und anschließend fertig gewalzt.
Weil die Produktion auf CSP-Anlagen ein sehr wirtschaftliches Verfahren dargestellt und auch im Hinblick auf die Gefügeentwicklung einige Vorteile aufweist, kommen mit dem vorgeschlagenen Vorgehen die Vorteile dieser Technologie auch bei der Produktion von Silizium-Stahlbändern sowie Mehrphasenstählen zum Tragen. Hierdurch werden günstige Verhältnisse mit Blick auf die grundsätzlichen Vorteile der CSP-Anlage und der Prozesssicherheit erzielt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Gießwalzanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Gießmaschine, erstem Ofen, Vorstraße, zweitem Ofen und Fertigstraße,
2 eine zu 1 alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage,
3 eine weitere zu 1 alternative Ausgestaltung der Gießwalzanlage,
4 den zweiten Ofen der Gießwalzanlage in einer alternativen Ausgestaltung,
5 den zweiten Ofen der Gießwalzanlage in einer weiteren alternativen Ausgestaltung, und
6 schematisch eine Gießwalzanlage ohne ersten Ofen mit in-line-Anordnung von Gießmaschine und Vorwalzstraße.
In 1 ist eine Ausgestaltung einer Dünnbrammenanlage skizziert, auf der das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bändern 1 aus kornorientiertem Silizium-Stahl sowie Mehrphasenstahl durchgeführt werden kann. Es ist eine vertikale Gießmaschine 2 vorhanden, in der Brammen 3 von beispielsweise 70 mm Dicke gegossen werden. An einer Schere 12 erfolgt das Schneiden auf die gewünschte Brammenlänge. Es schließt sich ein erster Ofen 6 an, in dem die Dünnbramme 3 auf ca. 1.000 bis 1.200°C Vorwalztemperatur T₁ gebracht wird und in dem sich ein gewisser Temperaturausgleich in Breitenrichtung ergibt.
Dann erfolgt die Vorwalzung in einer Vorwalzstraße 4, die aus einem oder aus mehreren Gerüsten besteht und in der die Bramme 3 auf eine Zwischendicke gewalzt wird. Es ist flexibel die Walzung eines Glättstiches oder eine hohe Abnahme von z. B. 65% möglich.
Beim Vorwalzen findet die Umwandlung von Gussgefüge in das feinkörnigere Walzgefüge statt. Mit der Wahl der Walzgeschwindigkeit an dem Gerüst der Vorwalzstraße 4 kann auch die Ofeneinlauftemperatur beeinflusst werden. Um möglichst gleichmäßige Eigenschaften über dem gesamten Querschnitt der Dünnbramme zu erzeugen, wird optional bei der Vorwalzung in der Vorwalzstraße 4 von kornorientiertem Siliziumstahl auf die Verwendung eines Zunderwäschers 13 verzichtet.
Hinter dem Gerüst der Vorwalzstraße 4 ist ein zweiter Ofen 7 in Form eines Halteofens oder Temperaturausgleichofen angeordnet. Der zweite Ofen 7 bietet mindestens so viel Platz, um eine vorverformte Dünnbramme aufzunehmen. Es kann auch vorgesehen werden, dass dort ein Pendeln bzw. Verweilen der vorverformten Dünnbramme im Ofen erfolgt. Statt eines Halteofens 7 ist an diesem Platz auch eine Rollgangkapselung möglich (für die Verarbeitung z. B. von Normalstahl). Alternativ ist hinter der Vorwalzstraße 4 eine Coilbox als Platz sparender Vorbandspeicher platziert.
Im Anschluss daran ist eine Induktionsheizung 8 angeordnet, mit der die Dünnbramme 3 relativ gleichmäßig über dem Querschnitt auf die gewünschte erhöhte Temperatur T₂, gebracht werden kann. Für die Walzung von kornorientiertem Sili ziumstahl ist ein Temperaturbereich von ca. 1.200 bis 1.350°C hinter der Induktionsheizung 8 vorgesehen. Mit diesem Verfahren lösen sich durch die hohen Temperaturen die Ausscheidungen auf, und es werden vorteilhafte Bedingungen für die spätere Wiederausscheidung der nun in gelöster Form vorliegenden Elemente geschaffen, was das Erreichen der gewünschten Eigenschaften im Endprodukt gewährleistet.
Beim Walzen von Mehrphasenstählen ist eine Erwärmung auf z. B. 1.150°C bis 1.300°C vorgesehen.
Für die Intensivheizung oberhalb von 1.150°C ist also die induktive Aufheizung vorgesehen. Hinter der Erwärmung erfolgt die Fertigwalzung in der Fertigwalzstraße 5, d. h. in einer mehr-gerüstigen Fertigwalzstaffel auf die gewünschte Fertigbanddicke und Fertigbandtemperatur und anschließend die Bandkühlung in einer Kühlstrecke 14 sowie letztlich das Aufwickeln auf einen Haspel 15.
Bei der Walzung von Normalstahl auf der dargestellten Anlage werden hinter der Induktionsheizung 8 nur (normale) Temperaturen von ca. 1.100 bis 1.150°C, in besonderen Fällen möglicherweise sogar weniger, notwendig. D. h. die Dünnbramme lässt sich flexibel – falls erforderlich – auf hohe oder niedrigere Temperaturen nach der Vorverformung aufheizen.
Für eine wirtschaftliche Erwärmung bzw. Verarbeitung von z. B. Normalstahl ist ebenfalls optional vorgesehen, dass die Induktionsheizung 8 quer verschiebbar ausgeführt ist, so dass alternativ statt der Induktionsheizung 8 ein konventioneller Ofen (wie der erste Ofen 6) in die Transportlinie geschoben werden kann.
Weiterhin ist alternativ vorgesehen, statt der Induktionsheizung 8 eine Hochtemperaturerwärmung mit dem so genannten DFI-Oxyfuel-Verfahren (DFI: Direkte Flammenbeaufschlagung) oder dem konventionellem Oxyfuel-Verfahren durchzu führen. Zu diesem Verfahren wird auf die EP 0 804 622 B1 sowie auf die Beiträge von J. v. Schéele et al. „Sauerstoff statt heißer Luft", Energy 01/2005, S. 18–19, GIT Verlag GmbH & Co. KG, Darmstadt, sowie von S. Ljungars et al. „Erfolgreiche Umrüstung von Durchlauföfen auf Oxyfuel-Betrieb", GASWÄRME International, 54, Nr. 3, 2005, Bezug genommen.
Hierbei handelt es sich um einen speziellen Ofen, bei dem reiner Sauerstoff statt Luft und gasförmiger oder flüssiger Brennstoff gemischt und die Flamme z. T. direkt auf die Bramme gerichtet wird. Dies optimiert nicht nur den Brennvorgang, sondern reduziert auch die Stickstoffoxid-Emissionen. Die Zundereigenschaften sind ebenfalls günstig bzw. das Zunderwachstum ist dabei gering. Mit diesem Verfahren lassen sich ähnlich hohe Wärmedichten bei gutem Wirkungsgrad erzielen, wie bei der induktiven Erwärmung. Weiterhin ist ein minimaler Sauerstoffüberschuss bzw. ein Sauerstoffunterschuss bei der Verbrennung einstellbar.
Es ist optional auch möglich, den gesamten Heizbereich hinter der Vorwalzstraße nur mit dem DFI-Oxyfuel-Ofen oder dem konventionellem Oxyfuel-Ofen, also dem Hochtemperaturofen, auszurüsten, um nicht zwei unterschiedliche Heizsysteme (Induktion, Flamme) in einer Anlage zu verwenden. Eine solche Lösung ist in 2 illustriert.
Um die Zunderentstehung in dem ersten Ofen 6 gering zu halten und die Ofenlänge zu reduzieren, ist in der weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, den ersten Ofen 6 hinter der Gießmaschine 2 ebenfalls mit dem effizienten DFI-Oxyfuel-Verfahren auszurüsten, auch wenn hier nur Temperaturen von ca. 1.150°C eingestellt werden.
Das DFI-Oxyfuel-Verfahren lässt sich zur Dünnbrammenerwärmung in vorteilhafter Weise auch bei Anlagenvarianten einsetzen, die kein Vorgerüst haben. Dies gilt besonders, wenn wenig Zunder entstehen und die Ofenlänge kurz sein soll.
Andere Alternativen, speziell verschiedene Ofenanordnungen hinter der Vorwalzstraße 4, sind in den 3, 4 und 5 dargestellt.
3 zeigt hierbei die Anordnung einer Induktionsheizung 8 direkt hinter der Vorverformung im Gerüst der Vorwalzstraße 4. Der Induktionsheizung 8 folgt ein konventioneller Ofen 9 nach. Mit dieser Konstellation kann ein längeres Verweilen (Halten) bei hohen Temperaturen bewerkstelligt werden. Dies ist für die Einstellung gewünschter metallurgischer Eigenschaften für Siliziumstahl und Mehrphasenstahl vorgesehen.
In 4 wird die induktive Erwärmung aufgeteilt, nämlich in einer in Förderrichtung F vordere Induktionsheizung 8 und eine hintere Induktionsheizung 11, wobei zwischen den beiden Induktionsheizungen 8, 11 ein konventioneller Ofen 9 angeordnet ist.
In 5 erfolgt die Aufteilung des konventionellen Ofens 9 und 10 hinter der Vorverformungsgruppe; dazwischen ist die Induktionsheizung 8 angeordnet. Statt der Induktionsheizung 8 kann hier auch wieder die DFI-Oxyfuel-Heizung vorgesehen werden. Hierbei kann die Verweildauer hinter der Vorverformungsgruppe weiter verlängert werden.
Um die Speicherzeit im Ofen bei erhöhten Temperaturen zu verlängern, sind auch Fähren und Öfen neben der Haupttransportlinie als Zusatzspeicher vorgesehen.
Die vorgeschlagene Anlagenkonstellation zeigt die Möglichkeiten eines Hochtemperaturofens hinter einer Vorverformungsgruppe auf, der aus der Kombination eines konventionellen Ofens mit einer induktiven Heizung oder eines speziellen Ofens mit DFI-Oxyfuel-Technologie besteht. Hiermit lassen sich normale Materialien herstellen, aber auch spezielle Materialien, insbesondere kornorientierte Silizium stähle. D. h. in dieser Dünnbrammenanlage lässt sich die Temperaturführung flexibel anpassen, so dass sich hier der spezielle kornorientierte Siliziumstahl aber auch Normalstähle, wie z. B. weicher C-Stahl oder mikrolegierte Stähle, walzen lassen.
Wie erwähnt können zwischen der Vorverformung und der Fertigwalzung konventionelle Öfen, Rollgangskapselungen, spezielle Öfen und/oder Induktionsheizungen in beliebiger Reihenfolge angeordnet sein. Die Induktionsheizung ist optional quer verschiebbar, so dass ein Austausch mit einem konventionellen Ofen stattfinden kann.
Die Temperaturführung in dem Ofen hinter der Vorverformung kann individuell abhängig vom erzeugten Material (kornorientierter Siliziumstahl, Mehrphasenstahl oder Normalstahl) eingestellt werden.
Die Entzunderung des kornorientierten Stahls kurz vor der Vorverformung findet – falls überhaupt – bevorzugt bei niedriger Wassermenge von weniger als 50 m³/h/m und hohem Druck von mehr als 400 bis 600 bar statt.
Es ist durch die Prozesssteuerung (Gießgeschwindigkeit, Walzgeschwindigkeit bei der Vorverformung, Tracking) vorgesehen, die Ofeneinlauftemperatur zu beeinflussen und die Haltezeit in dem Ofen hinter der Vorverformungsgruppe zu steuern.
Ein DFI-Oxyfuel-Ofen ist optional auch für die Aufheizung der Dünnbramme direkt hinter der Gießmaschine 2 vorgesehen, und zwar für CSP-Anlagen mit und ohne Vorverformung.
In 6 ist eine alternative Ausgestaltung einer Dünnbrammenanlage schematisch dargestellt. Hier wird auf die Erwärmung in einem ersten Ofen (vor der ersten Walzstraße 4) verzichtet und stattdessen die Gießwärme ausgenutzt. Direkt hinter einer Gießanlage 2 wird nach der Hochdruckentzunderung 13 in-line die Dünnbramme 3 bei einer Temperatur T₁ von ca. 1.000°C bis 1.200°C in der Vorwalzstraße 4 gewalzt. Die Steuerung der Einlauftemperatur T₁ erfolgt durch Einstellung der Stranggusskühlung und Gießgeschwindigkeit. Bei dieser Variante sind die Gießanlage und die Vorwalzgruppe gekoppelt. Beim Erreichen der gewünschten Zwischenbandlänge erfolgt das Schneiden an der Schere 12 hinter der Vorwalzstraße 4. Der Ofen 7 kann so bemessen sein, dass das Zwischenband darin Platz findet. Die weitere Verarbeitung, d. h. Erwärmung auf die erhöhte Temperatur T₂, und Fertigwalzung etc., findet in der zuvor beschriebenen Art statt. Alternativ bzw. zusätzlich ist hinter der Vorwalzstraße 4 und Schere 12 eine Coilbox als Platz sparender Vorbandspeicher angeordnet.
Als Sonderfall kann die dargestellte Anlage zusätzlich alternativ bzw. wahlweise im Endlos-Mode betrieben werden. D. h., die Gießmaschine sowie die Vor- und Fertigwalzstraße sind dann miteinander gekoppelt und das Walzen erfolgt mit Gießgeschwindigkeit. Das Schneiden auf die gewünschte Bandlänge findet beim Endloswalzen kurz vor dem Haspel statt. Für den Walzenwechsel wird zuvor vom Endlosbetrieb wieder in den Batchbetrieb umgeschaltet. Für den Walzenwechsel kann die Gießgeschwindigkeit reduziert und/oder die Fertigstraßeneinzugsgeschwindigkeit erhöht werden.
Zum mechanischen Schutz der Induktionsheizung vor Beschädigungen sind Richt- bzw. Niederhalterollen und/oder eine Kamera zur Ski-Erkennung hinter der Vorverformung bzw. vor der Induktionsheizung und eine individuelle Beeinflussung der Arbeitswalzendrehzahlen und unterschiedliche Durchmesser am Vorgerüst zur Skivermeidung vorgesehen.
Alternativ kann auf der erläuterten Anlage natürlich, wie bereits erwähnt, auch anderes Material verarbeitet werden.
Abhängig vom Material wird jedoch die Temperaturführung angepasst und es werden unterschiedliche definierte Temperaturen T₂ vor der Fertigwalzstraße 5 eingestellt sowie die beschriebenen Komponenten im zweiten Ofen 7 benutzt bzw. aktiviert.
Während bei Normalstahl der zweite Ofen 7 vornehmlich als Halteofen fungiert, wird bei Siliziumstahl aber auch zusätzlich bei verschiedenen mikrolegierten Stählen oder Mehrphasenstählen nach der Vorwalzstraße eine definierte erhöhte Temperatur (z. B. größer als 1.150°C bis 1.350°C) in dem zweiten Ofen 7 eingestellt und damit die Eigenschaften positiv beeinflusst. D. h., die Erfindung bzw. Einstellung der erhöhten Zwischentemperatur T₂ beschränkt sich nicht nur auf Siliziumstahl, sondern ist auch für mikrolegierte Stähle und Mehrphasenstähle vorgesehen.

1: Band
2: Gießmaschine
3: Bramme
3': umgeformte Bramme
4, 5: Walzstraße
4: Vorwalzstraße
5: Fertigwalzstraße
6: erster Ofen
7: zweiter Ofen (Hochtemperaturofen)
8: Induktionsheizung/Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme
9: konventioneller Ofen
10: konventioneller Ofen
11: Induktionsheizung/Einrichtung zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme
12: Schere
13: Zunderwäscher
14: Kühlstrecke
15: Haspel
F: Förderrichtung
T₁: Vorwalztemperatur
T₂: Definiert erhöhte Temperatur vor der Fertigwalzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0193373 B1 [0004]
- DE 4001524 A1 [0004]
- EP 1025268 B1 [0004]
- EP 1752548 A1 [0004]
- DE 60205647 T2 [0004]
- EP 0804622 B1 [0054]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- J. v. Schéele et al. „Sauerstoff statt heißer Luft", Energy 01/2005, S. 18–19 [0054]
- GIT Verlag GmbH & Co. KG, Darmstadt [0054]
- S. Ljungars et al. „Erfolgreiche Umrüstung von Durchlauföfen auf Oxyfuel-Betrieb", GASWÄRME International, 54, Nr. 3, 2005 [0054]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Bändern (1) aus Stahl, bevorzugt aus Silizium-Stahl, insbesondere aus kornorientiertem Siliziumstahl, oder aus Mehrphasenstahl bzw. aus einem Stahl mit vergleichbar hohen Legierungsgehalten, bei dem zunächst in einer Gießmaschine (2) eine Bramme (3) gegossen wird, wobei diese anschließend in mindestens einer Walzstraße (4, 5) zum Band (1) gewalzt wird und wobei vor und/oder hinter der mindestens einen Walzstraße (4, 5) eine Erhitzung der Bramme (3) in mindestens einem Ofen (6, 7) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bramme (3) hinter der Gießmaschine (2) und vor einer Vorwalzstraße (4) in einem ersten Ofen (6) auf eine Vorwalztemperatur (T₁) erwärmt wird oder die Bramme (3) unter Ausnutzung der Gießhitze ohne Vorhandensein des ersten Ofens (6) in die Vorwalzstraße (4) gelangt, dass die Bramme (3) dann in der Vorwalzstraße (4) gewalzt wird, dass die Bramme hinter der Vorwalzstraße (4) in einem zweiten Ofen (7) auf eine definierte Temperatur (T₂), die höher als die Vorwalztemperatur (T₁) ist, erwärmt wird und dass dann die Bramme (3) in einer Fertigwalzstraße (5) auf die endgültige Banddicke gewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwalztemperatur (T₁) zwischen 1.000°C und 1.200°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte erhöhte Temperatur (T₂) zwischen 1.150°C und 1.350°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verarbeitung von Siliziumstahl die erhöhte Temperatur (T₂) oberhalb von 1.200°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Verarbeitung von Mehrphasenstahl die erhöhte Temperatur (T₂) unterhalb von 1.300°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (1) im Falle der Verarbeitung von Mehrphasenstahl während einer vorgegebenen Haltezeit auf der erhöhten Temperatur (T₂), vorzugsweise bei 1.150°C bis 1.300°C, gehalten wird, bis sich ungleichmäßige Vertei lungen von Legierungselementen (Seigerungen) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, abgebaut haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (1) im Falle der Verarbeitung von kornorientiertem Siliziumstahl während einer vorgegebenen Haltezeit auf der erhöhten Temperatur (T₂), vorzugsweise bei 1.200°C bis 1.350°C, gehalten wird, bis die unterschiedlichen Arten von Ausscheidungen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in Lösung gebracht wurden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (1) während der vorgegebenen Haltezeit in einer Fähre oder in einem Ofen in oder neben der Haupttransportlinie verwahrt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf definierte erhöhte Temperatur (T₂) zumindest teilweise durch Induktionserhitzung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf definierte erhöhte Temperatur (T₂) zumindest teilweise durch direkte Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) durch einen Gasstrahl mit mindestens 75% Sauerstoff erfolgt, in den ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff gemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzen der Bramme (3) im Batch-Betrieb erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzen der Bramme (3) im Endlos-Betrieb abhängig von der zu walzenden Enddicke, von der Gießgeschwindigkeit und vom Material erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrweise mit den Schritten Gießen, Vorwalzung bei einer ersten Temperatur (T₁) und anschließender Erwärmung auf eine erhöhte Temperatur (T₂) und Fertigwalzung sowohl bei Siliziumstählen als auch bei mikrolegierten Stählen und Mehrphasenstählen erfolgt.
Vorrichtung zum Herstellen von Bändern (1) aus Silizium-Stahl, insbesondere aus kornorientiertem Siliziumstahl, oder aus Mehrphasenstahl, die eine Gießmaschine (2) umfasst, mit der eine Bramme (3) gegossen werden kann, und die weiterhin mindestens eine Walzstraße (4, 5) umfasst, mit der das Band (1) gewalzt werden kann, wobei vor und/oder hinter der mindestens einen Walzstraße (4, 5) ein Ofen (6, 7) zur Erhitzung der Bramme (3) angeordnet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gießmaschine (2) und einer Vorwalzstraße (4) ein erster Ofen (6) angeordnet ist, mit dem die Bramme (3) auf eine Vorwalztemperatur (T₁) erwärmt oder alternativ (ohne Ofen) die Gießtemperatur (T₁) ausgenutzt werden kann, und dass hinter der Vorwalzstraße (4) und vor einer Fertigwalzstraße (5) ein zweiter Ofen (7) angeordnet ist, mit dem die Bramme (3) auf eine definierte Temperatur (T₂) vor der Fertigstellung erwärmt werden kann, wobei der zweite Ofen (7) als Hochtemperaturofen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ofen (7) eine Induktionsheizung (8) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ofen (7) eine Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ofen (7) einen konventionellen Ofen (9) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (F) der Bramme (3) zunächst ein konventioneller Ofen (9) und dann eine Induktionsheizung (8) oder eine Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (F) der Bramme (3) zunächst eine Induktionsheizung (8) oder eine Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) und dann ein konventioneller Ofen (9) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (F) der Bramme (3) zunächst ein konventioneller Ofen (9), dann eine Induktionsheizung (8) oder eine Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) und dann ein weiterer konventioneller Ofen (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (F) der Bramme (3) zunächst eine Induktionsheizung (8) oder eine Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3), dann ein konventioneller Ofen (9) und dann eine weitere Induk tionsheizung (11) oder eine Einrichtung (11) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Ofen (6) eine Schere (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walzstraße (4) aus einem einzigen Walzgerüst besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walzstraße (4) aus mehreren Walzgerüsten besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rollgangskapselung vorgesehen ist, die anstelle eines konventionellen Ofens (9) oder anstelle der Induktionsheizung (8) in die Fertigungslinie einschwenkbar oder einbringbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Vorwalzstraße (4) eine Coilbox angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Induktionsheizung (8) oder die mindestens eine Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung der Bramme (3) in Richtung quer zur Förderrichtung (F) der Bramme (3) verschiebbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein konventioneller Ofen vorgesehen ist, der in Richtung quer zur Förderrichtung (F) der Bramme (3) verschiebbar angeordnet ist, um die Induktionsheizung (8) bzw. die Einrichtung (8) zur direkten Flammenbeaufschlagung zu ersetzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der vor der Vorwalzstraße (4) angeordnete erste Ofen (6) eine Einrichtung zur direkten oder indirekten Flammenbeaufschlagung der Bramme umfasst, bei dem ein Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch eingesetzt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwalzstraße (4) direkt ohne Vorhandensein des ersten Ofens (6) hinter der Gießanlage (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des ersten Ofens (6) oder des zweiten Ofens (7) als Fähre ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Fähre als Pendel- oder Querfähre oder als Coilfähre ausgebildet ist, um eine Speicherung einer Dünnbramme bzw. einer verformten Dünnbramme in einem Ofen neben der Haupttransportlinie einer 1- oder 2-Strang-Gießanlage zu ermöglichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vorverformung der Bramme (3) Mittel zur Hochdruckentzunderung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Hochdruckentzunderung für einen Betrieb mit einem Druck zwischen 400 und 600 bar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Richt- oder Niederhalterollen und/oder eine Kamera zur Ski-Erkennung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Richt- oder Niederhalterollen und/oder die Kamera vor einer Induktionsheizung (8) angeordnet sind bzw. ist.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schopfschere unmittelbar vor der Induktionsheizung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schopfscheren ohne sich dazwischen befindlichem Walzgerüst hintereinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schopfscheren unterschiedlich ausgebildet sind.