DE102009037278A1

DE102009037278A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dünnen Warmbandes

Info

Publication number: DE102009037278A1
Application number: DE102009037278A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Seidel; Ernst Windhaus; Markus Dr. Reifferscheid; Jürgen Müller
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17
Also published as: WO2011018217A3; JP2013501625A; TW201105438A; US20120175076A1; CN102574174A; WO2011018217A2; RU2012108837A; EP2464469A2; KR20120041241A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnen Warmbandes (1) durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess, mit einer Gießmaschine (2), in der zunächst eine Dünnbramme (3) gegossen wird, mit mindestens einer der Gießmaschine (2) nachgeschalteten Walzstraße (4, 5), in der die Dünnbramme (3) unter Nutzung der Primärhitze des Gießvorgangs gewalzt wird, und mit einer Anzahl in Förderrichtung (F) des Bandes (1) in einem hinteren Bereich (6) angeordneter Fertigwalzgerüste (7), in denen das Band (1) mit Arbeitswalzen (8) auf eine Enddicke gewalzt werden kann. Um die Herstellung eines dünnen Warmbandes im Endlos-Prozess zu verbessern, sieht die Erfindung vor, dass die Arbeitswalzen (8) der Fertigwalzgerüste (7) eine verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Warmbandes (1) durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnen Warmbandes durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess, mit einer Gießmaschine, in der eine Dünnbramme gegossen wird, mit mindestens einer der Gießmaschine nachgeschalteten Walzstraße, in der die Dünnbramme unter Nutzung der Primärhitze des Gießvorgangs gewalzt wird, und mit einer Anzahl in Förderrichtung des Bandes in einem hinteren Bereich angeordneter Fertigwalzgerüste, in denen das Band mit Arbeitswalzen auf eine Enddicke gewalzt werden kann. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Warmbandes durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess.
Anlagen dieser Art sind als Dünnbrammen-/Dünnband-Gießwalzanlagen unter der Bezeichnung CSP-Anlagen bekannt. Sie ermöglichen eine effiziente Produktion von Warmband, wenn die starre Verbindung von Stranggussanlage und Walzstraße und deren Temperaturführung durch die Gesamtanlage beherrscht wird.
In der EP 0 286 862 A1 und der EP 0 771 596 B1 ist das Endloswalzen aus der Gießhitze heraus beschrieben. Hier sind der Gieß- und der Walzprozess direkt gekoppelt. Ein Trennen des Endlosbandes mit einer Schere erfolgt kurz vor dem Haspel.
Ähnliche Verfahren für das kontinuierliche Herstellen von Bandstahl bei der Kopplung von Gieß- und Walzanlage offenbaren die EP 0 415 987 B2 und die EP 0 889 762 B1 .
Eine alternative Technologie ist das Walzen von Einzelbrammen bzw. Einzelbändern. Bei dem diskontinuierlichen Walzen von Bändern werden das Gießen und Walzen entkoppelt. Die Gießgeschwindigkeit ist in der Regel sehr niedrig und die Walzgeschwindigkeit erfolgt unabhängig davon auf hohem Niveau in der Art, dass die Temperatur für die letzte Umformung oberhalb der Mindesttemperatur liegt.
Die Herstellung von dünnem Warmband ist für viele Anwendungen interessant. Nachteilig ist dabei allerdings, dass bei der Walzung ein hoher Arbeitswalzenverschleiß entsteht, der Arbeitswalzen-Zwischenwechsel vor allem in den in Förderrichtung des Bandes hinteren Gerüsten einer Walzstraße notwendig macht. Bislang werden dort zumeist sog. IC-Walzen eingesetzt. Dies sind Walzen mit einem klassischen Walzenwerkstoff mit hohem Karbidanteil und interdendritisch angeordnetem Graphit. Diese Walzen zeichnen sich durch einen gleichmäßigen Verschleiß aus und sind prozesssicher. Bei thermischer Belastung sind sie relativ unanfällig; bei Rissen entsteht eine Orientierung am Graphit.
Der Verschleiß dieser Walzen ist allerdings insgesamt relativ hoch. Damit gehen begrenzte Walzzeiten einher.
Generell bekannt sind auch Arbeitswalzen in Walzgerüsten, die eine spezielle verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen, die insbesondere durch eine Schicht verschleißarmen Materials gebildet wird. Derartige Walzen sind als HSS-Walzen oder Semi-HSS-Walzen oder als PM-Walzen bekannt.
Die Bezeichnung HSS steht für High-Speed-Steel und für einen Werkstoff, der einen relativ niedrigen Karbidanteil aufweist. Nach dem Gießen erfolgt ein Reaustenitisieren mit sich anschließendem Härten und Anlassen.
Bei den PM-Walzen handelt es sich um solche, die nach dem HIP-Verfahren hergestellt sind (hot isostatic pressing). Hierbei wird pulverförmiges Schalenmaterial unter hohem Druck zusammengepresst. Beim HIP-Verfahren wird ein Walzenkern konventionell vorgefertigt (Sphäroguss oder geschmiedet). Dann erfolgt ein Verbinden des HSS-Schalen-Materials mit dem Kern. Hierzu wir der Kern sowie das pulverförmige Schalenmaterial in speziellen HIP-Anlagen bei sehr hohem, allseitig wirkenden Gasdruck und hoher Temperatur (ca. 1.100°C) über seine Fließgrenze erwärmt und dabei verdichtet.
Solche Walzen werden bislang jedoch nicht für das Fertigwalzen, sondern nur im vorderen Bereich einer Walzgerüst-Staffel eingesetzt. Der Grund hierfür ist, dass diese Walzen sehr empfindlich sind, d. h. bei verwalzten Bandenden oder infolge anderer Störungen kommt es zu Oberflächenausbrüchen oder Hitzerissen und damit zu einem frühen Ausfall der Walze, was deren Einsatz im Fertigwalzgerüst grundsätzlich unwirtschaftlich oder gar unmöglich macht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Warmbandes gemäß der oben genannten Art so fortzubilden, dass sie eine erhöhte Leistungsfähigkeit und höhere Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vorrichtungstechnisch dadurch gelöst, dass die Arbeitswalzen der Fertigwalzgerüste eine verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Walzenoberfläche durch eine Schicht verschleißarmen Materials gebildet wird.
Die verschleißarme Schicht kann dabei in an sich bekannter Weise aus pulvermetallurgischem Material bestehen. In diesem Falle ist die verschleißarme Schicht bevorzugt durch das genannte HIP-Verfahren (hot isostatic pressing – Verfahren) hergestellt.
Die verschleißarme Schicht kann auch aus einem Metall-Keramik-Verbundmaterial bestehen (sog. „Cermets”).
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Arbeitswalzen als HSS-Walzen oder Semi-HSS-Walzen (High Speed Steel-Walzen) ausgeführt.
Dabei weisen vorteilhaft sämtliche Arbeitswalzen der mindestens einen Walzstraße eine verschleißarme Walzenoberfläche auf.
Das Verfahren zum Herstellen eines dünnen Warmbandes durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess ist dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitswalzen der Fertigwalzgerüste solche mit einer verschleißarmen Walzenoberfläche verwendet werden, insbesondere solche mit einer Schicht verschleißarmen Materials.
Dabei ist zwecks Sicherstellung eines sicheren Walzprozesses und einer hohen Gebrauchsdauer der Walzen bevorzugt vorgesehen, dass zumindest im Bereich der Fertigwalzgerüste vor Eintritt des Bandes der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen aufgefahren und nach Eintritt des Bandes der Walzspalt auf den Sollwert gefahren wird. Das Auffahren des Walzspalts erfolgt dabei bevorzugt auf einen Wert, bei dem ein für die Arbeitswalze schädigungsfreies Walzen bei einer sicher zu walzenden Dicke möglich ist.
Entsprechend kann auch vorgesehen werden, dass zumindest im Bereich der Fertigwalzgerüste vor Austritt des Bandes der Walzspalt von dem Sollwert auf einen größeren Wert aufgefahren wird.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Band in den Fertigwalzgerüsten auf eine Fertigbanddicke zwischen 0,5 mm und 1,5 mm gewalzt wird.
Der Grundgedanke der Erfindung stellt gezielt darauf ab, dass – was bislang unbekannt und ungebräuchlich ist – für das Fertigwalzen eines dünnen Warmbandes durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess verschleißarme Arbeitswalzen eingesetzt werden, die als solche zwar vorbekannt sind, die jedoch infolge der hohen Walzenbelastung beim Fertigwalzen bislang nicht eingesetzt werden konnten.
Unterstützt bzw. ermöglicht wird dies durch die beschriebenen verfahrenstechnischen Maßnahmen, die sicherstellen, dass es auch beim Fertigwalzprozess zu keiner übermäßigen Belastung der Arbeitswalzen kommt.
Beim erfindungsgemäß vorgesehenen Endlos-Walzen können Walzstörungen vermieden werden, was den Einsatz von Arbeitswalzen mit verschleißarmer Walzenoberfläche auch im Fertigwalzbereich möglich macht. Hier findet ein über eine längere Zeit (von mehreren Stunden) andauerndes Walzen ohne Ein- und Ausfädeln an der Walzstraße statt. An Kopf oder Ende können die erwähnten Sondermaßnahmen, wie das Öffnen der Gerüste oder das Walzen auf größere, sicher zu walzende Enddicken, ergriffen werden, um die Arbeitswalzenbelastung im Fertiggerüst niedrig zu halten. Die Ausbringungsverluste sind dabei relativ klein, da diese Verlustlängen im Vergleich zur Gesamtbandlänge der endlos gewalzten Bänder niedrig sind.
Unter den Bedingungen des Endloswalzens unter Einsatz von verschleißarmen Arbeitswalzen (insbesondere HSS-Walzen, PM-Walzen) ist die wirtschaftliche Herstellung von Dünnband besonders vorteilhaft. Es finden weniger Walzenwechsel und damit weniger Gießunterbrechungen statt. Somit können Walzprogramme bzw. Gießsequenzen verlängert werden, bei gleichzeitig besseren Bandkonturen, weil der Arbeitswalzenverschleiß nun auch in den hinteren Gerüsten niedriger ist.
Die Produktivität der Gesamtanlage kann durch eine Verlängerung der Walzprogramme bzw. Gießsequenzen erhöht werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Gießwalzanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Vorstraße und Fertigstraße; und
2 eine Gießwalzanlage in einer zu 1 alternativen Ausführungsform der Erfindung mit kompakter Walzstraße.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnen Warmbandes 1 skizziert. Die Bandherstellung erfolgt durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess. Hierfür ist eine Gießmaschine 2 vorgesehen, in der zunächst eine Dünnbramme 3 gegossen wird. In Förderrichtung F der Bramme bzw. des Bandes ist eine Walzstraße 4, 5 nachgeschaltet. In der Walzstraße 4, 5 wird die Dünnbramme 3 unter Nutzung der Primärhitze des Gießvorgangs allmählich zum fertigen Band gewalzt. Dabei sind eine Vorstraße 4 und eine Fertigstraße 5 vorgesehen. Die Fertigstraße 5 hat eine Anzahl Fertigwalzgerüste 7, die in einem in Förderrichtung F gesehen hinteren Bereich 6 der Walzstraße 4, 5 angeordnet sind. Das Band 1 wird hier auf die Enddicke gewalzt, die bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm liegt. Das Walzen des Bandes in den Fertigwalzgerüsten 7 erfolgt mit von Stützwalzen abgestützten Arbeitswalzen 8.
Hierbei ist wesentlich, dass die Arbeitswalzen 8 der Fertigwalzgerüste 7 eine verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen. Insbesondere wird die Walzenoberfläche durch eine Schicht verschleißarmen Materials gebildet.
Walzen dieser Art sind zwar – wie es oben ausgeführt wurde – als solche im Stand der Technik bekannt. Sie werden bislang jedoch nie zum Fertigwalzen eines Bandes 1 eingesetzt.
Zu den zum Einsatz kommenden Walzen mit verschleißfester Oberfläche wird auf den Beitrag von M. Andersson et al. „Introduction of enhanced indefinite chill and high speed steel rolls in European hot strip mills" in „Ironmaking and Steelmaking", 2004, Vol. 31, No. 5, Seite 383 ff, und auf die EP 1 365 869 B1 (insbesondere Absatz [0014]) Bezug genommen.
Das HIP-Verfahren ist näher erläutert in dem Beitrag von Ch. Willems et al. „PM-HIP-Lösungen für Werkzeuge und Formen" in „Stahl", 1998, Heft 6, Seite 38 bis 40.
Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe, auch als Cermets bezeichnet, werden aufgrund der Kombination von hoher Härte und Bruchzähigkeit in einer Vielzahl von Bauteilen als verschleißfeste Werkstoffe eingesetzt, was auch vorliegend ausgenutzt wird.
Bevorzugt kann ein Einsatz der verschleißarmen Arbeitswalzen in allen Gerüsten der Warmbandstraße vorgesehen werden, also auch in der Vorstraße 4 (die letztere Maßnahme ist im Stand der Technik als solche bereits bekannt).
Der Verfahrensablauf ist dabei so, dass verwalzte Bandenden oder allgemeine Störungen und damit Beschädigungen der Arbeitswalzen durch folgende Maßnahmen vermieden werden:
Es kann ein Einfädeln mit offenem Walzspalt oder Einfädeln des Bandkopfes bei sicher zu erzeugenden Produktabmessungen (dickeres Fertigband) erfolgen. Erst nach dem Einfädeln des Bandes in das Fertiggerüst wird die Dicke des Walzspaltes dann auf eine kritisch zu erzeugende Zieldicke, bevorzugt auf einen Wert unter 1,5 mm, eingestellt.
Es ist weiterhin eine Endlos-Walzpraxis für eine Vielzahl von Coils für das lange Filetteil des Bandes vorgesehen.
Auch das Ausfädeln des Bandes kann wieder mit einer größeren Enddicke oder offenem Walzspalt erfolgen.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 im wesentlichen nur darin, dass hier eine kompakte Walzstraße 4 vorgesehen ist. Diese weist jedoch auch einen in Förderrichtung F gelegenen hinteren Teil 6 auf, in dem die Arbeitswalzen 8 mit verschleißarmer Walzenoberfläche vorgesehen sind. In dieser Anlage kann ein Endlos-Walzprozess oder alternativ ein Batch-Betrieb gefahren werden.
In den Figuren sind diverse an sich bekannte Einrichtungen der Vorrichtung zum Herstellen des dünnen Warmbandes dargestellt, die jedoch für die Erfindung nicht primär sind.
Es sei lediglich besonders auf einen Induktionsofen 9 und auf einen Halteofen 10 hingewiesen, der konventionell betrieben wird. Weiterhin sei eine Kühlstrecke 11 erwähnt, hinter der sich ein Haspel 12 zum Aufwickeln des fertigen Bandes zu einem Coil 13 befindet.
Die zum Einsatz kommenden Arbeitswalzen 8 in den Fertigwalzgerüsten 7 sind, wie oben bereits teilweise erwähnt, unter den Bezeichnungen HSS-Walzen, Semi-HSS-Walzen, PM-HIP-Walzen oder Cermet-Walzen als solche bekannt. Es sind auch andere Mantelmaterialien möglich, die verschleißfest, jedoch in der Regel empfindlich sind.
Die Walzprogrammlänge wird in der Regel durch die Verschleißtiefe bzw. -form der Arbeitswalzen oder – damit verbunden – die gewünschte Bandkontur bestimmt. Besonders störend sind ein hoher Bandkantenabfall (edge-drop) oder Wulste durch z. B. hohen Kantenverschleiß.
Weiterhin beeinflusst auch die Walzen- sowie die Bandoberflächenqualität signifikant die Walzprogrammlänge. Nicht nur hohe Rauhigkeiten, sondern auch Abdrücke auf der Walzenoberfläche durch z. B. verwalzte Bandenden, sind dabei relevant.
Gerade bei dünnen Bändern entsteht ein hoher Verschleiß. Besonders deutlich wird der Verschleißeffekt beim Walzen einer Breite. Bei konventionellen Warmbandstraßen ist hier auch die Gefahr von Bandendenverwalzungen oder anderen Walzunfehlern hoch.
Deshalb bietet sich diese Technologie, nämlich die Dünnbandwalzung in einer Endlos-Dünnbrammenanlage mit Verwendung von verschleißarmen Arbeitswalzen (auch im letzten Gerüst) besonderes an. Die Endlostechnologie vermeidet Walzfehler und die verschleißarmen Walzen verbessern die Qualität des Produktes und lassen eine Verlängerung der Walzprogrammlänge zu.
Die Kombination des Direkteinsatzes (Gießen mit anschließendem Walzen bei geringer Energiezufuhr) und die Verlängerung der Gießsequenzen machen die erläuterte Technologie besonders wirtschaftlich.
Bezugszeichenliste

1: Warmband (Band)
2: Gießmaschine
3: Dünnbramme
4: Walzstraße
5: Walzstraße
6: hinterer Bereich
7: Fertigwalzgerüst
8: Arbeitswalze
9: Induktionsofen
10: Halteofen
11: Kühlstrecke
12: Haspel
13: Coil
F: Förderrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0286862 A1 [0003]
- EP 0771596 B1 [0003]
- EP 0415987 B2 [0004]
- EP 0889762 B1 [0004]
- EP 1365869 B1 [0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- M. Andersson et al. „Introduction of enhanced indefinite chill and high speed steel rolls in European hot strip mills” in „Ironmaking and Steelmaking”, 2004, Vol. 31, No. 5, Seite 383 ff [0033]
- Ch. Willems et al. „PM-HIP-Lösungen für Werkzeuge und Formen” in „Stahl”, 1998, Heft 6, Seite 38 bis 40 [0034]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines dünnen Warmbandes (1) durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess, mit einer Gießmaschine (2), in der eine Dünnbramme (3) gegossen wird, mit mindestens einer der Gießmaschine (2) nachgeschalteten Walzstraße (4, 5), in der die Dünnbramme (3) unter Nutzung der Primärhitze des Gießvorgangs gewalzt wird, und mit einer Anzahl in Förderrichtung (F) des Bandes (1) in einem hinteren Bereich (6) angeordneter Fertigwalzgerüste (7), in denen das Band (1) mit Arbeitswalzen (8) auf eine Enddicke gewalzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswalzen (8) der Fertigwalzgerüste (7) eine verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche durch eine Schicht verschleißarmen Materials gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißarme Schicht aus pulvermetallurgischem Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißarme Schicht aus pulvermetallurgischem Material durch das HIP-Verfahren (hot isostatic pressing Verfahren) hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißarme Schicht aus einem Metall-Keramik-Verbundmaterial besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswalzen als HSS-Walzen oder Semi-HSS-Walzen (High Speed Steel-Walzen) ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Arbeitswalzen (8) der mindestens einen Walzstraße (4, 5) eine verschleißarme Walzenoberfläche aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines dünnen Warmbandes (1) durch Gießwalzen in einem Endlos-Prozess, bei dem zunächst in einer Gießmaschine (2) eine Dünnbramme (3) gegossen wird, wobei diese anschließend in mindestens einer Walzstraße (4, 5) unter Nutzung der Primärhitze des Gießvorgangs gewalzt wird und wobei das Band (1) in einem in Förderrichtung (F) des Bandes (1) hinteren Bereich (6) in einer Anzahl Fertigwalzgerüsten (7) mit Arbeitswalzen (8) auf eine Enddicke gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitswalzen (8) der Fertigwalzgerüste (7) solche mit einer verschleißarmen Walzenoberfläche verwendet werden, insbesondere solche mit einer Schicht verschleißarmen Materials.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der Fertigwalzgerüste (7) vor Eintritt des Bandes (1) der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen (8) aufgefahren und nach Eintritt des Bandes (1) der Walzspalt auf den Sollwert gefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzspalt auf einen Wert aufgefahren wird, bei dem ein für die Arbeitswalze (8) schädigungsfreies Walzen bei einer sicher zu walzenden Dicke möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der Fertigwalzgerüste (7) vor Austritt des Bandes (1) der Walzspalt von dem Sollwert auf einen größeren Wert aufgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (1) in den Fertigwalzgerüsten (7) auf eine Fertigbanddicke zwischen 0,5 mm und 1,5 mm gewalzt wird.