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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Querteilen eines Metallbandes mittels wenigstens einer Schere in einer Walzanlage.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Walzanlage umfassend Mittel zum, Ablängen und Walzen eines Metallbandes in wenigstens einer Walzlinie mit wenigstens einer Walzeinrichtung, wenigstens einer Schere, die zum Trennen des Metallbandes in Abschnitte vorgegebener Länge ausgebildet ist, und wenigstens einer übergeordneten Prozesssteuerung zur Automatisierung der Anlage.
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Die Walzanlage ist insbesondere als sogenannte CSP® Anlage (Compact Strip Production) zum quasi kontinuierlichen Gießen und Walzen von Brammen ausgebildet.
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Das von der Anmelderin entwickelte CSP® Verfahren ist ein Verfahren, bei dem flüssiger Stahl in einer Stranggießmaschine zu sogenannten Brammen vergossen wird. Der Gießstrang wird mit einer Schere zu Brammen getrennt und in einem Ofen auf Walztemperatur homogenisiert und gegebenenfalls erwärmt sowie anschließend in einer Warmwalzstraße gewalzt. Die Schere, die aus dem kontinuierlich aus der Maschine austretenden Strang einzelne Brammen schneidet, ist so ausgelegt, dass der warme Strang auch unter anspruchsvollen Prozessbedingungen, d.h. bei einem niedrigen Temperaturniveau, bei Verarbeitung von höherfestem Material und bei großen Schnittbreiten getrennt werden kann. Je nach Schnittbedingungen kann die Schere einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Unter ungünstigsten Bedingungen kann die Schere Schaden nehmen, der zu einem Ausfall führt.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, durch die Führung des Verfahrens eine Verbesserung des Verschleißverhaltens von Anlagenkomponenten zu erwirken.
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Ein solches Verfahren zur Verbesserung des Verschleißverhaltens von Anlagenkomponenten bei der Weiterverarbeitung von hoch legierten Stählen sowie eine Anlage zur Verarbeitung dieser hochlegierten Stähle ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 109 489 A1 bekannt. Das aus dieser Druckschrift bekannte Verfahren sieht vor, die Kühlung des Gussprodukts derart zu steuern, dass die höchste Temperatur im Querschnitt des Gussprodukts die Nullzähigkeitstemperatur am Ende der Gießmaschine und vor dem ersten Umformschritt, aber mindestens vor einem mechanischen Ablängen des Gussprodukts mittels einer Schere zumindest temporär für den jeweiligen Bearbeitungsschritt unterschritten wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Sekundärkühlung des Metallbandes gezielt gesteuert wird, sodass der Strang während des Scherenschnitts nicht im Bereich der Nullzähigkeitstemperatur liegt. Dadurch wird insbesondere die Schere vor einem vorzeitigen Verschleiß geschützt.
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Ein Verfahren zum Querteilen eines Metallbandes ist beispielsweise auch aus der
EP 3 177 412 B1 bekannt. Das Verfahren betrifft ebenfalls die Einstellung eines gezielten Temperaturprofils am Bandkopf und Bandfuß vor dem Querteilen eines Metallbandes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Querteilen eines Metallbandes der eingangs genannten Art bereitzustellen, das ebenfalls zur Verbesserung des Verschleißverhaltens der Schere beiträgt.
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Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Walzanlage bereitzustellen, die so ausgebildet ist, dass ein verschleißarmer Betrieb der Schere gewährleistet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Bereitstellung einer Walzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Querteilen eines Metallbandes mittels wenigstens einer Schere in einer Walzanlage, folgende Verfahrensschritte umfassend:
- A) Ermitteln wenigstens eines Soll-Schnittzeitpunkts an einem Schnittort der Walzanlage in Abhängigkeit einer Soll-Länge des Metallbandes,
- B) Ermitteln der Scherfestigkeit des Metallbandes am Schnittort zum Soll-Schnittzeitpunkt,
- C) Auslösen eines Schnitts zum Soll-Schnittzeitpunkt, wenn die Scherfestigkeit des Metallbandes am Schnittort zu einem Soll-Schnittzeitpunkt kleiner oder gleich einer für die Schere gegebenen Grenz-Scherfestigkeit des Metallbandes ist oder
- D) Blockieren des Schnitts zum Soll-Schnittzeitpunkt, wenn die Scherfestigkeit des Metallbandes zum Soll-Schnittzeitpunkt am Schnittort größer als die Grenz-Scherfestigkeit ist.
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Die Schere, die bei dem Verfahren Anwendung findet, kann als Pendelschere, Kurbelschere, Trommelschere oder dergleichen ausgebildet sein.
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Unter einem Metallband im Sinne der Erfindung wird ein flaches Metallprodukt verstanden, das als Halbzeug in Form von Brammen, Blöcken, Knüppeln kontinuierlich oder diskontinuierlich einer Walzanlage zugeführt wird und das vor und/oder während einer Verarbeitung in einer Walzanlage geschnitten werden soll. Der Begriff „Metallband“ umfasst auch Zwischenprodukte und Vorprodukte, wie beispielsweise Warmband oder Gießstränge, die aus dem Auslauf einer mit der Walzanlage verbundenen Stranggießmaschine austreten und in der Walzanlage zu Brammen geschnitten werden und zu Band weiter gewalzt werden.
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Das Verfahren betrifft insbesondere das Querteilen von Metallbändern mit einer Temperatur von mehr als 300 Grad C.
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Die Walzanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine solche zum Herstellen von Bändern einer Enddicke von 0,6 bis 25,4 mm aus gegossenen Brammen, die beispielsweise eine Dicke von 40-180 mm, bevorzugt 50 bis 150 mm und einer Breite von 800-2500 mm aufweisen können.
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Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist der Maschinenschutz der Schere durch eine vorzugsweise kontinuierliche Berechnung der Warmscherfestigkeit des Metallbandes am Schnittort. Ist die Scherfestigkeit des Metallbandes zu einem Soll-Schnittzeitpunkt am Schnittort größer als eine festgelegte Grenz-Scherfestigkeit, wird erfindungsgemäß der Schnitt der Schere blockiert, und zwar vorzugsweise so lange, bis die Scherfestigkeit des Metallbandes kleiner oder gleich einer für die Schere gegebenen Grenz-Scherfestigkeit ist.
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Das Verfahren kann modell- und regelbasiert durchgeführt werden. Anders als bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren wird nicht das Temperaturprofil vor dem Querteilen des Metallbandes beeinflusst, sondern die Scherfestigkeit des Metallbandes wird kontinuierlich berechnet, wobei die Scherfestigkeit eine Funktion der Temperatur, der Materialzusammensetzung des Metallbandes, dessen Dicke und dessen Breite ist.
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Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, einen neuen Soll-Schnittzeitpunkt festzulegen, wenn der Schnitt wegen einer Überschreitung der Grenz-Scherfestigkeit des Metallbandes blockiert wird.
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Die Scherfestigkeit des Metallbandes am Schnittort zum Soll-Schnittzeitpunkt kann in Abhängigkeit einer Temperatur des Metallbandes am Schnittort zum Soll-Schnittzeitpunkt ermittelt werden.
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Hierzu kann vorgesehen sein, die Temperatur am Schnittort zum Soll-Schnittzeitpunkt fortlaufend auf der Basis einer gemessenen Temperatur und/oder eines errechneten Temperaturverlaufs über wenigstens eine Teillänge des Metallbandes zu ermitteln.
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Der Soll-Schnittzeitpunkt kann mittels wenigstens eines computerimplementierten Algorithmus zur Schnittlängenoptimierung berechnet werden, der beispielsweise Teil einer übergeordneten Prozesssteuerung ist.
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Die Scherfestigkeit des Metallbandes zum Soll-Schnittzeitpunkt am Schnittort wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Temperatur des Metallbandes und dessen Dicke und/oder dessen Breite sowie in Abhängigkeit der Materialzusammensetzung des Metallbandes ermittelt. Ein Online-Prozessmodell kann den Temperaturverlauf des Metallbandes berechnen. In einer CSP® Anlage kann das Online-Prozessmodell beispielsweise den Temperaturverlauf von einer Gießmaschine bis zum Einlauf in einen nachgelagerten Ofen oder eine nachgelagerte Heizeinrichtung berechnen. Die Materialzusammensetzung kann aus der Analyse des Walzgutes entnommen und in der Prozesssteuerung bzw. Prozessautomation hinterlegt sein.
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Unter Scherfestigkeit ist die Scherfestigkeit des Metallbandes in kN/mm2 insbesondere bei erhöhter Temperatur zu verstehen, wobei unter Scherfestigkeit der Widerstand verstanden wird, den ein Festkörper insbesondere tangentialen Scherkräften entgegensetzt.
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Führen ungünstige Prozessbedingungen zu einer hohen Warmscherfestigkeit des Metallbandes, kann die Automation für die kritischen Bereiche des Walzvorgangs oder eines eventuell vorgelagerten anderen Prozessschrittes die Schere verriegeln, sodass diese keinen Schaden nimmt. Diese kritischen Bereiche können auch in einer Level 1 oder Level 2 Automation sichtbar gemacht werden und dem Bediener entsprechende Warnungen ausgeben. Über eine modellbasierte Berechnung zur Schnittlängenoptimierung kann der ursprünglich geplante Soll-Schnitt neu platziert werden, derart, dass eine möglichst geringe Störung des Prozesses erfolgt.
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Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Walzanlage bereitgestellt, die Mittel zum, Ablängen und Walzen eines Metallbandes in wenigstens einer Walzlinie mit wenigstens einer Walzeinrichtung umfasst, wobei wenigstens eine Schere vorzugsweise unmittelbar hinter einer Stranggießanlage angeordnet ist, wobei die Schere zum Trennen des Metallbandes in Abschnitte vorgegebener Länge ausgebildet ist, wobei die Walzanlage eine übergeordnete Prozesssteuerung zur Automatisierung umfasst, wobei die Prozesssteuerung Mittel zur Steuerung der wenigstens einen Schere nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren umfasst.
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Die Schere kann unmittelbar hinter einer Stranggießanlage und vor einem der wenigstens einen Walzeinrichtung vorgelagerten Ofen angeordnet sein. Der Ofen kann beispielsweise als Tunnelofen ausgebildet sein.
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Die Walzanlage gemäß der Erfindung kann insbesondere eine Prozesssteuerung aufweisen, die Mittel zur Berechnung eines Temperaturprofils und/oder eines Temperaturverlaufs des Metallbandes zwischen der Stranggießanlage und einer Heizeinrichtung aufweist, der einer ersten Walzeinrichtung vorgelagert ist.
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Die Prozesssteuerung kann Mittel zur wenigstens näherungsweisen Bestimmung der Scherfestigkeit des Metallbandes in Abhängigkeit der Temperatur, der Dicke und/oder der Breite des Metallbandes und/oder dessen Materialzusammensetzung an einem Einlauf des Metallbandes in einen Schnittbereich der Schere sowie Mittel zum Blockieren der Schere umfassen, wenn eine scherenspezifische Grenz-Scherfestigkeit des Metallbandes überschritten ist.
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Bevorzugt umfasst die Prozesssteuerung eine Einrichtung zur Schnittlängenoptimierung des Metallbandes, die dazu ausgebildet ist, einen veränderten Soll-Schnittzeitpunkt für die Schere zu bestimmen, wenn eine Schnittauslösung blockiert wird. Die Schnittlängenoptimierung ist vorzugsweise modellbasiert. Das Modell kann auf Methoden des maschinellen Lernens basieren, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen und dergleichen.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Gießwalzanlage gemäß der Erfindung und
- 2 eine Warmwalzanlage gemäß der Erfindung.
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In 1 ist ein Teil einer Walzanlage gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, die als Gießwalzanlage 1 ausgebildet ist. Die Gießwalzanlage 1 umfasst eine Stranggießanlage 2, eine hinter der Stranggießanlage 2 angeordnete Schere in Form einer Pendelschere 3, eine hinter der Pendelschere 3 angeordnete Heizeinrichtung in Form eines Tunnelofens 4 sowie nicht dargestellte Walzgerüste, die in wenigstens einer Walzstraße angeordnet sind.
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Die Stranggießanlage 2 umfasst eine nicht dargestellte Gießpfanne sowie eine Kokille 5. Der aus der Kokille 5 austretende Gießstrang 6 wird über eine Strangführung 7 umgelenkt und hinter der Strangführung 7 mit der Pendelschere 3 vor dem Tunnelofen 4 zu Brammen abgelängt, wobei die Brammen bzw. der Gießstrang 6 vor der Pendelschere 3 eine Dicke von 40-180 mm sowie eine Breite von 800-2500 mm aufweisen kann. Die mittlere Temperatur des Gießstrangs 6 am Einlauf in die Pendelschere 3 sollte etwa 1000 °C betragen, d. h. außen etwa 900 °C und im Kern etwa 1200 °C. Der Gießstrang 6 wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 2-7 m/s der Pendelschere 3 zugeführt. Die Pendelschere 3 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 8 gesteuert, die zu einem Soll-Schnittzeitpunkt in Abhängigkeit einer Soll-Länge der Brammen einen Schnitt auslöst.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst eine fortlaufende Berechnung der Scherfestigkeit des zu trennenden Gießstrangs 6 bzw. des Metallbandes als Funktion der Temperatur des Gießstrangs, der Materialzusammensetzung des Gießstrangs sowie der Dicke und Breite des Gießstrangs.
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Die Scherfestigkeit bzw. Warmscherfestigkeit des Gießstrangs 6 ist entscheidend dafür, welche Scher- bzw. Schneidkraft die Pendelschere 3 parallel zur Schnittfläche aufbringen muss. Insbesondere, wenn die Temperatur des Gießstrangs 6 im Bereich des Einlaufs in die Pendelschere 3 ein bestimmtes Niveau unterschreitet, kann daraus eine erhöhte Warmscherfestigkeit resultieren. Die Pendelschere 3 ist für eine bestimmte Scher- bzw. Schneidkraft ausgelegt, sodass angenommen werden kann, dass bei Überschreiten einer Grenz-Scherfestigkeit des Gießstrangs 6 die Pendelschere 3 Schaden nimmt oder einem erhöhten Verschleiß unterliegt. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorgesehen, die Scherfestigkeit des Gießstrangs 6 fortlaufend auf Basis eines Temperaturverlaufs des Gießstrangs 6 bis zum Einlauf in den Tunnelofen 4 zu berechnen. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Soll-Schnittzeitpunkts für die Pendelschere 3 in Abhängigkeit einer vorbestimmten Soll-Länge des Gießstrangs 6. Die Soll-Länge des zu trennenden Metallbandes bzw. der zu trennenden Brammen wird von einer Prozesssteuerung 9 vorgegeben. Darüber hinaus erhält die Steuer- und Regeleinrichtung 8 aus der Überwachung der Warmscherfestigkeit des Gießstrangs 6 einen Steuerimpuls, der abgeleitet ist aus einem Vergleich der Scherfestigkeit des Gießstrangs 6 mit der vorgegebenen Grenz-Scherfestigkeit. Ist die Scherfestigkeit des Gießstrangs 6 im Bereich des Einlaufs der Pendelschere 3 zum Zeitpunkt größer als die Grenz-Scherfestigkeit wird die Pendelschere 3 verriegelt bzw. blockiert. Aufgrund eines Modells zur Schnittlängenoptimierung veranlasst die Prozesssteuerung 9 die Steuer- und Regeleinrichtung 8 einen neuen Brammenschnitt zu platzieren.
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In 2 ist ein Teil einer Warmwalzanlage 10 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch dargestellt. Dieser Warmwalzanlage 10 muss nicht notwendigerweise eine Stranggießanlage 2 vorgeschaltet sein. Gleiche Bauteile sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Warmwalzanlage 10, der ein Warmband 12 kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird, umfasst mehrere Heizeinrichtungen, nämlich eine Induktionsheizeinrichtung 13 und zwei Tunnelöfen 4, zwei Walzstraßen mit Walzgerüsten 12, sowie mehrere Scheren 14, die für unterschiedliche Banddicken ausgelegt sind. Auf die Darstellung und Auflistung weiterer bekannter Bestandteile wird aus Gründen der Vereinfachung verzichtet. Es können mehr oder weniger Scheren in der Walzanlage angeordnet sein, auch die Position in der Anlage kann variieren.
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Das Warmband 12 wird einer der Trommelscheren 14 zugeführt. Die Trommelscheren 14 werden jeweils von einer Steuer- und Regeleinrichtung 8 gesteuert, die zu einem Soll- Schnittzeitpunkt in Abhängigkeit einer Soll-Länge des Bandes einen Schnitt auslöst.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst eine fortlaufende Berechnung der Scherfestigkeit des zu trennenden Warmbandes 12 oder des Gießstrangs 6 (siehe 1) als Funktion der Temperatur des Materials, der Materialzusammensetzung, sowie der Dicke und Breite des Warmbandes 12 oder des Gießstrangs 6.
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Die Scherfestigkeit bzw. Warmscherfestigkeit des Metallbandes ist entscheidend dafür, welche Scher- bzw. Schneidkraft die jeweilige Schere parallel zur Schnittfläche aufbringen muss. Insbesondere, wenn die Temperatur des Warmbandes 12 im Bereich des Einlaufs in die Schere ein bestimmtes Niveau unterschreitet, kann daraus eine erhöhte Warmscherfestigkeit resultieren. Die Scheren sind jeweils für eine bestimmte Scher- bzw. Schneidkraft ausgelegt, sodass angenommen werden kann, dass bei Überschreiten einer Grenz-Scherfestigkeit des Warmbandes 12 die betreffende Schere Schaden nimmt oder einem erhöhten Verschleiß unterliegt.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorgesehen, die Scherfestigkeit des Warmbandes 12 fortlaufend auf Basis eines Temperaturverlaufs des Warmbandes 12 zu berechnen. Dies kann begrenzt auf einen Teilbereich der Warmwalzanlage 10 bezogen sein oder über die gesamte Warmwalzanlage 10 übergreifend. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Soll-Schnittzeitpunkts für die jeweilige Schere in Abhängigkeit einer vorbestimmten Soll-Länge des Warmbandes 12. Die Soll-Länge des zu trennenden Warmbandes 12 wird von einer Prozesssteuerung 9 vorgegeben. Darüber hinaus erhält die Steuer- und Regeleinrichtung 8 aus der Überwachung der Warmscherfestigkeit des Warmbandes 12 einen Steuerimpuls, der abgeleitet ist aus einem Vergleich der Scherfestigkeit des Warmbandes 12 mit der vorgegebenen Grenz-Scherfestigkeit. Ist die Scherfestigkeit des Warmbandes 12 im Bereich des Einlaufs der jeweiligen Schere zum Soll- Schnittzeitpunkt größer als die Grenz-Scherfestigkeit wird die Schere verriegelt bzw. blockiert. Aufgrund eines Modells zur Schnittlängenoptimierung veranlasst die Prozesssteuerung 9 die Steuer- und Regeleinrichtung 8 einen neuen Schnitt zu platzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gießwalzanlage
- 2
- Stranggießanlage
- 3
- Pendelschere
- 4
- Tunnelofen
- 5
- Kokille
- 6
- Gießstrang
- 7
- Strangführung
- 8
- Steuer- und Regeleinrichtung
- 9
- Prozesssteuerung
- 10
- Warmwalzanlage
- 11
- Walzgerüste
- 12
- Warmband
- 13
- Induktionsheizeinrichtung
- 14
- Scheren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016109489 A1 [0006]
- EP 3177412 B1 [0007]
