DE4209564C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Feinstahl, Draht oder Profilen durch Walzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum kontinuierlichen Herstellen von Feinstahl, Draht oder Profilen, insbesondere durch Inline-Warmwalzen von stranggegossenem Vormaterial, in hintereinander angeordneten Duo-Walzgerüsten mit anstellbaren gekühlten Horizontal- und Vertikal-Walzen aus thermisch hochbelastbarem Walzenwerkstoff.

Die Herstellung von Feinstahl, Draht- und Profilen erfolgt heute gewöhnlich aus Knüppeln oder Blooms, die in Stranggießanlagen vergossen und in Längen geteilt nach Aufwärmung in einem Ofen dem Walzwerk zugeführt werden. Das Aufteilen des Stranggußstranges ist deshalb erforderlich, weil die unterschiedlichen Prozesse "Gießen" und "Warmwalzen" mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeführt werden müssen. Das Gießen der Stranggußquerschnitte erfolgt höchstens mit Geschwindigkeiten von zwei bis drei Metern pro Minute, während die ersten Walzgerüste Einziehgeschwindigkeiten von sieben bis zehn Meter pro Minute erfordern, um eine thermische Schädigung der Walzen durch den Wärmeübergang vom Walzgut in die Walze zu vermeiden. Würde man, was grundsätzlich möglich ist, mit zwei bis drei Metern pro Minute endlos walzen, so würden die langen Kontaktzeiten zwischen Walzgut und Walze die Walze übermäßig erhitzen und sie bis zur Unbrauchbarkeit beschädigen.

Beim Walzen endlicher Knüppel sind die Kontaktzeiten geringer und es können Walzpausen eingelegt werden, die der Temperaturerholung, d. h. der Abkühlung der Walzen dienen, so daß diese längere Haltbarkeit aufweist.

Auf der anderen Seite ist die direkte Verbindung von Gießen und Walzen eine anzustrebende Lösung, weil sie durch Energieeinsparungen und infolge einer höheren Ausbringung (Vermeiden der Schopfverluste von ca. 2 Prozent) eine wesentlich wirtschaftlichere Produktion erlaubt. Gute Erfahrungen hat man beim direkten, d. h. Inline-Walzen von Metallen, wie z. B. Kupfer, das infolge des niedrigeren Temperaturniveaus vorteilhaft und energiesparend gewalzt werden kann, wobei jedoch die Gießmaschine mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von ca. 10 m/min arbeitet.

Es ist auch schon versucht worden, mit Hochverformungswalzwerken (z. B. Planetenschrägwalzwerken) Inline-Stahlstrangguß-Vormaterial auszuwalzen, wobei das Hochverformungswalzwerk der Gießgeschwindigkeit anpaßbar ist. Diese Lösung hat jedoch in der Praxis nur eine geringe Bedeutung, weil das Walzwerk sehr teuer ist, nur für die Umformung von Rundquerschnitten geeignet ist und beim Walzen ein ungünstiges Walzgefüge mit hauptsächlich verdichteter Randzone entsteht. Das bekannte Walzwerk ist daher nur bei einfachen Massenstählen akzeptabel , wobei ein wirtschaftliches Ausbringen nur mit Maschinen erreichbar ist, die mechanisch sehr aufwendig sind.

Schließlich sind in der Literatur Anlagen zum kontinuierlichen Stranggießen und Walzen in einer Linie gezeigt und beschrieben, bei denen das stranggegossene Vormaterial im warmen Zustand in Horizontal- Duos und Vertikal-Duos gewalzt wird; vgl. Bänder, Bleche, Rohre, insbesondere Seite 274, Bild 1, und Draht-Welt Düsseldorf, Seite 20, Bild 4.

In der Zeitschrift Draht-Welt Düsseldorf ist außerdem angegeben, daß die Walzen aufgrund der hohen thermischen Belastung als Folge der geringen Walzgeschwindigkeit aus besonderem Werkstoff bestehen und daß die Walzen gekühlt werden; vgl. Seite 20, rechte Spalte Mitte, und Seite 21, linke Spalte Mitte.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch das Kühlen der Walzen alleine nicht ausreicht, um Beschädigungen der Walzen bei wirtschaftlichen Standzeiten zu verhindern.

Ausgehend von den dargestellten Problemen und Nachteilen des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen von Feinstahl, Draht oder Profilen, insbesondere durch Inline-Warmwalzen von stranggegossenem Vormaterial in einfacher Weise zu realisieren, ohne daß thermische Probleme der Walzen die Kontinuität des Walzprozesses und die Wirtschaftlichkeit der Anlage negativ beeinflussen.

Zur Lösung der Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen im Ober­ begriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen das dadurch gekennzeichnet ist, daß über einen Zeitraum von fünf bis dreißig Minuten eine entsprechende Walzgutlänge von einem ersten Horizontal- und einem ersten Vertikal-Walzenpaar gewalzt wird, welches nach Erreichen einer Walzentemperatur von 200 bis 250 Grad C durch ein zweites Horizontal- und zweites Vertikal-Walzenpaar ersetzt wird, wobei der Wechsel der ersten und zweiten Horizontal- bzw. Vertikal-Walzenpaare zeitlich so abgestimmt sind, daß während der Walzphase stets mindestens ein Walzenpaar der Horizontal- und der Vertikal-Walzen auf den geforderten Walzquerschnitt eingestellt bleibt.

Inhalt des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es demgemäß, die thermische Aufheizung der Walzen während des Walzprozesses dadurch zu vermindern, daß die Walzen nur zeitweise mit dem Walzgut in Berührung gebracht werden, und zwar abwechselnd mit weiteren Walzenpaaren.

Vorzugsweise erfolgt der Wechsel der Walzenpaare während einer Walzphase mehrfach, wobei jeweils die nicht am Walzvorgang beteiligten Walzen gekühlt werden. Auf diese Weise läßt sich die Standzeit der Walzen wesentlich erhöhen, weil die Walzzeiten der einzelnen Walzenpaare so eingestellt werden können, daß kritische Walzentemperaturen nicht erreicht werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch ein Doppelgerüst mit zwei Horizontal- bzw. zwei Vertikal-Walzenpaaren gekennzeichnet, die mit gleichen Drehzahlen antreibbar sind und denen unabhängig voneinander steuerbare Anstellungen zugeordnet sind. Erfindungsgemäß sind zwei solcher Doppelwalzgerüste, eines in Horizontal- und eines in Vertikal-Bauart als Vorstraße vorgesehen, wobei jeweils ein Walzenpaar jedes Doppelwalzgerüstes an der Verformung beteiligt ist, während das zweite Walzenpaar dieses Doppelwalzgerüstes von der Walzgutoberfläche zurückgezogen ist. Dazu sind die Anstellungen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung programmgesteuert, wobei die entsprechende Programmsteuerung mit Einrichtungen zum Erfassen der Walzentemperatur, der Walzzeit oder ähnlichem in Verbindung stehen.

Da die Walzenpaare eines Doppelwalzgerüstes mit gleichen Drehzahlen angetrieben werden, bietet sich an, einen gemeinsamen Hauptantrieb vorzusehen, der die Walzen über Verteilergetriebe antreibt.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Walzen als bekannte, fliegend in Exzenterbuchsen oder Schwingen gelagerte Walzscheiben ausgeführt sind. Ein solches Walzwerk ist einfach, d. h. mit geringen Investitionskosten herstellbar und ermöglicht in kostengünstiger Weise den Betrieb einer Anlage zum Inline-Warmwalzen von stranggegossenem Vormaterial zum Herstellen von Feinstahldraht und Profilen, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch die Hintereinanderanordnung einer Bogenstranggießanlage mit horizontalem Auslauf, Richt- und Ausziehtreiber, Schere, anschließendem Rollgang und Einrichtungen zum Nachwalzen vor zwei Doppelwalzgerüsten in Horizontal-Vertikal-Anordnung mit nachfolgenden weiteren Walzgerüsten in Horizontal-Vertikal-Anordnung.

Eine derartig ausgestaltete erfindungsgemäße Anlage ist hinsichtlich des Investitionsaufwandes wesentlich günstiger als konventionelle Straßen mit Ofen und getrennter Gießanlage. Auf diese Weise lassen sich die Vorteile der Inline-Gießwalztechnik optimal verwirklichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anlage zum Stranggießen und Warmwalzen von Vormaterial für eine Drahtstraße,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Doppelwalzgerüstes in der Draufsicht,

Fig. 3 das Walzgerüst nach Fig. 2 in der Seitenansicht und

Fig. 4a, 4b und 4c die unterschiedlichen Phasen beim Anstellen der Walzenpaare.

Fig. 1 zeigt in grob schematischer Darstellung eine Anlage mit erfindungsgemäßen Doppelwalzgerüsten, die wie folgt zu beschreiben ist. Mit 1 ist die Kokille einer Bogenstranggießanlage 2 bezeichnet, deren Gußstrang den Bogenteil horizontal verläßt. Zum Geraderichten des Gußstranges und Ausziehen aus der Anlage ist ein Richt- und Ausziehtreiber 3 vorgesehen, dem die Schere 4 nachgeordnet ist. Die Schere 4 wird als Notschere oder zum Abtrennen des Anfahrstranges benutzt; zum Inline-Betrieb ist sie nicht erforderlich.

An die Schere 4 schließt sich der Querrollgang 5 an, der als Querförderer mit Thermoabdeckung ausgebildet sein kann. Mit ihm können im Störungsfall Knüppel ausgefördert und gespeichert werden.

Dem Querrollgang 5 folgt die Entzunderungsanlage 6, der ein Nachwärmofen, beispielsweise Induktionsofen 7 nachgeordnet ist. Mit 8 und 9 sind die beiden erfindungsgemäßen Doppelwalzgerüste bezeichnet, wobei 8 das Horizontal-Doppelwalzgerüst und 9 das Vertikal-Doppelwalzgerüst beziffern. Den Doppelwalzgerüsten nachgeschaltet sind konventionelle Duo-Walzgerüste in Horizontal- und Vertikal-Anordnung, die mit 10, 11 und 12 bezeichnet sind. Weitere (nicht dargestellte) Walzgerüste können folgen.

In Fig. 2 ist das Vertikal-Doppelwalzgerüst 9 in der Draufsicht schematisch dargestellt. Das Vormaterial (der Gußstrang) ist mit 13 bezeichnet, es durchläuft das Vertikal-Doppelwalzgerüst 9 in Richtung der Pfeile 14. In dem gemeinsamen Gerüst 15 sind zwei Walzenpaare 16a, 16b und 17a, 17b angeordnet, wobei die Walzen als bekannte Walzscheiben ausgestaltet sind. Die Walzenpaare 16a, 16b und 17a, 17b sind an (nicht dargestellten) Schwingen gelagert und können jeweils paarweise abwechselnd in Eingriff mit dem Walzgut (Vormaterial 13) gebracht werden. Jeder Walze der Walzenpaare 16a, 16b und 17a, 17b ist eine gesteuerte Kühleinrichtung zugeordnet, die mit 18 bezeichnet ist. Die Kühleinrichtung 18 ist als Spritzbalken konstruiert, der Wasser auf die Oberfläche der Walzen spritzen kann. Zum Auffangen des Spritzwassers ist der jeweils nicht im Eingriff mit dem Walzgut befindlichen Walze ein Auffangblech zugeordnet, welches quer zur Walze in Betriebsstellung verschiebbar ist.

Im Einlauf und Auslauf der Horizontal-Vertikal-Walzenpaare 15 sind gekühlte Einführungs- und Ausführungsarmaturen 19 und 20 vorgesehen.

Schließlich sind in Fig. 2 der Hauptantrieb 21 und das Verteilergetriebe 22 erkennbar, über das alle Walzen der Horizontal-Vertikal-Walzenpaare 16, 17 antreibbar sind.

In Fig. 3 ist (ebenfalls in stark vereinfachter Darstellung) das Vertikal-Doppelwalzgerüst 9 in der Seitenansicht dargestellt. Gleiche Teile sind gleich bezeichnet. Zusätzlich ist in Fig. 3 die Anstellung für die Walzenpaare 16a, 16b und 17a, 17b angedeutet und mit 23 und 24 beziffert. Die Anstellungen 23 und 24 wirken mit Spindeln 25 und 26 zusammen und sind unabhängig voneinander zu betreiben.

Die Funktion und das erfindungsgemäße Verfahren sind am deutlichsten aus den Zeichnungsfiguren 4a bis 4b zu erkennen. Das Walzgut (Vormaterial 13) durchläuft in der ersten Walzphase (Fig. 4a) die Doppelwalzgerüste 8, 9, von denen beispielsweise das Horizontal-Doppelwalzgerüst 8 dargestellt ist. Wie erkennbar, ist das Walzenpaar 16a und 16b in Arbeitsstellung, d. h. im Eingriff mit dem Vormaterial 13, welches durch das Walzenpaar reduziert wird. Das Walzenpaar 17a, 17b ist über die Anstellung 24, 26 soweit zurückgefahren, daß kein Kontakt mehr mit dem Vormaterial besteht. In dieser Stellung wird z. B. 10 Minuten gewalzt, bis die Walzen der Walzenpaare 16a, 16b eine einstellbare kritische Temperatur erreicht haben. Durch Betätigung der Anstellung 24, 26, werden die Walzen 17a und 17b an das Vormaterial (Walzgut) 13 herangefahren, und auf den Walzspalt zwischen den Walzen der Walzenpaare 16a und 16b eingestellt. Diese Phase ist in Fig. 4b dargestellt.

Unmittelbar nach dem Greifen des Walzenpaares 17a, 17b wird die Anstellung 23, 25 der Walzen der Walzenpaare 16a, 16b gelöst und das Walzenpaar wird auseinandergefahren. Das Walzenpaar 17a, 17b übernimmt die Funktion der Walzen der Walzenpaare 16a und 16b für eine zweite Walzperiode von ebenfalls beispielsweise 10 Minuten. Dieser Zustand ist in Zeichnungsfigur 4c dargestellt. Während dieser Walzperiode werden die Walzen 16a und 16b mit Hilfe der Kühleinrichtung 18 abgekühlt.

Sobald die zweite Walzperiode beendet ist, spätestens, wenn die Walzenpaare 17a, 17b kritische Walzentemperaturen erreicht haben, werden die zwischenzeitlich abgekühlten Walzenpaare 16a, 16b unter Last in das volle Material des Vormaterials 13 angestellt, bis der Walzspalt dem Walzspalt zwischen den Walzenpaaren 17a und 17b entspricht. Jetzt kann das Walzenpaar 17a, 17b auseinandergefahren werden; denn das Walzenpaar 16a, 16b übernimmt wieder die Walzarbeit. Die auseinandergefahrenen Walzenpaare 17a, 17b werden in gleicher Weise, wie zuvor für das Walzenpaar 16a, 16b beschrieben, gekühlt, während das Walzenpaar 16a, 16b eine weitere Walzperiode arbeitet, bis erneut gewechselt wird. Dieser Zyklus wiederholt sich beliebig oft, so daß Gießwalzzeiten von mehreren Stunden erreichbar sind. Auf diese Weise wird ständig Walzgut mit konstanten Abmessungen gewalzt, so daß ein voll kontinuierlicher Inline-Prozeß möglich ist.

Nach Verlassen der beiden Doppelwalzgerüste hat das Walzgut 13 eine Geschwindigkeit, die ein Weiterwalzen in konventionellen Walzgerüsten in Horizontal-Vertikal-Anordnung möglich ist.

Es empfiehlt sich, zur Verringerung von Energieverlusten am Strang eine milde Kühlung zu verwenden. Das Abkühlen der heißen Walzen sollte kontrolliert erfolgen, wobei durch eine milde Wasserkühlung die Walzenabkühlung in einer vorgegebenen Zeit ohne große Temperaturgradienten erreicht wird. Das schont die Walzen und verlängert ihre Standzeit.

In einer Walzperiode können so Bunde mit frei wählbarem Bundgewicht hergestellt werden, ohne daß Schopfverluste oder kalte Schopf- und Schwanzstücke entstehen. So ist das Walzen unter kostanten thermischen Bedingungen mit besonders gleichmäßigen Werkstoffeigenschaften möglich. Außerdem entfallen Anstiche mit hohen Stoßbelastungen für die Mechanik der Gerüste.

Claims (7)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Feinstahl, Draht oder Profilen, insbesondere durch Inline-Warmwalzen von stranggegossenem Vormaterial, in hintereinander angeordneten Duo-Walzgerüsten mit anstellbaren gekühlten Horizontal- und Vertikalwalzen aus thermisch hochbelastbarem Walzenwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Zeitraum von fünf bis dreißig Minuten eine entsprechende Walzgutlänge von einem ersten Horizontal- und einem ersten Vertikal-Walzenpaar gewalzt wird, welches nach Erreichen einer Walzentemperatur von 200 bis 250°C durch ein zweites Horizontal- und zweites Vertikal-Walzenpaar ersetzt wird, wobei der Wechsel der ersten und zweiten Horizontal- bzw. Vertikal-Walzenpaare zeitlich so abgestimmt ist, daß während der Walzphase stets mindestens ein Walzenpaar der Horizontal- und der Vertikal-Walzen auf den geforderten Walzquerschnitt eingestellt bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel der Walzenpaare während einer Walzphase mehrfach erfolgt, wobei jeweils die nicht am Walzvorgang beteiligten Walzen gekühlt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2 zum kontinuierlichen Herstellen von Feinstahl, Draht oder Profilen, insbesondere durch Inline-Warmwalzen von stranggegossenem Vormaterial, in hintereinander angeordneten Duo-Walzgerüsten mit anstellbaren gekühlten Horizontal- und Vertikal-Walzen aus thermisch hochbelastbarem Walzenwerkstoff, gekennzeichnet durch ein Doppelwalzgerüst (8, 9) mit zwei Horizontal- bzw. zwei Vertikal-Walzenpaaren (16, 17), die mit gleichen Drehzahlen antreibbar sind und denen unabhängig voneinander steuerbare Anstellungen (23 bis 26) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstellungen (23 bis 26) der Horizontal- bzw. Vertikal-Walzenpaare (16, 17) programmgesteuert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils beide Horizontal-Vertikal-Walzenpaare (16, 17) von einem gemeinsamen Hauptantrieb (21) über Verteilergetriebe (22) antreibbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen der Horizontal-Vertikal-Walzenpaare (16, 17) als bekannte, fliegend in Exzenterbuchsen oder Schwingen gelagerte Walzscheiben ausgeführt sind.

7. Anordnung von zwei Doppelwalzgerüsten (8, 9) nach einem der Ansprüche 3 bis 6 in einer Anlage zum Inline-Warmwalzen von stranggegossenem Vormaterial zur Herstellung von Feinstahl, Draht oder Profilen, bei denen vor den Doppelwalzgerüsten (8, 9) hintereinander eine Bogenstranggießanlage (1, 2) mit horizontalem Auslauf, Richt- und Ausziehtreibern (3), Schere (4) und anschließendem ggf. Querrollgang (5) sowie Entzunderung (6) und zum Nachwärmen der Induktionsofen (7) angeordnet sind und nachfolgend weiter Duo-Walzgerüste (10, 11, 12) in HV-Anordnung aufgestellt sind.