DE602004003588T2

DE602004003588T2 - Thermo-elektromechanisches verfahren und system zum aufwickeln und abwickeln in-line gewalzten bandes beim kontinuierlichen dünnbrammengiessen

Info

Publication number: DE602004003588T2
Application number: DE602004003588T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Arvedi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: ES2278330T3; EP1648630A1; US7257977B2; CN100471587C; UA81306C2; SI1648630T1; CN1575875A; BRPI0410596B8; US20060201222A1; DE602004003588D1; PT1648630E; WO2005009640A1; PL1648630T3; BRPI0410596A; DK1648630T3; ATE347456T1; EP1648630B1; RU2006106177A; RU2353452C2; ITMI20031546A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein diesbezügliches System gebildet aus einer zweifachen, übereinander liegenden elektromechanischen Vorrichtung, die jeweils durch Gasbrenner erwärmt werden und dazu angepasst sind, mit kontrollierter Geschwindigkeit Vorform-Bänder aus Stahl auf- und abzuwickeln, das aus einer Dünnbrammengießvorrichtung mit integriertem Warmwalzen ("Brammenwalzen") zugeführt wird, das dazu in der Lage ist, einen solchen Schritt mit dem folgenden Schritt des Endwalzens zu verbinden, der davon durch verschiedene Arbeitsgeschwindigkeiten getrennt ist. Ein System gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 6 ist aus dem Dokument "ISP-THIN-SLAB CHALLENGE TO NUCOR", Steel Times, Fuel & Metallurgical Journals Ltd. London, GB, vol. 221, No. 10, 1. Oktober 1993, Seiten 416, 418-419 bekannt.
Es ist bekannt, in Fabrikationsstätten für Flachstahlprodukte Apparate zu verwenden, um die Produkte zwischenzeitlich aufzuwickeln, bevor sie in das Feinwalzwerk gelangen, um den mit dem kontinuierlichen Gießen verbundenen Prozessteil mit niedriger Geschwindigkeit von dem Feinwalzwerk zu separieren, das im Gegensatz dazu bei höherer Geschwindigkeit arbeitet, um so Rollen zu bilden, die als Vorratsbestand verwendbar sind. Eine typische Vorrichtung ist die sogenannte "Wickel-Box", die von Selco entwickelt worden ist und die sowohl in herkömmlichen Anlagen als auch in sogenannten "Miniwalzen" unter Anwendung der Dünnbrammentechnologie eingesetzt werden.
Das System wird im Wesentlichen durch eine Folge von Eingangswalzen zum Biegen und Aufwickeln des flachen Produkts wie auch durch angetriebene Walzen gebildet, die dazu geeignet sind, um das Produkt in die erforderliche Drehung für die Bildung von Rollen zu bringen, die frei und ohne ein zentrales Einspann futter und ohne eine Schutzschale gebildet werden. Die dabei verwendete Vorrichtung hat jedoch einige Nachteile, wobei der erste Nachteil darin besteht, dass es unmöglich ist, dünne Brammen oder Vorform-Bänder mit einer Dicke von weniger als 15 mm aufzuwickeln, wobei die Gefahr darin besteht, dass die Rolle in sich selbst zusammenfällt, was ein späteres Abwickeln unmöglich machen würde. Ferner beinhaltet das Fehlen einer äußeren Schale Temperaturverlustprobleme auf Grund von Strahlung und eine nicht-homogene Temperatur, was den Erhalt von Produkten guter Qualität sowohl unter dem Gesichtspunkt ihrer Geometrie als auch ihrer mechanischen Eigenschaften erschwert.
Es trifft zu, dass US-Patent 4,703,640 versucht, diese Probleme zu lösen, indem eine Einbettung und die Möglichkeit der Verwendung eines herkömmlichen Spannfutters vorgesehen ist, während DE 40 13 582 eine mögliche Lösung mit zwei Wicklern vorsieht, von denen jeder in einer eigenen Schale untergebracht ist und die übereinander liegen, aber beide Lösungen haben technische Nachteile. Nachteile sind durch das Vorhandensein von Spitzen und Schwänzen bedingt, die unvermeidlich kälter als der mittlere Bereich des Streifens sind und die Probleme in dem nachfolgenden Walzprozess mit sich bringen, insbesondere im Fall von dünnen und ultradünnen Materialstärken, was insbesondere zur Folge hat:

– Die Unmöglichkeit der Kontrolle der Vorform-Band-Temperatur, da die Vorrichtung keine Heizsysteme hat, und demgemäß die Unmöglichkeit, Streifen mit begrenzten Toleranzen oder bestimmten Charakteristiken herzustellen, wie etwa thermomechanische Stahlarten vom Zweiphasen- oder HSLA-Typ;
– ein Mangel an Kontrolle der Aufwickel/Abwickelgeschwindigkeit des Vorform-Bandes und daher die Unmöglichkeit, dünne und ultadünne Streifen mit strengen Toleranzen zu produzieren, was durch Spannungen bedingt ist, die aus einer unkontrollierten Abwicklung resultieren;
– Probleme von sogenannten "Weigerungen" von Walzanlagen, ein Material zu akzeptieren, das in der Kopfzone, auf einer Länge von einigen Zentimetern, Temperaturdifferenzen von einigen 10° zeigt;
– Verlassen der Toleranz in den ersten oder letzten Streifenlängen (einige zehn Meter), insbesondere bei der Produktion von dünnen und ultradünnen Bändern;
– Inkorrekte Positionierung oder "außerhalb des Bereichs" der Spitze mit dem daraus folgenden Aufwölben der ersten Streifenmeter, mit darauf folgenden Problemen der Streifenstabilität und Aufwicklung;
– fehlerhafte Positionierung oder "außerhalb des Bereichs" des Schwanzes mit daraus folgenden Schäden des Streifens und der Walzen.

WO 96/32509 sieht zwei übereinander liegende Stahlstreifen-Aufwickel- und Abwickelvorrichtungen vor, die Induktionsheizungen nur an den Streifenausgangsführungen nach außen haben, die als Rollenwege ausgeführt sind, ohne jede Möglichkeit der Optimierung und der Gewährleistung der Gleichförmigkeit der Temperatur entlang des gesamten Bandes.
Unter Bezugnahme auf die vorher genannten Patente ist es möglich zu bemerken, dass zur Vermeidung jeglicher Abkühlung des Endes des Bandes das Letztere im Inneren aufgewickelt werden müsste, was aber erhebliche Schwierigkeiten dabei bereitet, das Band herauszuziehen, ansonsten sollte die Vorrichtung eine breite Öffnung haben, was bedingt, dass erhebliche Temperatur verluste auftreten; aus diesen Gründen haben solchen Vorrichtungen keine praktischen Anwendungen gefunden.
Ausgehend von den beschriebenen Problemen und Nachteilen des Standes der Technik zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Vorrichtung zum Aufwickeln/Abwickeln eines Vorform-Bandes eines in Reihe liegenden Gieß- und Walzsystems zu verbessern, während sichergestellt wird, dass das Produkt einen hohen Grad an Gleichförmigkeit der Erwärmung hat und eine elektronische Steuerung der Aufwickel/Abwickel-Geschwindigkeit vorhanden ist, was als wesentlich angesehen wird, um ein Endprodukt mit strengen geometrischen Toleranzen und gleichmäßigen mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein elektromechanisches System mit den Merkmalen wie in Anspruch 1 aufgeführt und ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
Weiter Aufgaben, Vorteile und Merkmale des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung wie auch des diesbezüglichen Verfahrens werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen:
1 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform zeigt, in der zwei Vorrichtungen, die das erfindungsgemäße System bilden, übereinander angeordnet sind;
2 eine schematische Querschnittsansicht des zentralen Einspannfutters jeder einzelnen Aufwickel- und Abwickelvorrichtung des Systems zeigt; und
3 und 4 eine Vorderansicht und eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV einer bevorzugten Ausführungsform der Verbindung des mittleren Einspannfutters mit den seitlichen Segmenten zeigen.
In 1 ist eine Anordnung gemäß der Erfindung gezeigt, in der beide übereinander liegende Aufwickel- und Abwickelvorrichtungen A eines Vorform-Bandes abwechselnd um ihre eigene horizontale Achse im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn bei einem Winkel im Bereich von 40 bis 120° rotieren dürfen, um die Kontinuität zwischen dem Gießen und dem Warmwalzschritt und dem Feinwalzschritt sicherzustellen. Jede der beiden Vorrichtungen A wird separat durch geeignete Brenner 4 für Erdgas erhitzt und wird unabhängig durch eine spezielle Software betrieben, die dazu in der Lage ist, sowohl die Aufwickel- und Abwickelgeschwindigkeit und die Erwärmungstemperatur zu steuern. Um ferner eine schnelle Einführung in das Entzunderungssystem und anschließend in die stromabwärts angeordnete Feinwalzanlage sicherzustellen, lässt man den Schwanz c des Vorform-Bandes absichtlich aus der Schutzhülle um eine Länge hervorstehen, die zwischen 0 und 800 mm liegt, und vor dem Feinwalzen wird es durch die Brenner 4 (die während des Wickelschrittes gelöscht sind) erwärmt, die erforderlich sind, um eine thermische Gleichförmigkeit mit dem verbleibenden Vorform-Band a sicherzustellen, das innerhalb der Vorrichtung A aufgewickelt und erwärmt ist.
Es ist zu bemerken, dass die Aufwickel/Abwickel-Vorrichtung A vorzugsweise Hilfsmittel umfassen kann, um den Eintritt oder die Ausgabe des Vorform-Bandes an den Öffnungen der äußeren Hülle zu erleichtern.
Zu diese Zweck könnte als bevorzugte, aber nicht einschränkende Lösung die aus dem Stand der Technik wie in dem Patent IT 1245612 (DE-C-4013582) offenbart angewendet werden, bei der die Bänder durch ein Paar von Rollen 2 nach innen und außen gelenkt werden, die am Einlass der Vorrichtungen A angeordnet sind, und während des Aufwickelschrittes durch eine Platte 3 unterstützt werden, die innerhalb der Schutzschale angeordnet ist, um die Einführung in ein Wickelspannfutter 6 zu erleichtern.
Zu diesem Zwecke weist als bevorzugte Lösung jede Wickelvorrichtung A innerhalb einer isolierenden Hülle A' ein festes, nicht ausdehnbares Spannfutter 6 auf, in dessen Struktur ein Schlitz 5 für die Einführung der Spitze b des Vorform-Bandes sowie zweite Brenner 7 vorhanden sind, um die Temperatur eines Streifens a sowohl während des Aufwickel- als auch während des Abwickelschrittes anzugleichen. Die Verbrennung der Brenner 7 wird durch eine spezielle Software gemäß eines Algorithmus gesteuert, der das relevante stöchiometrische Verhältnis bewusst unausgeglichen mit einem Überschuss an Gas (was die Verbrennung reduziert) steuert, um die Bildung von Oxid zu unterstützen, das durch die Entzunderungsvorrichtungen leicht entfernbar ist, die stromabwärts vor dem Feinwalzen angeordnet sind. Die Steuerungs-Software der Brenner 7 ist auch mit einem Algorithmus versehen, der dazu in der Lage ist, die Durchflussrate der Brenner zu erhöhen oder zu erniedrigen, um eine gleichmäßige Temperatur zwischen dem führenden Ende und dem nachfolgenden Ende des Bandes sowohl während des Aufwickel- als auch während des Abwickelschrittes zu erreichen oder als Funktion der Art des Stahls des Vorform-Bandes a und der Eigenschaften, die das fertiggestellte Produkt haben soll.
Die Hülle A' hat eine Öffnung, die durch ein Paar von Rollen 2 definiert wird, die bei dem Aufwickelschritt stromaufwärts gerichtet in Bezug auf die Walzrichtung orientiert ist, um das Vorform-Band a, das aufzuwickeln ist, aufzunehmen (1 – untere Vorrichtung), während sie beim Abwickelschritt stromabwärts gerichtet ausgerichtet ist, wenn das Vorform-Band abgewickelt wird, um dem Feinwalzschritt zugeführt zu werden ( 1 – obere Vorrichtung). Diese Operationsweise wird ermög licht, weil die ganze Vorrichtung A sich um ihre eigene Achse um einen Winkel im Bereich zwischen 40 120° drehen kann, um so die korrekte Ausrichtung der durch die Rollen 2 definierten Öffnung mit stromaufwärts und stromabwärts liegenden Teilen für die untere beziehungsweise obere Vorrichtung, in die Verfahrensstrecke, in die sie eingesetzt wird, zu erlauben.
Geeignete Steuereinrichtungen bewirken die Drehung eines Ablenkelements oder einer Passierstrecke 1, bis sie auf die Öffnung der Rollen 2 zu orientiert ist, um so das Vorform-Band a auf die Vorrichtung A zu zu führen (auf die untere Vorrichtung in 1), und um es, nach dem es durch die Rollen 2 gefördert ist, in den Schlitz 5 des Spannfutters 6 eintreten und darin eingreifen zu lassen, das durch Drehen im Uhrzeigersinn wie durch den Pfeil angezeigt das Aufwickeln des Bandes auf sich selbst bewirkt.
Im Zustand des Abwickelns (obere Vorrichtung) wird bei der Öffnung zwischen den Rollen 2, nachdem die Brenner 4 das hintere Ende c des Bandes erhitzt haben, das Ablenkelement nach oben gerichtet, um das hintere Ende zu unterstützen und dessen Einführung in die stromabwärts liegenden Vorrichtungen und daher zu dem Feinwalzschritt zu erleichtern. Offensichtlich könnte das Ablenk- oder Aufwickelhilfselement 1 sowie auch das Abwickelhilfselement 1' des Vorform-Bandes in irgendeiner äquivalenten und für den Zweck geeigneten Weise ausgeführt werden.
Im Hinblick darauf, unerwünschte Schwierigkeiten zwischen den Aufwickel- und Abwickelschritten in der oberen und unteren Vorrichtung zu vermeiden, beschleunigt ein spezieller Algorithmus der Steuerungs-Software der Vorrichtungen A den Aufwickelschritt des Vorform-Bandes a, wenn dieses durch Scheren (nicht gezeigt) geschnitten wird, die am Ende des integrierten Guss- und Warmwalzsystem (Gusswalzen) platziert sind, um so den erforderlichen Raum zu schaffen, um die richtige Positionierung des Hilfselements 1 sicherzustellen.
Die Steuerungs-Software weist auch einen Algorithmus auf, der es ermöglicht, den Aufwickelschritt abzubremsen, wenn dieser auf das Ende zugeht und der Abstand von dem folgenden Band ausreichend ist, um dessen Aufwickeln sicherzustellen, was die Aufwärmung des Endes c verstärkt, das außerhalb der Vorrichtung A und der Rollen 2 bleibt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Spannfutters 6, das für die Vorrichtung A zu verwenden ist, ist detaillierter in 2 bis 4 gezeigt. In 2 ist eine hohle Mittelwelle 6.1 des Spannfutters mit einem mittleren Körper 6.2 zu sehen; an dessen Seite sind zwei Stahlsegmente 6.3 vorgesehen, die in geeigneter Weise mit geringem Gewicht wie der mittlere Körper 6.2 ausgeführt sind. Die Welle 6.1 wird mit Wasser gekühlt, das in der Axialöffnung 6.4 fließt, und hat eine äußere Isolationsschicht 6.5, die durch Begrenzen des Wärmedurchgangs zwischen der Welle und dem mittleren Körper 6.2 die Abkühlung der ersten Länge b des aufgewickelten Bandes minimiert, das dem abgewickelten hinteren Ende für das nachfolgende Walzen entspricht, wie auch des inneren Teils der Vorrichtung A.
Eine solche bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der mittlere Körper 6.2 fest mit den seitlichen Segmenten 6.3 durch geformte Klammern 6.6, 6.6' verbunden ist, die mit Abstandshaltern 6.7 eingreifen, die eingesetzt sind, um den Aufbau ohne Hilfe von Spannstäben wie sie in herkömmlichen Ausführungsformen erforderlich waren, zu ermöglichen. Die Letzteren waren besonders wenig verlässlich aufgrund unvermeidlicher Ausfälle, die infolge von Spannungen bei den hohen Arbeitstemperaturen auftreten, wobei deren Ersetzung jedes Mal eine Stillstandsperiode von zwei oder mehr Tagen mit sich brachte.
Die besondere Ausführungsform, die in 3 und 4 gezeigt ist, hat nicht nur den Zweck, die Verlässlichkeit des Spannfutters zu erhöhen und seine leichte Ausführbarkeit, sondern auch seine Fähigkeit zu begründen, der Gegenzugspannung zwischen der Vorrichtung und den stromabwärts liegenden Vorrichtungen standzuhalten, nämlich zwischen dem Entzunderer und dem Feinwalzwerk.

Claims

Thermo-Elektromechanisches System mit zwei übereinander liegenden Wickelvorrichtungen, jeweils in einer feuerfesten Schale (A') und mit einem inneren Erdgasbrenner, die dazu in der Lage sind, auf einem betreffenden mittigen Einspannfutter (6) mittels von Paaren von Eingangs- und Ausgangswalzen (2) ein Vorform-Band (a) mit einer Dicke zwischen 30 und 8 mm aus einem Grobwalzwerk, das direkt mit einer Dünnbrammengießstraße verbunden ist, aufzuwickeln und sich um sich selbst zu drehen und das Band abzuwickeln, um den Einlass in die folgende Entzunderungsvorrichtung und das Feinwalzwerk zu erlauben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Wickelvorrichungen (A) auch mit äußeren Erdgasbrennern (4) versehen sind, – die inneren Brenner (7) dazu in der Lage sind, die Temperatur des Vorform-Bandes (a), das in das Feinwalzwerk einzuführen ist, mittels einer geeigneten Steuer-Software zu optimieren, die auch mit einem Algorithmus versehen ist, der die Durchflussrate der Brenner verändern kann, um automatisch eine gleichmäßige Temperatur zwischen dem führenden und dem nachfolgenden Ende des Bandes sowohl beim Aufwickeln als auch beim Abwickeln zu erreichen, oder als Funktion der Stahlart des Vorform-Bandes (a) und der in dem fertiggestellten Produkt zu erzielenden Eigenschaften verändern kann, – die äußeren Brenner (4) dazu in der Lage sind, durch eine spezielle Steuer-Software die Temperatur des Vorform-Bandes (a) über dessen gesamte Länge von dem aufgewickelten Kern bis zu einem hinteren, außerhalb bleibenden Endbereich (c) gleichmäßig aufrechtzuerhalten, wodurch vollständige Gleichförmigkeit der mechanischen und geometrischen Eigenschaften des Endprodukts, die von Temperaturveränderungen abhängen, sichergestellt ist, – Betätigungseinrichtungen zum Drehen der Einspannfutter (6) der oberen und unteren Wickelvorrichtungen (A) sowohl beim Aufwickeln als auch beim Abwickeln unter Steuerung eines speziellen Algorithmus der Steuer-Software vorgesehen sind, um das Wickeln des Vorform-Bandes (a) zu beschleunigen oder abzubremsen, – Steuereinrichtungen für die Geschwindigkeit des Vorform-Bandes (a) sowohl beim Aufwickeln als auch beim Abwickeln vorgesehen sind, die in einer speziellen Prozess-Software bestehen, um Dehnungen oder Kompressionen des Bandes zu vermeiden, die die geometrische Qualität des Endprodukts gefährden könnten, und – Einrichtungen zum Ausführen eines Stoppens der Einspannfutter (6) vorgesehen sind, indem das Hinterende (c) des Vorform-Bandes beim Aufwickeln auf einer Länge zwischen 0 und 800 mm außerhalb der Wickelvorrichtung (A) und außerhalb des Paares von Walzen (2) gelassen wird, was es beim anschließenden Abwickeln vereinfacht, das Hinterende dem folgenden Entzundern und dem endgültigen Rollen zu dem Feinwalzwerk zuzuführen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des In-Line-Gießschritts und des Heißwalzschrittes eine Schere das Band schneidet und dass ein er ster der steuernden Stoftware-Algorithmen der Vorrichtungen (A) dazu in der Lage ist, deren Wickeln zu beschleunigen, um so den erforderlichen Raum zu erzeugen, um die korrekte Positionierung einer Hilfseinrichtung (1) an der Wickelvorrichtung (A) zum Empfangen des folgenden Bandes sicherzustellen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Algorithmus der Steuer-Software vorhanden ist, der dazu geeignet ist, eine Verlangsamung des Wickelschrittes, unmittelbar vor seine Abschluss, wenn der Abstand von dem folgenden Band ausreichend ist, um sein Wickeln sicherzustellen, zu erlauben, was die Erwärmung des Endbereiches (c), der außerhalb der Wickelvorrichtung (A) und der Walzen (2) verbleibt, erleichtert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannfutter (6), auf das das Band (a) gewickelt wird, eine Trommel gebildet aus einem zentralen Körper (6.2) mit einer mittigen Welle (6.1) und seitlichen Segmenten (6.3) aufweist, die durch ineinander passende Teile (6.6, 6.7, 6.6', 6.7') ohne Zuhilfenahme von Bolzen zusammengehalten werden.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannfutter (6) von der mittigen Welle (6.1), auf der es montiert ist, thermisch isoliert ist, wobei die mittige Welle hohl mit einer axialen Öffnung (6.4) für Kühlwasser ist, was verhindert, dass das Vorderende und das hinauslaufende Hinterende des eintretenden Vorform-Bandes (b) so gekühlt wird, dass seine Fähigkeit, gewalzt zu werden, gefährdet wäre.
Verfahren zur thermo-mechanischen Behandlung eines Vorform-Bandes (a) mit einer Dicke zwischen 30 und 8 mm aus einem Grobwalzwerk, das direkt mit einer Gießstraße für Dünnbrammen verbunden ist, bei dem das Vorform-Band auf einer von zwei übereinander liegenden Wickelvorrichtungen aufgewickelt, dann die Wickelvorrichtung um sich selbst gedreht, und danach das Vorformband abgewickelt wird, um seine Weiterleitung zu eine abschließenden Walzschritt zu erlauben, wobei für eine Aufheizung (7) des Vorform-Bandes (a) durch Verbrennung von Erdgas während der Aufwickel- und Abwickelschritte innerhalb der Wickelvorrichtungen (A) gesorgt ist, wobei bei dem Verfahren weiter: – Eine zusätzliche Aufheizung (4) des Vorform-Bandes durch Verbrennen von Erdgas außerhalb der Wickelvorrichtungen (A) vorgesehen ist, wobei die innere und äußere Aufheizung (7; 4) durch eine spezielle Software gesteuert werden, – durch spezielle Algorithmen der Prozess-Software der Wickelschritt zu einer Beschleunigung oder Abbremsung gesteuert wird, und – die Geschwindigkeit des Vorform-Bandes (a) während des Aufwickel- und Abwickelschrittes durch spezielle Prozess-Software gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung zum Aufheizen des Vorform-Bandes innerhalb der Wickelvorrichtung mit einem Überschuss an Gas in Bezug auf das stöchiometrische Verhältnis stattfindet, um in einer reduzierenden Umgebung die Bildung von Oberflächenoxiden zu unterstützen, die als Zunder in einem nachfolgenden Entzunderungsschritt leicht entfernbar sind.