DE69316703T2

DE69316703T2 - Verfahren und anlage zum stranggiessen von brammen mittlerer dicke und zum unmittelbar nachfolgenden herstellen von warmbändern und -blechen

Info

Publication number: DE69316703T2
Application number: DE69316703T
Authority: DE
Inventors: John Thomas; George Tippins
Original assignee: Tippins Inc
Current assignee: SMS Siemag LLC
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1993-05-04
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2013-05-05
Also published as: GR3026382T3; EP0594828B1; US5276952A; TW215063B; EP0594828B2; MY109182A; JP2535318B2; DE69316703D1; US5414923A; CN1078670A; CN1059847C; EP0594828A1; WO1993023182A1; ES2111748T3; PH31023A; CA2113197C; KR960008867B1; ZA933278B; JPH06506876A; EP0594828A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Stranggießen und Walzen von Brammen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von gewickeltem Band, Blech in gewickelter Form oder diskreten Blechplatten, mit den Schritten:
a) kontinuierliches Gießen eines Stranges mit einer Dicke zwischen 89 mm und 140 mm (3,5 Zoll bis 5,5 Zoll);
b) Abscheren des Strangs zu einer Bramme von vorgegebener Länge;
c) Zuführen der Bramme in einen Durchlaufwärmeofen;
d) Herausnehmen der Bramme auf eine kontinuierliche Verarbeitungsstraße mit einem umkehrbaren Warmwalzwerk&sub1; das an seiner Eintritts- und Austrittsseite jeweils einen Wickelofen aufweist;
e) Flachdurchlauf der Bramme hin- und hergehend durch das Walzwerk zur Bildung eines Zwischenprodukts mit einer für das Wickeln ausreichenden Dicke nach mindestens drei Flachdurchläufen durch das Walzwerk;
f) Wickeln des Zwischenprodukts in einem der eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Wickelöfen;
g) Durchlauf des gewickelten Zwischenprodukts hin- und hergehend durch das Walzwerk zur Reduzierung des gewickelten Zwischenprodukts zu einem zweiten Zwischenprodukt von weiter verringerter Dicke, wobei das Zwischenprodukt bei jedem Durchgang durch das Walzwerk von jedem der Wickelöfen aufgenommen bzw. aus ihm entnommen wird;
h) weiteres Walzen des zweiten Zwischenprodukts, um es zu einem Endprodukt von gewünschter Dicke zu reduzieren; und
i) Fertigbearbeiten des Endprodukts zu der Form von gewickeltem Band, diskreten Platten oder Blech in gewickelter Form.
Ein solches Verfahren ist aus EP-A-0 320 846 bekannt. Seit dem Aufkommen des Stranggießens von Brammen in der Stahlindustrie haben Firmen versucht, das Warmbandwalzwerk mittels einer Durchlaufanordnung mit der Stranggießvorrichtung zu vereinen, um so die Produktionskapazität zu maximieren und die erforderlichen Investitionen an Ausrüstung und Kapital zu minimieren. Die ersten Anstrengungen in dieser Richtung bestanden darin, Brammen der Größenordnung 150 mm bis 250 mm (6 Zoll bis 10 Zoll) produzierende Stranggießvorrichtungen mit bestehenden kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Warmbandwalzwerken zu vereinen. Diese bestehenden Warmbandwalzwerke umfaßten einen Nachwärmofen, eine Vorwalzstrecke (oder ein Umkehrvorwalzwerk) und ein 6- oder 7-stufiges Fertigwalzwerk mit einer Kapazität von 1½ bis 5 Millionen Tonnen pro Jahr. Beispiele für eine solche Anordnung sind in der oben bezeichneten Schrift des Standes der Technik EP-A- 320 846 beschrieben, wo in Fig. 5 ein in einer Linie mit einer Stranggießvorrichtung 3, einer Abschermaschine 6 und einem Ofen 14 angeordnetes Umkehrwarmwalzwerk 35 gezeigt ist. Die Gießvorrichtung 3 soll einen Block 5 mit einer Dicke zwischen 80 und 220 mm gießen. Nach dem Abscheren und Wiedererwärmen wird dieser Block durch das Umkehrwarmwalzwerk 35 hinund hergeführt, bis er genügend dünn zum Wickeln ist (etwa 30 mm), worauf er weiter zwischen den Wicklern 71, 72 des Umkehrwarmwalzwerks hin- und hergeführt wird, bis eine Dicke von etwa 6,5 mm erreicht ist. Der Block wird dann in ein dreistufiges Fertigwalzwerk 28 hinter dem Umkehrwarmwalzwerk 35 eingeführt, wo er auf eine Enddicke von 2 mm reduziert wird. Eine ähnliche Walzwerkanordnung wird in JP-A-4-46601 offenbart. Diese Walzwerkanordnung is die heutzutage übliche Bauart großer Walzwerke in der Stahlindustrie, und wegen der hohen Kapitalkosten ist es unwahrscheinlich, daß neue Warmbandwalzwerke dieser Bauart je wieder gebaut werden würden. Das Streben nach kostengünstigen integrierten Gießvorrichtungs-Warmbandwalzwerken wird jedoch durch die gegenwärtigen Bauarten nicht erfüllt. Außerdem waren solche integrierten Walzwerke des Standes der Technik äußerst unelastisch bezüglich der Produktpalette und somit der Markterfordernisse.
Diese Schwierigkeiten führten zur Entwicklung des sogenannten kontinuierlichen Warmbandwalzwerks für dünne Brammen, das typischerweise 1 000 000 Tonnen Stahl pro Jahr als Spezialprodukte produziert. Diese Walzwerke wurden mit Gießvorrichtungen für dünne Brammen der Größenordnung von 50 mm (2 Zoll oder weniger vereint. Solche integrierte Gießvorrichtungen für dünne Brammen, für die ein Beispiel in "Steel Times Incorporating Iron & Steel", Band 220, Nr. 2, 5. 80-84, beschrieben ist, erfreuen sich zunehmender Popularität, sind aber nicht frei von eigenen ernsthaften Nachteilen. Zu bedeutenden Nachteilen zählen die Qualitäts- und Quantitätseinschränkungen, die bei den sogenannten Gießvorrichtungen für dünne Brammen auftreten. Speziell kann die trichterartige Form, die das Metall für die dünne Bramme liefern muß, hohe Reibungskräfte und Spannungen entlang der Oberfläche der dünnwandigen Bramme verursachen, was zu geringer Oberflächengüte im Endprodukt führt. Ferner sind 50 mm- (2 Zoll) Bandgießvorrichtungen wegen der begrenzten Metallkapazität der Form auf eine Lebenszeit eines einzelnen Zwischenbehälters von ungefähr 7 Heizvorgängen beschränkt.
Am wichtigsten ist es, daß die Dünngießvorrichtungen notwendigerweise mit hohen Geschwindigkeiten gießen müssen, um Einfrieren des Metalls in den geläufigen Gießpfannenanordnungen zu verhindern. Dies wiederum macht es notwendig, daß der Tunnelofen direkt nach der Brammengießmaschine äußerst lang sein muß, häufig in der Größenordnung von 150 m (500 Fuß), um mit der Geschwindigkeit der Bramme zusammenzupassen und dennoch fähig zu sein, einer dünnen Bramme (50 mm oder 2 Zoll), die sehr schnell Wärme verliert, die nötige Wärme zuzuführen. Da die Bramme ferner den Ofen mit hoher Geschwindigkeit verläßt, muß das vielstufige kontinuierliche Warmbandwalzwerk dem sich schnell bewegenden Band angepaßt sein und es auf Blech- und Banddicken walzen. Ein solches System ist aber bei normalen Breiten immer noch unausgewogen, da die Gießvorrichtung eine Kapazität von etwa 800 000 Tonnen pro Jahr und das kontinuierliche Walzwerk eine Kapazität von 2,4 Millionen Tonnen/Jahr besitzt. Die Kapitalkosten nähern sich dann denen der älteren Systeme des Standes der Technik, die eigentlich durch das neue ersetzt werden sollten.
Außerdem ist der Zunderverlust als Prozentsatz der Brammendicke für die 50 mm (2 Zoll) dünne gegossene Bramme erheblich. Wegen des enorm großen Ofens ist ein langer Rollenherd notwendig, der wegen der offen liegenden, sich drehenden Rollen sehr viel Wartung erfordert.
Das typische vielstufige Warmbandwalzwerk erfordert ebenfalls eine erhebliche Energiemenge in kurzer Zeit, welche durch Walzgerüste höherer Leistung zugeführt werden muß, was in manchen Fällen die Energiekapazitäten eines bestimmten Gebiets übersteigen kann, insbesondere im Fall von Entwicklungsländern. Gießvorrichtungen für Dünnbrammen sind auch in ihrer Produktbreite beschränkt, da senkrechte Stauchgerüste bei einer Bramme von 50 mm (2 Zoll) nicht einsetzbar sind. Zudem sind solche Gießvorrichtungen gegenwärtig auf eine einzige Breite beschränkt. Zu weiteren, mit den Gießvorrichtungen für dünnes Band verbundenen Problemen zählen die Schwierigkeiten beim Fernhalten der verschiedenen, während der Stahlherstellung gebildeten Einschlüsse von der Oberfläche der dünnen Bramme, wo solche gegebenenfalls freiliegenden Einschlüsse zu Oberflächenfehlern führen können. Außerdem sind bestehende Systeme bei der Zunderentfernung beschränkt, weil dünne Brammen schnell Wärme verlieren und somit von dem normalerweise zum Aufbrechen des Zunders verwendeten Hochdruckwasser ungünstig beeinflußt werden.
Außerdem kann dieses Dünnbandverfahren nur auf kontinuierliche Weise ablaufen, was bedeutet, daß eine Unterbrechung irgendwo im Verfahren die gesamte Straße zum Anhalten bringt, was oft heißt, daß das ganze sich gerade in der Verarbeitung befindende Produkt verworfen werden muß.
Aus "Stahl und Eisen", Band 108, Nr. 3, 8. Februar 1988, Düsseldorf (Deutschland), S. 99-109, ist eine Gießvorrichtung für dünne Brammen bekannt, die mit einem Umkehrwarmwalzwerk zum Fertigwalzen vereint ist. Diese Schrift befaßt sich jedoch nicht damit, die Gieß- und Walzgeschwindigkeiten ins Gleichgewicht zu bringen&sub1; und bezieht sich nicht auf Brammen mittlerer Dicke.
In GB-A-2030491 ist ebenfalls ein Umkehrwarmwalzwerk zur Verwendung mit dicken Brammen (der Größenordnung von 150 bis 250 mm) beschrieben, die auf Blech mit einer Dicke von ungefähr 25 mm (1 Zoll) zu reduzieren sind. Stranggießen oder Geschwindigkeitsangleichung des Gießens und Walzens werden in dieser Schrift des Standes der Technik nicht erwähnt.
Es ist eine Aufgabe unserer Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Blechherstellung durch Vereinigung einer Gießvorrichtung für Brammen mittlerer Dicke mit einem Umkehrwarmwalzwerk zu schaffen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu wählen, welches die Geschwindigkeit der Gießvorrichtung mit der Geschwindigkeit des Walzwerks ins Gleichgewicht bringt. Es ist ferner eine Aufgabe unserer Erfindung, ein Verfahren zu wählen, das weniger thermische und elektrische Energie verbraucht. Noch eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zu wählen, das mit einem automatisierten System mit kleinen Kapitalinvestitionen, vernünftigen Bodenflächenerfordernissen, Walzvorrichtungen vernünftiger Leistung und niedrigen Betriebskosten durchführbar ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß das weitere Walzen des zweiten Zwischenprodukts zu dem Endprodukt durch Durchlauf des zweiten Zwischenprodukts hin- und hergehend zwischen den Wickelöfen des Umkehrwarmwalzwerks erfolgt.
Unsere Erfindung gestattet eine vielseitige integrierte Gießvorrichtung und ein Miniwalzwerk, die größenordnungsmäßig 650 000 Tonnen Fertigprodukt pro Jahr und mehr produzieren können. Eine solche Einrichtung kann 60 cm bis 300 cm (24" bis 120") breites Produkt und routinemäßig ein Produkt mit 14 kg/mm (800 PIW) produzieren, wobei 18 kg/mm (1000 PIW) möglich ist. Dies wird durch Verwendung einer Gießeinrichtung mit einer feststehenden Form einstellbarer Breite mit geradem rechteckigem Querschnitt ohne die trichterförmige Form erreicht. Die Gießvorrichtung besitzt eine Form, die genügend Flüssigkeitsvolumen enthält, um genügend Zeit für fliegende Zwischenbehälterwechsel zuzulassen, so daß der Gießvorrichtungslauf nicht auf die Lebenszeit eines einzigen Zwischenbehälters beschränkt ist. Mit unserer Erfindung sind Brammen herstellbar, die etwa doppelt so dick sind wie dünne gegossene Brammen, wodurch weit weniger Wärme verloren geht und weniger Energie (Joule; Btu) zugeführt werden muß. Unsere Erfindung ergibt wegen der reduzierten Oberfläche pro Brammenvolumen einen geringeren Zunderverlust und gestattet die Anwendung einer Nachwärmung in einem Ausgleichsofen mit sehr geringen Wartungserfordernissen. Ferner schafft unsere Erfindung eine Gießvorrichtung, die bei herkömmlichen Gießgeschwindigkeiten und mit herkömmlichen Entzunderungsmethoden laufen kann. Unsere Erfindung ermöglicht die Wahl der optimalen Dicke für die gegossene Bramme, die zusammen mit einem Umkehrwarmwalzwerk verwendet werden soll, was zu ausgeglichener Produktionskapazität führt. Mit unserer Erfindung ist es möglich, das Gießen vom Walzen zu trennen, falls eine Verzögerung am einen oder anderen Ende auftritt. Außerdem gestattet unsere Erfindung die leichte Entfernung von Übergangsbrammen, die sich bei Anderungen in der Chemie des schmelzflüssigen Metalls oder bei Breitenänderungen in der Gießvorrichtung bilden.
Alle die obigen Vorteile werden erreicht, während die Vorteile eine Dünngießvorrichtung einschließlich niedriger ferrostatischer Druckhöhe, niedrigen Brammengewichts, gerader Formen, Formen kürzerer Länge, kleineren erforderlichen Formradius', niedriger Kühlerfordernisse, niedriger Brennstoffkosten oder Scherkapazität sowie vereinfachte Maschinenkonstruktionen bestehen bleiben.
Unsere Erfindung liefert eine Gießvorrichtung für Brammen mittlerer Dicke mit einer Warmband- und Dünnblechstraße, die einen Nachwärm- und Ausgleichsofen einschließt, der Brammen direkt von der Gießvorrichtung, von einem neben dem Brammenfördertisch am Ausgang der Stranggießvorrichtung angeordneten Brammensammel- und Speicherbereich oder von einem anderen Bereich aufnehmen kann. Ein Zufuhr- und Auslauftisch befindet sich am Ausgangsende des Nachwärmofens in gerader Linie mit einem Umkehrwarmwalzwerk mit je einem zu dessen beiden Seiten angeordneten Wickelofen. Das Walzwerk muß fähig sein, die gegossene Bramme in drei Flachdurchgängen auf eine Dicke von etwa 25 mm (1 Zoll) oder weniger zu reduzieren. Die kombinierte Endbearbeitungsstraße für Wickel, gewickelte Platten, Blech in gewickelter Form oder diskrete Platten erstreckt sich in gerader Linie auf der Ausgangsseite des Umkehrwarmwalzwerks mit seinen integrierten Wickelöfen. Zu den Endbearbeitunseinrichtungen gehören eine Kühlstation, ein Fallwickler, ein Plattentisch, eine Schere, eine Kühlbettkreuzung, eine Plattenseite und Schopfschere und ein Stapler.
Um den notwendigen Ausgleich zwischen dem Umkehrwarmwalzwerk und der Gießvorrichtung zu erzielen, ist es notwendig, Brammen mit einer Dicke zwischen 89 mm und 140 mm (3,5 Zoll bis 5,5 Zoll), vorzugsweise zwischen 95 mm und 114 mm (3,75 Zoll bis 4,5 Zoll) und besonders bevorzugt bis etwa 102 mm (4 Zoll) zu produzieren. Die Brammen werden in drei Flachdurchgängen auf dem Umkehrwarmwalzwerk auf etwa 25 mm (1 Zoll) oder weniger reduziert, bevor das Wickeln des Zwischenprodukts zwischen den Wickelöfen beginnt, während es auf die gewünschte Dicke des Endprodukts weiter reduziert wird. Um die Herstellung von gewickelten Platten, diskreten Platten und Blech in gewickelter Form bis zu 18 kg/mm (1000 PIW) und höher zu ermöglichen, kann die Brammenbreite von 60 bis 300 cm (24 bis 120 Zoll) variieren.
Eine bevorzugte Betriebsweise umfaßt die Zufuhr einer abgescherten oder brenngeschnittenen Bramme von der Gießvorrichtung auf einen Brammentisch, der diese entweder direkt in einen Nachwärme- oder Ausgleichsofen oder in einen Brammensammel- und Speicherbereich neben dem Brammentisch leitet. Die bevorzugte Arbeitsweise umfaßt ferner die Zufuhr der Bramme vom Brammentisch direkt in den Ofen. Die Arbeitsweise erlaubt aber die Zufuhr einer zuvor empfangenen und gespeicherten Bramme in den Ofen für weitere Bearbeitung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Dünnbandgießvorrichtung und eines kontinuierlichen Warmwalzwerks des Standes der Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Gießvorrichtung für Band mittlerer Dicke und der Durchlaufanordnung eines Umkehrwarmwalzwerks und Wikkelofens,
Fig. 3 ein Zeit/Temperaturdiagramm für eine 50 mm (zwei Zoll) dicke Bramme von der Verfestigung bis zum Walzen,
Fig. 4 ein Zeit/Temperaturdiagramm für eine 100 mm (vier Zoll) dicke Bramme von der Verfestigung bis zum Walzen, und
Fig. 5 ein Balkendiagramm, das die Energieverbrauchsspitzen der vorliegenden Erfindung für eine Dünnbandgießvorrichtung und ein kontinuierliches Walzwerk zeigt.
Die Erfindung sei nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben:
Die Dünnbandgießvorrichtung und das kontinuierliche Durchlaufwarmbandwalzwerk sind in Fig. 1 veranschaulicht. Die Brammengießvorrichtung 10 besteht aus einer gekrümmten Trichterform 12, in die schmelzflüssiges Metall durch das Eingangsende 14 eingeführt wird. Ein elektrischer Ofen, die Pfannenstation und der die Brammengießvorrichtung 10 versorgende Zwischenbehälter (nicht gezeigt) sind ebenfalls wie üblich. Die Brammengießvorrichtung 10 gießt einen Strang von größenordnungsmäßig 50 mm (2 Zoll) oder weniger, der durch eine Schere oder einen Brennschneider 16, die bzw. der sich in geeignetem Abstand von der gekrümmten Form 12 befindet, um angemessene Verfestigung vor dem Abscheren sicherzustellen, zu Brammen geeigneter Länge geschnitten wird. Die dünne Bramme tritt dann in einen länglichen Tunnelofen 18 ein, wo die entsprechende wärmemenge eingeführt wird, um sicherzustellen, daß sich die Bramme durch ihr gesamtes Volumen hindurch auf der richtigen Temperatur zur Einführung in das Durchlaufwarmbandwalzwerk 20 befindet, das auf der Ausgangsseite des Tunnelofens angeordnet ist. Das typische Durchlaufwarmbandwalzwerk 20 enthält fünf Walzgerüste 21, die je aus einem Paar Arbeitswalzen 23 und einem Paar Stützwalzen 24 bestehen. Die Walzgerüste 21 sind so beabstandet und synchronisiert, daß sie die Bramme kontinuierlich durch alle fünf Walzgerüste hindurch bearbeiten. Das so gebildete Band der gewünschten Dicke wird auf einen Fallwickler 22 gewickelt und danach zu dem gewünschten Stahlwalzwerkendprodukt weiterverarbeitet.
Die Dünnbandgießvorrichtung und das kontinuierliche Warmbandwalzwerk besitzen zahlreiche Vorzüge, aber auch gewisse grundsätzliche Nachteile, wie keinen Spielraum für Irrtümer, weil das kontinuierliche Warmbandwalzwerk direkt mit der Gießvorrichtung vereint ist, ohne einen Puffer dazwischen zum Auffangen von Betriebsschwierigkeiten entweder in der Gießvorrichtung oder im kontinuierlichen Warmbandwalzwerk.
Außerdem ist der Wärmeverlust fur eine 50 mm (zwei Zoll) dicke Bramme erheblich größer gegenüber einer 100 mm (vier Zoll)-Bramme. Dies erfordert dann einen langen Tunnelofen für die 50 mm (zwei Zoll) dicke Bramme, um die richtige Walztemperatur sicherzustellen. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, wo die als Temperatur/Zeitkurve für eine 50 mmm (zwei Zoll) dicke Bramme ausgedrückten Energieerfordernisse gezeigt sind. Bei einer 50 mm (zwei Zoll) dicken gegossenen Bramme beträgt die durchschnittliche Massentemperatur der frisch gegossenen Bramme nur 95500 (1750ºF), was für den Beginn des Warmwalzens zu niedrig ist. Da im Zentrum der Bramme wegen der kleinen Dicke praktisch keine Reserven an Wärmeenergie vorhanden sind, wird zusätzliche wärmeenergie benötigt, um die erforderliche durchschnittliche Massentemperatur von 1090ºC (2000ºF) zum Warmwalzen zu erreichen. Da die dünne Bramme ungefähr 45 m (150 Fuß) lang ist, wird sie demgemäß im allgemeinen in einem langen Tunnelofen erhitzt. Ein solcher Ofen muß eine Wärmeenergie von ungefähr 127 MJ (120.000 BTU) pro Tonne liefern, um den Stahl auf eine durchschnittliche Nassentemperatur von 1090ºC (2000ºF) für das Warmwalzen zu bringen, und außerdem zusätzliche Energie für den Aufbau des notwendigen Wärmegradienten zu liefern, der nötig ist, um die Wärmeenergie während der von dem 50 mm (zwei Zoll)- Gieß/Walzwerkverfahren diktierten Zeit in die Bramme einzubringen.
Während der langsamen Bewegung der 50 mm (zwei Zoll) dicken Bramme durch den Tunnelofen bildet die Ofenatmosphäre zusätzlich "Walzzunder" auf der freiliegenden Oberfläche der dünnen Bramme. Dieser Walzzunder verschlechtert die Güte des fertigen Blechs, und es ist sehr schwer, diesen vor dem Walzen zu entfernen. Häufig wird der Walzzunder durch das vielstufige kontinuierliche Walzwerk in die Bramme gewalzt. Gewöhnlich läßt sich der Walzzunder durch aggressives Aufbringen von Hochdrucksprühwasser entfernen. Bei einer 50 mm (zwei Zoll) dicken Bramme wird solches Sprühwasser aber allgemein den Stahl auf eine zum Walzen unannehmbare Temperatur abschrecken und damit den Nachwärmvorgang unwirksam machen. Andererseits besitzt die 100 mm (vier Zoll) dicke Bramme natürlich die halbe Länge und die halbe freiliegende Oberfläche und zeigt dementsprechend weniger Zunderaufbau. Ferner kann dieser Zunder dank der innerhalb der 100 mm (vier Zoll) dicken Bramme gespeicherten Wärmeenergie leicht durch das Hochdrucksprühwasser entfernt werden, ohne die Brammentemperatur zu beeinträchtigen, wie weiter unten erörtert.
Wie bei der 50 mm (zwei Zoll) dicken Bramme wird während des Gießverf ahrens Außenkühlung angewandt, um eine feste, den flüssigen Kern enthaltende Schale zu bilden, was bei der Zwischenbehältertemperatur von 1540ºC (2800ºF) unbedingt notwendig ist. Mit dem Aufbau der Schale wird der flüssige Kern verbraucht, und die Bramme verfestigt sich durch ihre gesamte Dicke. Dadurch wird die metallurgische Länge der Gießvorrichtung festgelegt. Bei einer 100 mm (vier Zoll) dicken Bramme besteht ein Temperaturgradient vom Zentrum der Bramme (154000 bis 1430ºC oder 2800ºF bis 2600ºF) zur Oberfläche mit einer durchschnittlichen Temperatur von 1260ºC (2300ºF), siehe Fig. 4. Wenn die Bramme dann in ein isothermes Gehäuse eingebracht wird, liefert der hohe interne Temperaturgradient, der zur Aufnahme der Verfestigungsenthalpie notwendig war, genügend Wärmeenergie, um eine durchschnittliche Massentemperatur der Bramme von 1090ºC (2000ºF) zu bewirken. Dieser Ausgleichsvorgang in dem isothermen Gehäuse erfolgt sofort, nachdem die gegossene Bramme erstarrt ist und vor dem Eintritt in den Ofen abgelängt wird.
Die dafür erforderliche Zeit wird durch das Quadrat des Diffusionswegs der Wärme (höchstens die halbe Brammendicke) und die thermische Diffusität der erstarrten Masse bestimmt. Da die durchschnittliche Massentemperatur vor dem Ausgleich 1260ºC (2300ºF) betrug und die durchschnittliche Massentemperatur nach dem Ausgleich nur 1090ºC (2000ºF) zu sein braucht, damit der Stahl warmgewalzt werden kann, sind etwa 127 MJ (120.000 BTU) pro Tonne Stahl überschüssige Enthalpie vorhanden. Diese Wärmeenergie kann dazu dienen, die Integrität des isothermen Gehäuses aufrechtzuerhalten, das heißt, bei dem Aufbau der isothermen Umgebung innerhalb des Gehäuses auftretende Verluste auszugleichen, so daß demgemäß wenig oder gar kein äußeres Erhitzen des Gehäuses nötig ist.
Einer der hervorstehenden Vorzüge dieser Erfindung sind die niedrigeren Kosten für elektrischen Strom bei der vorliegenden Erfindung gegenüber der bzw. dem Gießvorrichtung/kontinuierlichen Walzwerk für 50 mm (zwei Zoll) Dicke, wie oben beschrieben, und ähnlichen Verfahren. Fig. 5 veranschaulicht diese Tatsache durch einen Vergleich der Spitzenstromstöße (19000 Kilowatt) des vielstufigen kontinuierlichen Walzwerks mit der Spitze (9000 Kilowatt) für das erfindungsgemäße Umkehrwalzwerk. Da der Fakturiervertrag der Elektrizitäts-gesellschaft aus zwei Teilen besteht - "Bedarf" und "Stromverbrauch" - ist es der "Bedarfs"teil, der am teuersten zu stehen kommt, wenn das Verfahren hohe Spitzenlasten für einen kurzen Zeitraum verlangt. Hoher Bedarf kommt höheren Stromkosten gleich. Fig. 5 zeigt das Walzen von vier Wickeln aus einer 50 mm (zwei Zoll) dicken Bramme mit den hohen Spitzenlasten auf einem viergerüstigen Fertigwalzwerk in ungefähr derselben Zeit, die zum Walzen von zwei Wickeln aus einer 100 mm (vier Zoll) dicken Bramme bei den niedrigeren Spitzenlasten auf dem Umkehrwarmwalzwerk in je neun Durchgängen erforderlich ist.
Außerdem ist es eine Tatsache, und vielleicht eine noch wichtigere, daß zahlreiche Elektrizitätsgesellschaften die hohen Spitzenlasten wie in Fig. 5 gezeigt wegen der Grenze in Generator- und Leitungskapazität nicht bereitstellen können. Dies ist besonders ernstzunehmen in Entwicklungsländern, wo die Stromversorgungsnetze schwach und die Überlandleitungen lang sind. Die Erfindung soll dieses Problem lösen, indem sie Entwicklungsländern ein produktives Miniwalzsstahlwerk mit niedrigen Kapitalkosten zur Verfügung stellt, für das deren gegenwärtiges Stromsystem und die bestehende Infrastruktur ausreichend sind.
Sogar bei hochentwickelten Systemen, wo der Bedarf über Zeiträume von z.B. 15 Minuten gemittelt wird, ist der Bedarf für ein kontinuierliches Fertigwalzwerk mit vier oder fünf Gerüsten, das 50 mm (zwei Zoll) dicke Brammen einzieht, immer noch wesentlich höher als für ein Umkehrwarmwalzwerk, das eine 100 mm (vier Zoll) dicke Bramme einzieht.
Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung für Brammen mittlerer Dicke und die Band- und Blechwarmdurchlaufstraße sind in Fig. 2 gezeigt. Einer oder mehrere elektrische Schmelzöfen 26 liefern das schmelzflüssige Metall an das Eingangsende unserer kombinierten Gießvorrichtung und Band- und Blechstraße 25. Das schmelzflüssige Metall wird in einen Pfannenofen 28 gegeben, bevor es in die Gießvorrichtung 30 eingeführt wird. Die Gießvorrichtung 30 versorgt eine (gekrümmte oder gerade) Form 32 mit rechteckigem Querschnitt.
Ein Brennschneider (oder eine Schere) 34 befindet sich am Ausgangsende der Form 32, um den Strang nunmehr erstarrten Metalls zu einer 89 bis 140 mm (3,5 bis 5,5 Zoll) dicken Bramme der gewünschten Länge und auch mit einer Breite von 60 bis 300 cm (24 bis 120 Zoll) zu schneiden.
Die Bramme läuft dann auf einem Rollgang 36 in einen Brammenabzugsbereich, wo diese direkt in einen Ofen 42 gegeben oder aus der Durchlaufverarbeitung entnommen und in einem Brammensammel- und Speicherbereich 40 gelagert wird. Ein Ofen vom Hubbalkentyp wird bevorzugt, doch ist ein Rollenherdofen bei gewissen Anwendungen ebenfalls verwendbar. Ganze Brammen 44 und Brammen 45 diskreter Länge für gewisse Blechprodukte sind in dem Hubbalkenofen 42 gezeigt. In dem Brammensammel- und Speicherbereich 40 befindliche Brammen 38 können auch mittels Brammendrückern 48 oder mittels zum indirekten Beladen des Hubbalkenofens 42 vorgesehener Ladearmvorrichtungen in den Ofen 42 eingebracht werden. Es ist ebenfalls möglich, Brammen von anderen Brammenlager- oder Speicherbereichen zu laden. Da die Brammen mittlerer Dicke viel mehr Wärme als dünne Brammen zurückhalten, ist bei zahlreichen Betriebsweisen nur ein Temperaturausgleich erforderlich. Wo Brammen von Abseitsstellen eingeführt werden, muß der Ofen natürlich die Kapazität besitzen, zusätzliche Joules (BTU) einzuführen, um die Brammen auf die Walztemperaturen zu bringen.
Die verschiedenen Brammen werden auf herkömmliche Weise durch den Ofen 42 geführt, durch Brammenabnehmer 50 herausgenommen und auf einen Zufuhr- und Rücklauftisch 52 gelegt. Entzunderer 53 und/oder ein senkrechtes Stauchgerüst 54 können auf den Brammen verwendet werden. Ein senkrechtes Stauchgerüst wäre normalerweise nicht verwendbar bei einer Bramme von nur 50 mm (zwei Zoll) Dicke oder weniger.
Stromabwärts von dem Zufuhr- und Rücklauftisch 52 und dem senkrechten Stauchgerüst 54 befindet sich ein Umkehrwarmwalzwerk 56 mit einem stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Wickelofen 58 bzw. 60. Die Kühlstation 62 befindet sich stromabwärts des Wickelofens 60. Stromabwärts der Kühlstation 62 ist ein Wickler 66, der zusammen mit einem Wickelwagen 67 betrieben wird, mit einem nachfolgenden, zusammen mit einer Schere 58 betriebenen Plattentisch 64. Das Endprodukt wird entweder auf einem Wickler 66 gewickelt und als Blech in Band- oder Wickelplattenform durch den Wickelwagen 67 entnommen oder zur weiteren Durchlaufverarbeitung zu Plattenform geschnitten. Ein Plattenprodukt wird mittels eines ein Kühlbett enthaltenden Übergabetisches 70 auf eine Fertigverarbeitungsstraße 71 übertragen. Die Fertigverarbeitungsstraße 71 umfaßt eine Plattenrandschere 72, Plattenendschere 74 und einen Plattenstapler 76.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind das Ergebnis der angewandten Betriebsparameter. Der gegossene Strang sollte eine Dicke zwischen 89 mm und 140 mm (3,5 Zoll bis 5,5 Zoll) und vorzugsweise zwischen 95 mm und 114 mm (3,75 Zoll bis 4,5 Zoll) aufweisen und besonders bevorzugt etwa 102 mm (4 Zoll) dick sein. Die Breite kann im allgemeinen zwischen 50 cm und 250 cm (24 Zoll und 100 Zoll) zur Herstellung eines Produkts mit bis zu 18 kg/mm (1000 PIW) und höher variieren.
Nach dem Verlassen des Hubbalkenofens 42 wird die Bramme in nicht mehr als drei Flachdurchgängen durch das Umkehrwarmwalzwerk 56 hin- und hergeführt, wobei man eine Brammendicke von etwa 25 mm (1 Zoll) oder weniger erreicht. Das Zwischenprodukt wird dann in dem entsprechenden Wickelofen gewickelt, der im Fall von drei flachen Durchgängen der stromabwärtige Wickelofen 60 sein würde. Danach wird das Zwischenprodukt durch das Umkehrwarmwalzwerk 56 und zwischen den Wickelöfen hin- und hergeführt, um die gewünschte Dicke für das Blech in Wickelform, die Wickelplatte oder das Plattenprodukt zu erreichen. Die Anzahl Durchgänge, um die fertige Produktdicke zu erreichen, kann variieren, ist aber normalerweise in neun Durchgängen einschließlich der anfänglichen flachen Durchgänge möglich. Bei dem letzten Durchgang, der normalerweise am stromaufwärtigen Wickelofen 58 beginnt, wird das Band der gewünschten Dicke in dem Umkehrwarmwalzwerk gewalzt und läuft durch die Kühlstation 62 weiter, wo es für das Wickeln auf einem Wickler 66 oder zum Ablegen auf einem Plattentisch 64 entsprechend abgekühlt wird. Wenn das Produkt Blech oder eine Platte in gewickelter Form sein soll, wird es auf dem Wickler 66 gewickelt und durch den Wickelwagen 67 abgenommen. Wenn es direkt zur Plattenform gehen soll, gelangt es auf den Plattentisch 64, wo es durch die Schere 68 auf die richtige Länge abgeschert wird. Die Platte geht danach auf den Übergabetisch 70, der als ein Kühlbett wirkt, so daß die Platte auf der Fertigbearbeitungsstraße 71, die den Entzunderer 73, Randschere 72, Endschere 74 und den Stapler 76 umfaßt, fertiggestellt werden kann.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die weitreichende Palette herstellbarer Produkte. Es sei bemerkt&sub1; daß die Einlauftemperatur in das Walzwerk für die breiteren Brammen notwendigerweise höher (1260ºC oder 2300ºF) als für die kleineren Produktbreiten (etwa 1000ºC oder 2000ºF) ist, wobei die kleineren Breiten für die meisten Anlagen die Hauptmenge der geforderten Produkte darstellen würden.

BEISPIEL 1

Ein Blech in Wickelform von 188 cm (74 Zoll) Breite x 2,54 mm (0,100 Zoll) Dicke wird aus einer 100 mm (4 Zoll) dicken Bramme aus kohlenstoffarmem Stahl gemäß dem nachfolgenden Walzplan hergestellt: BEISPIEL 1
Abstand/Längenverhältnis: 0,5000
Kombinationswalzwerk RMS Produktion: 219,126 t/h
Kombinationswalzwerkspitzenproduktion: 219,126 t/h
Wickeln beginnt bei Durchgang Nr.: 3 CM3
Abstand zwischen Wickelofen Nr. 1 und Walzwerk: 7,50 m (25,00 Fuß)
Abstand zwischen Walzwerk und Wickelofen Nr. 2 : 7,50 m (25,00 Fuß)
Wickelofendurchmesser: 137 cm (54,00 Zoll)
Wickelofentemperatur: 954,44ºC (1750,00ºF)
Beschleunigungs/Verlangsamungsrate: 1,02 m/s² (200,00 FPM/sec)
Massentemperatur bei TS: 976,78ºC (1790,20ºF)

BEISPIEL 2

Ein Blech in Wickelform von 132 cm (52 Zoll) Breite x 2,54 mm (0,100 Zoll) Dicke wird aus einer 100 mm (4 Zoll)-Bramme aus kohlenstoffarmem Stahl gemäß dem folgenden Walzplan hergestellt: BEISPIEL 2
Abstand/Längenverhältnis: 0,5000
Kombinationswalzwerk RMS Produktion: 142,086 t/h
Kombinationswalzwerkspitzenproduktion: 142,086 t/h
Wickeln beginnt bei Durchgang Nr.: 3 CM3
Abstand zwischen Wickelofen Nr. 1 und Walzwerk: 6,10 m (20,01 Fuß)
Abstand zwischen Walzwerk und Wickelofen Nr. 2 : 6,10 m (20,01 Fuß)
Wickelofendurchmesser: 122 cm (48,00 Zoll)
Wickelofentemperatur: 950,00ºC (1742,00ºF)
Beschleunigungs/Verlangsamungsrate: 3,33 m/s² (656,17 FPM/sec)
Massentemperatur bei TS: 927,63ºC (1701,74ºF)

BEISPIEL 3

Eine Platte in Wickelform von 249 cm (98 Zoll) Breite x nominell 4,75 mm (0,187 Zoll) Dicke wird aus einer 100 mm (4 Zoll) dicken Bramme aus kohlenstoffarmem Stahl gemäß nachfolgendem Plan mit einer Istdicke von 4,50 mm (0,177 Zoll) hergestellt: BEISPIEL 3
Abstand/Längenverhältnis: 0,5000
Kombinationswalzwerk RMS Produktion: 288,317 t/h
Kombinationswalzwerkspitzenproduktion: 444,550 t/h
Wickeln beginnt bei Durchgang Nr.: 4 CM4
Abstand zwischen Wickelofen Nr. 1 und Walzwerk: 7,50 m (25,00 Fuß)
Abstand zwischen Walzwerk und Wickelofen Nr. 2 : 7,50 m (25,00 Fuß)
Wickelofendurchmesser: 137 cm (54,00 Zoll)
Wickelofentemperatur: 954,44ºC (1750,00ºF)
Beschleunigungs/Verlangsamungsrate: 1,02 m/s² (200,00 FPM/sec)
Massentemperatur bei TS: 1008,95ºC (1848,11ºF)

BEISPIEL 4

Eine Platte in Wickelform von 213 cm (84 Zoll) Breite x 3,56 mm (0,140 Zoll) Dicke wird aus einer 100 mm (4 Zoll) dicken Bramme aus kohlenstoffarmem Stahl gemäß dem nachfolgenden Walzplan hergestellt: BEISPIEL 4
Abstand/Längenverhältnis: 0,5000
Kombinationswalzwerk RMS Produktion: 280,116 t/h
Kombinationswalzwerkspitzenproduktion: 323,529 t/h
Wickeln beginnt bei Durchgang Nr.: 3 CM3
Abstand zwischen Wickelofen Nr. 1 und Walzwerk: 7,50 m (25,00 Fuß)
Abstand zwischen Walzwerk und Wickelofen Nr. 2 : 7,50 m (25,00 Fuß)
Wickelofendurchmesser: 137 cm (54,00 Zoll)
Wickelofentemperatur: 954,44ºC (1750,00ºF)
Beschleunigungs/Verlangsamungsrate: 1,02 m/s² (200,00 FPM/sec)
Massentemperatur bei TS: 976,78ºC (1790,20ºF)
Die kontinuierliche Gießvorrichtung für mittlere Dicke und die Warmband- und -blechstraße ergeben viele der Vorteile der Dünnbandgießvorrichtung ohne die Nachteile. Die prinzipielle Auslegung der Anlage kann auf dem Walzen von 150 Tonnen pro Stunde mit dem Walzwerk basieren. Die Marktnachfrage wird offensichtlich die Produktpalette diktieren, aber für Zwecke der Berechnung der erforderlichen Gießvorrichtungsgeschwindigkeiten, um 150 gewalzte Tonnen pro Stunde zu erzielen, kann man annehmen, daß die Hauptmenge der Produktpalette zwischen 90 cm (36 Zoll) und 180 cm (72 Zoll) liegen wird. Eine 180 cm (72 Zoll) breite, bei 150 Tonnen pro Stunde gewalzte Bramme würde eine Gießgeschwindigkeit von 153 cm (61 Zoll) pro Minute erfordern. Bei 150 cm (60 Zoll) Breite erhöht sich die Gießgeschwindigkeit auf 183 cm (73,2 Zoll) pro Minute; bei 120 cm (48 Zoll) steigt die Gießgeschwindigkeit auf 229 cm (91,5 Zoll) pro Minute sowie bei 90 cm (36 Zoll) Breite auf 305 cm (122 Zoll) pro Minute. Alle diese Geschwindigkeiten liegen innerhalb annehmbarer Gießgeschwindigkeiten.
Die jährliche Gesamtproduktion in Tonnen kann auf der Grundlage von 50 Wochen Betrieb pro Jahr zu 8 Stunden pro Schicht und 15 Schichten pro Woche für 6000 Stunden pro Jahr verfügbarer Betriebszeit geplant werden; unter der Annahme, daß 75% der verfügbaren Betriebszeit benutzt werden, und unter der Annahme einer 96%igen Ausbeute durch die Betriebsanlage hindurch, wird die geplante Jahresgesamtproduktion ungefähr 650 000 Tonnen Fertigprodukt betragen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von gewickeltem Band, Blech in gewickelter Form oder diskreten Blechplatten, mit den Schritten:

a) kontinuierliches Gießen eines Stranges mit einer Dicke zwischen 89 mm und 140 mm (3,5 inch bis 5,5 inch);

b) Abscheren des Strangs zu einer Bramme (44, 46) von vorgegebener Länge;

c) Zuführen der Bramme (44, 46) in einen Durchlaufwärmeofen (42);

d) Herausnehmen der Bramme (44, 46) auf eine kontinuierliche Verarbeitungsstraße mit einem Umkehrwarmwalzwerk (56), das an seiner Eintritts- und Austrittsseite jeweils einen Wickelofen (58, 60) aufweist;

e) Flachdurchlauf der Bramme (44, 46) hin- und hergehend durch das Walzwerk (56) zur Bildung eines Zwischenproduktes mit einer für das Wickeln ausreichenden Dicke nach mindestens drei Flachdurchläufen durch das Walzwerk;

f) Wickeln des Zwischenproduktes in einem der eingangsseltigen oder ausgangsseitigen Wickelöfen (58, 60);

g) Durchlauf des gewickelten Zwischenproduktes hin- und hergehend durch das Walzwerk (56) zur Reduzierung des gewickelten Zwischenproduktes zu einem zweiten Zwischenprodukt von weiter verringerter Dicke, wobei das Zwischenprodukt bei jedem Durchgang durch das Walzwerk (56) von jedem der Wickelöfen (58, 60) aufgenommen bzw. aus ihm entnommen wird;

h) weiteres Walzen des zweiten Zwischenproduktes, um es zu einem Endprodukt von gewünschter Dicke zu reduzieren, und

i) Fertigbearbeiten des Endproduktes zu der Form von gewikkeltem Band, diskreten Platten oder Blech in gewickelter Form, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Walzen des zweiten Zwischenproduktes zu dem Endprodukt durch Durchlauf des zweiten Zwischenproduktes hin und hergehend zwischen den Wickelöfen (58, 60) des Umkehrwarmwalzwerks (56) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang auf eine Dicke zwischen 95 mm und 114 mm (3,75 inch bis 4,5 inch) gegossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang auf eine Dicke von etwa 102 mm (4 inch) gegossen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Durchgänge zwei Durchgänge vom eingangsseitigen Wickelofen (58) zum ausgangsseitigen Wickelofen (60) und mindestens einen Durchgang vom ausgangsseitigen Wickelofen (60) zum eingangsseitigen Wickelofen (58) umfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt mit etwa 25 mm (1 inch) Dicke oder weniger in genau drei Flachdurchgängen gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt zu dem Endprodukt in sechs oder weniger Durchgängen durch das Umkehrwarmwalzwerk (56) reduziert wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt der Entnahme von Brammen (44, 46) von einer ausgangsseitig der Gießvorrichtung (30) und nahe dem Wärmeofen (42) angeordneten Brammenentnahmestelle, wenn stromabwärts des Ofens (42) Verzögerungen auftreten, und Speichern der Brammen (44, 46) in einem Speicherbereich (40) stromaufwärts des Ofens (42) vor der Eingabe der Brammen (44, 46) in den Ofen (40).

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Endbearbeitung zu dem Endprodukt das im Durchlauf erfolgende Abscheren zu einer Platte von diskreter Länge, Kühlen der Platte und Fertigbearbeiten der Platte durch mindestens eine Seitenschere (46) und eine Endschere (46) und/oder einen Startler (76) umfaßt.