EP1827735B1 - Verfahren und vorrichtung zum bandgiessen von metallen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren zum endabmessungsnahen Gießen von Strängen aus Metall, insbesondere rechteckigen Strängen, wobei flüssiges Metall auf ein umlaufendes Transportband gegossen wird, mit anschließendem Inline - Walzen.
• Beim Bandgießen wird flüssiges Metall durch eine Öffnung in der Wand eines horizontal beweglich angeordneten Zuführbehälters auf die Oberseite eines horizontal umlaufenden Bandes gegossen, um dort zu erstarren. Nach dem Erstarren wird das so gegossene Band direkt zu einem Walzgerüst oder einer Walzstraße geleitet.
• In der EP 1 077 782 B1 wird ein Verfahren zum endabmessungsnahen Gießen von rechteckigen Strängen aus Metall beschrieben, insbesondere von Stahl, und anschließendem Inline -Auswalzen des Stranges, mit einem Materialzuführbehälter, über dessen Auslassdüse das flüssige Metall auf den Obertrum eines Förderbandes aufgegeben wird, auf dem es erstarrt und zur Verformung an ein Walzgerüst weitergegeben wird, mit den Schritten:
1. a) vor Beginn des Gießens:
   • aa) der Aufgabepunkt des flüssigen Metalls auf das Förderband wird grob vorgegeben
   • ab) die Fördergeschwindigkeit des Förderbandes wird in Abhängigkeit der gewünschten Walzdicke und Walzgeschwindigkeit des Walzgerüstes eingestellt.
2. b) während des Gießens:
   • ba) die Position der Durcherstarrung des auf dem Förderband befindlichen Metallstranges wird erfasst,
   • bb) die Temperatur des Walzgutes wird im Bereich des Walzgerüstes erfasst, und
   • bc) die Position der Durcherstarrung und die Temperatur des Walzgutes werden als Steuergröße für die aktuelle Position des Aufgabepunktes des den Materialzuführbehälter verlassenden flüssigen Metalls auf das Förderband verwendet.
• Aus diesem Dokument ist weiterhin eine Einrichtung zum endabmessungsnahen Gießen von rechteckigen Strängen aus Metall bekannt, insbesondere von Stahl, und anschließendem Inline - Auswalzen des Stranges, mit einem eine Auslassdüse aufweisenden Metallzuführbehälter, einem horizontal angeordneten Förderband und mindestens einem diesem nachgeordneten Walzgerüst, wobei der Materialszuführbehälter mit Bewegungselementen verbunden ist, mit denen dieser in horizontaler, koaxial zur Hauptachse des Förderbandes in oder entgegen der Förderrichtung des Stranges bewegbar ist und der Materialzuführbehälter an einen Aktuator angeschlossen, der regeltechnisch mit einer Regeleinrichtung verbunden ist, an die Messelemente zum Erfassen der Position der Durcherstarrung des Stranges und Messelemente zum Erfassen der Temperatur des Walzgutes angeschlossen sind.
• Zum Stand der Technik gehört somit ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, bei der die Aufgabestelle des Metalls auf das Transportband örtlich fest bzw. örtlich variabel ist.
• Nachteilig bei einer örtlich festen Aufgabestelle ist, dass hierbei das Produktionsspektrum einer starken Einschränkung unterliegt. Es können nur Produkte mit geringen Veränderungen in den Abmessungen oder Materialqualitäten gefertigt werden. Eine Verbesserung wurde durch einen variablen Aufgabepunkt des flüssigen Metalls auf das Transportband erreicht. Bei einem derartigen Verfahren bzw. einer derartigen Vorrichtung besteht aber der Nachteil, dass die Kühlung nicht an die variablen Rahmenbedingungen angepasst wird. Es wurde erkannt, dass die Art der Kühlung und die Position bzw. räumliche Anordnung der Kühlung beim Bandgießen die Wärmeabfuhr beispielsweise derart beeinflusst, dass es zu einer örtlichen Überhitzung des Transportbandes kommt, welche dessen Ausfall zur Folge hat. Weiterhin kann der effektive Wärmetransfer so gering sein, dass keine ausreichende Erstarrung des gegossenen Bandes erzielt wird.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren vorzugeben, bei dem bzw. bei der das Produktionsfenster bzw. das Herstellungsspektrum erweitert wird. Dieses beinhaltet das Gießen unterschiedlicher Metalle und Qualitäten, das Gießen unterschiedlicher Produktdicken und - breiten sowie eine breite Varianz der Gießgeschwindigkeit, um die oben angeführten Nachteile zu vermeiden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zum endabmessungsnahen Gießen von Strängen aus Metall, insbesondere rechteckigen Strängen, wobei flüssiges Metall auf ein umlaufendes Transportband gegossen wird, mit anschließendem Inline-Walzen, umfassend die folgenden Schritte:
• örtlich variables Aufgeben des flüssigen Metalls in Gießrichtung zwischen den Rollen auf einen oberen Trum des Transportbandes;
• Kühlen des oberen Trums des Transportbandes durch Aufspritzen von Kühlmedien bzw. Kühlwasser mittels Düsen auf die Unterseite des oberen Trums;
• wobei die Düsen zu Düsen - Segmenten zusammengefasst werden; entweder
das Transportband an der Stelle, an der das flüssige Metall auf die Oberseite des oberen Trums aufgegeben wird, am stärksten gekühlt bzw. die größte Wärmemenge abgeführt wird, indem das entsprechende Düsensegment in diesem Bereich mit dem höchsten Kühlwasserdruck beaufschlagt wird; und
dass der Druck in den nachfolgenden Düsen - Segmenten vermindert wird; oder
dass das Transportband an der Stelle, an der das flüssige Metall auf die Oberseite des oberen Trums aufgegeben wird, am stärksten gekühlt bzw. die größte Wärmemenge abgeführt wird, indem das entsprechende Düsen - Segment an dieser Stelle mit der höchsten Durchflussmenge des Kühlmediums bzw. Kühlwassers beaufschlagt wird;
dass die Durchflussmenge in den nachfolgenden Düsen-Segmenten verringert wird; und
dass die Düsen in den Düsen-Segmenten den gleichen Druck aufweisen.
• Weitere Ausgestaltungen der Verfahren ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.
• Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass die Intensität der Kühlung entsprechend des größten Wärmetransports so ausgelegt ist, dass die größte Kühlwirkung an der Stelle des ersten Kontaktes des flüssigen Metalls mit dem Transportband erzielt wird und flussabwärts abnimmt. Durch die örtliche Variation der Aufgabestelle des flüssigen Metalls auf das Transportband in Verbindung mit einer optimal angepassten Kühlung bzw. Kühl -Anordnung wird eine Flexibilisierung des Produktionsspektrums erzielt.
• Die Stelle, an der das flüssige Metall in Kontakt mit dem Transportband kommt, muss unter bestimmten Randbedingungen wie unterschiedliche Metall - Qualitäten, Massendurchsätze und dergleichen in Gießrichtung verändert werden. Dazu wird die Intensität der Kühlung durch eine örtliche Veränderung der Kühlzone, in Transportrichtung gesehen, eingestellt. Die Zone des Transportbandes, welche die größte Kühlintensivität aufweist, wird deshalb mit dem Ort des Austritts des flüssigen Metalls aus dem Zuführbehälter korreliert.
• Durch die erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Flexibilisierung der effektiven Kühlstrecke bzw. der Wärmeabfuhr zur Erweiterung des Produktionsfensters erreicht. Es können so mehr oder weniger stark zu kühlende Materialien in verschiedensten Durchsätzen vergossen werden.
• Eine erste Ausführungsform sieht vor, dass die Düsen in mehreren unabhängigen Einheiten zusammengefasst werden. Jeder Düsen - Einheit ist eine separate Druck geregelte Wasserzufuhr zugeordnet. Bei einer derartigen Vorrichtung ist der Druck, mit dem das Kühlmedium gegen die Unterseite des Obertrums des Transportbandes gespritzt wird, jeweils an der Stelle am Höchsten, an der das flüssige Metall auf die Oberseite des Obertrums des Transportbandes aufgegeben wird. In Transportrichtung gesehen wird der Druck in den nachfolgenden Düsen - Einheiten beispielsweise schrittweise verringert. Durch den höchsten Druck an der Aufgabestelle des flüssigen Metalls wird erreicht, dass hier die größte Kühlwirkung erzielt wird.
• Bei der ersten Ausführungsform wird der Druck in den einzelnen Düsen - Einheiten verändert.
• Bei einer zweiten Ausführungsform bleibt der Druck, mit dem das Kühlmedium bei den einzelnen Düsen - Einheiten auf die Unterseite des Obertrums des Transportbandes gespritzt wird, konstant. Die einzelnen Düsen - Einheiten werden dabei so angeordnet, dass die Düsen - Einheit mit der größten Kühlwirkung, also dem größten Kühlmitteldurchfluss, immer dort angeordnet ist, wo das flüssige Metall auf das Transportband aufgegeben wird. Hierzu werden die Düsen - Einheiten örtlich versetzt bzw. verschoben.
• Um am Ende des Transportbandes ein erstarrtes Band zu erhalten, werden weiterhin die Parameter Transportbandgeschwindigkeit und Metallmenge / Zeit verändert. Die zur Erstarrung notwendige effektive Kühllänge wird der metallurgischen Länge angepasst.
• Dieser Vorgang wird in verschiedenen Situationen wie folgt ausgeführt, wobei eine gleichmäßige Zuführung des flüssigen Metalls zum Transportband vorausgesetzt wird.
Verkürzung der effektiven Kühllänge während des Gießprozesses

Fall 1:

Die Relativ - Geschwindigkeit zwischen der Einheit Z / I und dem Transportband wird konstant gehalten. Die Geschwindigkeit des Transportbandes v_Tr muss um den Betrag der horizontalen Geschwindigkeit der Einheit Z / I angehoben werden: $${\mathrm{V}}_{\mathrm{Tr\; neu}}\mathrm{=}{\mathrm{V}}_{\mathrm{Tr\; alt}}\mathrm{+}{\mathrm{V}}_{\mathrm{Einheit\; Z}\mathrm{/}\mathrm{l}}$$




Dabei bedeuten v_Tr die Geschwindigkeit des Transportbandes und V_{Einheit Z/I} die Geschwindigkeit der Einheit Z / I.
Der Massendurchsatz m wird konstant gehalten - bei Erreichen der Endposition der Einheit Z / I wird die Transportbandgeschwindigkeit v_Tr wieder auf den ursprünglichen Wert verringert.

Fall 2:

Die Transportbandgeschwindigkeit v_Tr wird konstant gehalten. Die Metallzuführung muss um den Betrag $$\mathrm{m}\mathrm{=}\mathrm{d}\mathrm{*}\mathrm{b}\mathrm{*}\mathrm{rho}\mathrm{*}{\mathrm{v}}_{\mathrm{Einheit\; z}\mathrm{/}\mathrm{l}}\mathrm{in}\left(\mathrm{t}\mathrm{/}\min \right)$$




gedrosselt werden. Dabei bedeuten m den Massendurchsatz, d die Dicke des Stranges, b die Breite des Stranges, rho die Dichte des flüssigen Metalls und v die Geschwindigkeit der Einheit Z / I.
Bei Erreichen der Endposition der Einheit Z / I wird der Durchsatz m wieder auf den ursprünglichen Wert erhöht.

Verlängern der effektiven Kühllänge während des Gießprozesses

Fall 3:

Die Relativ - Geschwindigkeit zwischen der Einheit Z / I und dem Transportband wird konstant gehalten. Die Geschwindigkeit des Transportbandes muss um den Betrag der horizontalen Geschwindigkeit der Einheit Z / I verringert werden: $${\mathrm{V}}_{\mathrm{Tr\; neu}}\mathrm{=}{\mathrm{V}}_{\mathrm{Tralt}}\mathrm{-}{\mathrm{V}}_{\mathrm{Einheit\; z}\mathrm{/}\mathrm{l}}$$




Der Massendurchsatz m wird konstant gehalten. Bei Erreichen der Endposition der Einheit Z / I wird die Transportbandgeschwindigkeit v_Tr wieder auf den ursprünglichen Wert erhöht.

Fall 4:

Die Transportbandgeschwindigkeit v_Tr wird konstant gehalten. Die Metallzuführung muss um den Betrag $$\mathrm{m}\mathrm{=}\mathrm{d}\mathrm{*}\mathrm{b}\mathrm{*}\mathrm{rho}\mathrm{*}{\mathrm{v}}_{\mathrm{Einheit\; z}\mathrm{/}\mathrm{l}}\left(\mathrm{t}\mathrm{/}\min \right)$$




vergrößert werden. Bei Erreichen der Endposition der Einheit Z / I wird der Durchsatz m wieder auf den ursprünglichen Wert verringert.

Nachfolgend sind die erläuterten Vorgänge grafisch dargestellt
• z.B. typ. Transportbandgeschwindigkeit

V_Tr :

40 m / min

V_{Einheit Z/I}:

10 m / min

Fall 1 :

v_Tr = 50 m / min

Fall 3 :

v_Tr = 30 m / min

• z.B. typ. Durchsatz der Anlage:
• m = 0,012 m * 1,3 m * 7,6 t/m³ * 40 m / min = 4,7 t/min
• V_{Einheit Z/I} = 10 m/min → Δm = 1,2 t/min

  Fall 2:

  m = 3,5 t/min

  Fall 4 :

  m = 5,9 t/min

• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von sehr schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine Bandgießanlage mit einer Druck - Regelung der Düsen-Segmente, wobei ein Metallzuführbehälter in unterschiedlichen Positionen (1a, 1b, 1c) angeordnet ist und

Fig. 2

eine Bandgießanlage mit auswechselbaren Düsen - Segmenten, wobei ein Metallzuführbehälter in unterschiedlichen Positionen ( 2a, 2b, 2c ) angeordnet ist.

• In den Figuren 1a, 1b, 1c ist ein Metallzuführbehälter 1 für flüssiges Metall 2 oberhalb eines Transportbandes 3 angeordnet. Das Transportband 3 wird über zwei Rollen 4 und 5 umgelenkt. Aus einer Öffnung 6 im Metallzuführbehälter 1 gelangt flüssiges Metall 2 auf die Oberseite 7 des oberen Trums 8 des Transportbandes 3. Durch eine Drehbewegung der Rollen 4 und 5 wird das flüssige Metall 2 in Transportrichtung 9 zu einer nicht dargestellten Walzvorrichtung geleitet.
• Dabei muss das flüssige Metall 2 eine Strangschale ausreichender Festigkeit gebildet haben, wenn es das Transportband 3 im Bereich der Rolle 5 verlässt. Zur Abkühlung des Transportbandes 3 und somit auch zur Abkühlung des flüssigen Metalls 2 sind im Bereich der Unterseite 10 des oberen Trums 8 des Transportbandes 3 Düsen 11 angeordnet. Aus den Düsen 11 wird ein Kühlmedium wie Wasser oder dergleichen auf die Unterseite 10 des oberen Trums 8 gespritzt.
• Die Düsen 11 sind beispielsweise in vier Düsen - Segmente 12, 13, 14, 15angeordnet. Jedes Düsen - Segment 12, 13, 14, 15 weist eine separate Druck geregelte Wasserzufuhr ( nicht dargestellt ) auf. Hierdurch wird ermöglicht, dass jedes Düsen - Segment 12, 13, 14, 15 mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt werden kann. Der höchste Druck des Kühlwassers bzw. des Kühlmediums ist dort vorgesehen, wo die größte Wärmemenge abgeführt werden muss. Dieser Ort entspricht der Stelle, an dem das flüssige Metall 2 auf die Oberseite 7 auftrifft. In Figur 1 a befindet sich dieser Ort an der linken Seite. Daher wird das Düsen - Segment 12 beispielsweise mit einem Druck von 8 bar beaufschlagt. Da in Transportrichtung 8 gesehen die abzuführende Wärmemenge kleiner wird, wird das Düsen - Segment 13 mit einem verminderten Druck von beispielsweise 6 bar, das Düsen - Segment 14 mit 4 bar und das Düsen - Segment 15 mit 3 bar beaufschlagt.
• Auch die vor der Stelle, an dem das flüssige Metall 2 auf die Oberseite 7 auftrifft, angeordneten Düsen - Segment ( in Figur 1b das Düsen - Segment und in Figur 1c die Düsen - Segmente ) werden mit einem verminderten Druck beaufschlagt.
• Die Drücke sind jederzeit einzeln einstellbar und werden durch die oben genannten Randbedingungen wie Metall - Qualität, Massendurchsatz usw. beeinflusst.
• Bei der in den Figuren 2a, 2b, 2c dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Kühlwasser bzw. das Kühlmedium unter konstantem Druck den einzelnen Düsen - Segmenten 16, 17, 18, 19, 20 zugeführt. Die Zuführung kann dabei zentral für alle Düsen - Segmente 16, 17, 18, 19, 20 erfolgen oder dezentral für jede einzelne. Die Düsen der Düsen - Segmente 16, 17, 18, 19, 20 sind dabei so ausgelegt, dass die Kühlwirkung der Düsen - Segmente 16, 17, 18, 19, 20 unterschiedlich ist. Dieses kann beispielsweise durch unterschiedliche Durchsatzmengen des Kühlmediums erreicht werden.
• Erfindungsgemäß wird das Düsen - Segment 16, 17, 8, 19, 20 mit der höchsten Kühlwirkung dort angeordnet, wo das flüssige Metall 2 auf das Transportband 3 gelangt. Da diese Stelle variiert, können die Düsen - Segmente 16, 17, 18, 19, 20 vertauscht bzw. versetzt werden. In Figur 2a wird die höchste Kühlwirkung im linken Düsen - Segment 16 erreicht. In Transportrichtung 9 gesehen verringert sich die Kühlwirkung in den nachfolgenden Düsen - Segmenten 17, 18, 19, 20.
• In Figur 2b ist die Aufgabestelle für das flüssige Metall 2 in Transportrichtung 9 verschoben. Um hier die größte Kühlwirkung zu erzielen, wird das aus Figur 2 a bekannte Düsen - Segment 16 ebenfalls in Transportrichtung 9 verschoben.
• Um ein gleichmäßiges Gefälle bei der Kühlwirkung zu erreichen, werden die nachfolgenden Düsen - Segmente 17, 18, 19, 20 jeweils um einen Stellplatz nach rechts verschoben. In Figur 2c ist eine Verschiebung um einen weiteren Stellplatz dargestellt.
• Bei Veränderung der Parameter Transportgeschwindigkeit und Metallmenge / Zeit, welche wie oben beschrieben durchgeführt wird, wird die effektive Kühllänge so an die metallurgische Länge angepasst.
Bezugszeichenliste

1.

Metallzuführbehälter

2.

flüssiges Metall

3.

Transportband

4.

Rolle

5.

Rolle

6.

Öffnung

7.

Oberseite

8.

oberer Trum

9.

Transportrichtung

10.

Unterseite

11.

Düsen

12. - 20.

Düsen - Segment

Claims (6)

1. Verfahren zum endabmessungsnahen Gießen von Strängen aus Metall, insbesondere rechteckigen Strängen, wobei flüssiges Metall (2) auf ein umlaufendes Transportband (3) gegossen wird, mit anschließendem Inline-Walzen, umfassend die folgenden Schritte:

   örtlich variables Aufgeben des flüssigen Metalls in Gießrichtung zwischen den Rollen (4, 5) auf einen oberen Trum (8) des Transportbandes (3), Kühlen des oberen Trums (8) des Transportbandes (3) durch Aufspritzen von Kühlmedien bzw. Kühlwasser mittels Düsen (11) auf die Unterseite (10) des oberen Trums (8);

   wobei die Düsen (11) zu Düsen - Segmenten (12, 13, 14, 15) zusammengefasst werden;

   dadurch gekennzeichnet,

   dass das Transportband (3) an der Stelle, an der das flüssige Metall auf die Oberseite (7) des oberen Trums (8) aufgegeben wird, am stärksten gekühlt bzw. die größte Wärmemenge abgeführt wird, indem das entsprechende Düsensegment (12, 13, 14, 15) in diesem Bereich mit dem höchsten Kühlwasserdruck beaufschlagt wird; und

   dass der Druck in den nachfolgenden Düsen - Segmenten (12, 13, 14, 15) vermindert wird.
2. Verfahren zum endabmessungsnahen Gießen von Strängen aus Metall, insbesondere rechteckigen Strängen, wobei flüssiges Metall (2) auf ein umlaufendes Transportband (3) gegossen wird, mit anschließendem Inline-Walzen, umfassend die folgenden Schritte:

   örtlich variables Aufgeben des flüssigen Metalls in Gießrichtung zwischen den Rollen (4, 5) auf einen oberen Trum (8) des Transportbandes (3), Kühlen eines oberen Trums (8) des Transportbandes (3) durch Aufspritzen von Kühlmedien bzw. Kühlwasser mittels Düsen (11) auf die Unterseite (10) des oberen Trums (8);

   wobei die Düsen (11) zu Düsen - Segmenten (16, 17, 18, 159, 20) zusammengefasst werden;

   dadurch gekennzeichnet,

   dass das Transportband (3) an der Stelle, an der das flüssige Metall auf die Oberseite (7) des oberen Trums (8) aufgegeben wird, am stärksten gekühlt bzw. die größte Wärmemenge abgeführt wird, indem das entsprechende Düsen - Segment (16, 17, 18, 19, 20) an dieser Stelle mit der höchsten Durchflussmenge des Kühlmediums bzw. Kühlwassers beaufschlagt wird; dass die Durchflussmenge in den nachfolgenden Düsen-Segmenten (16, 17, 18, 19, 20) verringert wird; und

   dass die Düsen (11) in den Düsen-Segmenten (16 - 20) den gleichen Druck aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der Massendurchsatz m des flüssigen Metalls konstant gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Transportgeschwindigkeit v_Tr konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Metallzuführung gedrosselt oder vergrößert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die Transportgeschwindigkeit v_Tr verringert oder angehoben wird.

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