EP2718470B1 - Verfahren und vorrichtung zur vorbehandlung eines walzguts vor dem warmwalzen - Google Patents

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EP2718470B1
EP2718470B1 EP12726403.4A EP12726403A EP2718470B1 EP 2718470 B1 EP2718470 B1 EP 2718470B1 EP 12726403 A EP12726403 A EP 12726403A EP 2718470 B1 EP2718470 B1 EP 2718470B1
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EP
European Patent Office
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furnace
rolling stock
oxygen
preheating
burners
Prior art date
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EP12726403.4A
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EP2718470A1 (de
Inventor
Gerald Hohenbichler
Bernd Linzer
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0056—Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B19/00—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group
    • F27B19/04—Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group arranged for associated working
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06—Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the pretreatment of a rolled steel material before hot rolling.
  • a method of heating a slab in a multi-part furnace wherein the slab is preheated in a preheating zone of the furnace by a burner and then heated in a reducing atmosphere of a heating zone of the furnace.
  • the exhaust gas of the heating zone is supplied to the burner in the preheating zone of the furnace, where the unburned CO of the exhaust gas is burned by a burner.
  • a disadvantage of this method is that the slab must be descaled either before or after heating.
  • a disadvantage of descaling prior to heating is that the scale is difficult to remove due to its slow growth;
  • a disadvantage of the descaling after heating is that the rolling stock must be heated to a higher temperature than the rolling temperature, whereby the energy efficiency of the process suffers. From the JP 63-262417 A No approaches are known how these disadvantages can be overcome.
  • the object of the invention is to find a method and a device with which the rolling stock can be both energy-efficiently heated and thoroughly descaled before hot-rolling.
  • the rolling stock for example a slab, a so-called intermediate strip or an intermediate strip, in a preheating oven by a plurality of burners to a temperature of typically more than 1000 ° C, preferably more than 1050 ° C preheated. At these temperatures, the rolling stock is particularly descaled.
  • the rolling stock is heated to a rolling temperature in a heating furnace by a plurality of burners, wherein the burners substoichiometrically burn a carbon carrier (eg a heating gas such as methane, ethane, propane or butane, or even a liquid fuel such as fuel oil) with the addition of oxygen ,
  • a carbon carrier eg a heating gas such as methane, ethane, propane or butane, or even a liquid fuel such as fuel oil
  • the substoichiometric combustion of the carbon carrier produces an exhaust gas which keeps the rolling stock in the heating furnace in a reducing atmosphere. This reducing atmosphere ensures that the descaled rolling stock is protected from another, significant - ie the subsequent hot rolling disturbing - scaling.
  • the exhaust gas of the heating furnace still has flammable Shares of CO and typically also on H 2 .
  • at least a portion of the exhaust gas is introduced with the addition of oxygen in the preheating furnace, where the introduced exhaust gas is post-combusted.
  • the amount of oxygen in the preheating furnace is now chosen so that sets an oxidizing atmosphere in the preheating furnace.
  • the oxidizing atmosphere in the preheating furnace ensures rapid scale growth on the rolling stock, which allows the scale to be removed very easily (ie at low water pressure or a low amount of water) and thoroughly during the subsequent descaling. It is basically possible to introduce the after-burnt exhaust gas either directly into the furnace chamber or to burn it by means of burners which heat the furnace chamber.
  • the burners in the preheating furnace and the burners in the heating furnace are designed as gas-fired oxygen burners which burn a heating gas-typically a saturated hydrocarbon such as methane, ethane, propane or butane-with the addition of oxygen.
  • a heating gas typically a saturated hydrocarbon such as methane, ethane, propane or butane-with the addition of oxygen.
  • the oxygen burner on the one hand, the heating power is increased, on the other hand is reduced by the combustion of technically pure oxygen and the nitrogen oxide load in the exhaust gases of the furnaces.
  • a heating gas is additionally introduced into the preheating furnace and burned.
  • the energy supply is increased in the preheating furnace, but even with the addition of a heating gas, the amount of oxygen in the preheating furnace is chosen so that the rolling stock is maintained in an oxidizing atmosphere.
  • the descaled rolling stock is immediately after the descaling in an induction furnace is heated, wherein the rolling stock is kept in the induction furnace by a second part of the exhaust gas of the heating furnace in a reducing atmosphere.
  • the use of the induction furnace ensures a highly dynamic heating of the rolling stock, so that in particular temperature changes, which are caused by changes in the transport speed of the rolling stock, can be very well compensated.
  • the exhaust gas of the heating furnace is divided into a first part and a second part of the exhaust gas at the inlet end of the heating furnace in the transporting direction of the rolling stock.
  • the second part of the exhaust gas after flowing through the induction furnace, preferably opposite to the transport direction of the rolling stock, in the preheating furnace.
  • the energy content of the exhaust gas of the heating furnace is utilized as best as possible, in which the temperature of the second exhaust gas heats the rolling stock in the induction furnace and contributes to the heating of the preheating furnace by means of the afterburning.
  • the passage of the second part of the exhaust gas opposite to the transport direction of the rolling stock ensures that the hot exhaust gas contributes to the heating of the hot rolling stock.
  • an actual gas concentration in particular the actual gas concentration of CO and / or H 2
  • the controller determines a manipulated variable with the aid of a desired gas concentration and at least one actuator (eg Valve that changes the oxygen supply to the burners) provides, so that the actual gas concentration of the desired gas concentration corresponds as possible.
  • a controller determines a manipulated variable with the aid of a desired gas concentration and at least one actuator (eg Valve that changes the oxygen supply to the burners) provides, so that the actual gas concentration of the desired gas concentration corresponds as possible.
  • the controller determining a manipulated variable with the aid of a desired oxygen concentration and at least one actuator (eg a valve changing the oxygen supply to the burners) the actual oxygen concentration corresponds to the desired oxygen concentration as far as possible.
  • the growth of scale in the preheating furnace can be controlled in a controlled manner, so that the descaling can be carried out as thoroughly as possible and, moreover, the rolling stock is cooled as little as possible.
  • the temperature of the rolled product can be adjusted with high precision, if an actual temperature of the rolling stock is measured immediately before descaling or immediately before hot rolling and fed to a controller, the controller determines a manipulated variable with the aid of a target temperature and at least one actuator, so that the actual temperature of the target temperature corresponds as possible.
  • the burners are designed as oxygen burners for burning a hot gas with the addition of oxygen.
  • the system according to the invention can be realized with a particularly short overall length.
  • a heating gas line opens for introducing a heating gas into the preheating furnace.
  • an induction furnace is arranged immediately after the descaling device, wherein the heating furnace is connected to the induction furnace via an exhaust gas duct.
  • the input end of the induction furnace in the transport direction is connected to the preheating furnace by means of an exhaust gas recirculation line.
  • a controller is connected on the one hand to a gas concentration measuring device for determining the gas concentration in an oven and on the other hand to an actuator for influencing the gas concentration in the oven.
  • Fig. 1 is a plant for processing a rolling stock shown.
  • the rolling stock designed as intermediate strip 3 is fed to a preheating furnace 4 after rough rolling in a two-stand rolling mill 1 in the transporting direction 10, where it is preheated by a plurality of oxygen burners 11 to a temperature of 1050 ° C.
  • the oxygen burners 11 burn the heating gas methane with the addition of technically pure oxygen.
  • a first part 12 and a second part 13 of an exhaust gas of a downstream heating furnace 7 are post-combusted.
  • the rolling stock 3 is descaled in a descaling device 5, which is designed as a rotary descaling device, the rolling stock being cooled to 980 ° C.
  • the rolling stock is fed to an induction furnace 6 and heated there by 5 Induktormodule.
  • the rolling stock 4 is heated in a heating furnace 7 to a rolling temperature of 1150 ° C, so that the rolling stock in the last rolling pass in the frame 9b still has an austenitic structure.
  • the heating furnace 7 the rolling stock is heated by 9 rows of oxygen burners in the lower part of the furnace and 9 rows of oxygen burners in the upper part of the furnace, again burning methane with the addition of technically pure oxygen.
  • the amount of oxygen supplied to the oxygen burners 11 is adjusted so that the methane in the heating furnace 7 is burned substoichiometrically.
  • the resulting at the assumed bandwidth amount of exhaust gas 12 of a total of 10,000 m 3 iN / h is in each case in the upper part of the furnace and in the collected at the bottom of the furnace, has about 10% vol CO and 2% vol H 2 and a temperature about 1000 ° C, and is introduced by means of an exhaust gas recirculation line 14 in the preheating furnace 4.
  • a second part of the exhaust gas 13 which constitutes about 5000 m 3 iN / h, flows counter to the transporting direction 10 of the rolling stock through the induction furnace 6 After flowing through the induction furnace, the second part of the exhaust gas 13 still has a temperature of near 1000 ° C. and is likewise introduced into the preheating furnace 4 via a further exhaust gas recirculation line 14.
  • the preheating furnace 4 In the preheating furnace 4, the first part 12 and the second part 13 of the exhaust gas, a total of 15000 m 3 iN / h afterburning, wherein the preheating furnace additionally methane as heating gas, specifically about 1000 m 3 iN / h, and oxygen, specifically approx. 2000 m 3 iN / h, are supplied.
  • the actually supplied amount of oxygen is regulated so adjusted that the rolling stock 3 is exposed in the preheating furnace 4 an oxidizing atmosphere.
  • the Fig. 2 shows a control scheme for performing the method according to the invention for a preheating furnace 4.
  • the rolling stock 3 is preheated in a preheating furnace 4 by a plurality of burners 11, then descaled in a descaling device 5, and brought by means of a heating furnace, not shown, in a reducing atmosphere to rolling temperature.
  • the exhaust gas produced in the stoichiometric combustion in the heating furnace 7 is introduced into the preheating furnace 4 by means of an exhaust gas recirculation line 14 and there supplied with supply of oxygen and a hot gas according to Fig. 2 Methane is afterburner.
  • the actual temperature 23 of the rolling stock after preheating and before the descaling is continuously measured by means of a temperature measuring device 23 and fed to a controller 19.
  • the actual oxygen concentration 22 in the heating oven 4 is continuously measured by an oxygen concentration meter 20 and also supplied to the controller 19.
  • the controller now determines two manipulated variables 26a, 26b, which are each supplied to a control valve 18a, 18b.
  • the control valve 18 a changes the amount of oxygen supplied to the preheating furnace 4 via an oxygen pipe 15.
  • the control valve 18b changes the amount of heating gas supplied to the preheating furnace 4 via a heating gas line 16. This regulation ensures that the rolling stock 3 is descaled at a suitable temperature, typically> 1000 ° C.
  • the scale growth of the rolled stock 3 can be controlled in the oxidizing atmosphere of the preheating furnace 4 in a targeted manner, so that a rapidly growing scale is produced, which can be removed in the descaling device 5 thoroughly and at low temperature drop.
  • controllers such as a temperature controller and a controller for controlling the oxygen concentration in the preheating furnace.
  • Fig. 3 shows a control scheme for carrying out the method according to the invention for a heating furnace 7.
  • the descaled Walzgut 3 immediately after Descaling device 5 introduced into the heating furnace 7.
  • the rolling stock 3 is heated by a plurality of oxygen burner 11, wherein each burner technically pure oxygen via an oxygen line 15 and the heating gas methane is fed via a heating gas line 16.
  • each burner technically pure oxygen via an oxygen line 15 and the heating gas methane is fed via a heating gas line 16.
  • the first burner 11 has been shown somewhat more accurately.
  • the actual temperature 25 of the rolling stock 3 is determined directly from the hot rolling in the finishing train 8 by means of a temperature measuring device 23 and a regulator 19 is supplied.
  • the actual carbon monoxide concentration 29 in the heating furnace 7 is determined by means of a carbon monoxide concentration measuring device 27 and also supplied to the regulator 19.
  • Regulating the setpoint temperature 24 and the desired carbon monoxide concentration 28, the controller 19 determines two manipulated variables 26a and 26b which respectively change the supply of oxygen or of heating gas to the burners 11 in the heating oven 7 via control valves 18a, 18b.

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Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbehandlung eines Walzguts aus Stahl vor dem Warmwalzen.
    • Stand der Technik
  • Aus der JP 63-262417 A ist ein Verfahren zum Erwärmen einer Bramme in einem mehrteiligen Ofen bekannt, wobei die Bramme in einer Vorheizzone des Ofens durch einen Brenner vorgewärmt und anschließend in einer reduzierenden Atmosphäre einer Heizzone des Ofens erwärmt wird. Das Abgas der Heizzone wird dem Brenner in der Vorwärmzone des Ofens zugeführt, wo das unverbrannte CO des Abgases durch einen Brenner nachverbrannt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Bramme entweder vor oder nach dem Erwärmen entzundert werden muss. Nachteilig an der Entzunderung vor dem Erwärmen ist, dass der Zunder aufgrund des langsamen Wachstums schwer entfernbar ist; nachteilig an der Entzunderung nach dem Erwärmen ist, dass das Walzgut auf eine höhere Temperatur als die Walztemperatur erwärmt werden muss, wodurch die Energieeffizienz des Prozesses leidet. Aus der JP 63-262417 A sind keine Ansätze bekannt, wie diese Nachteile überwunden werden können.
  • Aus jedem von WO-A 03 064 069 und DE-A 10 2007 005 015 ist bekannt, dass ein Walzgut aus Stahl vor dem Warmwalzen durch Vorwärmen in einem Vorwärmofen, anschließend Entzünden und danach Erwärmen im Erdwärmofen verarbeitet wird.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, mit denen das Walzgut vor dem Warmwalzen sowohl energieeffizient erwärmt als auch gründlich entzundert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
    • Vorwärmen des Walzguts in einem Vorwärmofen durch mehrere Brenner;
    • Entzundern des vorgewärmten Walzguts in einer Entzunderungseinrichtung;
    • Erwärmen des entzunderten Walzguts in einem Erwärmofen durch mehrere Brenner, wobei die Brenner einen Kohlenstoffträger unterstöchiometrisch verbrennen, sodass das Walzgut im Erwärmofen durch das bei der Verbrennung entstehende Abgas in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten wird;
    • Einleiten von einem ersten Teil des Abgases und von Sauerstoff in den Vorwärmofen;
    • Nachverbrennen von dem ersten Teil des Abgases im Vorwärmofen, wobei die Menge an Sauerstoff so gewählt wird, dass das Walzgut im Vorwärmofen in einer oxidierenden Atmosphäre gehalten wird.
  • Dabei wird das Walzgut, beispielsweise eine Bramme, ein sogenannter Zwischenstreifen oder ein Zwischenband, in einem Vorwärmofen durch mehrere Brenner auf eine Temperatur von typischerweise mehr als 1000 °C, vorzugsweise mehr als 1050 °C, vorgewärmt. Bei diesen Temperaturen wird das Walzgut besonders gründlich entzundert. Nach der Entzunderung wird das Walzgut in einem Erwärmofen durch mehrere Brenner auf Walztemperatur erwärmt, wobei die Brenner einen Kohlenstoffträger (z.B. ein Heizgas, wie Methan, Ethan, Propan oder Butan, oder auch einen flüssigen Treibstoff, wie Heizöl) unter Zugabe von Sauerstoff unterstöchiometrisch verbrennen. Durch die unterstöchiometrische Verbrennung des Kohlenstoffträgers entsteht ein Abgas, das das Walzgut im Erwärmofen in einer reduzierenden Atmosphäre hält. Diese reduzierende Atmosphäre stellt sicher, dass das entzunderte Walzgut vor einer weiteren, erheblichen - d.h. das nachfolgende Warmwalzen störenden - Verzunderung geschützt wird. Bedingt durch die unterstöchiometrische Verbrennung im Erwärmofen, weist das Abgas des Erwärmofens noch brennbare Anteile von CO und typischerweise auch H2 auf. Anschließend wird zumindest ein Teil des Abgases unter Zugabe von Sauerstoff in den Vorwärmofen eingeleitet, wo das eingeleitete Abgas nachverbrannt wird. Bei der Nachverbrennung wird die Menge an Sauerstoff im Vorwärmofen nun so gewählt, dass sich im Vorwärmofen eine oxidierende Atmosphäre einstellt. Die oxidierende Atmosphäre im Vorwärmofen stellt ein schnelles Zunderwachstum auf dem Walzgut sicher, wodurch der Zunder bei der nachfolgenden Entzunderung besonders leicht (d.h. bei niedrigem Wasserdruck bzw. einer niedrigen Wassermenge) und gründlich entfernt werden kann. Es ist grundsätzlich möglich, das nachzuverbrennende Abgas entweder direkt in den Ofenraum einzuleiten oder aber mittels Brennern, die den Ofenraum beheizen, zu verbrennen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Brenner im Vorwärmofen und die Brenner im Erwärmofen als gasbefeuerte Sauerstoffbrenner ausgebildet, die ein Heizgas - typischerweise einen gesättigten Kohlenwasserstoff wie Methan, Ethan, Propan oder Butan - unter Zugabe von Sauerstoff verbrennen. Durch die Sauerstoffbrenner wird einerseits die Heizleistung erhöht, andererseits wird durch die Verbrennung von technisch reinem Sauerstoff auch die Stickoxidbelastung in den Abgasen der Öfen reduziert. Natürlich wäre es auch möglich, nur die Brenner eines Ofens oder sogar nur einzelne Brenner eines Ofens als Sauerstoffbrenner auszubilden.
  • Bei einer leistungsstarken Ausführungsform wird zusätzlich ein Heizgas in den Vorwärmofen eingeleitet und verbrannt. Dadurch wird die Energiezufuhr in den Vorwärmofen erhöht, wobei jedoch auch bei der Zugabe eines Heizgases die Sauerstoffmenge im Vorwärmofen so gewählt wird, dass das Walzgut in einer oxidierenden Atmosphäre gehalten wird.
  • Nach einer weiteren leistungsstarken Ausführungsform wird das entzunderte Walzgut unmittelbar nach der Entzunderung in einem Induktionsofen erwärmt, wobei das Walzgut im Induktionsofen durch einen zweiten Teil des Abgases des Erwärmofens in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten wird. Der Einsatz des Induktionsofens stellt eine hochdynamische Erwärmung des Walzguts sicher, sodass insbesondere Temperaturänderungen, die durch Änderungen der Transportgeschwindigkeit des Walzguts bedingt werden, sehr gut kompensiert werden können.
  • Nach einer Ausführungsform wird das Abgas des Erwärmofens am - in Transportrichtung des Walzguts - eintrittsseitigen Ende des Erwärmofens in einen ersten Teil und einen zweiten Teil des Abgases aufgeteilt.
  • Es ist vorteilhaft, ebenfalls den zweiten Teil des Abgases nach dem Durchströmen des Induktionsofens, vorzugsweise entgegen der Transportrichtung des Walzguts, in den Vorwärmofen einzuleiten. Dadurch wird der Energiegehalt des Abgases des Erwärmofens bestmöglich ausgenützt, in dem die Temperatur des zweiten Abgases das Walzgut im Induktionsofen erwärmt und mittels der Nachverbrennung zur Heizung des Vorwärmofens beiträgt. Das Leiten des zweiten Teils des Abgases entgegen der Transportrichtung des Walzguts stellt sicher, dass das heiße Abgas zur Erwärmung des heißen Walzguts beiträgt.
  • Es ist vorteilhaft, eine Ist-Gaskonzentration, insbesondere die Ist-Gaskonzentration von CO und/oder H2, im Erwärmofen zu messen und einem Regler zuzuführen, wobei der Regler unter Zuhilfenahme einer Soll-Gaskonzentration eine Stellgröße ermittelt und zumindest ein Stellorgan (z.B. ein Ventil, das die Sauerstoffzufuhr zu den Brennern verändert) stellt, sodass die Ist-Gaskonzentration der Soll-Gaskonzentration möglichst entspricht. Dadurch lässt sich der Reduktionsgrad der reduzierenden Atmosphäre im Vorwärmofen sehr genau einstellen.
  • Es ist weiters vorteilhaft, eine Ist-Sauerstoffkonzentration im Vorwärmofen zu messen und einem Regler zuzuführen, wobei der Regler unter Zuhilfenahme einer Soll-Sauerstoffkonzentration eine Stellgröße ermittelt und zumindest ein Stellorgan (z.B. ein Ventil, das die Sauerstoffzufuhr zu den Brennern verändert) stellt, sodass die Ist-Sauerstoffkonzentration der Soll-Sauerstoffkonzentration möglichst entspricht. Dadurch kann das Zunderwachstum im Vorwärmofen gezielt gesteuert werden, sodass die Entzunderung möglichst gründlich erfolgen kann und zudem das Walzgut möglichst wenig abgekühlt wird.
  • Die Temperatur des Walzprodukts kann hochgenau eingestellt werden, wenn eine Ist-Temperatur des Walzguts unmittelbar vor dem Entzundern oder unmittelbar vor dem Warmwalzen gemessen und einem Regler zugeführt wird, wobei der Regler unter Zuhilfenahme einer Soll-Temperatur eine Stellgröße ermittelt und zumindest ein Stellorgan stellt, sodass die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur möglichst entspricht.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst, aufweisend:
    • einen Vorwärmofen zum Vorwärmen des Walzguts, wobei der Vorwärmofen mehrere Brenner zum Verbrennen eines Kohlenstoffträgers aufweist;
    • eine Entzunderungseinrichtung zum Entzundern des vorgewärmten Walzguts, wobei die Entzunderungseinrichtung dem Vorwärmofen nachgelagert ist;
    • einen Erwärmofen zum Erwärmen des entzunderten Walzguts auf Walztemperatur, wobei der Erwärmofen mehrere Brenner zum Verbrennen eines Kohlenstoffträgers aufweist und der Erwärmofen der Entzunderungseinrichtung nachgelagert ist;
    • eine Abgasrückführleitung zum Rückführen eines Abgases des Erwärmofens in den Vorwärmofen, wobei die Abgasrückführleitung vom Erwärmofen zum Vorwärmofen führt; und
    • eine Sauerstoffleitung zum Einleiten von Sauerstoff in den Vorwärmofen, wobei die Sauerstoffleitung in den Vorwärmofen mündet.
  • Bei einer kompakten Ausführungsform sind die Brenner als Sauerstoffbrenner zum Verbrennen eines Heizgases unter Zugabe von Sauerstoff ausgebildet. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Anlage mit besonders kurzer Baulänge realisiert werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform mündet eine Heizgasleitung zum Einleiten eines Heizgases in den Vorwärmofen.
  • Bei einer leistungsstarken Ausführungsform ist ein Induktionsofen unmittelbar nach der Entzunderungseinrichtung angeordnet, wobei der Erwärmofen über eine Abgasführung mit dem Induktionsofen verbunden ist.
  • Es ist vorteilhaft, dass das in Transportrichtung eingangsseitige Ende des Induktionsofens mittels einer Abgasrückführleitung mit dem Vorwärmofen verbunden ist.
  • Es ist vorteilhaft, wenn ein Regler einerseits mit einem Gaskonzentrationsmessgerät zur Bestimmung der Gaskonzentration in einem Ofen und andererseits mit einem Stellorgan zur Beeinflussung der Gaskonzentration im Ofen verbunden ist. Dadurch kann die Konzentration von CO im Erwärmofen bzw. die Sauerstoffkonzentration im Vorwärmofen sehr genau eingestellt werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden schematischen Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:
    • Fig 1: eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Induktionsofen
    • Fig 2: ein Regelschema für den Vorwärmofen
    • Fig 3: ein Regelschema für den Erwärmofen
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • In Fig 1 ist eine Anlage zur Aufbereitung eines Walzguts dargestellt. Das als Zwischenband 3 ausgebildete Walzgut wird nach dem Vorwalzen in einer zweigerüstigen Vorwalzstraße 1 in Transportrichtung 10 einem Vorwärmofen 4 zugeführt, wo es durch mehrere Sauerstoffbrenner 11 auf eine Temperatur von 1050 °C vorgewärmt wird. Dabei verbrennen die Sauerstoffbrenner 11 das Heizgas Methan unter Zugabe von technisch reinem Sauerstoff. Außerdem wird im Vorwärmofen 4 ein erster Teil 12 und ein zweiter Teil 13 eines Abgases eines nachgelagerten Erwärmofens 7 nachverbrannt. Nach dem Vorwärmen wird das Walzgut 3 in einer Entzunderungseinrichtung 5, die als Rotationsentzunderungseinrichtung ausgebildet ist, entzundert, wobei das Walzgut auf 980 °C abgekühlt wird. Unmittelbar anschließend wird das Walzgut einem Induktionsofen 6 zugeführt und dort durch 5 Induktormodule erhitzt. Anschließend wird das Walzgut 4 in einem Erwärmofen 7 auf eine Walztemperatur von 1150 °C erwärmt, sodass das Walzgut beim letzten Walzstich im Gerüst 9b noch ein austenitisches Gefüge aufweist. Im Erwärmofen 7 wird das Walzgut durch jeweils 9 Reihen von Sauerstoffbrenner im unteren Teil des Ofens und 9 Reihen von Sauerstoffbrenner im oberen Teil des Ofens erwärmt, wobei wiederum Methan unter Zugabe von technisch reinem Sauerstoff verbrannt wird. Die den Sauerstoffbrennern 11 zugeführte Menge an Sauerstoff wird hierbei so eingestellt, dass das Methan im Erwärmofen 7 unterstöchiometrisch verbrannt wird. Die bei der angenommenen Bandbreite entstehende Menge an Abgas 12 von insgesamt 10000 m3 i.N./h wird jeweils im oberen Bereich des Ofens und im unteren Bereich des Ofens gesammelt, weist ca. 10 % Vol CO und 2 % Vol H2 und eine Temperatur ca. 1000 °C auf, und wird mittels einer Abgasrückführleitung 14 in den Vorwärmofen 4 eingeführt. Da das eingangsseitige Ende des Erwärmofens 7 mit dem ausgangsseitigen Ende des Induktionsofen 6 über eine Abgasführung 17 verbunden ist, strömt ein zweiter Teil des Abgases 13, der ca. 5000 m3 i.N./h ausmacht, entgegen der Transportrichtung 10 des Walzguts durch den Induktionsofen 6. Nach dem Durchströmen des Induktionsofens weist der zweite Teil des Abgases 13 noch eine Temperatur von nahe 1000 °C auf und wird ebenfalls über eine weitere Abgasrückführleitung 14 in den Vorwärmofen 4 eingeführt. Im Vorwärmofen 4 werden der erste Teil 12 und der zweite Teil 13 des Abgases, insgesamt als 15000 m3 i.N./h nachverbrannt, wobei dem Vorwärmofen zusätzlich Methan als Heizgas, konkret ca. 1000 m3 i.N./h, und Sauerstoff, konkret ca. 2000 m3 i.N./h, zugeführt werden. Die tatsächlich zugeführte Menge an Sauerstoff wird dabei geregelt so eingestellt, dass das Walzgut 3 im Vorwärmofen 4 einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt ist. Durch das Vorwärmen des Walzguts 3 im Vorwärmofen 4 auf eine Temperatur von 1050 °C in einer oxidierenden Atmosphäre, wird das Zunderwachstum auf dem Zwischenband 3 beschleunigt. In praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass ein schnell gewachsener Zunder in einer Entzunderungseinrichtung 5 gründlich und bei geringem Temperaturabfall des Walzguts entfernt werden kann. Insgesamt erzeugen die Sauerstoffbrenner 11 im Vorwärmofen 4 und im Erwärmofen 7 jeweils annähernd 10 MW an thermischer Energie. Zusätzlich wird durch die Nachverbrennung des Abgases 13,14 im Vorwärmofen 4 das Walzgut mit einer thermischen Leistung von zusätzlich beinahe 2 MW erwärmt. Schließlich wird das Walzgut im Induktionsofen 6 sehr dynamisch mit einer einstellbaren Heizleistung von ca. 5 bis 10 MW erwärmt. Natürlich sind die angegebenen Gasmengen spezifisch für das Ausführungsbeispiel nach Fig 1 und können daher stark variieren.
  • Die Fig 2 zeigt ein Regelschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Vorwärmofen 4. So wie in Fig 1 dargestellt, wird das Walzgut 3 in einem Vorwärmofen 4 durch mehrere Brenner 11 vorgewärmt, anschließend in einer Entzunderungseinrichtung 5 entzundert, und mittels eines nicht dargestellten Erwärmofens in einer reduzierenden Atmosphäre auf Walztemperatur gebracht. Das bei der unterstöchiometrischen Verbrennung im Erwärmofen 7 entstehende Abgas wird mittels einer Abgasrückführleitung 14 in den Vorwärmofen 4 eingeführt und dort unter Zufuhr von Sauerstoff und eines Heizgases, das gemäß Fig 2 Methan ist, nachverbrannt. Die Ist-Temperatur 23 des Walzguts nach der Vorwärmung und vor der Entzunderung wird ständig mittels einer Temperaturmesseinrichtung 23 gemessen und einem Regler 19 zugeführt. Außerdem wird die Ist-Sauerstoffkonzentration 22 im Erwärmofen 4 durch ein Sauerstoffkonzentrationsmessgerät 20 ständig gemessen und ebenfalls dem Regler 19 zugeführt. Der Regler bestimmt nun unter Berücksichtigung einer Soll-Sauerstoffkonzentration 21 und einer Soll-Temperatur 24 zwei Stellgrößen 26a, 26b, die jeweils einem Regelventil 18a, 18b zugeführt werden. Das Regelventil 18a verändert die Sauerstoffmenge, die dem Vorwärmofen 4 über eine Sauerstoffleitung 15 zugeführt wird. In ähnlicher Weise verändert das Regelventil 18b die Heizgasmenge, die dem Vorwärmofen 4 über eine Heizgasleitung 16 zugeführt wird. Durch diese Regelung wird sichergestellt, dass das Walzgut 3 bei einer geeigneten Temperatur, typischerweise > 1000 °C bzw. vorzugsweise um die 1050 °C, entzundert wird und dass das Zunderwachstum des Walzguts 3 in der oxidierenden Atmosphäre des Vorwärmofens 4 gezielt gesteuert werden kann, sodass ein schnell gewachsener Zunder entsteht, der in der Entzunderungseinrichtung 5 gründlich und bei geringem Temperaturabfall entfernt werden kann. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die Regelung auf mehrere Regler, z.B. einen Temperaturregler und einen Regler zur Regelung der Sauerstoffkonzentration im Vorwärmofen, aufzuteilen.
  • Fig 3 zeigt ein Regelschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Erwärmofen 7. Dabei wird das entzunderte Walzgut 3 unmittelbar nach der Entzunderungseinrichtung 5 in den Erwärmofen 7 eingeführt. Im Erwärmofen 7 wird das Walzgut 3 durch mehrere Sauerstoffbrenner 11 erwärmt, wobei jedem Brenner jeweils technisch reiner Sauerstoff über eine Sauerstoffleitung 15 und das Heizgas Methan über eine Heizgasleitung 16 zugeführt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit, wurde lediglich der erste Brenner 11 etwas genauer dargestellt. Um einerseits das Walzgut 3 auf die Walztemperatur zu bringen und andererseits, das Walzgut 3 im Erwärmofen 7 in einer definierten reduzierenden Atmosphäre zu halten, wird einerseits die Ist-Temperatur 25 des Walzguts 3 unmittelbar von dem Warmwalzen in der Fertigwalzstraße 8 mittels einer Temperaturmesseinrichtung 23 ermittelt und einem Regler 19 zugeführt. Andererseits wird die Ist-Kohlenmonoxidkonzentration 29 im Erwärmofen 7 mittels eines Kohlenmonoxidkonzentrationsmessgeräts 27 ermittelt und ebenfalls dem Regler 19 zugeführt. Der Regler 19 bestimmt unter Berücksichtigung der Soll-Temperatur 24 und der Soll-Kohlenmonoxidkonzentration 28 zwei Stellgrößen 26a und 26b, die jeweils die Zufuhr von Sauerstoff bzw. von Heizgas zu den Brennern 11 im Erwärmofen 7 über Regelventile 18a, 18b verändern.
  • Natürlich wäre es auch möglich, die separaten Regelkreise der Fig 2 und 3 miteinander zu verbinden und beispielsweise durch einen einzigen digitalen Regler zu realisieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorwalzstraße
    2a,2b
    Gerüste der Vorwalzstraße
    3
    Zwischenband
    4
    Vorwärmofen
    5
    Entzunderungseinrichtung
    6
    Induktionsofen
    7
    Erwärmofen
    8
    Fertigwalzstraße
    9a,9b
    Gerüste der Fertigwalzstraße
    10
    Transportrichtung
    11
    Sauerstoffbrenner
    12
    erster Teil des Abgases
    13
    zweiter Teil des Abgases
    14
    Abgasrückführleitung
    15
    Sauerstoffleitung
    16
    Heizgasleitung
    17
    Abgasführung
    18a, 18b
    Regelventil
    19
    Regler
    20
    Sauerstoffkonzentrationsmessgerät
    21
    Soll-Sauerstoffkonzentration
    22
    Ist-Sauerstoffkonzentration
    23
    Temperaturmesseinrichtung
    24
    Soll-Temperatur
    25
    Ist-Temperatur
    26a, 26b
    Stellgröße
    27
    Kohlenmonoxidkonzentrationsmessgerät
    28
    Soll-Kohlenmonoxidkonzentration
    29
    Ist-Kohlenmonoxidkonzentration

Claims (14)

  1. Verfahren zur Vorbehandlung eines Walzguts (3) aus Stahl vor dem Warmwalzen, umfassend folgende Verfahrenschritte:
    - Vorwärmen des Walzguts (3) in einem Vorwärmofen (4) durch mehrere Brenner (11);
    - Entzundern des vorgewärmten Walzguts (3) in einer Entzunderungseinrichtung (5);
    - Erwärmen des entzunderten Walzguts (3) in einem Erwärmofen (7) durch mehrere Brenner (11), wobei die Brenner (11) einen Kohlenstoffträger unterstöchiometrisch verbrennen, sodass das Walzgut (3) im Erwärmofen (7) durch das bei der Verbrennung entstehende Abgas (12,13) in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten wird;
    - Einleiten von einem ersten Teil des Abgases (12) und von Sauerstoff (15) in den Vorwärmofen (4);
    - Nachverbrennen von dem ersten Teil des Abgases (12) im Vorwärmofen (4), wobei die Menge an Sauerstoff (15) so gewählt wird, dass das Walzgut (3) im Vorwärmofen (4) in einer oxidierenden Atmosphäre gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (11) im Vorwärmofen (4) und die Brenner (11) im Erwärmofen (7) als gasbefeuerte Sauerstoffbrenner ausgebildet sind, die ein Heizgas (16) unter Zugabe von Sauerstoff verbrennen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Heizgas (16) in den Vorwärmofen (4) eingeleitet und verbrannt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das entzunderte Walzgut (3) unmittelbar nach der Entzunderung in einem Induktionsofen (6) erwärmt wird, wobei das Walzgut (3) im Induktionsofen (6) durch einen zweiten Teil des Abgases (13) des Erwärmofens (7) in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil des Abgases (13) nach dem Durchströmen, vorzugsweise entgegen der Transportrichtung (10) des Walzguts (3), des Induktionsofens (6) in den Vorwärmofen (4) eingeleitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Gaskonzentration, insbesondere die Ist-Gaskonzentration von CO und/oder H2, im Erwärmofen (7) gemessen und einem Regler (19) zugeführt wird, wobei der Regler (19) unter Zuhilfenahme einer Soll-Gaskonzentration eine Stellgröße ermittelt und zumindest ein Stellorgan stellt, sodass die Ist-Gaskonzentration der Soll-Gaskonzentration möglichst entspricht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Sauerstoffkonzentration (22) im Vorwärmofen (4) gemessen und einem Regler (19) zugeführt wird, wobei der Regler (19) unter Zuhilfenahme einer Soll-Sauerstoffkonzentration (21) eine Stellgröße (26a) ermittelt und zumindest ein Stellorgan (18a) stellt, sodass die Ist-Sauerstoffkonzentration (22) der Soll-Sauerstoffkonzentration (21) möglichst entspricht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Temperatur (25) des Walzguts (3) unmittelbar vor dem Entzundern oder unmittelbar vor dem Warmwalzen gemessen und einem Regler (19) zugeführt wird, wobei der Regler (19) unter Zuhilfenahme einer Soll-Temperatur (24) eine Stellgröße (26b) ermittelt und zumindest ein Stellorgan (18b) stellt, sodass die Ist-Temperatur (25) der Soll-Temperatur (24) möglichst entspricht.
  9. Vorrichtung zur Vorbehandlung eines Walzguts (3) aus Stahl vor dem Warmwalzen, aufweisend:
    - einen Vorwärmofen (4) zum Vorwärmen des Walzguts (3), wobei der Vorwärmofen (4) mehrere Brenner (11) zum Verbrennen eines Kohlenstoffträgers aufweist;
    - eine Entzunderungseinrichtung (5) zum Entzundern des vorgewärmten Walzguts (3), wobei die Entzunderungseinrichtung (5) dem Vorwärmofen (4) nachgelagert ist;
    - einen Erwärmofen (7) zum Erwärmen des entzunderten Walzguts (3) auf Walztemperatur, wobei der Erwärmofen (7) mehrere Brenner (11) zum Verbrennen eines Kohlenstoffträgers aufweist und der Erwärmofen (7) der Entzunderungseinrichtung (5) nachgelagert ist;
    - eine Abgasrückführleitung (14) zum Einleiten eines Abgases (12) des Erwärmofens (7) in den Vorwärmofen (4), wobei die Abgasrückführleitung (14) vom Erwärmofen (7) zum Vorwärmofen (4) führt; und
    - eine Sauerstoffleitung (15) zum Einleiten von Sauerstoff in den Vorwärmofen (4), wobei die Sauerstoffleitung (15) in den Vorwärmofen (4) mündet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (11) als Sauerstoffbrenner zum Verbrennen eines Heizgases unter Zugabe von Sauerstoff ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizgasleitung (16) zum Einleiten von einem Heizgas in den Vorwärmofen (4) mündet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktionsofen (6) unmittelbar nach der Entzunderungseinrichtung (5) angeordnet ist, wobei der Erwärmofen (7) über eine Abgasführung (17) mit dem Induktionsofen (6) verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in Transportrichtung (10) eingangsseitige Ende des Induktionsofens (6) über eine Abgasrückführleitung (14) mit dem Vorwärmofen (4) verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (19) einerseits mit einem Gaskonzentrationsmessgerät (20) zur Bestimmung der Gaskonzentration (22) in einem Ofen (4) und andererseits mit einem Stellorgan (18a, 18b) zum Beeinflussen der Gaskonzentration verbunden ist.
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