EP4015099B1 - Energieeffiziente herstellung eines ferritischen warmbands in einer giess-walz-verbundanlage - Google Patents

Energieeffiziente herstellung eines ferritischen warmbands in einer giess-walz-verbundanlage Download PDF

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EP4015099B1
EP4015099B1 EP20214219.6A EP20214219A EP4015099B1 EP 4015099 B1 EP4015099 B1 EP 4015099B1 EP 20214219 A EP20214219 A EP 20214219A EP 4015099 B1 EP4015099 B1 EP 4015099B1
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intermediate strip
temperature
descaling
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Heinz Fürst
Simon Grosseiber
Thomas Lengauer
Michael Zahedi
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Primetals Technologies Austria GmbH
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Primetals Technologies Austria GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of steel metallurgy, specifically the particularly energy-efficient production of a ferritic hot strip in a combined casting and rolling plant.
  • the invention relates to a method for producing a ferritic hot strip in a combined casting and rolling plant, comprising the steps of: continuously casting a liquid steel into a strand with a slab or thin slab cross-section in a continuous casting plant; pre-rolling the strand into an intermediate strip in a multi-stand roughing train; descaling the broad sides of the heated intermediate strip in a descaling device; finish rolling the descaled intermediate strip into the hot strip in a multi-stand finishing train, wherein at least the last rolling pass in the finishing train takes place in the ferritic temperature range of the steel; setting the hot strip to coiling temperature; and winding the hot strip in a coiling system.
  • the invention relates to the use of a combined casting and rolling plant which is particularly well suited for producing a ferritic hot strip, comprising: a continuous casting plant for continuously casting a liquid steel into a strand with a slab or thin slab cross-section; a multi-stand roughing train for rough rolling the strand into an intermediate strip; a descaling device for descaling the broad sides of the heated intermediate strip; a multi-stand finishing train for finish rolling the descaled intermediate strip into the hot strip, wherein at least the last rolling pass in the finishing train takes place in the ferritic temperature range of the steel; a cooling section for adjusting the hot strip to the coiling temperature; and a coiling system for winding up the hot strip.
  • the process is energy-intensive because the average temperature of the intermediate strip is first brought to a high temperature ⁇ 1070 °C, the intermediate strip is then descaled, and subsequently the average temperature of the intermediate strip is cooled to ⁇ 900 °C in an intensive cooling step.
  • the document does not explain how the process can be modified so that the hot-rolled strip has the same good metallurgical properties and a good surface quality, but the energy consumption is significantly reduced.
  • the object of the invention is to modify a method for producing a ferritic hot strip in a combined casting and rolling plant in such a way that the ferritic hot strip can be produced in a much more energy-efficient manner, but still has good metallurgical properties and a good surface quality.
  • a particularly suitable combined casting and rolling plant is to be specified, which is used accordingly.
  • the solution is achieved by a method for producing a ferritic hot strip in a casting-rolling composite plant, with the steps: continuous casting of a liquid steel to form a strand with a slab or thin slab cross-section in a continuous casting plant; pre-rolling the strand to form an intermediate strip in a multi-stand roughing train; heating the broad sides of the intermediate strip by one or preferably several inductive surface heating modules to a surface temperature ⁇ 1000 °C, preferably ⁇ 1050 °C, wherein the surface heating module is operated with an alternating current with a first frequency f1 and the following applies to the first frequency f1: f1 ⁇ 20 kHz, preferably f1 ⁇ 50 kHz, particularly preferably f1 ⁇ 100 kHz; descaling the broad sides of the heated intermediate strip in a descaling device; finish rolling the descaled intermediate strip to form the hot strip in a multi-stand finishing train, wherein the descaled intermediate strip enters a first stand of the finishing train after
  • the mean temperature (also called average temperature) is the temperature that corresponds to the average temperature of the different layers of the intermediate strip in the thickness direction. In general, it is therefore not the temperature that the intermediate strip has in the thickness direction in the middle (i.e. in the central region).
  • the hot strip When setting the hot strip to coiling temperature, the hot strip is typically thermally insulated in the area between the last stand of the finishing train and the coiling system, so that the average temperature of the hot strip only drops slightly. This means that a high coiling temperature is achieved without actively heating or reheating the hot strip.
  • the hot strip can either be actively cooled or even heated by a heating device.
  • a combination of a heating device after the last stand of the finishing train and a cooling section for actively cooling the hot strip before coiling is also conceivable and advantageous for certain steel grades.
  • the intermediate strip is heated to a surface temperature ⁇ 1000 °C by at least one surface heating module. Since the surface heating module(s) are operated with an alternating current with a first frequency f1 and the following applies to the first frequency f1: f1 ⁇ 20 kHz, only the layers of the broad sides closest to the surface are heated, with the temperature of the core of the intermediate strip changing only slightly. In other words, the surface temperature on the broad sides of the intermediate strip is increased significantly more by the surface heating module(s) than the average temperature of the intermediate strip.
  • the broad sides of the hot intermediate strip are then descaled, e.g. by a so-called pinch roll descaler.
  • the descaled intermediate strip enters the first stand of the finishing train immediately after descaling, i.e. without further cooling, at an average temperature of 775 - 900 °C and is finish-rolled into the hot strip in the multi-stand finishing train.
  • descaling i.e. without further cooling
  • an average temperature of 775 - 900 °C for the direct production of a ferritic hot strip in the casting-rolling composite plant, at least the last rolling pass in the finishing train takes place in the ferritic temperature range of the steel.
  • the temperature of the ferritic hot strip is adjusted to the coiling temperature and wound into coils in the coiling system.
  • the inductive surface heating modules only heat the layers of the broad sides closest to the surface and not all layers of the intermediate strip evenly. Since the broad sides have a surface temperature of ⁇ 1000 °C before descaling, descaling is very thorough, which leads to a high surface quality of the hot strip.
  • the descaled intermediate strip enters the first stand of the finishing train directly at an average temperature of 775 - 900 °C without being cooled down separately in an intensive cooling step after descaling. On the one hand, this saves energy because only the layers of the broad sides of the intermediate strip closest to the surface have to be heated to a comparatively high temperature before descaling and not the entire intermediate strip.
  • the average temperature of the intermediate strip before descaling can be very low (e.g. between 875 and 990°C), which in turn is very beneficial for the energy efficiency of the manufacturing process.
  • the ratio between the thickness s of the intermediate strip and the penetration depth d into the heated intermediate strip is: s/ d ⁇ 6, preferably s/ d ⁇ 10, particularly preferably s/ d ⁇ 14 and very particularly preferably s/ d ⁇ 16.
  • the so-called penetration depth ⁇ (also called current penetration dimension) is an area in the intermediate strip in which the current density has dropped to 37 percent compared to the outer edge of the broad sides. In the area of the penetration depth, 86 percent of the induced energy is converted into heat, only 14 percent heats deeper areas. In concrete terms, this means that, for example, with an intermediate strip thickness of 24 mm, the penetration depth d at s/ d ⁇ 6 may be max. 4 mm.
  • an inductive surface heating module heats the intermediate strip by transverse field heating.
  • the heating is carried out by Longitudinal field heating is used.
  • transverse field heating it is advantageous that a first inductor heats the upper broad side of the intermediate strip and a second inductor heats the lower broad side of the intermediate strip.
  • so-called coupling gap which is the vertical distance between an upper inductor and an upper broad side of the intermediate strip, depending on the intermediate strip thickness or to keep it constant.
  • the adjustment is made, for example, by a linear motor.
  • each broad side of the intermediate strip is descaled by at least one row with several spray nozzles each.
  • the spray nozzles in a row are either stationary or arranged on rotating rotors.
  • a good descaling effect is achieved when descaling is carried out using a liquid descaling agent, e.g. water, with the descaling agent being applied to the spray nozzles at a pressure of 450 bar > p > 100 bar.
  • a liquid descaling agent e.g. water
  • a pair of pinch rolls is arranged on the intermediate belt in front of the first row and behind the last row of spray nozzles in the direction of material flow.
  • the inductive surface heating modules are operated with a first frequency f1 and the inductive heat-through modules are operated with a second frequency f2, where: f1 > f2, preferably f1 ⁇ 2*f2, particularly preferably f1 ⁇ 5*f2.
  • the surface temperature T lst of the partially finish-rolled intermediate strip between the first and the second or between the second and the third finishing stand of the finishing train is measured by a pyrometer
  • a temperature controller taking into account T lst as a function of a target surface temperature T target outputs a control variable to at least one, preferably several, inductive heat-through modules, and the heat-through modules heat the intermediate strip to such an extent that the measured surface temperature T target corresponds as closely as possible to the target surface temperature T target .
  • the inductive heat-through modules are controlled by a temperature controller depending on the measured actual temperature, taking the target temperature into account, so that the actual temperature corresponds as closely as possible to the target temperature.
  • an induction furnace with several inductive heat-through modules is arranged in the material flow direction between the roughing train and the inductive surface heating modules, wherein the induction furnace increases the average temperature of the intermediate strip.
  • a pyrometer for measuring the surface temperature T lst of the partially finish-rolled intermediate strip is arranged between the first and the second or between the second and the third finishing stand of the finishing train, the pyrometer is connected to a temperature controller and the temperature controller is connected to at least one inductive heat-through module in terms of signal technology, the temperature controller can output a control variable to at least one inductive heat-through module taking T lst into account as a function of a target surface temperature T Soll , wherein the heat-through modules can heat the intermediate strip to such an extent that the measured surface temperature T lst corresponds as closely as possible to the target surface temperature T Soll .
  • liquid steel with the following chemical composition is produced ⁇ i>Table 1: Chemical composition of steel ⁇ /i> element weight% C ⁇ 0.004 Mn ⁇ 0.2 P ⁇ 0.01 Ti+Nb 0.03 Fe rest to form a strand 3 with a slab cross-section.
  • the strand 3 leaves the continuous casting plant 2 with a thickness of 90 mm and a speed of 6 m/min.
  • the partially solidified strand 3 is preferably subjected to a soft core or a liquid core reduction (LCR) in the curved strand guide. This reduces the thickness of the strand and improves its internal quality.
  • LCR liquid core reduction
  • the strand 3 enters the three-stand roughing mill 5 uncut and is reduced there to an intermediate strip 4 with a thickness of 12.4 mm.
  • the last rolling pass in stand R3 of the roughing mill 5 takes place in the austenitic temperature range at a final rolling temperature of 1050°C.
  • the average temperature of the intermediate strip 4 is then increased from 900°C to 950°C by six through-heat modules of an induction furnace IH.
  • the surface temperature of the broad sides of the heated intermediate strip 4 is then heated to 1070°C by two surface heating modules 7.
  • the surface heating modules are operated at a frequency of 50 kHz and heat the intermediate strip by transverse field heating. By heating the broad sides, the average temperature of the intermediate strip rises to 960°C.
  • the broad sides of the intermediate strip 4 are descaled in a descaling device D, specifically a so-called pinch roll descaler .
  • the average temperature of the intermediate strip drops to 850°C.
  • the descaled intermediate strip 3 enters the five-stand finishing train 8 and is finish-rolled there in 5 rolling passes to form a hot strip 6 with a thickness of 1.7 mm. Since the last rolling pass in stand F5 takes place at an average temperature of 760°C, a hot strip with a ferritic structure is present after the last rolling pass at the latest.
  • the last three rolling passes in the rolling stands F3, F4 and F5 (particularly preferably all rolling passes in) of the finishing train 8 are carried out using roll gap lubrication.
  • a mineral oil is sprayed between the work rolls of the finishing stand and the rolling stock, which reduces the coefficient of friction in the roll gap to a value ⁇ ⁇ 0.15. This prevents shear bands, which lead to the development of an undesirable GOSS texture, from forming in the finished hot strip.
  • the hot strip 6 leaves the finishing train 8 with a surface temperature of 760°C. In order to achieve a high winding temperature, the hot strip is not actively cooled in the area of the cooling section 9 shown in dashed lines, but is thermally insulated by insulation panels 14. The winding temperature is 700°C.
  • the endless hot strip is cut transversely by the shears 10 and the Winding on another (in Fig 1 not shown) winding device, whereby the ferrite in the hot strip 6 at least partially forms a ⁇ 1 1 1 ⁇ texture.
  • the average temperatures for the individual units of the casting-rolling composite plant 1 result either from Fig 2 or the following table: Temperature [°C] CCM Out 1200 R1 1150 R2 1100 R3 1050 IH In 900 IH Out 950 SHM In 950 SHM Out 1070 D 850 F1 840 F2 820 F3 800 F4 780 F5 760 DC 700
  • the hot strip 6 is cut directly in front of the winding devices and alternately wound up by at least two DC winding devices.
  • the wound hot strip 6 has good deep drawability without the hot strip 6 having to be cold rolled or annealed after hot rolling.

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Description

    Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Stahl-Metallurgie, konkret die besonders energieeffiziente Herstellung eines ferritischen Warmbands in einer Gieß-Walz-Verbundanlage.
  • Einerseits betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines ferritischen Warmbands in einer Gieß-Walz-Verbundanlage, umfassend die Schritte: Stranggießen eines flüssigen Stahls zu einem Strang mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt in einer Stranggießanlage; Vorwalzen des Strangs zu einem Zwischenband in einer mehrgerüstigen Vorstraße; Entzundern der Breitseiten des erhitzten Zwischenbands in einer Entzunderungseinrichtung; Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands zu dem Warmband in einer mehrgerüstigen Fertigstraße, wobei zumindest der letzte Walzstich in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich des Stahls erfolgt; Einstellen des Warmbands auf Haspeltemperatur; und Aufwickeln des Warmbands in einer Haspelanlage.
  • Andererseits betrifft die Erfindung die Verwendung einer Gieß-Walz-Verbundanlage, die zur Herstellung eines ferritischen Warmbands besonders gut geeignet ist, aufweisend: eine Stranggießanlage zum Stranggießen eines flüssigen Stahls zu einem Strang mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt; eine mehrgerüstige Vorstraße zum Vorwalzen des Strangs zu einem Zwischenband; eine Entzunderungseinrichtung zum Entzundern der Breitseiten des erhitzten Zwischenbands; eine mehrgerüstige Fertigstraße zum Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands zu dem Warmband, wobei zumindest der letzte Walzstich in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich des Stahls erfolgt; eine Kühlstrecke zur Einstellung des Warmbands auf Haspeltemperatur; und eine Haspelanlage zum Aufwickeln des Warmbands.
    • Stand der Technik
  • Aus der nicht veröffentlichten Anmeldung PCT/EP2020/068520 ist bekannt, ein ferritisches Warmband in einer Gieß-Walz-Verbundanlage durch die Schritte Stranggießen eines Strangs mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt, Vorwalzen des Strangs zu einem Zwischenband in einer mehrgerüstigen Vorstraße, Erhitzen des Zwischenbands auf eine gemittelte Temperatur ≥ 1070 °C, Entzundern des erhitzten Zwischenbands, Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands zu einem Warmband in einer mehrgerüstigen Fertigstraße, wobei zumindest der letzte Walzstich in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich erfolgt, Abkühlen des Warmbands auf Haspeltemperatur, und Aufwickeln des Warmbands in einer Haspelanlage herzustellen. Obwohl das hergestellte ferritische Warmband gute metallurgische Eigenschaften und eine gute Oberflächenqualität aufweist, ist das Verfahren energieaufwändig, da die mittlere Temperatur des Zwischenbands zuerst auf eine hohe Temperatur ≥ 1070 °C gebracht wird, das Zwischenband dann entzundert und anschließend in einem Intensivkühlschritt die mittlere Temperatur des Zwischenbands auf < 900 °C abgekühlt wird. Wie das Verfahren geändert werden kann, sodass das Warmband zwar gleich gute metallurgische Eigenschaften und eine gute Oberflächenqualität aufweist, der Energieeinsatz aber stark reduziert wird, geht aus der Schrift nicht hervor.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines ferritischen Warmbands in einer Gieß-Walz-Verbundanlage so abzuändern, dass das ferritische Warmband wesentlich energieeffizienter hergestellt werden kann, aber dennoch gute metallurgische Eigenschaften und eine gute Oberflächenqualität aufweist. Außerdem soll eine dafür besonders gut geeignete Gieß-Walz-Verbundanlage angegeben werden, welche entsprechend verwendet wird.
  • Der verfahrensmäßige Aspekt dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Konkret erfolgt die Lösung durch ein Verfahren zur Herstellung eines ferritischen Warmbands in einer Gieß-Walz-Verbundanlage, mit den Schritten: Stranggießen eines flüssigen Stahls zu einem Strang mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt in einer Stranggießanlage; Vorwalzen des Strangs zu einem Zwischenband in einer mehrgerüstigen Vorstraße; Erhitzen der Breitseiten des Zwischenbands durch ein oder bevorzugt mehrere induktive Oberflächenheizmodule auf eine Oberflächentemperatur ≥ 1000 °C, bevorzugt ≥ 1050 °C, wobei das Oberflächenheizmodul mit einem Wechselstrom mit einer ersten Frequenz f1 betrieben wird und für die erste Frequenz f1 gilt: f1 ≥ 20 kHz, vorzugsweise f1 ≥ 50 kHz, besonders bevorzugt f1 ≥ 100 kHz; Entzundern der Breitseiten des erhitzten Zwischenbands in einer Entzunderungseinrichtung; Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands zu dem Warmband in einer mehrgerüstigen Fertigstraße, wobei das entzunderte Zwischenband nach dem Entzundern ohne weitere Abkühlung mit einer mittleren Temperatur von 775 - 900 °C in ein erstes Gerüst der Fertigstraße eintritt und zumindest der letzte Walzstich in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich des Stahls erfolgt; Einstellen des Warmbands auf Haspeltemperatur; und Aufwickeln des Warmbands in einer Haspelanlage.
  • Unter der mittleren Temperatur (auch gemittelte Temperatur) genannt, soll jene Temperatur verstanden werden, die der Durchschnittstemperatur der unterschiedlichen Schichten des Zwischenbands in Dickenrichtung entspricht. Es handelt sich im Allgemeinen somit nicht um die Temperatur, die das Zwischenband in Dickenrichtung in der Mitte (d.h. im zentralen Bereich) aufweist.
  • Beim Einstellen des Warmbands auf Haspeltemperatur wird typischerweise das Warmband im Bereich zwischen dem letzten Gerüst der Fertigstraße und der Haspelanlage thermisch isoliert, sodass die mittlere Temperatur des Warmbands nur geringfügig abfällt. Dadurch wird eine hohe Haspeltemperatur erreicht, ohne das Warmband aktiv aufzuheizen bzw. wiederzuerwärmen. Alternativ dazu kann das Warmband entweder aktiv abgekühlt oder sogar durch eine Heizeinrichtung aufgeheizt werden. Auch eine Kombination einer Heizeinrichtung nach dem letzten Gerüst der der Fertigstraße und einer Kühlstrecke zur aktiven Abkühlung des Warmbands vor dem Aufhaspeln ist denkbar und für bestimmte Stahlgüten vorteilhaft.
  • Erfindungsgemäß wird das Zwischenband durch zumindest ein Oberflächenheizmodul auf eine Oberflächentemperatur ≥ 1000 °C erhitzt. Da das bzw. die Oberflächenheizmodule mit einem Wechselstrom mit einer ersten Frequenz f1 betrieben werden und für die erste Frequenz f1 gilt: f1 ≥ 20 kHz, werden lediglich die oberflächennahen Schichten der Breitseiten erhitzt, wobei sich die Temperatur des Kerns des Zwischenbands nur geringfügig ändert. Mit anderen Worten wird die Oberflächentemperatur auf den Breitseiten des Zwischenbands durch das bzw. die Oberflächenheizmodule wesentlich stärker erhöht als die mittlere Temperatur des Zwischenbands. Anschließend werden die Breitseiten des heißen Zwischenbands entzundert, z.B. durch einen sog. pinch roll descaler. Das entzunderte Zwischenband tritt unmittelbar nach dem Entzundern, d.h. ohne weitere Abkühlung, mit einer mittleren Temperatur von 775 - 900 °C in das erste Gerüst der Fertigstraße ein und wird in der mehrgerüstigen Fertigstraße zu dem Warmband fertiggewalzt. Zur direkten Herstellung eines ferritischen Warmband in der Gieß-Walz-Verbundanlage findet zumindest der letzte Walzstich in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich des Stahls statt. Anschließend wird die Temperatur des ferritischen Warmbands auf Haspeltemperatur eingestellt und in der Haspelanlage zu Bunden, engl. coils, aufgewickelt.
  • Somit ergeben sich mehrere Unterschiede zum Stand der Technik: Zum einen erhitzen die induktiven Oberflächenheizmodule nur die oberflächennahen Schichten der Breitseiten und nicht gleichmäßig alle Schichten des Zwischenbands. Da die Breitseiten vor dem Entzundern eine Oberflächentemperatur ≥ 1000 °C aufweisen, erfolgt das Entzundern sehr gründlich, was zu einer hohen Oberflächenqualität des Warmbands führt. Zum anderen tritt das entzunderte Zwischenband direkt mit einer mittleren Temperatur von 775 - 900 °C in das erste Gerüst der Fertigstraße ein, ohne nach dem Entzundern noch gesondert durch einen Intensivkühlschritt abgekühlt zu werden. Demnach wird einerseits Energie gespart, da nur die oberflächennahen Schichten der Breitseiten des Zwischenbands vor dem Entzundern auf eine vergleichsweise hohe Temperatur erhitzt werden müssen und nicht das gesamte Zwischenband. Andererseits kann die mittlere Temperatur des Zwischenbands vor dem Entzundern sehr niedrig sein (bspw. zwischen 875 und 990°C), was wiederum sehr günstig für die Energieeffizienz des Herstellverfahrens ist.
  • Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke s des Zwischenbands und der Eindringtiefe d in das erhitzte Zwischenband: s/ d ≤ 6, bevorzugt s/ d ≤ 10, besonders bevorzugt s/ d ≤ 14 und ganz besonders bevorzugt s/ d ≤ 16. Als sog. Eindringtiefe δ (auch Stromeindringmaß genannt) wird ein Bereich im Zwischenband bezeichnet, in dem die Stromdichte auf 37 Prozent im Vergleich zum Außenrand der Breitseiten abgesunken ist. Im Bereich der Eindringtiefe werden 86 Prozent der induzierten Energie in Wärme umgesetzt, nur 14 Prozent erwärmen tieferliegende Bereiche. Konkret heißt das also, dass z.B. bei einer Zwischenbanddicke von 24 mm die Eindringtiefe d bei s/ d ≤ 6 max. 4 mm betragen darf. Die Eindringtiefe kann durch die Formel δ = 1 πμ 0 μ r fκ
    Figure imgb0001
     abgeschätzt werden, wobei µ0 die magnetische Feldkonstante, µr die relative elektromagnetische Permeabilität des Stahls, f die Frequenz des Wechselstroms und κ die elektrische Leitfähigkeit angibt. Alle genannten Größen sind in SI-Einheiten einzusetzen. Da insbesondere κ aber auch µr stark temperaturabhängig sind, müssen diese Werte bei der aktuellen Temperatur beim Erhitzen eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise erhitzt ein induktives Oberflächenheizmodul das Zwischenband durch Querfelderwärmung. Allerdings ist es ebenfalls möglich, dass das Erhitzen durch Längsfelderwärmung erfolgt. Bei der Querfelderwärmung ist es vorteilhaft, dass ein erster Induktor die obere Breitseite des Zwischenbands und ein zweiter Induktor die untere Breitseite des Zwischenbands erhitzt.
  • Es ist vorteilhaft, den sog. Koppelspalt, das ist der vertikale Abstand zwischen einem oberen Induktor und einer oberen Breitseite des Zwischenbands, in Abhängigkeit der Zwischenbanddicke einzustellen bzw. konstant zu halten. Die Einstellung erfolgt z.B. durch einen Linearmotor.
  • Zur gründlichen Entzunderung des Zwischenbands in Breitenrichtung ist es vorteilhaft, dass jede Breitseite des Zwischenbands durch zumindest eine Reihe mit jeweils mehreren Spritzdüsen entzundert wird. Die Spritzdüsen einer Reihe sind entweder stationär oder auf rotierenden Rotoren angeordnet.
  • Eine gute Entzunderungswirkung wird erzielt, wenn die Entzunderung durch ein flüssiges Entzunderungsmittel, bspw. Wasser, erfolgt, wobei das Entzunderungsmittel mit einem Druck 450 bar > p > 100 bar an den Spritzdüsen anliegt.
  • Um das Entzunderungsmittel in der Entzunderungsvorrichtung zu halten, ist es vorteilhaft, wenn in Materialflussrichtung vor der ersten Reihe und hinter der letzten Reihe von Spritzdüsen ein an das Zwischenband angestelltes Treiberrollenpaar (engl. pinch roll) angeordnet ist.
  • Je nach Stahlgüte, Betriebsart (endlos, semi-endlos oder Batch-Betrieb) oder der Gießgeschwindigkeit kann es vorteilhaft, dass vor dem Erhitzen der Breitseiten die mittlere Temperatur des Zwischenbands in einem Induktionsofen durch mehrere induktive Durchwärmemodule erhöht wird. Durch das bzw. die Durchwärmemodule wird die mittlere Temperatur des Zwischenbands in etwa gleich stark erhöht als die Oberflächentemperatur. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die induktiven Oberflächenheizmodule mit einer ersten Frequenz f1 und die induktiven Durchwärmemodule mit einer zweiten Frequenz f2 betrieben werden, wobei gilt: f1 > f2, bevorzugt f1 ≥ 2*f2, besonders bevorzugt f1 ≥ 5*f2.
  • Zur Einstellung der Eintrittstemperatur des entzunderten Zwischenbands in die Fertigstraße ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächentemperatur Tlst des teilweise fertiggewalzten Zwischenbands zwischen dem ersten und dem zweiten oder zwischen dem zweiten und dem dritten Fertiggerüst der Fertigstraße durch ein Pyrometer gemessen wird, ein Temperaturregler unter Berücksichtigung von Tlst in Abhängigkeit einer Soll-Oberflächentemperatur TSoll eine Stellgröße an zumindest ein, bevorzugt an mehrere, induktive Durchwärmemodule ausgibt, und die Durchwärmemodule das Zwischenband derart stark erwärmen, dass die gemessene Oberflächentemperatur Tlst möglichst der Soll-Oberflächentemperatur TSoll entspricht.
  • Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Temperatur des erhitzten und entzunderten Zwischenbands vor der Fertigstraße nur ungenau gemessen werden kann und die Temperaturmessung in einem der Zwischengerüstbereiche der ersten drei Gerüste wesentlich genauer ist. Die induktiven Durchwärmemodule werden von einem Temperaturregler in Abhängigkeit der gemessenen Ist-Temperatur unter Berücksichtigung der Soll-Temperatur so geregelt, dass die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur möglichst gut entspricht.
  • Die Aufgabe wird auch durch die Verwendung einer Gieß-Walz-Verbundanlage nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Konkret erfolgt die Lösung durch die Verwendung einer Gieß-Walz-Verbundanlage zur Herstellung eines ferritischen Warmbands in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:
    • eine Stranggießanlage zum Stranggießen eines flüssigen Stahls zu einem Strang mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt;
    • eine mehrgerüstige Vorstraße zum Vorwalzen des Strangs zu einem Zwischenband;
    • ein oder mehrere induktive Oberflächenheizmodule zum Erhitzen der Breitseiten des Zwischenbands auf eine Oberflächentemperatur ≥ 1000 °C wobei ein Oberflächenheizmodul mit einem Wechselstrom mit einer ersten Frequenz f1 betrieben wird und für die erste Frequenz f1 gilt: f1 ≥ 20 kHz, vorzugsweise f1 ≥ 50 kHz, besonders bevorzugt f1 ≥ 100 kHz;
    • eine Entzunderungseinrichtung zum Entzundern der Breitseiten des erhitzten Zwischenbands;
    • eine mehrgerüstige Fertigstraße zum Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands zu dem Warmband, wobei das entzunderte Zwischenband nach dem Entzundern ohne weitere Abkühlung mit einer mittleren Temperatur von 775 - 900 °C in ein erstes Gerüst der Fertigstraße eintritt und zumindest der letzte Walzstich in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich des Stahls erfolgt;
    • eine Kühlstrecke zur Einstellung des Warmbands auf Haspeltemperatur; und
    • eine Haspelanlage zum Aufwickeln des Warmbands.
  • Vorzugsweise ist in Materialflussrichtung zwischen der Vorstraße und den induktiven Oberflächenheizmodulen ein Induktionsofen mit mehreren induktiven Durchwärmemodulen angeordnet, wobei der Induktionsofen die mittlere Temperatur des Zwischenbands erhöht.
  • Weiter bevorzugt ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten oder zwischen dem zweiten und dem dritten Fertiggerüst der Fertigstraße ein Pyrometer zur Messung der Oberflächentemperatur Tlst des teilweise fertiggewalzten Zwischenbands angeordnet ist, das Pyrometer mit einem Temperaturregler und der Temperaturregler mit zumindest einem induktiven Durchwärmemodul signaltechnisch verbunden sind, der Temperaturregler unter Berücksichtigung von Tlst in Abhängigkeit einer Soll-Oberflächentemperatur TSoll eine Stellgröße an zumindest ein induktives Durchwärmemodul ausgeben kann, wobei die Durchwärmemodule das Zwischenband derart stark erwärmen können, dass die gemessene Oberflächentemperatur Tlst möglichst der Soll-Oberflächentemperatur TSoll entspricht.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigen:
    • Fig 1
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gieß-Walz-Verbundanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig 2
    ein Temperaturprofil für das erfindungsgemäße Verfahren, und
    Fig 3
    ein Dickenprofil für das erfindungsgemäße Verfahren.
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • In der Gieß-Walz-Verbundanlage 1 der Fig 1 wird in der Stranggießanlage 2 flüssiger Stahl mit folgender chemischer Zusammensetzung Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung des Stahls
    Element Gewichts%
    C <0,004
    Mn < 0,2
    P < 0,01
    Ti+Nb 0,03
    Fe Rest
    zu einem Strang 3 mit Brammenquerschnitt stranggegossen. Der Strang 3 verlässt die Stranggießanlage 2 mit einer Dicke von 90 mm und einer Geschwindigkeit von 6 m/min. Vorzugsweise wird der teilerstarrte Strang 3 in der bogenförmigen Strangführung einer Soft-Core oder einer Liquid Core Reduction (LCR) unterzogen. Dadurch wird die Dicke des Strangs reduziert und dessen Innenqualität verbessert. Der Strang 3 tritt ungeschnitten in die dreigerüstige Vorstraße 5 ein und wird dort zu einem Zwischenband 4 mit einer Dicke von 12,4 mm reduziert. Der letzte Walzstich im Gerüst R3 der Vorstraße 5 erfolgt im austenitischen Temperaturbereich bei einer Endwalztemperatur von 1050°C. Anschließend wird die mittlere Temperatur des Zwischenbands 4 durch sechs Durchwärmemodule eines Induktionsofens IH von 900°C auf 950°C erhöht. Im Anschluss daran wird die Oberflächentemperatur der Breitseiten des durcherwärmten Zwischenbands 4 durch zwei Oberflächenheizmodule 7 auf 1070°C erhitzt. Die Oberflächenheizmodule werden mit einer Frequenz von 50 kHz betrieben und erhitzen das Zwischenband durch Querfelderwärmung. Durch die Erhitzung der Breitseiten steigt die mittlere Temperatur des Zwischenbands auf 960°C an. Nach dem Erhitzen werden die Breitseiten des Zwischenbands 4 in einer Entzunderungseinrichtung D, konkret ein sog. pinch roll descaler, entzundert. Dabei sinkt die mittlere Temperatur des Zwischenbands auf 850 °C ab. Nach dem Entzundern tritt das entzunderte Zwischenband 3 in die fünfgerüstige Fertigstraße 8 ein und wird dort in 5 Walzstichen zu einem Warmband 6 mit einer Dicke von 1,7 mm fertiggewalzt. Da der letzte Walzstich im Gerüst F5 bei einer mittleren Temperatur von 760°C stattfindet, liegt spätestens nach dem letzten Walzstich ein Warmband mit einem ferritischen Gefüge vor. Vorzugsweise werden die letzten drei Walzstiche in den Walzgerüsten F3, F4 und F5 (besonders bevorzugt alle Walzstiche in) der Fertigstraße 8 unter Anwendung einer Walzspaltschmierung durchgeführt. Dabei wird jeweils zwischen den Arbeitswalzen des Fertiggerüsts und dem Walzgut ein Mineralöl aufgesprüht, das den Reibbeiwert im Walzspalt auf einen Wert µ < 0,15 heruntersetzt. Dadurch wird verhindert, dass sich Scherbänder, die zur Entwicklung einer unerwünschten GOSS-Textur führen, im fertiggewalzten Warmband ausbilden. Das Warmband 6 verlässt die Fertigstraße 8 mit einer Oberflächentemperatur von 760°C. Um eine hohe Wickeltemperatur zu erreichen, wird das Warmband im Bereich der strichliert dargestellten Kühlstrecke 9 nicht aktiv abgekühlt, sondern durch Isolierpaneele 14 thermisch isoliert. Die Wickeltemperatur beträgt 700°C. Kurz bevor der Bund sein Zielgewicht erreicht hat, wird das endlose Warmband durch die Schere 10 quergeteilt und das Aufwickeln auf einer weiteren (in Fig 1 nicht dargestellten) Wickeleinrichtung fortgesetzt, wobei der Ferrit im Warmband 6 zumindest teilweise eine {1 1 1} Textur ausbildet. Die gemittelten Temperaturen bei den einzelnen Aggregaten der Gieß-Walz-Verbundanlage 1 ergeben sich entweder aus Fig 2 oder der nachfolgenden Tabelle: Tabelle 2: Temperaturführung
    Temperatur [°C]
    CCM Out 1200
    R1 1150
    R2 1100
    R3 1050
    IH In 900
    IH Out 950
    SHM In 950
    SHM Out 1070
    D 850
    F1 840
    F2 820
    F3 800
    F4 780
    F5 760
    DC 700
  • Die Reduktionsraten in den einzelnen Gerüsten R1... R3 und F1... F5 sowie die Dicken der Dünnbramme 2, des Zwischenbands 4 und des Warmbands 6 ergeben sich entweder aus Fig 3 oder der nachfolgenden Tabelle: Tabelle 3: Dicken und Reduktionsraten
    Dicke [mm] Reduktionsraten [%]
    CCM Out 90,0
    R1 In 90,0 50
    R1 Out 45,0
    R2 In 45,0 50
    R2 Out 22,5
    R3 In 22,5 45
    R3 Out 12,4
    IH In 12,4
    IH Out 12,4
    SHM In 12,4
    SHM Out 12,4
    D 12,4
    F1 In 12,4 45
    F1 Out 6,8
    F2 In 6,8 40
    F2 Out 4,1
    F3 In 4,1 35
    F3 Out 2,7
    F4 In 2,7 25
    F4 Out 2,0
    F5 In 2,0 15
    F5 Out 1,7
    DC 1,7
  • Um den endlosen Betrieb der Gieß-Walz-Verbundanlage 1 zu gewährleisten, wird das Warmband 6 direkt vor den Wickeleinrichtungen geschnitten und abwechselnd durch zumindest zwei Wickeleinrichtungen DC aufgewickelt.
  • Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren in der Gieß-Walz-Verbundanlage 1 weist das aufgewickelte Warmband 6 eine gute Tiefziehbarkeit auf, ohne dass das Warmband 6 nach dem Warmwalzen noch kaltgewalzt oder geglüht werden müsste.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus im Rahmen der Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gieß-Walz-Verbundanlage
    2
    Stranggießanlage
    3
    Strang
    4
    Zwischenband
    5
    Vorstraße
    6
    Warmband bzw. Fertigband
    7
    Oberflächenheizmodul
    8
    Fertigstraße
    9
    Kühlstrecke
    10
    Schere
    14
    Isolierpaneel
    15, DC
    Haspelanlage
    D
    Entzunderungseinrichtung
    F1... F5
    Erstes bis fünftes Gerüst der Fertigstraße
    IH
    Induktionsofen
    In
    Eingang eines Aggregats
    Out
    Ausgang eines Aggregats
    R1... R3
    Erstes bis drittes Gerüst der Vorstraße
    Tlst
    Ist-Oberflächentemperatur
    TSoll
    Soll-Oberflächentemperatur

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines ferritischen Warmbands (6) in einer Gieß-Walz-Verbundanlage (1), umfassend die Schritte:
    Stranggießen eines flüssigen Stahls zu einem Strang (3) mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt in einer Stranggießanlage (2, CCM);
    Vorwalzen des Strangs (3) zu einem Zwischenband (4) in einer mehrgerüstigen Vorstraße (5);
    Erhitzen der Breitseiten des Zwischenbands (4) durch ein oder bevorzugt mehrere induktive Oberflächenheizmodule (7) auf eine Oberflächentemperatur ≥ 1000 °C, bevorzugt ≥ 1050 °C, wobei ein Oberflächenheizmodul (7) mit einem Wechselstrom mit einer ersten Frequenz f1 betrieben wird und für die erste Frequenz f1 gilt: f1 ≥ 20 kHz, vorzugsweise f1 ≥ 50 kHz, besonders bevorzugt f1 ≥ 100 kHz;
    Entzundern der Breitseiten des erhitzten Zwischenbands (4) in einer Entzunderungseinrichtung (D);
    Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands (4) zu dem Warmband (6) in einer mehrgerüstigen Fertigstraße (8), wobei das entzunderte Zwischenband (4) nach dem Entzundern ohne weitere Abkühlung mit einer mittleren Temperatur von 775 - 900 °C in ein erstes Gerüst (F1) der Fertigstraße (8) eintritt und zumindest der letzte Walzstich (F5) in der Fertigstraße im ferritischen Temperaturbereich des Stahls erfolgt;
    Einstellen des Warmbands (6) auf Haspeltemperatur; und
    Aufwickeln des Warmbands (6) in einer Haspelanlage (15, DC).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis zwischen der Dicke s des Zwischenbands (4) und der Eindringtiefe d in das erhitzte Zwischenband (4) gilt: s/ d ≤ 6, bevorzugt s/ d ≤ 10, besonders bevorzugt s/ d ≤ 14 und ganz besonders bevorzugt s/ d ≤ 16, wobei die Eindringtiefe d einen Bereich im Zwischenband (4) bezeichnet, in dem die Stromdichte auf 37% im Vergleich zum Außenrand der Breitseiten abgesunken ist, sodass im Bereich der Eindringtiefe d 86% der induzierten Energie in Wärme umgesetzt werden und nur 14% tieferliegende Bereiche erwärmen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein induktives Oberflächenheizmodul (7) das Zwischenband (4) durch Querfelderwärmung erhitzt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Induktor die obere Breitseite des Zwischenbands (4) und ein zweiter Induktor die untere Breitseite des Zwischenbands (4) erhitzt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen dem ersten Induktor und der oberen Breitseite in Abhängigkeit der Zwischenbanddicke konstant gehalten wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Breitseite des Zwischenbands (4) in der Entzunderungseinrichtung (D) durch zumindest eine Reihe mit jeweils mehreren Spritzdüsen entzundert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüsen einer Reihe entweder stationär oder auf rotierenden Rotoren angeordnet sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entzunderung durch ein flüssiges Entzunderungsmittel, bspw. Wasser, erfolgt, wobei das Entzunderungsmittel mit einem Druck 450 bar > p > 100 bar an den Spritzdüsen anliegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Materialflussrichtung vor der ersten Reihe und hinter der letzten Reihe von Spritzdüsen ein an das Zwischenband (4) angestelltes Treiberrollenpaar angeordnet ist, sodass das Entzunderungsmittel die Entzunderungseinrichtung nicht verlassen kann.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erhitzen der Breitseiten des Zwischenbands die mittlere Temperatur des Zwischenbands in einem Induktionsofen (IH) durch mehrere induktive Durchwärmemodule erhöht wird, wobei die mittlere Temperatur in etwa gleich stark erhöht wird als die Oberflächentemperatur des Zwischenbands.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiven Oberflächenheizmodule mit einer ersten Frequenz f1 und die induktiven Durchwärmemodule mit einer zweiten Frequenz f2 betrieben werden, wobei gilt: f1 > f2, bevorzugt f1 ≥ 2*f2, besonders bevorzugt f1 ≥ 5*f2.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur Tlst des teilweise fertiggewalzten Zwischenbands (4) zwischen dem ersten (F1) und dem zweiten (F2) oder zwischen dem zweiten (F2) und dem dritten Fertiggerüst (F3) der Fertigstraße (8) durch ein Pyrometer gemessen wird, ein Temperaturregler unter Berücksichtigung von Tlst in Abhängigkeit einer Soll-Oberflächentemperatur TSoll eine Stellgröße an zumindest ein, bevorzugt an mehrere, induktive Durchwärmemodule ausgibt, und die Durchwärmemodule das Zwischenband derart stark erwärmen, dass die gemessene Oberflächentemperatur Tlst möglichst der Soll-Oberflächentemperatur TSoll entspricht.
  13. Verwendung einer Gieß-Walz-Verbundanlage (1) zur Herstellung eines ferritischen Warmbands (6) in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:
    eine Stranggießanlage (2, CCM) zum Stranggießen eines flüssigen Stahls zu einem Strang (3) mit Brammen- oder Dünnbrammenquerschnitt;
    eine mehrgerüstige Vorstraße (5) zum Vorwalzen des Strangs (3) zu einem Zwischenband (4);
    ein oder mehrere induktive Oberflächenheizmodule (7) zum Erhitzen der Breitseiten des Zwischenbands (4) auf eine Oberflächentemperatur ≥ 1000 °C, wobei ein Oberflächenheizmodul (7) mit einem Wechselstrom mit einer ersten Frequenz f1 betrieben wird und für die erste Frequenz f1 gilt: f1 ≥ 20 kHz, vorzugsweise f1 ≥ 50 kHz, besonders bevorzugt f1 ≥ 100 kHz;
    eine Entzunderungseinrichtung (D) zum Entzundern der Breitseiten des erhitzten Zwischenbands (4);
    eine mehrgerüstige Fertigstraße (8) zum Fertigwalzen des entzunderten Zwischenbands (4) zu dem Warmband (6), wobei das entzunderte Zwischenband (4) nach dem Entzundern ohne weitere Abkühlung mit einer mittleren Temperatur von 775 - 900 °C in ein erstes Gerüst (F1) der Fertigstraße (8) eintritt und zumindest der letzte Walzstich (F5) in der Fertigstraße (8) im ferritischen Temperaturbereich des Stahls erfolgt;
    eine Kühlstrecke (9) zur Einstellung des Warmbands (6) auf Haspeltemperatur; und
    eine Haspelanlage (15, DC) zum Aufwickeln des Warmbands (6).
  14. Gieß-Walz-Verbundanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Materialflussrichtung zwischen der Vorstraße (5) und den induktiven Oberflächenheizmodulen (7) ein Induktionsofen (IH) mit mehreren induktiven Durchwärmemodulen angeordnet ist, wobei der Induktionsofen (IH) die mittlere Temperatur des Zwischenbands erhöht.
  15. Gieß-Walz-Verbundanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten (F1) und dem zweiten (F2) oder zwischen dem zweiten (F2) und dem dritten Fertiggerüst (F3) der Fertigstraße (8) ein Pyrometer zur Messung der Oberflächentemperatur Tlst des teilweise fertiggewalzten Zwischenbands (4) angeordnet ist, das Pyrometer mit einem Temperaturregler und der Temperaturregler mit zumindest einem induktiven Durchwärmemodul signaltechnisch verbunden sind, der Temperaturregler unter Berücksichtigung von Tlst in Abhängigkeit einer Soll-Oberflächentemperatur TSoll eine Stellgröße an zumindest ein induktives Durchwärmemodul ausgeben kann, wobei die Durchwärmemodule das Zwischenband derart stark erwärmen können, dass die gemessene Oberflächentemperatur Tlst möglichst der Soll-Oberflächentemperatur TSoll entspricht.
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