Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet von kombinierten Gieß- und Walzverfahren, welche sowohl in einem Endlosbetrieb als auch in einem Batchbetrieb betrieben werden können.
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Einerseits betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen eines Metallbandes, umfassend folgende Anlagenteile
- eine erste kontinuierliche Gießanlage, wobei das Ende der Gießanlage durch eine als letzte angeordnete Strangführungsrolle festgelegt wird,
- eine der ersten Gießanlage nachgeordnete erste Trennvorrichtung zum Trennen eines Stranges zu ersten Brammen ,
- eine der ersten Trennvorrichtung nachgeordnete Walzstraße, wobei ein Anfang der Walzstraße durch ein als erstes angeordnete Walzgerüst festgelegt wird,
- eine der Walzstraße nachgeordnete Schere
- eine der Schere nachgeordnete Haspelvorrichtung,
- eine Automatisierungseinrichtung, welche die Anlage derart ansteuern kann, dass diese in einem Endlosbetrieb oder Batchbetrieb betrieben werden kann.
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Andererseits betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes mit der Anlage.
Stand der Technik
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Kombinierte Gieß- und Walzverfahren ersetzen derzeit die herkömmlichen Verfahren des Dickbrammengießens und der Warmbreitbandstraße.
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Die wichtigsten Vorteile der Kombination von Gieß- und Walzverfahren im Endlosbetrieb Minimaler Energieverbrauch
- Reduzierte bzw. gar keine CO2-Emissionen
- Produktion von ultradünnen Bändern
- Höchste gleichmäßige Qualität im Endlosbetrieb
- Geringere Investitionskosten
- Geringere Betriebskosten
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Da im Endlosbetrieb der Massenfluss durch die ganze Anlage im Wesentlichen konstant ist und keine phasenweise Beschleunigung zur Überbrückung von längeren Abständen darstellbar ist, sind viele Vorteile des Endlosbetriebs an die kurze Gesamtlänge der Anlage gekoppelt.
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Um eine bestehende Warmbreitbandstraße und alle ihre Produkte vollständig zu ersetzen, reicht eine einsträngige Gieß- und Walzanlage aufgrund der Massenstrombegrenzung des heutigen Gießverfahren jedoch in vielen Fällen nicht aus.
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Der maximale Massenstrom, den eine Stranggießanlage derzeit liefern kann, liegt im Bereich von 7 bis 8 Tonnen pro Minute. Daraus ergibt sich eine maximale Jahresproduktion von ca. 3 Millionen Tonnen pro Jahr. Bei Hochleistungswarmwalzwerken liegt die Produktionsmenge zwischen 4 und 6 Millionen Tonnen pro Jahr (Mt/J), also kann durchaus beim Doppelten einer Stranggießanlage liegen.
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Daher versuchen die Stahlhersteller, zwei Stranggussanlagen mit einem Walzwerk zu kombinieren, um die gleiche Kapazität zu erreichen, z. B.: 2,5 Mt/J mit Gießanlage 1 + 2,5 Mt/J mit Gießanlage 2 = 5 Mt/J für ein Walzwerk
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Per Definition bedeutet dies, dass es bei der Produktion von zwei Gießsträngen keinen permanenten Endlosbetrieb geben kann.
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Da viele anspruchsvolle Güten (ultradünn und hochwertig) nur im Endlosbetrieb hergestellt werden können, wünschen sich die Stahlhersteller eine Anlage, die beide Anforderungen erfüllt:
- Endlosanlage zur Herstellung ultradünner, hochwertiger Güten
- Hochkapazitätsanlage für die Kombination von zwei Gießanlagen mit einem Walzwerk
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Eine Anlage sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:
- Flachblechproduktion im Abmessungsbereich von:
- Dicke 0,6 bis 32 mm, bevorzugt: 0,8 bis 25,4 mm
- Breite 600 bis 2600 mm, bevorzugt 900 bis 2134 mm
- Alle Stahlsorten mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,001 % bis 1 %, bevorzugt 0,005 % bis 0,5 %
- Standardgüten, die eine hohe Produktivität erfordern, mittels schnellen Gießens
- Spezialgüten, die eine langsame Erstarrung erfordern, mittels langsamen Gießens.
- Produktivität: 3 bis 8 Mt/J (bevorzugt 4 bis 6 Mt/J)
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Aufgrund der Nachfrage nach Endlosproduktion gab es in letzter Zeit Entwicklungen, den Endlosbetrieb auch auf kombinierten zweisträngigen Brammengieß- und Walzanlagen einzusetzen.
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Diese Lösungen zeichnen sich derzeit durch große Abstände zwischen der Gieß- und der Walzstrecke aus, die notwendig sind, um die Produktion der beiden Stränge miteinander zu verbinden.
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Zur Überwindung der Wärmeverluste beim Transport der Brammen von den Gießmaschinen zum Walzwerk werden derzeit Tunnelöfen mit einer Länge von 150 bis 250 m vorgeschlagen.
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Diese Öfen verhindern zwar erfolgreich Temperaturverluste, sind aber sehr energie- und wartungsintensiv. Außerdem ist der Ofen in der Linie mit dem Walzwerk immer in Betrieb, selbst bei Endlosproduktion.
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Es sind jedoch Konzepte auf Basis von Zweistranggieß- und Walzkonzepten entstanden, die auch die Möglichkeit bieten, im Endlosbetrieb mit einem Strang zu produzieren. Diese Konzepte weisen alle einen langen Tunnelofen und eine beheizte Fähre vor dem Walzwerk auf, die im Batch-Betrieb die Aufgabe des Pufferns und Zusammenführens übernehmen.
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Für den Batch-Betrieb müssen zwei Öfen mit jeweils bis zu 250 m Länge kontinuierlich beheizt werden, was zu einem hohen Energieverbrauch führt.
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Eine Anlage mit Tunnelofen plus Heizfähre muss auch im Endlosbetrieb überbrückt werden. Bei 4 m/min Gießgeschwindigkeit und 160 m Ofenlänge dauert dies ca. 40 Minuten. Dies führt nicht nur zu einer hohen Oxidation, sondern auch zu hohen Energieverlusten während dieser Zeit. Jeder Vorteil aus der Nutzung des heißen Kerns des aus der Gießmaschine kommenden Stranges geht damit nach dem Transport durch den Tunnelofen verloren. Insgesamt ist dieser Aufbau für den Endlosbetrieb nicht vorteilhaft, da die Länge zwischen Gießmaschine und Walzwerk deutlich vergrößert werden muss.
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Viele Vorteile, die typischerweise mit dem Endlosbetrieb verbunden sind wie beispielsweise geringer Energieverbrauch, keine CO2-Emissionen, geringe Ausbeuteverluste, höchste Erstgerüstreduzierungen und damit minimale Dicken, können bei dieser Art von Anlagenaufbau nicht in vollem Umfang erreicht werden.
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Außerdem ist der Tunnelofen sehr wartungsintensiv, und während der Wartungszeit können sowohl die Stranggießanlage als auch das Walzwerk nicht betrieben werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine kompakte Anlage zum Herstellen eines Metallbandes zu schaffen, welche sowohl im Endlosbetrieb als auch in einem Batchbetrieb betrieben werden kann.
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Die Aufgabe wird weiters durch eine Anlage gelöst.
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In der Anlage ist zwischen der letzten Strangführungsrolle und der ersten Trennvorrichtung ein erster induktiver Erwärmungsofen angeordnet. Nach der ersten Trennvorrichtung ist zumindest eine Brammenmanipulationsvorrichtung, bevorzugt zwei Brammenmanipulationsvorrichtungen, zum Zuführen und Abführen von geschnittenen Brammen, angeordnet. Die Brammenmanipulationsvorrichtung kann die geschnittenen Brammen quer zur Gießrichtung zuführen oder abführen und in Gießrichtung transportieren. Parallel zur ersten Gießanlage ist eine zweite kontinuierliche Gießanlage mit einer zweiten Trennvorrichtung, zum Trennen eines Stranges in zweite Brammen, angeordnet. Vor der zweiten Trennvorrichtung ist ein zweiter induktiver Erwärmungsofen angeordnet, wobei nach der zweiten Trennvorrichtung eine Transportvorrichtung, angeordnet ist. Eine Brammentransportvorrichtung ist derart angeordnet, dass durch diese zweite Brammen der Brammenmanipulationsvorrichtung zugeführt werden können und/oder erste Brammen aus der Brammenmanipulationsvorrichtung entnommen werden können.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich CO2 Emissionen zu vermeiden und es wird eine kompakte Bauweise erreicht.
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Die Anordnung des induktiven Erwärmungsofen unmittelbar nach der ersten Gießanlage und der zweiten Gießanlage und vor der jeweiligen Trennvorrichtung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Diese Anordnung ermöglicht es einerseits Temperaturdifferenzen zwischen einem Brammenkopf und einem Brammenfuß der ersten und zweiten Bramme entgegenzuwirken, um einen möglichst konstanten Temperaturverlauf über eine gesamte Länge der ersten Bramme sicherzustellen, wenn diese beim Walzwerk eintrifft. Diese Temperaturdifferenzen entstehen beispielsweise, da der Brammenkopf aufgrund einer vorhandenen Gießgeschwindigkeit längere Zeit im Bereich nach der Trennvorrichtung verweilt, bevor dieser zum nachfolgenden Walzwerk gelangt. Die Bramme wird meistens nach einem Trennen durch die Trennvorrichtung beschleunigt - also mit einer größeren Transportgeschwindigkeit als die Gießgeschwindigkeit - zum nachfolgenden Walzwerk transportiert. Im Bereich vor der Trennvorrichtung ist die Geschwindigkeit eines Stranges geringer, da erst nach dem Trennen des Stranges zur ersten Brammen und zweiten Bramme die Transportgeschwindigkeit erhöht wird. Somit ist aufgrund der größeren Verweilzeit im induktiven Erwärmungsofen eine geringere Leistung für die Erwärmung notwendig, der Ofen kann also kleiner dimensioniert werden, da ein Massenfluss noch geringer ist als nach der Trennvorrichtung. Durch eine Vorausberechnung einer Heizleistung des induktiven Erwärmungsofens, unter Berücksichtigung der Gießgeschwindigkeit und der Transportgeschwindigkeit nach dem Trennen, kann eine homogene Temperatur über eine gesamte Länge der Brammen für einen optimalen nachfolgenden Walzprozess erreicht werden. Der Bereich des Brammenkopfes erfordert eine höhere Heizleistung als der Bereich um den Brammenfuß, da der Brammenkopf längere Zeit als der Brammenfuß im Bereich nach der Trennvorrichtung verweilt. Ohne zusätzliche Heizleistung des induktiven Erwärmungsofens, würde der Bereich um den Brammenkopf, aufgrund der längeren Verweilzeit, eine geringere Temperatur aufweisen als der Brammenfuß. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Kern des Stranges direkt nach dem Gießen und vor dem Trennen noch heiß ist und die Erwärmung des Stranges kann sich auf die äußere Schicht der Bramme mit einer Tiefe von der Oberfläche von 30mm - 45mm beschränken. Eine Eindringtiefe bei induktiver Erwärmung lässt sich nach folgender Formel berechnen:
- δ... Eindringtiefe
- f... Arbeitsfrequenz induktiver Erwärmungsofen
- µ... Permeabilität
- κ... elektrische Leitfähigkeit
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Durch eine geeignete Wahl der Arbeitsfrequenz kann die Eindringtiefe auf den benötigten Bereich begrenzt werden und eine effektive Erwärmung mit möglichst geringer Leistung sichergestellt werden. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung ist unter einer zweiten Gießanlage zu verstehen, dass ein zweiter Gießstrang erzeugt wird. Es ist somit auch denkbar, dass eine erste Gießanlage einen ersten Gießstrang erzeugt und gleichzeitig auch einen zweiten Gießstrang erzeugen kann. Der zweite Gießstrang wäre dann jener, welcher in dieser Erfindung mit der zweiten Gießanlage erzeugt wird.
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Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass zwischen der Brammenmanipulationsvorrichtung und dem Walzwerk ein Pufferspeicher - mit einer Einhausung mit Wärmeisolierung, Einhausung mit wärmerückstrahlender Oberfläche, und/oder einer Einhausung mit Heizeinrichtung - angeordnet ist. Durch diese Anordnung hat die in die Oberfläche der Brammen eingebrachte Wärme genügend Zeit einzudringen und die Durcherwärmung zu gewährleisten. Die Einhausung entspricht einer Einkleidung des jeweiligen Anlagenteils, wobei die jeweilige Zuführung von Brammen durch Öffnungen, welche auch verschließbar sein können, gewährleistet sein muss. Durch die Einhausung soll der Wärmeverlust möglichst minimiert werden. Im Fall von Wärmezufuhr wird durch die Einhausung gewährleistet, dass diese möglichst vollständig der Erwärmung der Bramme dient und nicht an die Umgebung verloren geht. Durch die wärmerückstrahlende Oberfläche wird die Wärme auf die Bramme zurückgestrahlt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Transportvorrichtung, die Brammenmanipulationseinrichtung und/oder die Brammentransportvorrichtung eine Einhausung mit Wärmeisolierung, eine Einhausung mit wärmrückstrahlender Oberfläche und/oder eine Einhausung mit einer Heizeinrichtung aufweisen.
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Hierdurch ist gewährleistet, dass der Wärmeverlust der Brammen möglichst gering gehalten wird für den nachfolgenden Walzprozess.
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Eine zweckmäßige Ausführung sieht vor, dass der Transportvorrichtung zumindest ein Pufferspeicher mit einer Einhausung mit Wärmeisolierung, eine Einhausung mit wärmerückstrahlender Oberfläche und/oder eine Einhausung mit einer Heizeinrichtung nachgeordnet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Transportvorrichtung zumindest zwei Pufferspeicher mit einer Einhausung mit Wärmeisolierung, eine Einhausung mit wärmerückstrahlender Oberfläche und/oder Einhausung mit einer Heizeinrichtung nachgeordnet sind, wobei zwischen zwei Pufferspeicher eine Brammenfähre für den Quertransport angeordnet ist. Bei einem anstehenden Walzenwechsel im Walzwerk oder einem sonstigen Problem in der Anlage können die Brammen auf der gewünschten Temperatur gehalten werden oder der Temperaturverlust minimiert werden.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass der Abstand zwischen dem Ende der ersten Gießanlage und dem Anfang der Walzstraße kleiner als 150m, bevorzugt kleiner als 130m, besonders bevorzugt kleiner als 110m ist.
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Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die Automatisierungseinrichtung die Brammenmanipulationseinrichtung derart ansteuern kann, dass eine an der ersten Trennvorrichtung geschnittene erste Bramme mit einer Transportgeschwindigkeit zum Walzwerk transportiert werden kann, wobei die Transportgeschwindigkeit größer als eine Gießgeschwindigkeit der ersten Gießanlage ist.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass durch die erste Gießanlage erste Brammen mit einer Dicke von 100 bis 200 mm, bevorzugt von 120 bis 160 mm, erzeugt werden.
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Ein vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die zweite kontinuierliche Gießanlage zweite Brammen mit einem Dickenbereich, welcher im wesentlichen jenem der ersten Bramme entspricht, erzeugt oder zweite Brammen mit einer maximalen Dicke von 250mm erzeugt, bevorzugt können diese mittels einem Vorgerüst in der Dicke reduziert werden.
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Die Aufgabe wird weiters durch ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes mit einer Anlage nach den Ansprüchen 1 - 6, gelöst. Die Anlage wird abhängig von einer Enddicke, eines gewünschten CO2-Fußabdruckes, eines vorgegebenen geringen Energieaufwandes, einer vorgegebenen Gießgeschwindigkeit und/oder einer mechanischen Eigenschaft des zu erzeugenden Metallband durch eine Automatisierungsvorrichtung im Endlosbetrieb oder im Batchbetrieb betrieben.
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Die Anlage wird beispielsweise für Güten mit einer Enddicke von unter 1.5 mm in Endlosbetrieb betrieben. Für Güten von 1.5 bis 2.5 mm wird die Anlage je nach gewünschter mechanischer Eigenschaften, beispielsweise einer Festigkeit, im Endlosbetrieb oder im Batchbetrieb betrieben.
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Wenn eine geringer CO2 Ausstoß und/oder ein geringer Energieaufwand gefordert wird, wird die Anlage möglichst im Endlosbetrieb betrieben.
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Sofern eine Güte eines Metallbandes erzeugt werden soll, welche ein langsames Gießen der Gießanlage erfordert, so wird die Anlage im Batchbetrieb betrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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. 1-3 ein schematische Darstellung einer ersten Gießanlage mit nachfolgendem Walzwerk und mit einer parallelen zweiten Gießanlage mit einem induktiven Erwärmungsofen
Beschreibung der Ausführungsformen
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In der Fig. 1 ist eine Anlage mit einem ersten induktiven Erwärmungsofen 25 vor der ersten Trennvorrichtung 3 dargestellt. In dieser Ausführung findet eine Erwärmung von einem ersten Strang 1a, welcher mit der ersten Gießanlage 1 erzeugt, in einem ersten induktiven Erwärmungsofen 25 statt. Im Anschluss an den ersten induktiven Erwärmungsofen 25 ist eine erste Trennvorrichtung 3 angeordnet, welche eine erste Bramme 40 von dem erwärmten Strang 1a abtrennt. Nach der ersten Trennvorrichtung 3 ist eine Brammenmanipulationsvorrichtung 25a zum Einbringen und zum Ausbringen von Brammen angeordnet. Durch eine Brammentransportvorrichtung 16 werden Brammen entweder zur Brammenmanipulationsvorrichtung 25a hin oder von dieser weg - beispielsweise zu einem Brammenlager 50 - transportiert. Die Brammentransportvorrichtung 16 kann beispielsweise über am Boden montierte Schienen und Seil-, Ketten- oder Radantrieb als Brammenfähre oder auf Schienen, welche sich in einer gewissen Höhe - Überkopf - befinden als Brammenmanipulator oder Kran, geführt sein. Im Brammenlager 50 gelagerte Kaltbrammen 43 können mit einem dritten induktiven Erwärmungsofen 27 erwärmt werden und dann über die Brammentransportvorrichtung 16 dem Walzwerk 8 zugeführt werden.
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Der Brammenmanipulationsvorrichtung 25a ist ein Pufferspeicher 26, eine erste Intensivheizvorrichtung 6 und eine erste Entzunderungsvorrichtung und / oder Intensivkühlvorrichtung 7 nachgeordnet. Im Anschluss ist ein Walzwerk 8 angeordnet. Der Anfang des Walzwerk 8 ist durch ein erstes Walzgerüst 8a festgelegt. Der Abstand L zwischen dem Ende der Gießanlage 1 und dem Anfang des Walzwerkes 8 soll möglichst klein sein, um mögliche Wärmeverluste des gegossenen ersten Stranges 1a möglichst klein zu halten, damit ein Endlosbetrieb, ermöglicht wird. Der Abstand L soll kleiner als 150m, bevorzugt kleiner als 130m, besonders bevorzugt kleiner als 110m sein. Nach dem Walzwerk 8 kann eine dritte Trennvorrichtung 9, eine zweite Intensivheizvorrichtung 10 und ein zweite Entzunderungsvorrichtung und/oder eine Intensivkühlvorrichtung 11 angeordnet sein. Danach kann ein weiteres Walzwerk 12 angeordnet sein. Im Anschluss befindet sich eine Kühlvorrichtung 13 und eine Schere 14 sowie eine Haspelvorrichtung 15 zum Aufwickeln von einem gewalzten Metallband. Die Anlage weist eine Automatisierungseinrichtung 45 auf, welche alle Anlagenteile derart ansteuert, dass die Anlage entweder in einem Batchbetrieb oder einem Endlosbetrieb betrieben werden kann.
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In der Fig. 2 ist im Vergleich zur Fig. 1 zwischen der Brammenmanipulationsvorrichtung 25a und einem Pufferspeicher 26 eine weitere Brammenmanipulationsvorrichtung 25a angeordnet.
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In der Fig. 3 ist vor dem zweiten induktiven Erwärmungsofen 28 ein Vorgerüst 20 vorgesehen, um den zweiten Strang 2a in seiner Dicke zu reduzieren. Die Transportvorrichtung 18 ist mit einer Wärmeisolierung 18a versehen und im Anschluss folgen Pufferspeicher 26 sowie eine Brammenfähre 19. Die Brammenfähre 19 ist im Anschluss mit weiteren Pufferspeicher 26 verbunden. Nach den Pufferspeichern 26 werden die Brammen mithilfe der Brammentransportvorrichtung 16 zu den Brammenmanipulationsvorrichtungen 25a zugeführt.
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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 abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Gießanlage
- 1a
- erster Strang
- 2
- zweite Gießanlage
- 2a
- zweiter Strang
- 3
- erste Trennvorrichtung
- 4
- zweite Trennvorrichtung
- 6
- Intensivheizvorrichtung
- 7
- Entzunderungsvorrichtung und / oder Intensivkühlvorrichtung
- 8
- Walzwerk
- 8a
- erste Walzgerüst
- 9
- dritte Trennvorrichtung
- 10
- zweite Intensivheizvorrichtung
- 11
- Entzunderungsvorrichtung und/oder eine Intensivkühlvorrichtung
- 12
- weiteres Walzwerk
- 13
- Kühlvorrichtung
- 14
- Schere
- 15
- Haspelvorrichtung
- 16
- Brammentransportvorrichtung
- 18
- Transportvorrichtung
- 18a
- Wärmeisolierung
- 19
- Brammenfähre
- 20
- Vorgerüst
- 25
- erster induktiver Erwärmungsofen
- 25a
- Brammenmanipulationseinrichtung
- 26
- Pufferspeicher
- 27
- dritter induktiver Erwärmungsofen
- 28
- zweiter induktiver Erwärmungsofen
- 30
- Strangführungssegment
- 31
- Stranführungsrolle
- 40
- erste Bramme
- 41
- Brammen
- 42
- zweite Bramme
- 43
- Kaltbramme
- 45
- Automatisierungseinrichtung
- 50
- Brammenlager
- G
- Gießrichtung
- L
- Abstand