EP4724215A1

EP4724215A1 - Einrichtung und verfahren zum aufheizen einer bramme

Info

Publication number: EP4724215A1
Application number: EP24732615.0A
Authority: EP
Inventors: Michael Breuer
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2023-06-09
Filing date: 2024-06-10
Publication date: 2026-04-15
Also published as: CN121285433A; WO2024252030A1; DE102024205357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufheizeinrichtung (1) und ein Verfahren zum Aufheizen einer Bramme (2) aus einem Stahlwerkstoff. Dazu weist die Aufheizeinrichtung (1) zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Heizeinrichtung (11, 12, 13, ) die in einer Durchlaufrichtung R hintereinander angeordnet sind, und eine Transporteinrichtung (14) mit Transportabschnitten (14-1...14-6) auf, letztere zum Transportieren der Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung (1) in eine der Heizeinrichtungen (11, 12, 13) hinein, zwischen den Heizeinrichtungen (11, 12, 13) und von der dritten Heizeinrichtung (13) zu einer Umformeinrichtung (30). Um die Erwärmung einer Bramme auf eine für ihre Umformung notwendige Umformtemperatur energieeffizienter und flexibler zu gestalten, wird diejenige der ersten, zweiten oder dritten Heizeinrichtung (11, 12, 13) in deren Eingangstemperaturbereich die von der Temperaturbestimmungseinrichtung (4) bestimmte Ist-Temperatur der aufzuheizenden Bramme fällt, als diejenige Heizeinrichtung ausgewählt, der die aufzuheizende Bramme (2) von außerhalb der Aufheizeinrichtung (1) zuerst zugeführt werden soll.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Aufheizen einer Bramme

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Aufheizen einer Bramme aus einem Stahlwerkstoff. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Anlage mit einer derartigen Aufheizeinrichtung.

Stand der Technik

Kalte Brammen werden traditionell in unterschiedlichen Öfen auf die Walztemperatur vor dem ersten Anstich erwärmt. Der Erwärmungsprozess vor dem ersten Anstich in einem Walzgerüst benötigt ca. 80 % des gesamten Energieverbrauches zur Erzeugung eines Warmbandes. Diese Energie wird derzeit zu großen Teilen aus fossilen Energieträgern bereitgestellt.

In der WO 2020/115 781 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem unterschiedliche Brammenabmessungen in einer gemeinsamen Walzstraße zu einem Warmband umgeformt werden können. Dabei ist eine Stranggießanlage unmittelbar an die Linie der Walzstraße angeschlossen und stellt heiße Brammen aus dem Gießprozess der Walzstraße bereit. Mittels einer Weiche und zusätzlicher Öfen können andere Brammenabmessungen als kalte Brammen in die Linie eingeschleust werden.

Die EP 0 610 028 A2 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Warmbandes mit einer kontinuierlichen Gießwalzanlage, wobei heiße Brammen in einem isolierten Speicher zwischengelagert werden können. Der isolierte Speicher ist parallel zu den Vorwärmöfen der Walzstraße angeordnet und kann lateral zur Bewegungsrichtung der Brammen in der Walzstraße Brammen austauschen. Die WO 2023/052 500 A 1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Flachwalzprodukten aus dicken Stahl- oder Nichteisenmetallbrammen. In dem Verfahren werden unterschiedliche elektrische Heizeinrichtungen zur Erwärmung der Kanten und Oberflächen der Brammen verwendet. Bei dem Verfahren ist es möglich, durch eine Steuerung die Erwärmung der Brammen durch mindestens eine induktive Heizung energieoptimiert zu betreiben. Einzelnen der Heizeinrichtungen sind feste Herkunftsorte für die Brammen zugeordnet. Insbesondere offenbart die Anmeldung zumindest implizit die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .

Die besagte und bekannte feste Zuordnung von Herkunftsort der Brammen, beispielsweise Lager oder Gießanlage, zu einer konkreten Heizeinrichtung ist nachteilig, insbesondere unflexibel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Aufheizeinrichtung und ein bekanntes Verfahren zum Aufheizen von Brammen, sowie eine bekannte Anlage dahingehend weiterzubilden, dass die Erwärmung einer Bramme auf eine für eine Umformung notwendige Umformtemperatur energieeffizienter und flexibler gestaltet wird.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Aufheizeinrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Der Begriff Bramme steht repräsentativ für ein Vorprodukt aus Stahl.

Der Begriff Gießanlage schließt eine enthaltene Querteileinrichtung mit ein, die dazu dient, einen zunächst endlos gegossenen Gießstrang in einzelne Brammen zu vereinzeln, d.h. die einzelnen Brammen von dem Gießstrang abzutrennen.

Der Begriff Umformeinrichtung meint insbesondere ein Walzgerüst, eine Walzstraße und/oder eine Stauchereinrichtung. Der Begriff Umformtemperatur meint diejenige Temperatur, die die Bramme haben muss, wenn sie innerhalb der Umformeinrichtung einem ersten Umformschritt unterzogen wird. Die dritte Zieltemperatur, auf welche die Bramme innerhalb der dritten Heizeinrichtung aufgeheizt wird, ist so zu bemessen, dass diese Umformtemperatur der Bramme in der Umformeinrichtung erreicht wird; dabei sind evtl. Temperaturverluste auf dem Transportweg zwischen dem Ausgang der dritten Heizeinrichtung und der Umformeinrichtung zu berücksichtigen. Der Einfachheit halber werden diese Verluste aber in der vorliegenden Beschreibung vernachlässigt und stattdessen wird die Zieltemperatur der dritten Heizeinrichtung vereinfachend der Umformtemperatur gleichgesetzt.

Durch die beanspruchte Auswahl derjenigen Heizeinrichtung, der die aufzuheizende Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung zuerst zugeführt werden soll, wird nicht nur diese eine (Zahlwort) ausgewählte Heizeinrichtung, sondern werden zugleich auch alle nachfolgenden Heizeinrichtungen und damit eine ganze Heizabfolge bzw. Aufheizroute für die Bramme bis zum Erreichen der notwendigen Umformtemperatur individuell ausgewählt und festgelegt. So kann für jede Bramme in Abhängigkeit ihrer aktuellen Ist-Temperatur die beste Heizabfolge ausgewählt werden; insofern ist die beanspruchte Auswahl flexibel. Auch braucht nicht jede Bramme immer alle Heizeinrichtungen zu durchlaufen; das ist energieeffizient. Ein Durchlaufen einer oder mehrerer der unterschiedlichen Heizeinrichtungen kann ohne Umstellung der Ofenkurven erfolgen.

Kem der Erfindung ist die Festlegung einer energieoptimierten Abfolge unterschiedlicher Aufheizschritte, je nach Ist-Temperatur der Bramme.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei der ersten Heizeinrichtung um eine Vorwärmeinrichtung, der ein erster Eingangstemperaturbereich zugeordnet ist. Mit der ersten Heizeinrichtung werden die Brammen bis maximal auf eine erste Zieltemperatur langsam aufgeheizt. Die erste Zieltemperatur kann der Endtemperatur des ersten Eingangstemperaturbereiches entsprechen. Durch das langsame Erwärmen wird dem Entstehen von Rissen während der nachfolgenden induktiven Aufheizphase vorgebeugt. Das langsame Erwärmen ist auch vorteilhaft gegenüber einem längeren Halten der Bramme in der dritten Heizeinrichtung auf einer Temperatur nahe der Umformtemperatur, denn das ginge mit unerwünschten Gefügeveränderungen einher. Schließlich wird durch das Vorerwärmen auch der Energieverbrauch in der dritten Heizeinrichtung deutlich reduziert; was insgesamt energieeffizienter ist.

In der zweiten Heizeinrichtung, die induktiv betrieben wird und der ein zweiter Eingangstemperaturbereich zugeordnet ist, erfolgt die Erwärmung der Brammen bis auf eine zweite Zieltemperatur, die auf die dritte Heizeinrichtung abgestimmt ist. Durch die leicht regelbare und von regenerativen Energiequellen bereitstellbare elektrische Energie der Bramme kann der zweite Erwärmungsschritt gezielt an die Eingangstemperatur und die spezielle Beschaffenheit des Materials in Bezug auf magnetische Eigenschaften eingestellt werden. Weiter ist eine gezielte Steuerung der zeitlichen Erwärmungschritte unter Abwägung der Kern- und Oberflächentemperatur möglich. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der zweite Ofen aus mehreren Induktoren, die in Reihe hintereinander angeordnet sind, aufgebaut ist. So kann die Erwärmung auch bei Überschreiten der Curie-Temperatur effektiv eingesetzt werden.

In der dritten Heizeinrichtung, der ein dritter Eingangstemperaturbereich zugeordnet ist, erfolgt die Erwärmung der Brammen auf eine dritte Zieltemperatur, typischerweise die Umformtemperatur, wie sie für die Umformung der Brammen, insbesondere für ein Walzen in der Umformeinrichtung erforderlich ist. Diese Heizeinrichtung wird mit natürlichem oder künstlichem Gas, Öl, Wasserstoff o.ä. befeuert. Sollte eine Simulation oder Vorausberechnung der Temperatur der Bramme in der dritten Heizeinrichtung mit Hilfe eines Temperaturmodells oder eine Messung dieser Temperatur ergeben, dass die erforderliche Umformtemperatur noch nicht erreicht ist, so wird die Aufenthaltsdauer der Bramme in der dritten Heizeinrichtung so lange verlängert, bis die Umformtemperatur erreicht ist.

Die unterschiedlichen Heizeinrichtungen können bevorzugt dazu genutzt werden, um energieoptimiert spezifische Wärmebehandlungen bei den Brammen durchzuführen zum gezielten Erzeugen spezifischer Gefügezustände, insbesondere vor der Umformung. Speziell bei Stahlwerkstoffen können auf diese Weise insbesondere Ausscheidungen an Korngrenzen gezielt erzeugt oder unterdrückt werden.

Eine Kühleinrichtung, insbesondere eine Kühleinrichtung mit Wasser, Wasser-Luft oder Luft als Kühlmittel, kann bevorzugt für die gezielte und energieoptimierte Abkühlung einer Bramme aus einem speziellen, z.B. mikrolegierten Werkstoff verwendet werden, bevor diese Bramme dann später wieder der ersten oder der zweiten Heizeinrichtung zugeführt wird.

Eine übergeordnete Steuerung, in Form einer reinen Steuerung oder einer Regelung steuert/regelt die Abläufe in der Aufheizeinrichtung oder die erfindungsgemäße Anlage bevorzugt mittels jeweils eines Prozessmodelles oder eines Produktionsplanungsmodells zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Letzteres Modell optimiert z.B. die Produktionsabfolge von Produktionsaufträgen, insbesondere das Einschleusen der Brammen mit ihren unterschiedlichen Ist- Temperaturen, mittels eines Optimierungsalgorithmus' und/oder mittels einer selbstlernenden künstlichen Intelligenz dahingehend, dass der Energieverbrauch der Heizeinrichtungen in Bezug auf den Gesamtenergieverbrauch oder auf den brammen-bezogenen Energieverbrauch minimiert wird. Das Produktionsplanungsmodell gibt der Steuerungen für jede einzelne Bramme, z.B. eine spezifische Zeit-Temperatur-Kurve vor. Schließlich kann die Aufheizeinrichtung ein Rekuperationssystem vorsehen zum Übertragen der Abwärme der dritten Heizeinrichtung auf die erste Heizeinrichtung, d.h. von der energieintensiveren Heizeinrichtung mit der größten Abwärme auf eine weniger energieintensive Heizeinrichtung. Die zweite Heizeinrichtung benötigt aufgrund ihrer induktiven Arbeitsweise keine zusätzliche Wärmezufuhr.

Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung durch eine Anlage gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Aufheizeinrichtung genannten Vorteilen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt allerdings in der Berechnung eines Startzeitpunktes für das Zuführen der Bramme zu der ausgewählten Heizeinrichtung mit Hilfe des Prozessmodells so, dass die Bramme zu dem Umformzeitpunkt auf die Umformtemperatur aufgeheizt ist und die Umformeinrichtung erreicht hat. Diese Berechnung erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Produktplanungs-, Temperatur- und/oder Prozessmodells der Steuerung, zeitlich und/oder energetisch optimiert. Zeitlich optimiert meint, dass zwischen dem Startzeitpunkt und dem Erreichen eines Umformzeitpunktes, bei dem die Bramme mit der Umformtemperatur in die Umformeinrichtung eintritt, möglichst wenig Zeit vergeht. Energetisch optimiert meint, dass während dieser Zeit möglichst wenig Energie verbraucht wird, sowohl bezogen auf den Energieverbrauch einer einzelnen Bramme wie auch bezogen auf einen Gesamt- Energieverbrauch der Anlage. Die dritte Heizeinrichtung weist aufgrund ihrer Ausführung den Vorteil auf, dass Störungen im Walzbetrieb gepuffert werden können, so dass Verzögerungen nicht unmittelbar zum unnützen Austragen einer Bramme aus dem dritten Ofen verbunden mit unerwünschten Abkühleffekten führen. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Aufheizeinrichtung, der Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Beschreibung ist eine Figur 1 beigefügt, welche die erfindungsgemäße Anlage mit der erfindungsgenäßen Aufheizeinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.

Fig.1 zeigt die erfindungsgemäße Anlage 100, beispielsweise ein Stahlwerk. Es weist ein erstes Lager 21 , insbesondere ein Freiluftlager ohne eine (Wärme-) Isolationshaube auf, in dem die Brammen beispielsweise mit einer Ist-Temperatur in Höhe der Umgebungstemperatur oder mit einer Ist-Temperatur von beispielsweise bis zu 400°C lagern. Alternativ oder zusätzlich kann die Anlage 100 ein zweites Lager 2T aufweisen, dass mit einer (Wärme-) Isolationshaube abgedeckt ist, zum Lagern von Brammen mit einer Ist-Temperatur von beispielsweise bis zu 900°C. Bei den Lagern kann es sich auch um Brammengruben handeln. Weiterhin kann die Anlage 100 eine Gießanlage 22 aufweisen zum Erzeugen von Brammen 2 mit einer Ist-Temperatur von beispielsweise >900°C am Ausgang der Gießanlage.

Darüber hinaus umfasst die Anlage 100 eine erfindungsgemäße Aufheizeinrichtung 1 mit einer ersten, zweiten und dritten Heizeinrichtung 11 , 12, 13. Die erste und dritte Heizeinrichtung 11 sind jeweils als eine mit einem Brennstoff, insbesondere mit Erdgas, Wasserstoff und/oder Erdöl betriebene Heizeinrichtung ausgebildet. Die zweite Heizeinrichtung 12 wird induktiv, d.h. mit elektrischem Strom betrieben.

Neben den Heizeinrichtungen weist die Aufheizeinrichtung 1 und damit auch die Anlage 100 eine Transporteinrichtung 14 mit Transportabschnitten 14-1 bis 14-6, z.B. in Form von angetriebenen Rollgängen, auf, die unter anderem auch ausgebildet sind, die Brammen 2 von außerhalb der Aufheizeinrichtung 1 , d.h. von einem der Lager 21 , 21 ' oder von dem Ausgang einer

Brammenbehandlungseinrichtung 23 oder der Gießanlage 22, in letzterem Fall unter Ausnutzung der Gießhitze, an eine ausgewählte Heizeinrichtung der Aufheizeinrichtung 1 zuzuführen. Dazu werden zumindest einzelne der Transportabschnitte von der Steuerung jeweils geeignet angesteuert.

Zumindest einzelne der Transportabschnitte, insbesondere die Zwischentransportabschnitte 14-2, 14-3 zwischen jeweils zwei der

Heizeinrichtungen können eine Isolationshaube aufweisen zur Ausbildung von wärmeisolierten Bereichen 141 und / oder wärmeisolierten Speicherorten 142 für die Brammen 2.

Jede der Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 weist intern eigene Transporteinrichtungen, z.B. in Form von angetriebenen Rollgängen auf zum Einträgen, Durchleiten und Austragen der Brammen.

Eine Temperaturbestimmungseinrichtung 4 der Aufheizeinrichtung 1 und damit auch der Anlage 100 dient zum Bestimmen der aktuellen Ist-Temperatur der Bramme oder zum Voraus- oder Nachberechnen von deren Temperatur. Die Bestimmung der Temperatur kann per Messung insbesondere an den Orten in der Anlage erfolgen, die einfach zugänglich sind, z.B. dem Lager 21 , 2T oder einer Brammenbehandlungseinrichtung 23, der Gießanlage 22, an den Ein- oder Ausgängen der Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 oder der Umformeinrichtung 30 oder auf den Transportabschnitten. Eine Bestimmung der Temperatur der Bramme kann alternativ auch per Simulation mit Hilfe eines Temperaturmodells erfolgen, das der Steuerung oder der Temperaturbestimmungseinrichtung zugeordnet sein kann, typischerweise an nur schwer zugänglichen Orten, wie innerhalb der Heizeinrichtungen oder innerhalb der Umformeinrichtung. Eine übergeordnete Steuerung 3 der Aufheizeinrichtung 1 und damit auch der Anlage 100 ist ausgebildet zum Steuern oder Regeln der Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 und der Transporteinrichtung 14 für die Brammen 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise auch unter Berücksichtigung der von der Temperaturbestimmungseinrichtung bestimmten Temperaturen.

Die Aufheizeinrichtung 1 und damit auch die Anlage 100 können auch ein Rekuperationssystem 6 vorgesehen, das mit der ersten und der dritten Heizeinrichtung 11 , 13 verbunden ist zum Übertragen der Abwärme der dritten Heizeinrichtung 11 auf die erste Heizeinrichtung 13, um auf diese Weise Energie und Kosten einzusparen.

Schließlich gehört zu der Anlage 100 auch eine der Aufheizeinrichtung 1 und insbesondere deren dritter Heizeinrichtung 13 nachgeschaltete Umformeinrichtung 30, insbesondere eine Walzstraße und/oder eine Stauchereinrichtung, zum Umformen der in der dritten Heizeinrichtung 13 auf die Umformtemperatur aufgeheizten Brammen 2.

Die Aufheizeinrichtung 1 dient zum Aufheizen der Bramme 2 aus einem Stahlwerkstoff. Ihre besagten drei Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 sind in einer Durchlaufrichtung R hintereinander angeordnet. Ihre Transporteinrichtung 14 mit den Transportabschnitten 14-1 ... .14-6 dient nicht nur zum Transportieren der Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung 1 zu der ausgewählten Heizeinrichtung, sondern weiterhin auch zum Transportieren der Bramme in der Durchlaufrichtung R zwischen den Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 und zum Transportieren der Bramme von der dritten Heizeinrichtung 13 zu der Umformeinrichtung 30. Dies alles, sowie auch das Zusammenspiel mit der Temperaturbestimmungseinrichtung 4 wird von der übergeordneten Steuerung 3 koordiniert, insbesondere gesteuert oder geregelt. Insbesondere werden alle Transportabschnitte 14-1 ... - 6 - soweit erforderlich - zur Durchführung der (Arbeits-) Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet angesteuert. Die erste Heizeinrichtung 11 mit einem zugeordneten ersten Eingangstemperaturbereich für die aufzuheizenden Brammen von beispielsweise bis zu 400°C ist eingerichtet und ausgelegt zum Aufheizen der Bramme auf eine erste Zieltemperatur, beispielsweise <450°C oder < 400°C.

Die zweite Heizeinrichtung 12 ist als eine induktive Heizeinrichtung mit einem zugeordneten zweiten Eingangstemperaturbereich für die aufzuheizende Bramme von beispielsweise 400°C bis 900°C und ist eingerichtet und ausgelegt zum Aufheizen der Bramme auf eine zweite Zieltemperatur von beispielsweise <950°C oder < 900°C.

Die dritte, konventionelle Heizeinrichtung 13 mit einem zugeordneten dritten Eingangstemperaturbereich für die aufzuheizende Bramme von beispielsweise > 900°C ist eingerichtet und ausgelegt zum Aufheizen der Bramme 2 auf eine dritte Zieltemperatur, typischerweise eine werkstoffspezifische Umformtemperatur Tu, beispielsweise aus einem Bereich von 1230°C bis 1250°C, insbesondere eine Walztemperatur.

Die Zieltemperaturen entsprechen vorzugsweise jeweils der Maximaltemperatur des jeweiligen Eingangstemperaturbereiches.

Die drei Eingangstemperaturbereiche grenzen vorzugsweise lückenlos aneinander. Dies hat den Vorteil, dass jede Bramme mit einer Ist-Temperatur bis zur Höhe der Temperatur, die das Ende des dritten Eingangstemperaturbereiches definiert, d.h. beispielweise die dritte Zieltemperatur, eindeutig genau einer der drei Heizeinrichtungen zugeteilt werden, welche die Bramme als erstes durchlaufen soll.

Die übergeordnete Steuerung 3 ist ausgebildet zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu gehört das Auswahlen derjenigen der ersten, zweiten oder dritten Heizeinrichtung 11 , 12, 13, in deren Eingangstemperaturbereich die von der Temperaturbestimmungseinrichtung 4 bestimmte Ist-Temperatur der aufzuheizenden Bramme fällt; siehe den gestrichelten Auswahlbereich in Fig. 1 . Genau dieser so ausgewählten Heizeinrichtung wird die aufzuheizende Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung 1 zuerst zugeführt. Dazu werden die Transportabschnitte der Transporteinrichtung entsprechend angesteuert, wie zuvor beschrieben.

So wird eine Bramme mit einer Ist-Temperatur von beispielsweise <400°C, insbesondere mit der Umgebungstemperatur als Ist-Temperatur, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst in die erste Heizeinrichtung 11 in Form einer Vorerwärmeinrichtung, eingeschleust, bevor sie nachfolgend die zweite und die dritte Heizeinrichtung 12, 13 durchläuft. D.h., bei einem Kalteinsatz werden alle Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 der Riehe nach durchlaufen. Brammen mit derart vergleichsweise niedrigen Ist-Temperaturen kommen typischerweise von dem (Brammen-) Lager oder aus der (Brammen-) grübe ohne Isolationshaube.

Eine Bramme mit einer Ist-Temperatur zwischen beispielsweise 400°C und 900°C wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst in die zweite Heizeinrichtung 12 in Form einer Induktionsheizeinrichtung eingeschleust, bevor sie nachfolgend die dritte Heizeinrichtung 13 durchläuft. Derartige Brammen sind entsprechend vorerwärmt und können beispielsweise aus dem Brammenlager oder der Brammengrube mit einer Isolationshaube kommen.

Schließlich wird eine Bramme mit einer Ist-Temperatur von beispielsweise > 900°C zuerst bzw. direkt in die dritte Heizeinrichtung 13 eingeschleust und dort weiter auf die Umformtemperatur erwärmt, die sie für eine nachfolgende Umformung in der Umformeinrichtung 30 haben muss. Brammen mit einer derart hohen Ist-Temperatur kommen typischerweise direkt aus einer Gießanlage. Dabei wird die noch vorhandene Gießhitze in der Bramme 2 optimal ausgenutzt; das spart insbesondere Energiekosten für ein späteres Wiederaufwärmen, was erforderlich wäre, wenn die Bramme 2 zwischenzeitlich abkühlen würde.

So gesehen können Brammen - unabhängig von ihrer Herkunft - mit beliebiger Ist-Temperatur gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren energieeffizient, in die Umformeinrichtung eingeschleust werden. Energieeffizient und flexibel ist dieses Vorgehen deshalb, weil nicht alle Brammen gleichbehandelt werden und nicht immer alle Heizeinrichtungen durchlaufen müssen. Dadurch, d.h. durch das erfindungsgemäße gezielte selektive erste Zuführen der Brammen zu einer jeweils individuell und gezielt ausgewählten Heizeinrichtung wird vorteilhafterweise erreicht, dass bei der ersten Heizeinrichtung z.B. ca. 80%, bei der zweiten Heizeinrichtung z.B. ca. 60% und bei der dritten Heizeinrichtung z.B. ca. 55% Energie eingespart werden kann. Das gilt im Vergleich dazu, dass immer alle Heizeinrichtungen von allen Brammen durchlaufen werden.

Für die Durchführung des beschriebenen Auswahlverfahrens wird die Ist- Temperatur der aufzuheizenden Bramme zu Beginn jeweils mit der Temperaturbestimmungseinrichtung 4 bestimmt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Startzeitpunkt, zu dem die aufzuheizende Bramme der ausgewählten Heizeinrichtung zugeführt wird, durch Ausführen der folgenden Schritte bestimmt werden:

- Festlegen eines Umformzeitpunktes t_u zu dem die Bramme 2 der Umformeinrichtung 30 zugeführt werden soll;

- Berechnen der Dauer der einzelnen Aufheizschritte mit Hilfe eines Prozessmodells 31 , welches vorzugsweise der übergeordneten Steuerung 3 zugeordnet ist, in Abhängigkeit von insbesondere der Ist-Temperatur der Bramme 2 vor ihrem Einlauf in die ausgewählte Heizeinrichtung und der Zieltemperatur am Ende jedes Aufheizschrittes; und

- Berechnen des Startzeitpunktes für das Zuführen der Bramme 2 zu der ausgewählten Heizeinrichtung 11 , 12, 13 mit Hilfe des Prozessmodells so, dass die Bramme zu dem Umformzeitpunkt tu auf die Umformtemperatur Tu aufgeheizt ist und die Umformeinrichtung 3 erreicht hat.

Dabei geht die Berechnung des Startzeitpunktes aus von dem Umformzeitpunkt t_u unter Berücksichtigung der Dauer der benötigten Aufheizschritte und der Dauer der Transportzeiten der Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung 1 in die ausgewählte Heizeinrichtung hinein. In jedem Fall wird dabei immer die Dauer der Transportzeit von der dritten Heizeinrichtung 13 hin zu der Umformeinrichtung 30 mitberücksichtigt. Falls erforderlich, d.h. falls nicht direkt in die dritte Heizeinrichtung eingeschleust wird, wird auch die Dauer der Transportzeiten zwischen einzelnen der Heizeinrichtungen 11 , 12, 13 mit berücksichtigt.

Das Prozessmodell 31 oder ein Produktionsplanungsmodell können mittels eines enthaltenen Optimierungsalgorithmus' oder mittels selbstlernender künstlicher Intelligenz den Startzeitpunkt für das Zuführen der Bramme 2 zu der ausgewählten Heizeinrichtung 11 , 12, 13 dahingehend optimieren, dass die zum Aufheizen der Bramme 2 auf die Umformtemperatur Tu benötigte Energiemenge und/oder die Bearbeitungszeit, z.B. die Anzahl der notwendigen Aufheizschritte minimiert wird.

Die dritte Heizeinrichtung 13 kann bei planmäßiger und/oder unplanmäßiger Unterbrechung eines der Aufheizschritte als zeitlicher Puffer genutzt werden, indem die darin befindliche Bramme dort so lange zwischengespeichert wird, bis die Umformeinrichtung für ihre Umformung zur Verfügung steht. Alternativ oder gleichzeitig kann die die dritte Heizeinrichtung 13 auch für einen Temperaturausgleich bei der darin befindlichen Bramme verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Aufheizeinrichtung

2 Bramme

3 (übergeordnete) Steuerung

31 Prozessmodell

4 Temperaturbestimmungseinrichtung

6 Rekuperationssystem

11 erste Heizeinrichtung

12 zweite Heizeinrichtung

13 dritte Heizeinrichtung

14 Transporteinrichtung

14-1 ... -6 erster bis sechster T ransportabschnitt

21 Lager, insbesondere Freiluftlager

21 ‘ Lager, insbesondere mit Wärme-Isolationshaube

22 Gießanlage

23 Brammenbehandlungsanlage

30 Umformeinrichtung

31 Prozessmodell

R Durchlaufrichtung

Tu Umformtemperatur tu Umformzeitpunkt

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP

Claims

Patentansprüche

1 . Aufheizeinrichtung (1 ) zum Aufheizen einer Bramme (2) aus einem Stahlwerkstoff, aufweisend zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Heizeinrichtung (11 , 12, 13), die in einer Durchlaufrichtung (R) hintereinander angeordnet sind, eine Transporteinrichtung (14) mit Transportabschnitten (14-1 ... .14-6) zum Transportieren der Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung (1 ), insbesondere von einer Gießanlage (22) oder von einem Lager (21 , 21 '), in eine der Heizeinrichtungen (11 , 12, 13) hinein, zum Transportieren der Bramme zwischen den Heizeinrichtungen (11 , 12, 13) in der Durchlaufrichtung (R) und zum Transportieren der Bramme von der dritten Heizeinrichtung (13) zu einer Umformeinrichtung (30); und eine übergeordnete Steuerung (3) zum Steuern oder Regeln der Heizeinrichtungen (11 , 12, 13) und der Transporteinrichtung (14); dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturbestimmungseinrichtung (4) vorgesehen ist zum Bestimmen der Ist-Temperatur der aufzuheizenden Bramme (2) zumindest vor dem Zuführen der Bramme (2) zu einer der Heizeinrichtungen (11 , 12, 13); die erste Heizeinrichtung (11 ) mit einem zugeordneten ersten Eingangstemperaturbereich für die aufzuheizenden Brammen eingerichtet und ausgelegt ist zum Aufheizen der Bramme auf eine erste Zieltemperatur; die zweite Heizeinrichtung (12) als eine induktive Heizeinrichtung mit einem zugeordneten zweiten Eingangstemperaturbereich für die aufzuheizende Bramme eingerichtet und ausgelegt ist zum Aufheizen der Bramme auf eine zweite Zieltemperatur; und die dritte Heizeinrichtung (13) mit einem zugeordneten dritten Eingangstemperaturbereich für die aufzuheizende Bramme eingerichtet und ausgelegt ist zum Aufheizen der Bramme (2) auf eine dritte Zieltemperatur, insbesondere eine werkstoffspezifische Umformtemperatur (Tu) für die Bramme; und die übergeordnete Steuerung (3) ausgebildet ist zum Auswahlen derjenigen der ersten, zweiten oder dritten Heizeinrichtung (11 , 12, 13), in deren Eingangstemperaturbereich die von der Temperaturbestimmungseinrichtung (4) bestimmte Ist-Temperatur der aufzuheizenden Bramme fällt, als diejenige Heizeinrichtung, der die aufzuheizende Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung (1 ) zuerst zugeführt werden soll, und zum Ansteuern der Transportabschnitte der Transporteinrichtung so, dass die aufzuheizende Bramme (2) der ausgewählten Heizeinrichtung zugeführt wird.

2. Aufheizeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizeinrichtung (11 ) als eine mit einem Brennstoff, insbesondere mit Erdgas, Wasserstoff und/oder Erdöl betriebene Heizeinrichtung ausgebildet ist.

3. Aufheizeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Heizeinrichtung (13) als eine mit einem Brennstoff, insbesondere mit Erdgas, Wasserstoff und/oder Erdöl betriebene Heizeinrichtung ausgebildet ist.

4. Aufheizeinrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest einzelne der Transportabschnitte der Transporteinrichtung (14), insbesondere die Zwischentransportabschnitte (14-2, 14-3), eine Isolationshaube aufweisen zur Ausbildung von wärmeisolierten Bereichen (141 ) und / oder wärmeisolierten Speicherorten (142) für die Bramme (2).

5. Aufheizeinrichtung (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rekuperationssystem (6) vorgesehen ist, das mit der ersten und der dritten Heizeinrichtung (11 , 13) verbunden ist zum Übertragen der Abwärme der dritten Heizeinrichtung (11 ) auf die erste Heizeinrichtung (13).

6. Anlage (100), insbesondere Stahlwerk, aufweisend: mindestens ein Lager (21 , 21 '), ohne oder mit einer (Wärme-) Isolationshaube, zum Lagern von Brammen (2), beispielsweise mit einer Ist-Temperatur in Höhe der Umgebungstemperatur oder in einem vorerwärmten Zustand, alternativ oder zusätzlich zu dem Lager: eine Gießanlage (22) zum Erzeugen von Brammen (2), insbesondere mit einer Ist-Temperatur von >900°C; eine Aufheizeinrichtung (1 ) mit drei Heizeinrichtungen (11 , 12, 13), einer Transporteinrichtung, einer Temperaturbestimmungseinrichtung und einer übergeordneten Steuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Transporteinrichtung (14) auch ausgebildet ist, die Brammen (2) von dem Lager (21 ) oder von dem Ausgang der Gießanlage (22), in letztem Fall unter Ausnutzung der Gießhitze, an die ausgewählte Heizeinrichtung der Aufheizeinrichtung (1 ) zuzuführen; wobei die übergeordnete Steuerung (3) ausgebildet ist zum Steuern oder Regeln der Aufheizeinrichtung (1 ) mit insbesondere den Heizeinrichtungen (11 , 12, 13) und der Transporteinrichtung (14) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und eine der dritten Heizeinrichtung (13) der Aufheizeinrichtung (1 ) nachgeschaltete Umformeinrichtung (30) zum Umformen der in der dritten Heizeinrichtung (13) auf die Umformtemperatur (TU) aufgeheizten Brammen.

7. Verfahren zum Aufheizen einer Bramme (2) aus einem Stahlwerkstoff mit einer Aufheizeinrichtung (1 ) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest die folgenden Arbeitsschritte ablaufen:

- Festlegen einer werkstoffspezifischen Umformtemperatur (T_u), insbesondere einer Walztemperatur für die von außerhalb der Aufheizeinrichtung bereitgestellte Bramme (2);

- Bestimmen der Ist-Temperatur der Bramme (2);

- Auswahlen derjenigen Heizeinrichtung(en) (1 ,2,3), der die aufzuheizende Bramme (2) zuerst zugeführt werden soll, als diejenige Heizeinrichtung, in deren Eingangstemperaturbereich die von der Temperaturbestimmungseinrichtung (4) bestimmte Ist-Temperatur der aufzuheizenden Bramme fällt;

- Zuführen der Bramme (2) zu der ausgewählten Heizeinrichtung (11 , 12, 13) über einen Transportabschnitt (14-1 14-6) der Transporteinrichtung und Durchlaufen dieser ausgewählten Heizeinrichtung zuerst;

- nachfolgend: Transportieren der Bramme (2) durch die ggf. in der Durchlaufrichtung (R) nachfolgenden Heizeinrichtungen, wobei die Bramme (2) in den durchlaufenen Heizeinrichtung auf deren jeweilige Zieltemperatur aufgeheizt wird, wobei das Aufheizen der Bramme (2) in jeder durchlaufenen Heizeinrichtungen einen separaten Aufheizschritt darstellt, und wobei die Bramme in der in jedem Fall durchlaufenen dritten Heizeinrichtung (13) auf die Umformtemperatur (Tu) als dritter Zieltemperatur aufgeheizt wird; und

- Nach dem Auslaufen der Bramme (2) mit der Umformtemperatur aus der dritten Heizeinrichtung: Transportieren der Bramme (2) zu der Umformeinrichtung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

- Leiten der Abwärme, vorzugsweise des Abgases, der dritten Heizeinrichtung (13) in die erste Heizeinrichtung (11 ) um dort zum Heizen der Bramme (2) verwendet zu werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch

Festlegen eines Umformzeitpunktes (t_u) zu dem die Bramme (2) der Umformeinrichtung (30) zugeführt werden soll;

Berechnen der Dauer der einzelnen Aufheizschritte mit Hilfe eines Prozessmodells (31 ), welches vorzugsweise der übergeordneten Steuerung (3) zugeordnet ist, in Abhängigkeit von insbesondere der Ist-Temperatur der Bramme (2) vor ihrem Einlauf in die ausgewählte Heizeinrichtung und der Zieltemperatur am Ende jedes Aufheizschrittes; und

Berechnen eines Startzeitpunktes für das Zuführen der Bramme (2) zu der ausgewählten Heizeinrichtung (11 , 12, 13) mit Hilfe des Prozessmodells so, dass die Bramme zu dem Umformzeitpunkt (tu) auf die Umformtemperatur (Tu) aufgeheizt ist und die Umformeinrichtung (3) erreicht hat; wobei die Berechnung des Startzeitpunktes ausgehend von dem Umformzeitpunkt (t_u) und unter Berücksichtigung der Dauer der benötigten Aufheizschritte und der Dauer der Transportzeiten der Bramme von außerhalb der Aufheizeinrichtung (1 ) in die ausgewählte Heizeinrichtung, falls erforderlich der Dauer der Transportzeiten zwischen einzelnen der Heizeinrichtungen und der Dauer der Transportzeit von der dritten Heizeinrichtung (13) hin zu der Umformeinrichtung (30) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodell (31 ) oder ein Produktionsplanungsmodell mittels eines enthaltenen Optimierungsalgorithmus' oder mittels selbstlernender künstlicher Intelligenz den Startzeitpunkt für das Zuführen der Bramme (2) zu der ausgewählten Heizeinrichtung (11 , 12, 13) bzw. dessen Berechnung dahingehend optimiert, dass die zum Aufheizen der Bramme (2) auf die Umformtemperatur (Tu) benötigte Energiemenge und/oder die Anzahl der notwendigen Aufheizschritte minimiert wird.

11. Verfahren nach einem der Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Heizeinrichtung (11 ) Brammen (2) mit einer Ist-Temperatur

< 400°C zugeführt werden; und die Brammen (2) bis maximal auf eine Temperatur von 400°C mit der ersten Heizeinrichtung (11 ) aufgeheizt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Heizeinrichtung (12), vorzugsweise eine induktive Heizeinrichtung, Brammen (2) mit einer Ist-Temperatur zwischen >400°C und 900°C zugeführt werden; und die Brammen (2) bis maximal 900°C als Ziel-Temperatur (T_z) mit der zweiten Heizeinrichtung (12) aufgeheizt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dritten Heizeinrichtung (13) Brammen (2) mit einer Ist-Temperatur >900°C zugeführt werden; und die Brammen (2) bis zur Umformtemperatur (T_u) des Werkstoffes der Bramme (2) mit der dritten Heizeinrichtung (13) aufgeheizt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeheizten Brammen (2) in einem wärmeisolierten Bereich (141 ) und / oder wärmeisolierten Speicherort (142) der Transporteinrichtung (14) nach dem Aufheizen zwischengespeichert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Heizeinrichtung (13), beispielsweise bei planmäßiger und/oder unplanmäßiger Unterbrechung eines der Aufheizschritte, als zeitlicher Puffer genutzt wird, indem die darin befindliche Bramme dort so lange zwischengespeichert wird, bis die Umformeinrichtung (30) für ihre Umformung zur Verfügung steht; und / oder dass die dritte Heizeinrichtung (13) zum Temperaturausgleich bei der darin befindlichen Bramme verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brammen (2) aus einem der Lager (21 ), einer vorgelagerten Brammenbehandlungseinrichtung und/oder der Gießanlage (22) der ausgewählten Heizeinrichtung (11 , 12, 13) zugeführt werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brammen (2) in der Umformeinrichtung (30) gewalzt und/oder gestaucht werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Brammen (2) aus speziellen Werkstoffen, wie z.B. aus mikrolegierten Stählen, mit Ist-Temperaturen von größer 900°C mit Hilfe einer Kühleinrichtung unter Verwendung von beispielsweise Wasser und/oder Luft zunächst auf eine Temperatur von unter 550°C abgekühlt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese Brammen dann nachfolgend - je nach ihrer Ist-Temperatur nach der Abkühlung, der ersten oder der zweiten Heizeinrichtung zugeführt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Temperatur der Bramme mit Hilfe der Temperaturbestimmungseinrichtung (4), per Messung oder durch Simulation mit Hilfe eines Temperaturmodells, welches der Steuerung und/oder der Temperaturbestimmungseinrichtung (4) zugeordnet sein kann, ermittelt wird.

21 .Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Temperatur der Bramme, insbesondere in einem der Lager (21 , 21 ') oder am Ausgang der Brammenbehandlungseinrichtung oder der Gießanlage (22), wie sie zur Auswahl der zuerst zu durchlaufenden Heizeinrichtung oder zur Berechnung des Start-Zeitpunktes zum Zuführen der Bramme zu der ausgewählten Heizeinrichtung erforderlich ist, mit Hilfe der Temperaturbestimmungseinrichtung gemessen wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur einer der Brammen zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere zu dem festgelegten Umformzeitpunkt (tu), oder an einem beliebigen Ort während ihres Durchlaufs durch die Aufheizeinrichtung (1 ), insbesondere innerhalb einer der Heizeinrichtungen, oder dahinter, mit Hilfe des Temperaturmodells, vorausberechnet oder nachverfolgt werden kann.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, das Prozessmodell (31 ) oder das Produktionsplanungsmodell mittels des enthaltenen Optimierungsalgorithmus' oder mittels selbstlernender künstlicher Intelligenz für zumindest eine der aufzuheizenden Brammen (2) eine spezifische Zeit-Temperatur-Kurve vorgibt.