Verfahren zum Betrieb einer Gieß-Walz-Verbundanlage und Gieß- Walz-Verbundanlage

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Gieß-Walz-Verbundanlagen und die Herstellung von flachen, metallischen Produkten aus Stahl auf einer Gieß Walz

Verbundanlage .

Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Gieß-Walz-Verbundanlage, wobei in einer

Stranggießmaschine Stahlschmelze zu einem endlosen Strang mit Brammen-Querschnitt, vorzugsweise Dünnbrammen-Querschnitt, vergossen wird, der Strang in einer Vorwalzstraße zu einem Vorstreifen vorgewalzt, der Vorstreifen in einer

Fertigwalzstraße zu einem Fertigstreifen fertiggewalzt, und der Fertigstreifen nach dem Abkühlen als Platte oder Haspel ausgefördert wird.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Gieß-Walz-Verbundanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend - eine Stranggießmaschine zum Vergießen von

Stahlschmelze zu einem endlosen Strang mit Brammen- Querschnitt, vorzugsweise Dünnbrammen-Querschnitt,

- eine Vorwalzstraße zum Vorwalzen des Strangs zu einem Vorstreifen,

- eine Fertigwalzstraße zum Fertigwalzen des

Vorstreifens zu einem Fertigstreifen,

- eine Kühlstrecke zum Abkühlen des Fertigstreifens, und

- eine Ausfördereinrichtung zum Ausfördern des

abgekühlten Fertigstreifens als Platte oder Haspel.

Stand der Technik Gieß-Walz-Verbundanlagen, wie beispielsweise eine Arvedi-ESP Anlage, eine CSP-Anlage oder eine QSP-DUE Anlage, haben sich zur Herstellung von Flachprodukten aus Stahl auf dem Markt durchgesetzt .

Durch die typischerweise relativ hohen Oberflächentemperaturen des gegossenen Strangs beim Verlassen der

Stranggießmaschine oder durch den Einsatz eines Tunnelofens nach der Stranggießmaschine verzundert der Strang innerhalb kurzer Zeit relativ stark. Obwohl der Einsatz von inerten Öfen aus der Literatur bekannt ist, sind deren hohen

Betriebskosten derzeit noch nicht wirtschaftlich. Durch das Entzundern der verzunderten Oberflächen wird zudem die

Temperatur des Strangs oder Vorstreifens stark herunter- gesetzt, wodurch ein energieintensives Aufheizen des

Vorstreifens vor dem Fertigwalzen notwendig wird. Dadurch sinkt die Energieeffizienz der Gieß-Walz-Verbundanlage ab und die Betriebskosten steigen an.

Aus der EP 916 414 ist das Aufbringen eines sogenannten

Reaktionsmittels auf einen Vorstreifen in einer Gieß-Walz- Verbundanlage bekannt. Als Beispiele für das Reaktionsmittel werden Metallpulver, Kohlenstoff aber auch Metalloxide genannt .

Aus der Veröffentlichung

M. Sartor et al . „Materialverlust durch Zunder beim Wiedererwärmen mit Beschichtungen verringern", stahl und eisen, 136, Nr. 2, 2016

ist der Einsatz einer anorganischen Verbindung auf

Siliziumbasis als Beschichtungsmaterial bekannt. Durch das Beschichten soll der zunderbedingte Materialverlust

verringert werden. Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht die

Ausbildung von Zunder zu unterbinden, sondern die Anhaftung des Zunders an den Strang bzw. die Dünnbramme zu reduzieren, sodass der Zunder entweder ohne Entzundern fertiggewalzt oder zumindest die Anzahl an Entzunderungen und/oder die

Intensität der Entzunderungen reduziert werden kann.

Insbesondere soll der Energieeinsatz beim Betrieb der

Entzunderungseinrichtungen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden können, ohne dass sich dies negativ auf die Qualität des Fertigstreifens auswirkt. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Konkret erfolgt die Lösung durch ein gattungsgemäßes

Verfahren, wobei die beiden Breitseiten des Strangs bzw. der Bramme entweder bereits in der Stranggießmaschine oder nach dem Verlassen der Stranggießmaschine mit einem

Beschichtungsmaterial beschichtet werden. Das Beschichten erfolgt aber jedenfalls noch vor einem möglichen

Zwischenerwärmen des Strangs bzw. der Bramme und vor einem Vorwalzen. Der Strang bzw. die Bramme weist bei der

Beschichtung eine Oberflächentemperatur T _Surf von 1150 °C > Ts _u rf > 900 °C auf. Durch das aufgebrachte Beschichtungs ^¬ material wird die Diffusion von Sauerstoff O ₂ in den Strang behindert oder die Reaktivität der heißen Breitseiten

verringert. Anschließend tritt der beschichtete Strang bzw. die Bramme unentzundert in die Vorwalzstraße ein. Somit ist die Erfindung sowohl für endlos betriebene Gieß-Walz- Verbundanlagen als auch für den Batch- bzw. Semi-endlos Betrieb geeignet.

Durch das Imprägnieren der heißen Breitseiten des Strangs in der Stranggießmaschine oder vorzugsweise nach dem Verlassen der Stranggießmaschine mit einem Beschichtungsmaterial wird eine innige Verbindung zwischen dem Strang und dem

Beschichtungsmaterial erreicht. Durch das Beschichtungs ^¬ material, z.B. ein pulverförmiges Borat, wird die Diffusion von Sauerstoff in den Strang behindert bzw. die Reaktivität der heißen Breitseiten verringert. Durch das direkte

Vorwalzen des beschichteten Strangs in der Vorwalzstraße, d.h. ohne das dieser vorher entzundert wird, wird die

Energieeffizienz des Gieß-Walz-Verfahrens signifikant erhöht.

Das Beschichtungsmaterial kann entweder in fester Form, z.B. als ein Pulver, in flüssiger Form, oder auch als eine

Emulsion, z.B. als ein in einem Trägerstoff (z.B. Wasser) aufgelöstes Pulver, vorliegen.

Insbesondere kann das Beschichtungsmaterial gemeinsam mit einem flüssigen oder gasförmigen Trägerstoff, insbesondere Wasser oder Luft, auf die Breitseiten aufgesprüht werden, oder das Beschichtungsmaterial aufgewalzt oder eingebürstet werden.

Eine besonders geringe Anhaftung des Zunders wird erzielt, wenn das Beschichtungsmaterial ein Borat, insbesondere ein Salz der Borsäure, besonders bevorzugt ein Natrium Salz der Borsäure, ganz besonders bevorzugt Borax mit oder ohne

Kristallwasser, wie Anhydrous borax ( a ₂ B ₄ 0 ₇ ) , Borax

pentahydrate ( a ₂ B ₄ 0 ₇ · 5H ₂ O) oder Borax decahydrate

( a ₂ B ₄ 0 ₇ · 1 OH ₂ O) , ist bzw. das Beschichtungsmaterial zumindest eine diese Verbindungen beinhaltet.

Zur Homogenisierung des Temperaturprofils im Strang bzw. zur Kompensation eines Temperaturabfalls ist es günstig, wenn der beschichtete Strang vor dem Eintritt in die Vorwalzstraße in einem Tunnelofen erwärmt wird, wodurch die Temperatur des Strangs bzw. der Bramme entweder über der Dicke homogenisiert und/oder ein Temperaturabfall kompensiert wird. Der

Tunnelofen kann bspw. auch mit einer oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre betrieben werden. Insbesondere bei dünnen Fertigbanddicken ist es vorteilhaft, wenn der Strang, der Vorstreifen und der Fertigstreifen die Stranggießmaschine, die Vorwalzstraße und die

Fertigwalzstraße ungeschnitten durchläuft. Um das Einwalzen des Zunders in der Vor- oder

Fertigwalzstraße zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn der Zunder eine hohe Duktilität aufweist. Dies wird erreicht, wenn sich der Zunder bspw. aus den Phasenanteilen 4 - 6% FeO, 30 - 40% Fe30 ₄ und 55 - 65% Fe ₂ Ü3 zusammensetzt.

Je nach Stahlqualität oder Oberflächenanforderungen kann es zweckmäßig sein, die Breitseiten des vorgewalzten

Vorstreifens vor, vorzugsweise unmittelbar vor, dem Eintritt in die Fertigstraße zu entzundern.

Zumeist wird es jedoch ausreichen, dass der Vorstreifen unentzundert in die Fertigstraße eintritt und der Fertig- streifen nach dem Verlassen der Gieß-Walz-Verbundanlage gebeizt wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Gieß- Walz-Verbundanlage nach Anspruch 15 gelöst, wobei in der Strangführung der Stranggießmaschine oder nach der

Stranggießmaschine und vor der Vorwalzstraße eine

Beschichtungsmaschine zum Beschichten der beiden Breitseiten des Strangs mit einem Beschichtungsmaterial angeordnet ist, und dass der beschichtete Strang unentzundert in die

Vorwalzstraße eintritt.

Vorzugsweise weist die Beschichtungsmaschine einen Mischer zum innigen Vermischen des festen oder flüssigen

Beschichtungsmaterials mit einem flüssigen oder gasförmigen Trägerstoff auf, wobei das Beschichtungsmaterial durch

Sprühdüsen auf die Breitseiten des Strangs aufgesprüht wird.

Alternativ dazu kann die Beschichtungsmaschine eine Walze zum Aufwalzen des Beschichtungsmaterials oder Bürsten zum

Einbürsten des Beschichtungsmaterials auf die Breitseiten des Strangs aufweisen. Um Menschen vor einem Kontakt mit dem Beschichtungsmaterial zu schützen, ist es vorteilhaft, wenn das Beschichten unter einem Unterdruck erfolgt, wobei das nicht an den Breitseiten haftende Beschichtungsmaterial durch eine Absaugeinrichtung abgesaugt wird.

Wie bereits oben angeführt, kann es zweckmäßig sein, wenn in Transportrichtung nach der Beschichtungsmaschine und vor der Vorwalzstraße ein Tunnelofen angeordnet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung nicht einschränkender

Ausführungsbeispiele. Die nachfolgenden schematisch

dargestellten Figuren zeigen:

Fig 1 eine Gieß-Walz-Verbundanlage nach dem Stand der Technik Fig 2 eine erfindungsgemäße Gieß-Walz-Verbundanlage

Fig 3 eine erste Variante mit einer erfindungsgemäßen Gieß- Walz-Verbundanlage zu Fig 2 Fig 4 eine Darstellung eines Wasserkreislaufes für eine

Beschichtungseinrichtung

Fig 5 eine Darstellung einer Beschichtungseinrichtung mit Absaugung

Fig 6 eine zweite Variante mit einer erfindungsgemäßen Gieß- Walz-Verbundanlage zu Fig 2

Beschreibung der Ausführungsformen

Die Fig 1 zeigt eine Gieß-Walz-Verbundanlage mit einer

Stranggießmaschine 1, einem Tunnelofen 4, einer Vorwalzstraße 6, einer Fertigwalzstraße 8, einer Kühlstrecke 9 sowie zumindest einer Haspelanlage 10 nach dem Stand der Technik. In der Kokille 2 der Stranggießmaschine 1 bildet sich ein teilerstarrter Strang 30 mit dem Querschnitt einer Dünnbramme 16 aus. Optional kann der endlose Strang 30 durch eine Schere 3 zu Brammen geschnitten werden. Der Strang 30 oder die

Dünnbramme 16 wird anschließend im Tunnelofen 4 erwärmt, wodurch sich das Temperaturprofil vergleichmäßigt oder

Temperaturverluste ausgeglichen werden. Vor dem Vorwalzen in der Vorwalzstraße 6 wird der Strang 30 bzw. die Dünnbramme 16 durch einen Entzunderer 5 entzundert, wodurch die Oberflächentemperatur um ca. 50 bis 100°C absinkt. Nach dem

Vorwalzen wird das sog. Vorband durch einen Induktionsofen 7 auf Walztemperatur erwärmt. Um das Einwalzen von Zunder in der Fertigwalzstraße 8 zu verhindern, wird das Vorband durch einen weiteren Entzunderer 5 entzundert, wodurch die Oberflächentemperatur wiederum um ca. 50 bis 100°C absinkt. Nach dem Fertigwalzen wird das Fertigband in der Kühlstrecke 9 auf Haspeltemperatur abgekühlt und durch eine Haspelanlage 10 aufgehaspelt. Gegebenenfalls wird das Fertigband durch eine Schere 3 auf Bundlänge geschnitten.

Durch das zweimalige Entzundern sinkt die Energieeffizienz der Gieß-Walz-Verbundanlage ab. Da das Fertigwalzen

typischerweise bei einer vorbestimmten Temperatur bzw. bei austenitischen Güten im sog. austenitischen Temperaturbereich erfolgen muss, müssen Temperaturabfälle durch den

Induktionsofen 7 kompensiert werden.

Die Fig 2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Gieß-Walz- Verbundanlage. Im Gegensatz zu Fig 1 werden die Breitseiten des Strangs 30 entweder bereits in der Stranggießmaschine 1 oder nach der Stranggießmaschine 1 durch eine Beschichtungs- maschine 11 mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet.

Dabei weist der Strang 30 mit Dünnbrammenquerschnitt oder die Dünnbramme 16 eine Oberflächentemperatur zwischen 900 und 1150 °C auf. Als Beschichtungsmaterial kann z.B. Borax mit oder ohne Kristallwasser, wie Anhydrous borax (Na ₂ B ₄ 0v) , Borax pentahydrate (Na ₂ B ₄ 0 ₇ · 5H ₂ O) oder Borax decahydrate ( a ₂ B ₄ 07 · 1 OH ₂ O) verwendet werden. Das pulvertörmige Beschichtungsmaterial wird in der Beschichtungsmaschine 11 entweder gemeinsam mit einem Trägerstoff, z.B. Wasser oder Luft, auf die Breitseiten ausgesprüht oder eingebürstet.

Durch die hohe Oberflächentemperatur haftet das

Beschichtungsmaterial an den Breitseiten an und sorgt dafür, dass die Diffusion von Sauerstoff in den Strang oder die Dünnbramme behindert bzw. die Reaktivität der heißen

Breitseiten verringert wird. Nach dem Beschichten wird der unentzunderte Strang 30 in der Vorwalzstraße 6 vorgewalzt. Im Anschluss daran wird das Vorband durch den Induktionsofen 7 auf Walztemperatur erhitzt. Je nach Qualitätsanforderungen an das Fertigband wird das erhitzte Vorband durch den

Entzunderer 5 entzundert oder nicht. Da der Entzunderer 5 optional ist, wurde er strichliert dargestellt. Nach dem

Fertigwalzen in der Fertigwalzstraße 8 wird das Fertigband so wie im Stand der Technik abgekühlt und aufgehaspelt.

Bei mittleren Anforderungen an die Oberflächenqualität des Fertigbands hat sich herausgestellt, dass auf das Entzundern vor dem Fertigwalzen oftmals verzichtet werden kann,

insbesondere dann, wenn das Fertigband nach dem Aufhaspeln gebeizt wird. Besonders in diesem Fall aber auch im Fall des einmaligen Entzundern vor dem Fertigwalzen wird die

Energieeffizienz des Gieß-Walz-Prozesses signifikant erhöht.

In Fig 3 ist eine zweite erfindungsgemäße Gieß-Walz- Verbundanlage gezeigt. Im Unterschied zu Fig 2 wird der

Strang 30 oder die Dünnbramme 16 nach dem Beschichten in einem Tunnelofen 4 erwärmt. Durch das Erwärmen wird die

Temperatur des Strangs 30 oder der Dünnbramme 16 erhöht, das Temperaturprofil vergleichmäßigt und ein Temperaturabfall kompensiert. Trotz der Beschichtung bildet sich insbesondere im Tunnelofen 4 eine Zunderschicht aus. Auf dem beschichteten Strang bzw. der beschichteten Dünnbramme bildet sich ein äußerst duktiler Primärzunder mit den Phasenanteilen 4 - 6% FeO, 30 - 40% Fe30 ₄ und 55 - 65% Fe ₂ Ü3 aus, wodurch das

Einwalzen des Primärzunders in der Vor- 6 und der Fertigwalzstraße 8 verhindert wird. Das Zwischenerwärmen, Abkühlen und Aufhaspeln erfolgt analog zu Fig 2.

Die Fig 6 zeigt schließlich eine sehr vorteilhafte

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gieß-Walz-

Verbundanlage, wobei das Walzen nicht nur völlig ohne

Entzundern stattfindet sondern auch auf die Aufteilung der Walzgerüste zwischen Vor- und Fertigwalzstraße verzichtet werden kann. Im Gegensatz zu Fig 3 läuft der beschichtete, vorzugsweise endlose, Strang 30 nach dem Vorwärmen im

Tunnelofen 4 unentzundert in die siebengerüstige Walzstraße 8a ein und wird dort zu einem Fertigband fertiggewalzt. Das Abkühlen und Aufhaspeln erfolgt analog zu Fig 2. Diese

Betriebsart ist im Endlosbetrieb dann sehr vorteilhaft, wenn die Stranggießmaschine 1 mit hohen Gießgeschwindigkeiten v _c , z.B. v _c > 6 m/min, betrieben werden kann. Im Batch oder semi- endless Betrieb wird der Strang 30 durch die Schere 3 in Dünnbrammen 16 geschnitten und anschließend ohne

Zwischenerwärmung oder Entzundern fertiggewalzt. Vorzugsweise werden die Dünnbrammen 16 auf dem Rollgang zwischen der

Schere 3 und der Walzstraße 8a beschleunigt, sodass die Zeit, denen die Dünnbramme dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist, reduziert wird. Durch das Beschichten des Strangs mit einem Beschichtungsmaterial wird die Diffusion von Sauerstoff in den Strang bzw. die Dünnbramme behindert oder die Reaktivität der heißen Breitseiten reduziert. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird nicht nur die Energieeffizienz des Gieß-Walz- Verfahrens verbessert sondern auch die Komplexität der Gieß- Walz-Verbundanlage drastisch reduziert. Beide Maßnahmen lassen eine kostengünstige Herstellung von hochqualitativem Fertigband zu.

Die Fig 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Beschichtungs- maschine 11 zum Aufspritzen eines Beschichtungsmaterials mit einem flüssigen Trägerstoff. Hierzu saugt eine Pumpe 14 aus einem Tank 19 ein Trägermaterial, hier Wasser, an. Um

Beschädigungen der Pumpe 14 zu verhindern, wird das Wasser vor dem Pumpen gefiltert. Das Beschichtungsmaterial 12, hier pulverförmiges Borax (ebenso möglich wäre eine Emulsion aus Wasser und Borax) , wird durch einen Venturi-Mischer 13 aus dem Behälter 12 angesaugt und mit dem Druckwasser vermischt und anschließend durch Sprühdüsen 17 auf die Breitseiten des Dünnbrammenstrangs 30 bzw. der Dünnbramme 16 aufgespritzt. Die überflüssige Emulsion aus Wasser und Borax wird an der tiefsten Stelle der Beschichtungsmaschine 11 über eine

Rücklaufleitung 18 wieder dem Tank 19 zugeführt. Im Gegensatz zu Fig 4 zeigt die Fig 5 einen Querschnitt durch eine Beschichtungsmaschine 11 zum Aufsprühen eines

Beschichtungsmaterials mit einem gasförmigen Trägerstoff. Hierzu saugt ein Kompressor 20 Luft an. Das

Beschichtungsmaterial 12, hier wiederum pulverförmiges Borax, wird durch einen Venturi-Mischer 13 aus dem Behälter 12 angesaugt, mit der Druckluft vermischt und anschließend durch

Sprühdüsen 17 auf die Breitseiten des Dünnbrammenstrangs bzw. der Dünnbramme 16 aufgesprüht. Um Boraxdämpfe zu verhindern, wird der Innenraum der Beschichtungsmaschine 11 durch den Ventilator 21 unter einem Unterdruck gehalten, sodass es zu keinem Kontakt zwischen dem Bedienpersonal an der Gieß-Walz-

Verbundanlage und dem Borax kommen kann.

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. Bezugs zeichenliste

1 Stranggießmaschine

2 Kokille

3 Schere

4 Tunnelofen

5 Entzunderer

6 Vorwalzstraße

7 Induktionsofen

8 Fertigwalzstraße

8a Walzstraße

9 Kühlstrecke

10 Haspelanlage

11 Beschichtungsmaschine

12 Behälter für Beschichtungsmaterial

13 Venturi-Mischer

14 Pumpe

15 Filter

16 Bramme oder Dünnbramme

17 Sprühdüsen

18 Rücklaufleitung

19 Tank

20 Kompressor

21 Ventilator

30 Strang