Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmebehandlungsstrecke zum flexiblen Wärmebehandeln von metallischen Vorprodukten, eine Wärmebehandlungsstrecke, eingerichtet und geeignet zum Ausführen des Verfahrens, und eine Gießwalzanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer Gießwalzanlage aufweisend eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsstrecke.

Stand der Technik:

Das Einsatzmaterial in Walzwerken wird konventionell von gasbetriebenen Wedererwärmungsöfen auf Prozesstemperatur gebracht. Dabei wird in der Regel das zuvor Urgeformte Einsatzmaterial, beispielsweise kommend vom Strangguss, auf Kühlbetten abgekühlt und einem Kaltlager zugeführt. Anschließend wird das kalte Einsatzmaterial vom Lager entnommen und einem gasbetriebenem Wedererwärmungsöfen zugeführt. Diese Prozessroute wird als Kalteinsatz (Cold Charging) bezeichnet.

Eine Alternative dazu wird der sogenannte Warmeinsatz (Hot Charging) verwendet. Beim Warmeinsatz wird das urgeformte Einsatzmaterial, kommend vom Strangguss, per Rollgängen, Kran und/oder sonstigen Fördereinrichtungen dem Wedererwärmungsöfen mit nur einer geringen Abkühlung zugeführt und auf Prozesstemperatur erwärmt. Für kleinformatiges Vormaterial, sogenannte Knüppel, werden Durchlauf-Induktionsöfen zum Erhöhen der Temperatur auf die erforderliche Walztemperatur eingesetzt.

Seite 1 Dieses Erwärmungsverfahren mittels Induktionsöfen ist allerdings auf kleine quadratische, rechteckige oder runde Einsatzmaterialien beschränkt und wird teilweise in Verbindung mit einem Verbrennungsofen als hybrides Erwärmen (Hybrid Heating) eingesetzt.

Der gasbetriebene Vorwärmofen hat den Nachteil, dass er ungewünschte Emissionen verursacht, wie zum Beispiel CO, CO2, NO _X etc. Bei Einsatz von Erdgas kommt noch der Ressourcenverbrauch von fossilen Energieträgern hinzu, sowie die hohen Betriebskosten, die stark vom Gaspreis abhängen. Ein Vorwärmofen kann weiterhin nicht einfach zu- und abgeschaltet werden, sondern muss langsam hoch- und heruntergefahren werden, was zusätzlichen Gasverbrauch und Emissionen verursacht. Das regelmäßige Hoch- und Herunterfahren verursacht eine Verringerung der Lebensdauer der Ausmauerung, was wiederum ungewünschte Stillstandzeiten zur Folge hat und die Wartungskosten des Ofens erhöht.

Der Einsatz von reinen Induktionsöfen zum Aufheizen auf Walztemperatur ist auf die o.g. kleinen Formate beschränkt und ein Aufheizen von Umgebungstemperatur auf Walztemperatur ist nicht oder nur mit zu geringem Durchsatz möglich (z.B. im sogenannten Pendelbetrieb). Bei einer Störung im Walzwerk oder des Induktionsofens könnte das warme Einsatzmaterial dem Walzwerk nicht mehr zugeführt werden, so dass es abgekühlt werden muss, um dann im Stahlwerk als Schrott verarbeitet zu werden.

Der Erwärmungsprozess ist auf eine bis wenige Erwärmungsrouten eingeschränkt und nur bedingt flexibel, um auf etwaige Störungen zu reagieren.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, eine bekannte Wärmebehandlungsstrecke, eine bekannte Gießwalzanlage mit einer Wärmebehandlungsstrecke und die bekannten Verfahren zum Betrieb der beiden Vorrichtungen dahingehend weiterzubilden, dass diese flexibler betrieben werden können und gleichzeitig Emissionen und Produktionskosten gesenkt werden.

Seite 2 Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zum Betrieb einer Wärmebehandlungsstrecke mit den Merkmalen des Anspruch 1 , einer Wärmebehandlungsstrecke mit den Merkmalen des Anspruch 8, einer Gießwalzanlage aufweisend eine erfindungsgemäße Wärmeberhandlungsstrecke mit den Merkmalen des Anspruch 15 und einem Verfahren zum Betrieb einer Gießwalzanlage mit den Merkmalen des Anspruch 16 gelöst.

Eine flexible Wärmebehandlungsstrecke weist zumindest ein Beladebett zum Einschleusen von heißen oder kalten metallischen Vorprodukten in die Wärmebehandlungsstrecke; ein Entladebett zum Ausschleusen von heißen oder kalten metallischen Vorprodukten aus der Wärmebehandlungsstrecke; zumindest eine erste Erwärmungseinrichtung zum Wärmebehandeln des metallischen Vorproduktes; zumindest eine zweite Erwärmungseinrichtung zum Wärmebehandeln des metallischen Vorproduktes, insbesondere zum Erwärmen auf eine Umformtemperatur des metallischen Vorproduktes; zumindest drei Transporteinrichtungen zum Transport und / oder Zwischenspeichern des metallischen Vorproduktes und zumindest zwei Übergabepunkte zum Übergeben des metallischen Vorproduktes zwischen den Transporteinrichtungen auf, wobei die erste Transporteinrichtung das Beladebett zumindest mit der ersten Erwärmungseinrichtung und dem ersten Übergabepunkt verbindet; und die zweite Transporteinrichtung die erste Erwärmungseinrichtung und den ersten Übergabepunkt mit der zweiten Erwärmungseinrichtung und dem zweiten Übergabepunkt verbindet; und die dritte Transporteinrichtung die zweite Erwärmungseinrichtung und den zweiten Übergabepunkt mit dem Entladebett verbindet.

Bei dem Verfahren zum Betrieb einer Wärmebehandlungsstrecke zum flexiblen Wärmebehandeln von metallischen Vorprodukten können zumindest die Arbeitsschritte ausgeführt werden:

- Einschleusen von heißen oder kalten metallischen Vorprodukten in die Wärmebehandlungsstrecke;

Seite 3 - Zwischenspeichern und / oder T ransport des metallischen Vorproduktes mittels der ersten Transporteinrichtung vom Beladebett zum ersten Übergabepunkt oder der ersten Erwärmungseinrichtung;

- Wärmebehandeln des metallischen Vorproduktes in der ersten Erwärmungseinrichtung, wobei nach der Wärmebehandlung des metallischen Vorproduktes in der ersten Erwärmungseinrichtung das metallische Vorprodukt an die zweite Transporteinrichtung übergeben wird oder Übergeben des metallischen Vorproduktes von der ersten Transporteinrichtung an die zweite Transporteinrichtung;

- Zwischenspeichern und / oder T ransport des metallischen Vorproduktes mittels der zweiten Transporteinrichtung zum zweiten Übergabepunkt oder der zweiten Erwärmungseinrichtung;

- Wärmebehandeln des metallischen Vorproduktes in der zweiten Erwärmungseinrichtung, wobei nach der Wärmebehandlung des metallischen Vorproduktes in der zweiten Erwärmungseinrichtung das metallische Vorprodukt an die dritte Transporteinrichtung übergeben wird oder Übergeben des metallischen Vorproduktes von der zweiten Transporteinrichtung an die dritte Transporteinrichtung;

- Zwischenspeichern und / oder T ransport des metallischen Vorproduktes mittels der dritten Transporteinrichtung zum Entladebett;

- Ausschleusen von heißen oder kalten metallischen Vorprodukten aus der Wärmebehandlungsstrecke.

In einem ersten Betriebsmodus wird ein heißes metallisches Vorprodukt mittels der zumindest drei Transporteinrichtungen vom Beladebett zum Entladebett ohne eine Wärmebehandlung transportiert.

In einem zweiten Betriebsmodus wird ein heißes oder kaltes metallisches Vorprodukt mittels der ersten beiden Transporteinrichtungen zu der zweiten Erwärmungseinrichtung transportiert und in der zweiten Erwärmungseinrichtung erfährt das metallische Vorprodukt eine Wärmebehandlung. Mittels der dritten

Seite 4 Transporteinrichtung wird das metallische Vorprodukt von der zweiten Erwärmungseinrichtung transportiert zum Entladebett.

In einem dritten Betriebsmodus wird ein heißes oder kaltes metallisches Vorprodukt mittels der ersten Transporteinrichtung zu der ersten Erwärmungseinrichtung transportiert und in der ersten Erwärmungseinrichtung erfährt das metallische Vorprodukt eine Wärmebehandlung. Mittels der zweiten Transporteinrichtung wird das metallische Vorprodukt zu der zweiten Erwärmungseinrichtung transportiert und in der zweiten Erwärmungseinrichtung erfährt das metallische Vorprodukt eine Wärmebehandlung. Mittels der dritten Transporteinrichtung wird das metallische Vorprodukt von der zweiten Erwärmungseinrichtung zum Entladebett transportiert.

In einem vierten Betriebsmodus wird ein heißes oder kaltes metallisches Vorprodukt mittels der ersten Transporteinrichtung zu der ersten Erwärmungseinrichtung transportiert wird und in der ersten Erwärmungseinrichtung erfährt das metallische Vorprodukt eine Wärmebehandlung. Mittels der zweiten und dritten Transporteinrichtung wird das metallische Vorprodukt von der ersten Erwärmungseinrichtung zum Entladebett transportiert.

Ein heißes metallisches Vorprodukt im erfindungsgemäßen Sinne weist eine Temperatur oberhalb 200°C, vorzugsweise oberhalb 500°C, noch mehr bevorzugt oberhalb der werkstoffspezifischen Austenitisierungstemperatur, auf. Als Temperatur wird die mittlere Temperatur des metallischen Vorproduktes angesehen. Diese kann abweichend von der Oberflächentemperatur des metallischen Vorproduktes sein und ist entweder über Erfahrungswerte des Fachmannes auf Basis der Oberflächentemperatur abzuleiten oder kann durch entsprechende Prozessmodelle ermittelt werden.

Ein kaltes metallisches Vorprodukt weist eine Temperatur kleiner 200°C auf. Üblicherweise entspricht die Temperatur eines kalten metallischen Vorproduktes der Umgebungstemperatur.

Seite 5 Wärmebehandlung im erfindungsgemäßen Sinne sind alle Verfahrensschritte, die die Temperatur des metallischen Vorproduktes gezielt ändern, halten oder vergleichmäßigen. Insbesondere sind Verfahrensschritte davon umfasst die die Temperatur von Kern und Oberfläche ausgleichen oder Verfahrensschritte bei denen ein Gefüge des Vorproduktes gezielt eingestellt wird.

Eine Steuerung wählt die Betriebsmodi in Abhängigkeit von Prozessparametern, insbesondere von den Parametern Werkstoff, Stofffluss, Temperatur des metallischen Vorproduktes auf dem Beladebett, Zieltemperatur des metallischen Vorproduktes auf dem Entladebett, Energieverfügbarkeit und / oder Energiekosten, die Betriebsmodi aus. Die Steuerung optimiert durch die Auswahl eines Betriebsmodus für jedes metallische Vorprodukt zumindest den Gesamtenergieverbrauch der Wärmebehandlungsstrecke.

Die Belade und Entladeeinrichtung sind im erfindungsgemäßen Sinne als Schnittstellen eingerichtet und geeignet, um einen Materialaustausch mit vorhergehenden oder nachfolgenden Anlagen zu ermöglichen. Diese sind als Schnittstellen in der Dimensionierung frei, soweit die erfindungsgemäße Schnittstellenfunktion der Einrichtung erfüllt ist. Insbesondere bei dem Ein- bzw. Ausschleusen von einem kalten metallischen Vorprodukt könne diese mit externen Transportmitteln, beispielsweise einem Kran oder Flurföderfahrzeug Zusammenwirken.

Weitere vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 aufgeführt. Zumindest eine Transporteinrichtung ist bevorzugt zumindest teilweise als Kühlstrecke und / oder Kühlbett ausgebildet und das metallische Vorprodukt wird vorzugsweise bei dem Transport durch die Transporteinrichtung gezielt abgekühlt.

Die zweite Erwärmungseinrichtung ist vorzugsweise als Induktionsofen ausgebildet erwärmt vorzugsweise das metallische Vorprodukt induktiv.

Seite 6 Die erste Erwärmungseinrichtung ist vorzugsweise als gasbetriebener Ofen ausgebildet und das metallische Vorprodukt wird bevorzugt mittels einer exothermen Gasumsetzung erwärmt. Als Gase können beispielsweise Erdgas, Wasserstoff, Biogas, Kokerei-Gas oder Mischungen davon verwendet werden. Diese können direkt über eine Brennerflamme oder auch indirekt mittels Strahlheizrohren wirken.

Eine Erwärmungseinrichtung kombiniert vorzugsweise verschiedene Erwärmungsmethoden, mehr bevorzugt Induktion mit Verbrennung von Gas, bei der Erwärmung eines metallischen Vorproduktes.

Eine Trenneinrichtung ist bevorzugt in der Wärmebehandlungsstrecke vorhanden ist und das metallische Vorprodukt wird durch die Trenneinrichtung in kleinere Einheiten aufgeteilt.

Eine Verbindungseinrichtung ist bevorzugt in der Wärmebehandlungsstrecke vorhanden und das metallische Vorprodukt wird durch die Verbindungseinrichtung zu größeren Einheiten verbunden.

Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Wärmebehandlungsstrecke zum flexiblen Wärmebehandeln von metallischen Vorprodukten mit den Merkmalen des Anspruchs 8, die eingerichtet und geeignet ist zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen der Wärmebehandlungsstrecke sind in den abhängigen Ansprüchen 9 bis 14 aufgeführt. Zumindest eine Transporteinrichtung weist bevorzugt Mittel, vorzugsweise angetriebene Rollen, Förderketten und / oder Schieber, zum Bewegen des metallischen Vorproduktes in unterschiedliche Richtungen auf dem Transportbett, vorzugsweise längs und quer zu einer Hauptförderstrecke, aufweist. Hauptförderstrecke ist im erfindungsgemäßen Sinne die Strecke, die den geringsten Energieverlust in Kombination mit dem höchsten Durchsatz aufweist. Energieverlust ist die Energie, die benötigt wird, das Vorprodukt auf eine Prozesstemperatur aufzuheizen bzw. zu halten.

Seite 7 Eine Verbindungseinrichtung, vorzugsweise ein angetriebener Rollgang, ist vorzugsweise in der Wärmebehandlungsstrecke zum Verbinden von den verschiedenen Be- und Entladeeinrichtung, Transporteinrichtungen, Erwärmungseinrichtung und / oder Trenneinrichtungen angeordnet.

Die Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise zumindest teilweise isoliert ausgebildet.

Zumindest eine Transporteinrichtung ist bevorzugt zumindest teilweise isoliert ausgebildet.

Die Wärmebehandlungsstrecke weist bevorzugt eine Kühlstrecke und / oder ein Kühlbett zum gezielten Abkühlen eines metallischen Vorproduktes auf und die Kühlstrecke und / oder das Kühlbett ist mit den Transporteinrichtungen, Erwärmungseinrichtungen und / oder den Be- oder Entladebett verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Gießwalzanlage mit den Merkmalen des Anspruch 15 gelöst. Die Gießwalzanlage weist eine Reihe von Aggregaten zum Gießen und Walzen von einem metallischen Vorprodukt zu einem Halbzeug oder Fertigprodukt und einer Wärmebehandlungsstrecke zum flexiblen Wärmebehandeln von metallischen Vorprodukten gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 auf, wobei die Wärmebehandlungsstrecke zumindest zwischen einer Gießanlage und einem ersten Walzgerüst angeordnet ist. Weiterhin weist die Gießwalzanlage eine übergeordnete Steuerung zur Steuerung der ablaufenden Produktionsverfahrensschritte auf den Aggregaten und der Wärmebehandlungsstrecke auf.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betrieb Gießwalzanlage mit den Merkmalen des Anspruch 16 gelöst. In dem Verfahren zum Betrieb einer Gießwalzanlage gemäß Anspruch 15 überwacht die übergeordnete Steuerung der Gießwalzanlage den Materialfluss durch die Gießwalzanlage und bei einer geplanten oder ungeplanten Abweichung von dem Massenstrom durch die

Seite 8 Gießanlage zu dem Massenstrom durch die Walzstraße nutzt die übergeordnete Steuerung die Wärmebehandlungsstrecke als Zwischenspeicher für metallische Vorprodukte oder schleust metallische Vorprodukte ein oder aus. Geplante oder ungeplante Abweichungen können beispielsweise resultieren aus einer Anlagenstörung oder Werkstoff- / abmessungsbedingte Differenzen von Gießgeschwindigkeit zu Walzgeschwindigkeit.

Die übergeordnete Steuerung optimiert dabei den Materialfluss durch die Gießwalzanlage hinsichtlich der Verfügbarkeit von kalten Vorprodukten, der Emissionen der Öfen, der Kosten, dem Materialausbringen und / oder Qualität. Weiterhin optimiert die übergeordnete Steuerung zumindest die Gießgeschwindigkeit, die Kühlwassermenge und die Prozessparameter der Wärmebehandlungsstrecke in Bezug auf die Gesamtemissionen der Gießwalzanlage und den Gesamtproduktionskosten.

Der Beschreibung der Erfindung sind die folgenden zwei Figuren beigefügt:

Fig. 1 : Mögliche Verfahrensrouten der Betriebsmodi der

Wärmebehandlungsstrecke

Fig. 2: Materialfluss durch die Wärmebehandlungsstrecke

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt als Flussdiagramm die möglichen Verfahrensrouten innerhalb der Wärmebehandlungsstrecke. Als Einsatz kann ein kaltes oder ein warmes Vorprodukt der Wärmebehandlungsstrecke zugeführt werden. Ein warmes Vorprodukt entstammt in dem hier dargestellten Fall einer Stanggussanlage 2. Alternativ dazu können auch Vorprodukte aus beispielsweise einer Isolationshaube oder anderen Einrichtungen zum geregelten Abkühlen aus dem Gießprozess warm zugeführt werden.

Seite 9 Das Zuführen des Vorproduktes zu der Wärmebehandlungsstrecke erfolgt mittels des Beladebettes 3. Das Beladebett 3 kann dazu beispielsweise über Rollgänge mit dem Strangguss 2 verbunden sein. Für den Kalteinsatz aus einem Kaltlager 1 wird das Beladebett 3 beispielsweise mit einem Kran beladen. Das Beladebett 3 kann zusätzlich dazu Einrichtungen aufweisen, die es ermöglichen, Vorprodukte zu vereinzeln oder zusammenzufassen.

Das Beladebett 3 ist mit einem ersten Transportbett 6 verbunden, so dass das Vorprodukt vom Beladebett 3 zu einem ersten Übergabepunkt 18 oder dem ersten Gasofen 7 transportiert werden kann. Der erste Gasofen 7 kann das Vorprodukt gezielt Wärmebehandeln, beispielsweise das Aufheizen und Halten auf einer Temperatur, bei der das Vorprodukt ein im wesentlichen austenitisches Gefüge aufweist.

Der erste Übergabepunkt 18 verbindet das erste Transportbett 6 mit dem zweiten Transportbett 8. Dadurch kann das Vorprodukt ohne ein Durchlaufen des ersten Gasofens 7 zum zweiten Transportbett 8 gelangen. Das zweite Transportbett 8 kann ebenfalls das Vorprodukt aus dem ersten Gasofen 7 übernehmen. Das zweite Transportbett 8 ist dazu geeignet, das Vorprodukt an einen zweiten Übergabepunkt 19 zu transportieren oder an einen zweiten Ofen 9, beispielsweise einen Induktionsofen, zu übergeben. Im zweiten Ofen 9 kann in kurzer Zeit die Oberfläche des Vorproduktes auf die Zieltemperatur aufgeheizt werden.

Sowohl der zweite Übergabepunkt 19 als auch der zweiten Ofen 9 können das Vorprodukt an ein drittes Transportbett 10 übergeben. Das dritte Transportbett 10 weist eine integrierte Kühlstrecke 11 auf. Mittels der Kühlstrecke 11 kann das Vorprodukt gezielt abgekühlt werden. Die Kühlstrecke 11 ist dabei nicht zwingend bei jedem Transportvorgang durch das dritte Transportbett 10 in Betrieb.

Das dritte Transportbett 10 übergibt das Vorprodukt an ein Entladebett 12. Das Entladebett 12 kann hier auch unmittelbar als Zuführung zu einem ersten Walzgerüst 14 oder einem Zunderwäscher 13 ausgebildet sein. Weiterhin kann mittels des

Seite 10 Entladebettes 12 auch ein Vorprodukt ausgeschleust werden. Das Entladebett 12 kann darüber hinaus Mittel enthalten, die es ermöglichen, Vorprodukte zu vereinzeln oder zusammenzufassen.

Figur 2 stellt den Schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens dar. Eine Hauptförderrichtung 15 erlaubt es, dass die Vorprodukte auf dem kürzesten Weg vom Strangguss 2 zu einem Zunderwäscher 13 und dem ersten Walzgerüst 14 durchlaufen und dabei nur im zweiten Ofen 9 eine Wärmebehandlung erfahren. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Gieß-Walz- Prozess mit einem minimalen Einsatz von zusätzlicher Energie durch einen Ofen.

Zwischen dem Beladebett 3 und dem ersten Transportbett 6 ist eine Verbindungseinrichtung 4 angeordnet. Diese Verbindungseinrichtung 4 kann beispielsweise als ein isolierter Rollgang ausgebildet sein. Dadurch kann ohne größeren Temperaturverlust die Strecke zwischen dem Strangguss 2 und der Trenneinrichtung 5 überbrückt werden. Die Trenneinrichtung 5 kann den bis dahin kontinuierlichen Strang aus dem Strangguss 2 in einzelne Abschnitte auftrennen.

Parallel zu dieser Hauptförderrichtung 15 ist eine weitere Förderrichtung 16 angeordnet. Diese verbindet auf dem kürzesten Weg das Kaltlager 1 mit dem Zunderwäscher 13 und dem ersten Walzgerüst 14. Auf diesem Weg wird der erste Ofen 7 durchlaufen und eine im dritten Transportbett 10 angeordnete integrierte Kühlstrecke 11 , sofern notwendig, verwendet werden. Die Transportbetten 6, 8, 10 können, neben der Transportfunktion, jeweils eine Parallelverschiebung zwischen diesen beiden Förderrichtung 15, 16 vornehmen oder das Vorprodukt ausschleusen (17).

Seite 11 Nummer Beschreibung

1 Kaltlager

2 Strangguss

3 Beladebett

4 Verbindungseinrichtung

5 Trenneinrichtung

6 Erstes T ransportbett

7 Erster Erwärmungseinrichtung / erster Ofen

8 Zweites T ransportbett

9 Zweiter Erwärmungseinrichtung / zweiter Ofen

10 Drittes T ransportbett

11 Kühlstrecke

12 Entladebett

13 Zunderwäscher

14 Erstes Walzgerüst

15 Hauptförderrichtung

16 Parallele Förderrichtung

17 Ausschleusen zum Kaltlager

18 Erster Übergabepunkt

19 Zweiter Übergabepunkt

20 Walzwerk

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