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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gieß-Walz-Anlage zum Gießen und Walzen eines Stranggutes.
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Zur Herstellung von dünnen metallischen Bändern werden seit geraumer Zeit sogenannte CSP-®-Anlagen verwendet, die aufgrund eines kompakten Anlagenkonzepts eine besonders wirtschaftliche und umweltfreundliche Produktion dünner metallischer Bänder mit einer hohen Produktivität und einer hervorragenden Bandqualität ermöglichen. Die Abkürzung CSP-® steht hierbei für „Compact Strip Production“. Bei einer derartigen Anlage wird das flüssige Metall, insbesondere Stahl, zu einem Strang vergossen, der zu einzelnen Brammen zerteilt wird. Die Brammen werden sodann nach einer Temperaturbehandlung in einer Walzstraße zu einem (dünnen) metallischen Band ausgewalzt. Durch die direkte Verbindung von Gießen und Walzen zeichnet sich eine CSP-®-Anlage durch einen besonders niedrigen Energieverbrauch aus, so dass - im Vergleich zu konventionellen Warmbandstraßen - bis zu 40 % Energie eingespart werden können. Darüber hinaus zeichnet sich ein auf einer CSP-®-Anlage produziertes Warmband durch eine hohe Qualität aus, es besitzt ein gleichmäßiges Gefüge sowie homogene mechanisch-physikalische Eigenschaften über die gesamte Bandlänge und -breite. Die Bandgeometrie liegt hierbei innerhalb engster Toleranzen.
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Derartige Anlagen zur Herstellung von dünnen metallischen Bändern, insbesondere Stahlbändern, aus vorab gegossenen Brammen sind dem Fachmann seit vielen Jahren hinlänglich bekannt. Gleiches gilt auch für das CSP-®-Anlagen-Konzept.
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Zum Betreiben solcher Anlage sind aus dem Stand der Technik diverse Verfahren bekannt. So beschreibt beispielsweise die
EP 3 000 539 A1 ein Verfahren, bei dem die Antriebe von einer Stranggießmaschine mit denen einer Walzstraße im Hinblick auf einen betraglich gleichen und konstanten Massenfluss übergeordnet synchronisiert werden.
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Nach wie vor ist es bei derartigen Anlagen üblich, dass die in der Stranggießmaschine zu erzeugende Gießdicke für das in der Walzstraße zu walzende Stranggut bzw. das zu erzeugende Warmwalzprodukt auf Basis von Erfahrungswerten eines Werkers der Warmbandstraße und/oder auf Basis eines Stichplanmodells der Warmbandstraße ermittelt wird. Um die gewünschte Endbankdicke sicher zu erzielen, wird häufig die kleinste Gießdicke aus dem ermittelten Gießdickenbereich gewählt, anschließend an einen Operator der Stranggießmaschine übermittelt und entsprechend erzeugt. Dieser sicherheitsorientierte Ansatz geht jedoch zu Lasten der Produktivität einer solchen Anlage.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum Betreiben einer Gieß-Walz-Anlage bereitzustellen, welches gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine höhere, vorzugsweise eine maximale, Produktivität ermöglicht.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Gieß-Walz-Anlage zum Gießen und Walzen eines Stranggutes ist vorgesehen, das die Gieß-Walz-Anlage eine Stranggießmaschine mit einem Stranggießmaschinen-Modell, sowie eine der Stranggießmaschine nachgeordnete Walzstraße mit einem Stichplanmodell umfasst, wobei die Walzstraße n Walzgerüste mit n = 1 bis N aufweist.
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In einem ersten Schritt wird zunächst eine Auswahl möglicher zu gießender Stranggutdicken (DS, kann, n bis DS, kann, N) auf Basis einer zu erzeugenden Endbanddicke (DEndband, Ziel) nach dem N-ten Walzgerüst in der Walzstraße mittels des Stichplanmodells ermittelt, wobei das Stichplanmodell die Auswahl der Werte (DS, kann, n bis DS, kann, N) sodann an das Stranggießmaschinen-Modell übermittelt.
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In diesem ersten Schritt werden somit sämtliche Stranggutdicken (DS, kann, n bis DS, kann, N) ermittelt, die innerhalb der Walzstraße grundsätzlich gewalzt werden können, um die gewünschte Endbanddicke zu erzielen. Mit anderen Worten werden hierdurch im Vorfeld sämtliche Stranggutdicken aussortiert, die in der Walzstraße nicht mehr walzbar wären, um die gewünschte Endbanddicke (DEndband, Ziel) zu erzielen.
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Auf Grundlage der an das Stranggießmaschinen-Modell übermittelten Werte (DS, kann, n bis DS, kann, N) wird sodann auf Basis eines konstanten, maximalen Massenflusses (MSchmelz, max, konst.) sowie unter Heranziehung von Stellgrößen der Stranggießmaschine eine zu gießende Stranggutdicke (DS, opt) mittels des Stranggießmaschinen-Modells ermittelt, vorzugsweise eine zu gießende Stranggutdicke (DS, opt) für die der Durchsatz durch die Stranggießmaschine maximal ist.
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Sofern die Bedingung erfüllt ist, dass der Stranggutdicken-Wert (DS, opt) im Bereich der Auswahl der Werte (DS, kann, n bis DS, kann, N) liegt, wird dieser sodann als Stranggutdicken_Sollwertvorgabe (DS, Soll) verwendet. Diese Restriktion ist erforderlich, da, aufgrund der maximal möglichen Walzkräfte und -momente in der Walzstraße, nur eine maximale Dickenreduktion möglich ist und somit eine vorgegebene Endbanddicke (DEndband, Ziel) nach dem N-ten Walzgerüst in der Walzstraße nur möglich ist, wenn die Stranggutdicken_Sollwertvorgabe (DS, Soll) kleiner als der Wert (DS, kann, N) ist. Mit anderen Worten ist jede Gießdicke größer dem Wert (DS, kann, N) verboten, selbst wenn dort die höchste Produktivität liegen sollte, da die finale Endbanddicke (DEndband, Ziel) nicht mehr erzielbar wäre. In einem solchen Fall wird vorteilhafterweise ein neuer Stranggutdicken-Wert (DS, opt) gesucht, der kleiner ist als der Wert (DS, kann, N) und bei dem die Produktivität maximal ist. Diese erfindungsgemäß ermittelte Stranggutdicken_Sollwertvorgabe (DS, Soll) ist in der Regel größer als die gemäß dem sicherheitsorientierten Ansatz verwendete kleinste Gießdicke aus dem ermittelten Gießdickenbereich der Walzstraße. Hierdurch erzielt die Gieß-Walz-Anlage eine höhere Produktivität gegenüber dem konventionellen Ansatz.
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Wie bereits erläutert, erfolgt das Ermitteln des maximalen Durchsatzes durch die Stranggießmaschine auf Basis eines konstanten, maximalen Massenflusses (MSchmelz, max, konst.) sowie unter Heranziehung von Stellgrößen der Stranggießmaschine. Der konstante, maximale Massenfluss aus dem Stahlwerk ergibt sich aus dem Pfannenvolumen sowie der Frequenz, mit der dieses kontinuierlich der Kokille der Stranggießmaschine zugeführt werden kann. Die Stellgrößen der Stranggießmaschine sind vorteilhafterweise ausgewählt aus der Reihe umfassend die Gießgeschwindigkeit, die Gießbreite, die Materialgüte und/oder Kombinationen hiervon.
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So umfassen die Stellgrößen der Stranggießmaschine zum einen eine erste maximale Gießgeschwindigkeit, die eine Funktion aus einer Erstarrungslänge, einer spezifischen Stahlgüte sowie der Gießdicke ist, die von der Stranggießmaschine gegossen werden kann. Ferner umfassen die Stellgrößen der Stranggießmaschine eine zweite maximale Gießgeschwindigkeit, die eine Funktion aus der ersten maximalen Gießgeschwindigkeit sowie der Gießbreite ist, die von der Stranggießmaschine gegossen werden kann. Auf Basis dieser beiden Funktionen sowie unter Heranziehung der Dichte für die spezifische Stahlgüte können für die sämtlichen Gießdicken Durchsätze ermittelt werden, die in einer Kurvenschar resultieren. Anhand dieser Kurvenschar kann letztendlich ein normierter Durchsatz für eine spezifische Gießdickenbreite ermittelt werden, anhand dessen der maximale durch die Stranggießmaschine mögliche Durchsatz ermittelbar ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann das Stichplanmodell der Walzstraße zur Ermittlung der Auswahl möglicher zu gießender Stranggutdicken (DS, kann, n bis DS, kann, N) weitere Zielwertvorgaben vorsehen, die ausgewählt sind aus der Reihe umfassend die Temperatur, die Stranggutbreite, die Regelstrategie der Walzstraße und/oder Kombinationen hiervon.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Gieß-Walz-Anlage eine der Walzstraße nachgeordnete Kühlstrecke mit einem Kühlstreckenmodell umfassen, wobei das Kühlstreckenmodell die sich aus der zu gießenden Stranggutdicke (DS, opt) mit Hilfe des Stichplanmodells ergebenden Prozessbedingungen, insbesondere die Endwalztemperatur und Endwalzgeschwindigkeit, im Hinblick auf eine Kühlkapazität der Kühlstrecke prüft, bevor die zu gießende Stranggutdicke (DS, opt) als Stranggutdicken-Sollwertvorgabe (DS, Soll) verwendet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante können zusätzlich mit einem Vorhersagemodell zur Vorhersage von mechanischen Eigenschaften die mechanischen Eigenschaften eines die Endbanddicke aufweisenden Flachstahlproduktes überprüft werden, bevor die zu gießende Stranggutdicke (DS, opt) als Stranggutdicken_Sollwertvorgabe (DS, Soll) verwendet wird. Hierbei wird insbesondere geprüft, ob bei der zu gießenden Stranggutdicke (DS, opt) und der entsprechenden Abnahmen in der Walzstraße die gewünschten Eigenschaften beim Endprodukt erreicht werden. Sollten diese nicht erzielbar sein, so wird auf die Optimierung der Gießdicke verzichtet.
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Figurenliste
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsvariante einer Gieß-Walz-Anlage,
- 2 eine Funktion der maximalen Gießgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Gießdicke,
- 3 eine Funktion der maximalen Gießgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Gießbreite,
- 4 eine Kurvenschar der ermittelten Durchsätze, und
- 5 einen normierten Durchsatz für eine spezifische Gießbreite.
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In 1 ist eine Ausführungsvariante einer Gieß-Walz Anlage 1 gezeigt, die vorliegend in Form einer CSP-®-Anlage ausgeführt sein kann und mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. In einer Minimalkonfiguration umfasst die Anlage 1 eine Stranggießmaschine 2, vorzugsweise eine CSP-®-Dünnbrammengießmaschine, mit der ein Stranggut 3 mit einer Dicke im Bereich von 30 - 150 mm, vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 50 bis 90 mm, sowie einer Breite im Bereich von 500 bis 2500 mm, vorzugsweise mit einer Breite von 850 bis 1950 mm, gegossen werden kann. In Bandlaufrichtung hinter der Stranggießmaschine 2 ist zunächst eine Trenneinrichtung 4 angeordnet, mit der das Stranggut 3, bevor es der Walzstraße zugeführt, in einzelne Brammen 5 getrennt wird. Die Trenneinrichtung 4 kann beispielsweise aus einer Pendelschere bestehen. Ferner umfasst die Anlage 1 einen Ofen 6, der als Tunnelofen ausgebildet sein kann, sowie eine Fertig-Walzstraße 7 mit einer spezifischen Anzahl von Walzgerüsten 8, von denen in 1 rein exemplarisch drei gezeigt sind. In einer CSP-®-Anlage kann die Fertig-Walzstraße 7 vorzugsweise 4 bis 8 Walzgerüste aufweisen. In Bandlaufrichtung hinter der Fertig-Walzstraße 7 umfasst die Anlage 1 zunächst eine Kühlstrecke 9, mit der das auf die gewünschte Endbanddicke (DEndband, Ziel) gewalzte Warmband gekühlt wird, eine Haspeleinrichtung 10, sowie eine zwischen der Kühlstrecke 9 und der Haspeleinrichtung 10 angeordnete zweite Trenneinrichtung 11.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Anlage 1 zusätzlich eine Vor-Walzstraße 12 mit vorzugsweise bis zu drei Walzgerüsten, eine Transferbarkühleinrichtung 13, einen weiteren Ofen 14, eine Heizeinrichtung 15, die vorzugsweise induktiv ausgeführt ist, und/oder eine Staucheinrichtung (nicht dargestellt) mit zumindest einem, vorzugsweise mehreren Stauchgerüsten, umfassen.
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Sämtliche Anlagenkomponenten sind, wie dies anhand der vertikalen Pfeile in 1 gezeigt ist, mit einer zentralen Steuerstelle 16 gekoppelt, über die die gesamte Prozesssteuerung erfolgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stranggießmaschine 2 ein Stranggießmaschinenmodell 17 und die Fertig-Walzstraße 17 ein Stichplanmodell 18 umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann zudem ein Kühlstreckenmodell 19 vorgesehen sein.
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Beispiel
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Beispiels sowie anhand der in den 2 bis 5 gezeigten Diagramme näher erläutert.
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Zu Beginn eines Prozesses zur Herstellung eines Warmbands mittels der in 1 gezeigten Gieß-Walz Anlage 1 werden zunächst sog. Produktinformationsdaten für das gewünschte Warmbandprodukt der Steuerstelle 16 bereitgestellt. Diese umfassen die zu erzeugende Endbanddicke (DEndband, Ziel) des herzustellenden Warmbandprodukts, beispielsweise einen Wert von 1.95 mm bei einer Bandbreite von 1350 mm.
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Sodann ermittelt das Stichplanmodell 18 eine Auswahl möglicher zu gießender Stranggutdicken (DS, kann, n bis DS, kann, N) auf Basis der zu erzeugenden Endbanddicke (DEndband, Ziel) und ggf. Endbandbreite nach dem N-ten Walzgerüst in der Walzstraße 7 mittels des Stichplanmodells 18. Die ermittelten Werte (DS, kann, n bis DS, kann, N), die beispielhaft 57 mm (DS, kann, n) bis 63 mm (DS, kann, N) betragen können, werden sodann über die Steuerstelle 16 als Auswahl an das Stranggießmaschinen-Modell 17 übermittelt. Alternativ können die ermittelten Werte (DS, kann, n bis DS, kann, N) auch über ein direktes Telegramm übermittelt werden.
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Anschließend ermittelt das Stranggießmaschinen-Modell 17 auf Basis eines konstanten, maximalen Massenflusses (MSchmelz, max, konst.) sowie unter Heranziehung von Stellgrößen der Stranggießmaschine 2 die optimale zu gießende Stranggutdicke (DS, opt), also die Stranggutdicke (DS, opt), bei der der Durchsatz durch die Stranggießmaschine 2 maximal ist. Der konstante, maximale Massenfluss aus dem Stahlwerk (nicht dargestellt) ergibt sich aus dem Pfannenvolumen, welches beispielsweise zwischen 120 und 160 t betragen kann, sowie der Frequenz, mit der dieses kontinuierlich der Kokille der Stranggießmaschine 2 zugeführt werden kann. Der konstante, maximale Massenfluss (MSchmelz, max, konst.) kann beispielhaft einen Wert von 4 t/min aufweisen.
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Die Stellgrößen der Stranggießmaschine 2 umfassen zum einen eine erste maximale Gießgeschwindigkeit 20 (2), die eine Funktion aus einer Erstarrungslänge, einer spezifischen Stahlgüte, vorliegend ein kohlenstoffarmer Stahl, sowie der Gießdicke ist, die von der Stranggießmaschine 2 gegossen werden kann. Ferner umfassen die Stellgrößen der Stranggießmaschine 2 eine zweite maximale Gießgeschwindigkeit 21 (3), die eine Funktion aus der ersten maximalen Gießgeschwindigkeit 20 sowie der Gießbreite ist, die von der Stranggießmaschine 2 gegossen werden kann. Die 3 zeigt beispielhaft eine maximale Gießgeschwindigkeit für eine Gießdicke von 67 mm. Auf Basis dieser beiden Funktionen sowie unter Heranziehung der Dichte für die spezifische Stahlgüte können für sämtliche Gießdicken, wie im Diagramm der 3 gezeigt, Durchsätze ermittelt werden, die in einer Kurvenschar (4) resultieren. 3 zeigt beispielhaft den Durchsatz 22 für die Gießdicke von 67 mm. In 4 sind die Durchsätze 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 für die unterschiedlichen Gießdicken 55 mm, 60 mm, 67 mm, 70 mm, 75 mm, 80 mm sowie 85 mm gezeigt. Anhand dieser Kurvenschar kann letztendlich ein normierter Durchsatz, also ein Durchsatz bezogen auf den maximalen Massenfluss (MSchmelz, max, konst.) von beispielhaft 4 t/min, für eine spezifische Gießbreite ermittelt werden, anhand dessen der maximale durch die Stranggießmaschine 2 mögliche Durchsatz ermittelbar ist (5). So zeigt sich beispielsweise für eine Gießbreite von 1350 mm (5), dass der Durchsatz durch die Stranggießmaschine 2 bei einer Gießdicke (DS, opt) von 60 mm maximal ist.
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Sofern die Bedingung erfüllt ist, dass der Stranggutdicken-Wert (DS, opt), also beispielhaft der Wert 60 mm, im Bereich der Auswahl der Werte (DS, kann, n bis DS, kann, N) liegt, beispielhaft in dem Bereich 57 mm (DS, kann, n) bis 63 mm (DS, kann, N), wird dieser sodann als Stranggutdicken_Sollwertvorgabe (DS, Soll) verwendet.
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Wie sich an dem vorliegenden Beispiel zeigt, würde gemäß dem konventionellen, sicherheitsorientierten Ansatz die kleinste Gießdicke, also der Wert 57 mm als Stranggutdicken-Sollwertvorgabe (DS, Soll) verwendet werden. Durch den erfindungsgemäßen Ansatz zeigt sich, dass der Durchsatz durch die Stranggießmaschine 2 bei einer Gießdicke (DS, opt) von 60 mm maximal ist. Hierdurch ergibt sich für den Anlagenbetreiber eine höhere Produktivität von bis 5% gegenüber dem konventionellen Ansatz.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gieß-Walz Anlage
- 2
- Stranggießmaschine
- 3
- Stranggut
- 4
- erste Trenneinrichtung
- 5
- Brammen
- 6
- Ofen / Tunnelofen
- 7
- Fertig-Walzstraße
- 8
- Walzgerüst
- 9
- Kühlstrecke
- 10
- Haspeleinrichtung
- 11
- zweite Trenneinrichtung
- 12
- Vor-Walzstraße
- 13
- Transferbarkühleinrichtung
- 14
- Ofen
- 15
- Heizeinrichtung
- 16
- Steuerstelle
- 17
- Stranggießmaschinen-Modell
- 18
- Stichplanmodell
- 19
- Kühlstreckenmodell
- 20
- erste maximale Gießgeschwindigkeit
- 21
- zweite maximale Gießgeschwindigkeit
- 22
- Durchsatz für 67 mm
- 23
- Durchsatz für 55 mm
- 24
- Durchsatz für 60 mm
- 25
- Durchsatz für 70 mm
- 26
- Durchsatz für 75 mm
- 27
- Durchsatz für 80 mm
- 28
- Durchsatz für 85 mm
- 29
- normierter Durchsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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