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WO2024252030A1 - Einrichtung und verfahren zum aufheizen einer bramme - Google Patents

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Publication number
WO2024252030A1
WO2024252030A1 PCT/EP2024/065984 EP2024065984W WO2024252030A1 WO 2024252030 A1 WO2024252030 A1 WO 2024252030A1 EP 2024065984 W EP2024065984 W EP 2024065984W WO 2024252030 A1 WO2024252030 A1 WO 2024252030A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating device
slab
temperature
heating
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/065984
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Breuer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of WO2024252030A1 publication Critical patent/WO2024252030A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1206—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for plastic shaping of strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/1213—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for heating or insulating strands
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0081—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for slabs; for billets

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for heating a slab made of a steel material. Furthermore, the invention also relates to a system with such a heating device.
  • Cold slabs are traditionally heated in different furnaces to the rolling temperature before the first pass.
  • the heating process before the first pass in a rolling mill requires around 80% of the total energy consumption to produce a hot strip. This energy is currently provided largely from fossil fuels.
  • WO 2020/115 781 A1 describes a process in which different slab dimensions can be formed into a hot strip in a common rolling mill.
  • a continuous casting plant is directly connected to the rolling mill line and provides hot slabs from the rolling mill's casting process.
  • other slab dimensions can be fed into the line as cold slabs.
  • EP 0 610 028 A2 shows a method for producing a hot strip with a continuous casting and rolling mill, whereby hot slabs can be temporarily stored in an insulated storage facility.
  • the insulated storage facility is arranged parallel to the preheating furnaces of the rolling mill and can exchange slabs laterally to the direction of movement of the slabs in the rolling mill.
  • WO 2023/052 500 A 1 discloses a method for producing flat rolled products from thick steel or non-ferrous metal slabs.
  • different electrical heating devices are used to heat the edges and surfaces of the slabs.
  • the application at least implicitly discloses the features of the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the object of developing a known heating device and a known method for heating slabs, as well as a known system, in such a way that the heating of a slab to a forming temperature required for forming is made more energy efficient and flexible.
  • slab is representative of a preliminary product made of steel.
  • casting plant includes a cross-cutting device which is used to separate an initially endlessly cast cast strand into individual slabs, i.e. to separate the individual slabs from the cast strand.
  • the term forming device refers in particular to a rolling stand, a rolling mill and/or an upsetting device.
  • the term forming temperature refers to the temperature that the slab must have when it is subjected to a first forming step within the forming device.
  • the third target temperature to which the slab is heated within the third heating device must be dimensioned such that this forming temperature of the slab is reached in the forming device; any temperature losses on the transport route between the outlet of the third heating device and the forming device must be taken into account. For the sake of simplicity, however, these losses are neglected in the present description and instead the target temperature of the third heating device is equated to the forming temperature for simplicity.
  • the heating device to which the slab to be heated should first be fed from outside the heating device, not only this one (number word) selected heating device is selected, but also all subsequent heating devices and thus an entire heating sequence or heating route for the slab until the necessary forming temperature is reached are individually selected and determined. In this way, the best heating sequence can be selected for each slab depending on its current actual temperature; in this respect, the selection claimed is flexible. Also, not every slab always has to go through all the heating devices; this is energy efficient. Running through one or more of the different heating devices can take place without changing the furnace curves.
  • the core of the invention is the definition of an energy-optimized sequence of different heating steps, depending on the actual temperature of the slab.
  • the first heating device is a preheating device to which a first input temperature range is assigned.
  • the first heating device slowly heats the slabs up to a maximum of a first target temperature.
  • the The first target temperature can correspond to the final temperature of the first input temperature range.
  • the slow heating prevents the formation of cracks during the subsequent inductive heating phase.
  • the slow heating is also advantageous compared to holding the slab in the third heating device for a longer period at a temperature close to the forming temperature, as this would lead to undesirable structural changes.
  • the preheating also significantly reduces the energy consumption in the third heating device, which is more energy efficient overall.
  • the slabs are heated to a second target temperature that is matched to the third heating device.
  • the easily adjustable electrical energy of the slab which can be provided by renewable energy sources, means that the second heating step can be specifically adjusted to the input temperature and the specific properties of the material in terms of magnetic properties. It is also possible to specifically control the heating steps in terms of time, taking into account the core and surface temperatures. This is particularly advantageous if the second furnace is made up of several inductors arranged in series. This means that heating can be used effectively even if the Curie temperature is exceeded.
  • the slabs are heated to a third target temperature, typically the forming temperature required for forming the slabs, in particular for rolling in the forming device.
  • a third target temperature typically the forming temperature required for forming the slabs, in particular for rolling in the forming device.
  • This heating device is fired with natural or artificial gas, oil, hydrogen or similar. If a simulation or pre-calculation of the temperature of the slab in the third heating device using a temperature model or a measurement of this temperature shows that the required If the forming temperature has not yet been reached, the residence time of the slab in the third heating device is extended until the forming temperature is reached.
  • the different heating devices can preferably be used to carry out specific heat treatments on the slabs in an energy-optimized manner in order to specifically create specific microstructures, especially before forming.
  • specific microstructures especially before forming.
  • precipitations at grain boundaries can be specifically created or suppressed in this way.
  • a cooling device in particular a cooling device with water, water-air or air as a coolant, can preferably be used for the targeted and energy-optimized cooling of a slab made of a special, e.g. micro-alloyed material, before this slab is then later fed back to the first or second heating device.
  • a higher-level control in the form of a pure control or a regulation, controls/regulates the processes in the heating device or the system according to the invention, preferably by means of a process model or a production planning model for carrying out the method according to the invention.
  • the latter model optimizes, for example, the production sequence of production orders, in particular the feeding of the slabs with their different actual temperatures, using an optimization algorithm and/or self-learning artificial intelligence so that the energy consumption of the heating equipment is minimized in relation to the total energy consumption or the slab-related energy consumption.
  • the production planning model provides the controls for each individual slab, e.g. a specific time-temperature curve.
  • the heating device can provide a recuperation system for transferring the waste heat from the third heating device to the first heating device, ie from the more energy-intensive heating device with the greatest waste heat to a less energy-intensive heating device.
  • the second heating device does not require any additional heat supply due to its inductive mode of operation.
  • a particular advantage of the method according to the invention lies in the calculation of a start time for feeding the slab to the selected heating device with the aid of the process model so that the slab is heated to the forming temperature and has reached the forming device at the forming time.
  • This calculation is carried out, for example, with the aid of a product planning, temperature and/or process model of the control system, optimized in terms of time and/or energy.
  • Optimized in terms of time means that as little time as possible passes between the start time and reaching a forming time at which the slab enters the forming device with the forming temperature.
  • Energetically optimized means that as little energy as possible is consumed during this time, both in relation to the energy consumption of an individual slab and in relation to the overall energy consumption of the system.
  • the third heating device Due to its design, the third heating device has the advantage that disruptions in the rolling operation can be buffered so that delays do not immediately lead to the unnecessary removal of a slab from the third furnace, combined with undesirable cooling effects. Further advantageous embodiments of the heating device, the system and the method according to the invention are the subject of the dependent claims.
  • Figure 1 illustrates the system according to the invention with the heating device according to the invention and the method according to the invention.
  • Fig.1 shows the system 100 according to the invention, for example a steelworks. It has a first storage facility 21, in particular an open-air storage facility without a (heat) insulation hood, in which the slabs are stored, for example, at an actual temperature equal to the ambient temperature or at an actual temperature of, for example, up to 400°C.
  • the system 100 can have a second storage facility 2T that is covered with a (heat) insulation hood, for storing slabs with an actual temperature of, for example, up to 900°C.
  • the storage facilities can also be slab pits.
  • the system 100 can have a casting facility 22 for producing slabs 2 with an actual temperature of, for example, >900°C at the outlet of the casting facility.
  • the system 100 comprises a heating device 1 according to the invention with a first, second and third heating device 11, 12, 13.
  • the first and third heating devices 11 are each designed as a heating device operated with a fuel, in particular with natural gas, hydrogen and/or petroleum.
  • the second heating device 12 is operated inductively, i.e. with electrical current.
  • the heating device 1 and thus also the system 100 has a transport device 14 with transport sections 14-1 to 14-6, eg in the form of driven roller tables, which are also designed, among other things, to feed the slabs 2 from outside the heating device 1, ie from one of the bearings 21, 21' or from the output of a
  • a selected heating device of the heating device 1 At least some of the transport sections are suitably controlled by the control system.
  • At least some of the transport sections in particular the intermediate transport sections 14-2, 14-3 between two of the transport sections
  • Heating devices may have an insulation hood for forming thermally insulated areas 141 and/or thermally insulated storage locations 142 for the slabs 2.
  • Each of the heating devices 11, 12, 13 has its own internal transport devices, e.g. in the form of driven roller tables for feeding, passing through and discharging the slabs.
  • a temperature determination device 4 of the heating device 1 and thus also of the system 100 is used to determine the current actual temperature of the slab or to calculate its temperature in advance or retrospectively.
  • the temperature can be determined by measurement in particular at locations in the system that are easily accessible, e.g. the storage area 21, 2T or a slab treatment device 23, the casting system 22, at the inlets or outlets of the heating devices 11, 12, 13 or the forming device 30 or on the transport sections.
  • the temperature of the slab can also be determined by simulation using a temperature model that can be assigned to the control system or the temperature determination device, typically in locations that are difficult to access, such as inside the heating devices or inside the forming device.
  • a higher-level control 3 of the heating device 1 and thus also of the system 100 is designed to control or regulate the heating devices 11, 12, 13 and the transport device 14 for the slabs 2 for carrying out the method according to the invention, preferably also taking into account the temperatures determined by the temperature determination device.
  • the heating device 1 and thus also the system 100 can also be provided with a recuperation system 6 which is connected to the first and third heating devices 11, 13 for transferring the waste heat of the third heating device 11 to the first heating device 13 in order to save energy and costs in this way.
  • a recuperation system 6 which is connected to the first and third heating devices 11, 13 for transferring the waste heat of the third heating device 11 to the first heating device 13 in order to save energy and costs in this way.
  • the system 100 also includes a forming device 30 connected downstream of the heating device 1 and in particular its third heating device 13, in particular a rolling mill and/or an upsetting device, for forming the slabs 2 heated to the forming temperature in the third heating device 13.
  • a forming device 30 connected downstream of the heating device 1 and in particular its third heating device 13, in particular a rolling mill and/or an upsetting device, for forming the slabs 2 heated to the forming temperature in the third heating device 13.
  • the heating device 1 is used to heat the slab 2 made of a steel material. Its three heating devices 11, 12, 13 are arranged one behind the other in a direction of flow R. Its transport device 14 with the transport sections 14-1 ... .14-6 is used not only to transport the slab from outside the heating device 1 to the selected heating device, but also to transport the slab in the direction of flow R between the heating devices 11, 12, 13 and to transport the slab from the third heating device 13 to the forming device 30. All of this, as well as the interaction with the temperature determination device 4, is coordinated, in particular controlled or regulated, by the higher-level control system 3. In particular, all transport sections 14-1 ... - 6 - as far as necessary - are suitably controlled to carry out the (work) steps of the method according to the invention.
  • the first heating device 11 with an associated first input temperature range for the slabs to be heated of, for example, up to 400°C is set up and designed to heat the slab to a first target temperature, for example ⁇ 450°C or ⁇ 400°C.
  • the second heating device 12 is designed as an inductive heating device with an associated second input temperature range for the slab to be heated of, for example, 400°C to 900°C and is arranged and designed to heat the slab to a second target temperature of, for example, ⁇ 950°C or ⁇ 900°C.
  • the third, conventional heating device 13 with an associated third input temperature range for the slab to be heated of, for example, > 900°C is set up and designed to heat the slab 2 to a third target temperature, typically a material-specific forming temperature Tu, for example from a range of 1230°C to 1250°C, in particular a rolling temperature.
  • a third target temperature typically a material-specific forming temperature Tu, for example from a range of 1230°C to 1250°C, in particular a rolling temperature.
  • the target temperatures preferably correspond to the maximum temperature of the respective input temperature range.
  • the three input temperature ranges preferably adjoin one another without gaps. This has the advantage that each slab with an actual temperature up to the level of the temperature that defines the end of the third input temperature range, i.e. for example the third target temperature, can be clearly assigned to exactly one of the three heating devices that the slab should pass through first.
  • the higher-level control 3 is designed to carry out the method according to the invention. This includes selecting the first, second or third heating device 11, 12, 13, in whose input temperature range the actual temperature of the slab to be heated, determined by the temperature determination device 4, falls; see the dashed selection area in Fig. 1.
  • the slab to be heated is first fed from outside the heating device 1 to precisely this heating device selected in this way.
  • the transport sections of the transport device are controlled accordingly, as previously described.
  • a slab with an actual temperature of, for example, ⁇ 400°C, in particular with the ambient temperature as the actual temperature is first fed into the first heating device 11 in the form of a preheating device, before it subsequently passes through the second and third heating devices 12, 13.
  • Slabs with such comparatively low actual temperatures typically come from the (slab) storage or from the (slab) pit without an insulation hood.
  • a slab with an actual temperature between, for example, 400°C and 900°C is first fed into the second heating device 12 in the form of an induction heating device before it subsequently passes through the third heating device 13.
  • Such slabs are preheated accordingly and can, for example, come from the slab storage area or the slab pit with an insulation hood.
  • a slab with an actual temperature of, for example, > 900°C is first or directly fed into the third heating device 13 and is further heated there to the forming temperature that it must have for subsequent forming in the forming device 30.
  • Slabs with such a high actual temperature typically come directly from a casting plant.
  • the casting heat still present in the slab 2 is optimally utilized; the saves in particular energy costs for later reheating, which would be necessary if slab 2 were to cool down in the meantime.
  • slabs - regardless of their origin - can be fed into the forming device at any actual temperature in an energy-efficient manner using the method according to the invention.
  • This procedure is energy-efficient and flexible because not all slabs are treated the same and not all heating devices always have to pass through.
  • This, i.e. the targeted, selective first feeding of the slabs to an individually and specifically selected heating device according to the invention advantageously means that energy can be saved in the first heating device, for example, approx. 80%, in the second heating device, for example, approx. 60%, and in the third heating device, for example, approx. 55%. This is in comparison to the situation where all slabs always pass through all heating devices.
  • the actual temperature of the slab to be heated is determined at the beginning using the temperature determination device 4.
  • the starting time at which the slab to be heated is fed to the selected heating device can be determined by performing the following steps:
  • the calculation of the starting time is based on the forming time t u , taking into account the duration of the required heating steps and the duration of the transport times of the slab from outside the heating device 1 into the selected heating device. In any case, the duration of the transport time from the third heating device 13 to the forming device 30 is always taken into account. If necessary, ie if the material is not fed directly into the third heating device, the duration of the transport times between individual heating devices 11, 12, 13 is also taken into account.
  • the process model 31 or a production planning model can optimize the starting time for feeding the slab 2 to the selected heating device 11, 12, 13 by means of an included optimization algorithm or by means of self-learning artificial intelligence in such a way that the amount of energy required to heat the slab 2 to the forming temperature Tu and/or the processing time, e.g. the number of necessary heating steps, is minimized.
  • the third heating device 13 can be used as a time buffer in the event of a planned and/or unplanned interruption of one of the heating steps, by temporarily storing the slab therein until the forming device is available for forming it. Alternatively or simultaneously, the third heating device 13 can also be used to equalize the temperature of the slab therein.

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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 tu 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 tu 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 (Tu), 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 (tu) 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 (tu) 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 (Tz) 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 (Tu) 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.
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