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Dokumentenidentifikation DE69736208T2 16.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001179375
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von heizgewalztem Stahlband
Anmelder JFE Steel Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Hino, Intellectual Property Dept., Yoshimichi, Kawasaki-ku, Kawasaki 210, JP;
Minote, Intellectual Property Dept., Toru, Kawasaki-ku, Kawasaki 210, JP;
Masuda, Intellectual Property Dept., Sadakazu, Kawasaki-ku, Kawasaki 210, JP;
Yamamoto, Intellectual Property Dept., Masaaki, Kawasaki-ku, Kawasaki 210, JP;
Eda, Intellectual Property Dept., Hisatomo, Kawasaki-ku, Kawasaki 210, JP;
Terauchi, Intellectual Property Dept., Takumasa, Kawasaki-ku, Kawasaki 210, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69736208
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.10.1997
EP-Aktenzeichen 011265170
EP-Offenlegungsdatum 13.02.2002
EP date of grant 21.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse B21B 45/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B21B 1/26(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B21B 45/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B21B 37/74(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erzeugen von warmgewalztem Stahlblech.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Bei einem Prozess des Warmwalzens von Blech so wie einem Prozess zum Warmwalzen eines Stahlblechs sollte das gewalzte Blech bei einer Temperatur gewalzt werden, die so niedrig wie möglich, jedoch oberhalb eines erforderlichen Niveaus, ist. Generell wird dann, wenn die Temperatur höher ist, mehr Energie pro Zeiteinheit verloren gehen und die Temperatur sinkt schneller ab. Dementsprechend sollte im Hinblick auf eine effiziente Verwendung der thermischen Energie das Warmwalzen vorzugsweise bei einer Temperatur ausgeführt werden, die so niedrig wie möglich ist, jedoch immer noch in der Lage ist, die Produktqualität sicherzustellen.

Wie oben beschrieben kann ein Absenken der Temperatur des gewalzten Blechs während des Walzprozesses ein Grund für einige Probleme darstellen. Bei einem Walzprozess inklusive der Hauptschritte des Vorwalzens und Fertigwalzens sollte das gewalzte Blech nach dem Fertigwalzschritt bei einer Temperatur liegen, die höher als ein vorab bestimmtes Niveau liegt. Darüber hinaus sollte die Temperatur, da der Deformationswiderstand so beschränkt sein sollte, dass er nicht Beschränkungen in Bezug auf das Betriebsverhalten des Fertigwalzwerks übersteigt, so gesteuert werden, dass sie nicht niedriger als ein vorab bestimmtes Niveau liegt, bevor das Blech in das Fertigwalzewerk geschickt wird. Bisher wurde aufgrund solcher Erfordernisse eine Anfangstemperatur unter Berücksichtigung jedes Absinkens der Temperatur während des Vorwalzschritts bestimmt.

In den Verfahren, die in den ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen mit den Nummern 59-92114 und 62-214804 offenbart sind, werden die Kantenabschnitte der Bleche, die besonders schnell erkalten, durch transversalartige Induktionserhitzung wiedererhitzt.

Vordere und rückwärtige Endabschnitte der Bleche werden ebenso schnell abkühlen und die japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen mit den Nummern 1-321009 und 4-33715 offenbaren Verfahren, bei denen die vorderen und rückwärtigen Endabschnitte eines Blechs über die gesamte Breite unter Verwendung einer Kantenaufheizvorrichtung erhitzt werden, die in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen mit den Nummern 59-92114 und 62-214804 offenbart wurden, während die Vorrichtung in einer Blech-Breitenrichtung bewegt wird, wenn die vorderen und rückwärtigen Endabschnitte über sie verlaufen.

Als ein Verfahren, bei dem das Erhitzen über die gesamte Blechbreite erfolgt, offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nummer 51-122649 ein Verfahren, bei dem ein Transversaltyp-Induktionserhitzer dazu angeordnet ist, ein Stahlblech vor einem nachfolgenden Prozess so nahe wie möglich an einer Vorrichtung für den nachfolgenden Prozess zu erhitzen.

Obwohl jedoch die Anfangstemperatur in einigem Maße abgesenkt werden kann, wurde bisher eine drastische Lösung durch die oben beschriebenen Verfahren, die in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen mit den Nummern 59-92114, 62-214804, 1-321009 und 4-33715 offenbart wurden und die den in den Kantenabschnitten der Bleche oder an den vorderen und rückwärtigen Enden hiervon stark auftretenden Temperaturverlust kompensieren, um die Anfangstemperatur vor dem Walzen niedrig einzustellen, nicht erreicht.

Unter solchen Umständen wurde ein Verfahren in Betracht gezogen, bei dem ein Erhitzer in einer Zwischenstufe angeordnet ist, die Anfangstemperatur aggressiv abgesenkt wird, um einen thermischen Energieverlust in einer frühen Stufe des Walzens zu reduzieren und bei dem das Walzen ausgeführt wird, während es von einem Wiedererwärmen begleitet wird, das an einer geeigneten Position durchgeführt wird.

Die Induktionserhitzung kann als leicht praktikable Technik für das Zwischenerhitzen angesehen werden. Das transversalartige Induktionserhitzen, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 51-122649 beschrieben wurde, weist jedoch einige Probleme so wie eine komplizierte Vorrichtung aufgrund der Notwendigkeit auf, ein Mittel zum Steuern eines Spulenspalts zur Verfügung zu stellen, sowie das exzessive Erhitzen von Kantenabschnitten der Bleche.

Wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr. 51-122649 beschrieben, wird die Wiedererwärmungs-Vorrichtung üblicherweise so nahe wie möglich an die Vorrichtung für den nachfolgenden Schritt angeordnet. Gemäß einer solchen Anordnung wird jedoch, da eine Oberflächentemperatur des Blechs hoch ist, die durch die Induktionserhitzung zugefügte thermische Energie leicht in einem Fall verloren gehen, bei dem der nachfolgende Schritt so wie das Entzundern oder Walzen ein Grund für die Abkühlung der Blechoberflächen sein kann.

Bei einem Prozess zur Erzeugung eines warmgewalzten Stahlblechs werden, da das Blech in einem hohen Temperaturbereich von 800 bis 1300°C erhitzt und gewalzt wird, Oxidzunder auf den Oberflächen des Blechs erzeugt. Wenn derartige Zunder auf den Oberflächen verbleiben, werden die Zunder während des Walzens so gepresst, dass sie in den Oberflächenabschnitt des Blechs eingebaut werden, und das daraus resultierende warmgewalzte Stahlblech weist Zunderfehler auf.

Wie generell bekannt ist, werden die Zunderfehler in zwei unten beschriebene Typen klassifiziert.

(1) Einschluss-Defekte

Einschluss-Defekte werden wie folgt erzeugt:

Zunder, die nicht vollständig in einem Entzunderungsprozess vor einem Fertigwalzwerk entfernt wurden, werden in den Oberflächenabschnitt des Blechs während des Fertigwalzprozesses eingedrückt.

(2) Partikelförmige Defekte

Partikelförmige Defekte werden wie folgt erzeugt:

Nebendefekte, die nach dem Entzunderungsprozess und vor dem Fertigwalzwerk erzeugt wurden, werden in den Oberflächenabschnitt des Blechs während des Fertigwalzprozesses eingedrückt.

Um die Erzeugung von Einschluss-Defekten zu verhindern, sollte die Oberflächentemperatur eines Blechs vor dem Entzundern auf einen hohen Wert eingestellt werden. Je höher die Oberflächentemperatur des Blechs beträgt, desto größer wird die Menge an erzeugten Zundern und desto größer wird die interne Spannung der Zunder, da die Temperaturdifferenz zwischen vor und nach dem Entzunderungsprozess groß wird, und eine thermische Spannung, die an den Grenzflächen zwischen den Zundern und dem Blech erzeugt wird, wird ebenso groß.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer 6-269840 offenbart ein Verfahren, bei dem die Oberflächen eines Blechs unter Verwendung von Gasbrennern an einer Position direkt vor einer Entzunderungsvorrichtung erhitzt werden.

Auf der anderen Seite sollte zur Verhinderung der Erzeugung von partikelförmigen Defekten die Oberflächentemperatur des Blechs nach dem Entzundern beschränkt werden, um die Erzeugung von Sekundär-Zundern zu unterbinden.

Die Oberflächentemperatur des Blechs vor dem Entzundern sollte vorzugsweise so hoch wie möglich sein, um die Erzeugung von Einschluss-Defekten zu verhindern, während sie vorzugsweise so niedrig wie möglich sein sollte, um die Erzeugung von partikelförmigen Defekten zu verhindern. Dementsprechend gibt es einen optimalen Temperaturbereich, in dem keiner dieser Arten von Zundern erzeugt wird, und die Temperatur des Blechs vor dem Entzundern sollte so gesteuert werden, dass sie in den optimalen Bereich fällt, in dem keine dieser Arten von Zundern erzeugt werden.

In einem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nummer 6-269840 offenbarten Verfahren ist die Temperatursteuerung im Wesentlichen unmöglich, da die Oberflächen eines Blechs unter Verwendung von Gasbrennern erhitzt werden. Da eine Temperatur des Blechs in einigen Fällen zu niedrig sein kann, während sie in anderen Fällen zu hoch sein kann, ist es schwierig, die Erzeugung beider Arten von Zundern zu verhindern.

Darüber hinaus ist die Verwendung von Gasbrennern ebenso mit Problemen so wie den im Folgenden beschriebenen verbunden.

  • (1) Die Produktivität ist abgesenkt, da eine Zeitdauer für die Vorbereitung einer solchen Vorerhitzung zur Zündung und Löschung der Gasbrenner erforderlich ist.
  • (2) Die Arbeitsumgebung verschlechtert sich deutlich aufgrund der Erzeugung von Verbrennungsgasen.

Die US 3,587,268 beschreibt eine Warmband-Walzstraße, die ein Vorwalzwerk, zumindest einen Induktionserhitzer, eine Entzunderungsvorrichtung sowie eine Fertigwalzstraße umfasst, wobei zumindest ein Induktionserhitzer und die Entzunderungsvorrichtung zwischen der Vorwalzstraße und der Fertigwalzstraße angeordnet sind. Durch die Verwendung der Vorrichtung gemäß der US 3,587,268 ist jedoch die thermische Energie, die für den Warmwalz-Prozess erforderlich ist, vergleichsweise hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

In der Zielsetzung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Warmwalz-Vorrichtung zur Erzeugung von warmgewalztem Stahlblech zur Verfügung zu stellen, in denen die für das Walzen erforderliche thermische Energie insgesamt ohne Schädigung der Qualität des warmgewalzten Stahlblechs reduziert werden kann und die die Produktion von warmgewalzten Stahlblech mit exzellenten Oberflächeneigenschaften ohne Zunder-Defekte ermöglichen.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Warmwalz-Vorrichtung zum Erzeugen eines warmgewalzten Stahlblechs zur Verfügung. Die Vorrichtung umfasst:

  • – ein Vorwalz-Walzwerk, das zum Vorwalzen einer Bramme, die eine vorab bestimmte Temperatur aufweist, zu einem Vorblech angeordnet ist;
  • – zumindest ein Induktions-Heizelement, das zur Wiedererwärmung des Vorblechs über eine gesamte Breite des Vorblechs angeordnet ist;
  • – eine Entzunderungsvorrichtung, die zum Entzundern von Oxidzunder auf den Oberflächen des wiedererwärmten Vorblechs angeordnet ist; sowie
  • – ein Fertigwalz-Walzwerk, das zum Fertigwalzen des Vorblechs angeordnet ist,
wobei das zumindest eine Induktions-Heizelement sowie die Entzunderungsvorrichtung zwischen dem Vorwalz-Walzwerk und dem Fertigwalz-Walzwerk in der Reihenfolge aus Vorwalz-Walzwerk, dem zumindest einen Magnettyp-Induktionsheizelement, der Entzunderungsvorrichtung dem Fertigwalz-Walzwerk angeordnet ist, und wobei die Vorrichtung des Weiteren Mittel zum Steuern einer Oberflächentemperatur des Vorblechs an einer Einlochseite der Entzunderungsvorrichtung innerhalb eines Bereichs von etwa 1000°C bis 1020°C umfasst.

Gemäß dem oben angegebenen Verfahren und der oben angegebenen Vorrichtung kann die für das Walzen erforderliche thermische Energie insgesamt ohne Beschädigung der Qualität der warmgewalzten Stahlbleche reduziert werden.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren und der oben beschriebenen Vorrichtung können warmgewalzte Stahlbleche mit exzellenten Oberflächeneigenschaften ohne Zunder-Defekte erzeugt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt ein schematisches Layout einer Warmwalz-Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt die Beziehung zwischen einer Thermodiffusions-Zeitdauer und einer Vorblech-Oberflächentemperatur direkt vor dem Entzundern oder direkt nach dem Fertigwalzen.

3 zeigt die Beziehung zwischen der Thermodiffusions-Zeitdauer und einer Differenz zwischen der Vorblech-Oberflächentemperatur und der in Dickenrichtung gemessenen zentralen Temperatur.

4 zeigt die Temperaturverteilungen in der Blechbreitenrichtung nach dem Fertigwalzen mit und ohne Kantenerhitzung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

5 zeigt die Beziehung zwischen einer Frequenz eines Magnettyp-Induktionserhitzers und der Vorblech-Oberflächentemperatur nach dem Fertigwalzen in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

6 zeigt die Beziehung zwischen einer Zeitdauer von einem Abschluss des Richtens bis zu einem Wiedererwärmen der Vorblech-Oberflächentemperatur nach dem Wiedererwärmen.

7 zeigt ein schematisches Layout einer Warmwalz-Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

8 zeigt ein schematisches Layout einer Warmwalz-Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

9 zeigt die Temperaturverteilung in der Dickenrichtung des Vorblechs vor und nach dem Entzundern in einem Fall ohne Induktionserwärmung.

10 zeigt die Temperaturverteilung in der Dickenrichtung des Vorblechs vor und nach dem Entzundern in einem Fall, bei dem das Vorblech durch einen Magnettyp-Induktionserhitzers erhitzt wurde, in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

11 zeigt die Temperaturverteilung in der Dickenrichtung von Vorblechen vor und nach dem Induktionserhitzens mit einem Magnettyp-Induktionserhitzer und mit einem Transversaltyp-Induktionserhitzer.

12 zeigt die Temperaturverteilung in Dickenrichtung von Vorblechen direkt nach dem Entzundern anschließend an das Induktionserhitzen mit einem Magnettyp-Induktionserhitzer und dem Transversaltyp-Induktionserhitzer.

Detaillierte Beschreibung Beschreibung der ersten Ausführungsform

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Nachforschungen in Bezug auf ein Verfahren und eine Warmwalz-Vorrichtung zur Erzeugung von warmgewalztem Stahlblech durch, in denen eine Anfangstemperatur vor dem Walzen bei einem niedrigen Wert eingestellt werden kann, eine Wiedererwärmungs-Vorrichtung in der Mitte der Warmwalz-Vorrichtung angeordnet ist und die für das Walzen erforderliche thermische Energie insgesamt ohne Beschädigung der Qualität des warmgewalzten Stahlblechs reduziert werden kann. Infolgedessen haben sie herausgefunden, dass die folgenden Techniken für die Reduktion der für das Walzen erforderlichen thermischen Energie insgesamt ohne Schädigung der Qualität des warmgewalzten Stahlblechs effektiv sind:

Verwenden zumindest eines Magnettyps-Induktionserhitzers als Wiedererwärmungs-Vorrichtung, der in der Mitte der Warmwalz-Vorrichtung angeordnet ist; und Anordnen und Betreiben des Erhitzers in einer Weise, durch die eine Thermodiffusions-Zeitdauer eingestellt und derart gesteuert werden kann, dass die auf ein Vorblech aufgebrachte Wärme ausreichend in Dickenrichtung des Vorblechs verteilt wird und nicht direkt von den Oberflächen in einem nachfolgenden Schritt verloren geht, und dergestalt, dass eine Oberflächentemperatur des Vorblechs niedriger als eine Temperatur in der in Dickenrichtung gesehenen Mitte des Vorblechs liegt.

Darüber hinaus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die nachfolgenden Erkenntnisse erzielt:

Die oben beschriebene Thermodiffusions-Zeitdauer kann gemäß einer Vergleichsgleichung basierend auf Eigenschaften und der Dicke eines Vorblechs bestimmt werden;

das Absinken der Temperatur in Kantenabschnitten kann durch Erhitzen der Seitenkantenabschnitte des Vorblechs unter Verwendung eines Kantenerhitzers kompensiert werden, der in der Warmwalz-Vorrichtung angeordnet ist, und eine gleichmäßige Qualität über das Vorblech hinweg kann hierdurch erreicht werden;

eine Defekt-Erzeugung aufgrund eines exzessiven Anstiegs der Oberflächentemperatur durch Erhitzung kann durch Anordnen einer Richtvorrichtung vor dem Magnettyp-Induktionserhitzer verhindert werden; und

wenn die Position des Erhitzers auf einen Bereich beschränkt ist, der vor dem Fertigwalz-Walzwerk liegt, kann eine hohe Erhitzungseffizienz durch Einstellen einer Erregungsfrequenz des Erhitzers innerhalb eines speziellen Bereichs in Bezug auf einen speziellen Bereich der Dicke des Vorblechs erzielt werden.

Basierend auf den oben genannten Erkenntnissen entwickelten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Warmwalz-Vorrichtung zum Erzeugen eines warmgewalzten Stahlblechs, bei dem die für das Walzen erforderliche thermische Energie insgesamt ohne Beschädigung der Qualität des warmgewalzten Stahlblechs reduziert werden kann, und die Erfinder haben eine bevorzugte Ausführungsform entwickelt, bei der zumindest ein Magnettyp-Induktionserhitzer als Wiedererwärmungs-Vorrichtung, der in der Mitte der Warmwalz-Vorrichtung angeordnet ist, verwendet wird. Die Thermodiffusions-Zeitdauer in Dickenrichtung, die eine ausreichende Verteilung der auf das Vorblech aufgebrachten Wärme in Dickenrichtung ermöglicht, so dass die Wärme nicht direkt von der Oberfläche in einem nachfolgenden Schritt verloren geht und die eine Oberflächentemperatur des Vorblechs erzielt, die niedriger als die Temperatur in Dickenrichtung im Zentrum des Vorblechs ist, wird in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Dicke des Vorblechs bestimmt; und der Erhitzer ist in Übereinstimmung mit dieser Zeitdauer angeordnet und wird in Übereinstimmung mit dieser Zeitdauer betrieben. Die Erfinder entwickelten eine weitere bevorzugte Ausführungsform basierend auf dem oben genannten, bei der zumindest ein Kantenerhitzer zum Erhitzen der Seiteneckabschnitte des Vorblechs der oben erwähnten Warmwalz-Vorrichtung angeordnet ist; eine Richtvorrichtung ist an einer Position vor dem Magnettyp-Induktionserhitzer angeordnet; und die Erregungsfrequenz des Erhitzers wird innerhalb eines Bereichs in Bezug auf eine spezielle Dicke des Vorblechs in einem Fall eingestellt, bei dem der Erhitzer an einer Position direkt vor dem Fertigwalz-Walzwerk angeordnet ist.

Zusätzlich werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung und die Herstellungsbedingungen innerhalb der im Folgenden beschriebenen Bereiche eingestellt und es wird ein Verfahren sowie eine Warmwalz-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, in denen die für das Walzen erforderliche thermische Energie insgesamt ohne Beschädigung der Qualität des warmgewalzten Stahlblechs reduziert werden kann.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Bei einer konventionellen Warmwalz-Technik wird eine Bramme oder ein Stahlgussblock 1 durch ein Vorwalz-Walzwerk 2 in ein Vorblech 3, das eine Zwischendicke aufweist, vorgewalzt, während er direkt nach der Erstarrung oder durch Wiedererwärmung bei einer hohen Temperatur gehalten wird.

Hiernach wird das Vorblech durch Tischrollen 7 getragen und zu einer Oberflächen-Zunderentfernung mittels einer Entzunderungsvorrichtung 5 oder dergleichen unterworfen und mittels einer Fertigwalz-Walzstraße 6 in ein Stahlblech mit einer abschließenden Dicke fertig gewalzt. Danach werden ein geeigneter Abkühlschritt durch eine Abkühlvorrichtung oder dergleichen, die nicht in 1 gezeigt ist, ein Schritt des Haspelns des Blechs in einen Haspel sowie andere bekannte Schritte durchgeführt.

Gemäß der ersten Ausführungsform wird in einer solchen Vorrichtung zumindest ein Magnettyp-Induktionserhitzer 4 als Wiedererwärmungs-Vorrichtung zwischen der Vorwalz-Walzstraße 2 und dem Fertigwalz-Walzwerk 6 bereitgestellt und zumindest ein Erhitzer 4 ist so platziert, dass die temporäre Distanz 8 (Thermodiffusions-Zeitperiode) vom Ende des Erwärmungsschritts bis zum Entzunderungsschritt oder dem nachfolgenden Fertigwalz-Schritt länger als eine vorab bestimmte Zeitdauer ist, wodurch die thermische Energie ausreichend in das Innere des Vorblechs 3 verteilt wird, in dem nur die Oberflächentemperatur aufgrund des Hauteffekts hoch ist und somit die Oberflächentemperatur niedriger wird als die Temperatur in der in Dickenrichtung gesehenen Mitte des Blechs.

Das oben genannte basiert auf dem folgenden Prinzip: Beim Beibehalten der Materialtemperatur oberhalb eines bestimmten Werts durch Zufügen einer bestimmten thermischen Energie zu dem Material kann die thermische Strahlung weiter beschränkt werden und der Hochtemperaturzustand kann für eine längere Zeitdauer mittels eines Verfahrens beibehalten werden, bei dem die Energie in zwei unterteilt wird und die aufgeteilten Energien mit einem zeitlichen Intervall verglichen mit einer Prozedur hinzugefügt wird, bei der die thermische Energie einmal zu Beginn zugefügt wird. Um dieses Prinzip auf das Warmwalzen von Stahlblechen anzuwenden, erfordert die Wiedererwärmungs-Vorrichtung eine mechanische Vereinfachung, eine Erleichterung der Installation und ein erhöhte Erwärmungs-Effizienz. Von diesem Standpunkt aus wird zur Erreichung dieser Eigenschaften zumindest ein Magnettyp-Induktionserhitzer 4 angewendet.

Insbesondere wird für eine Warmwalz-Vorrichtung eine elektrische Aufheizeinheit, die eine höhere Leistung (höhere elektrische Leistung) erreicht, im Hinblick auf eine Beschränkung in Bezug auf die Zeitdauer (die Position) für die Erhitzung bevorzugt, jedoch können elektrische Widerstandstyp-Erhitzer nicht im Hinblick auf den negativen Einfluss von Funken auf die Oberflächen des Stahlblechs verwendet werden und daher ist die Aufheizvorrichtung auf eine Induktions-Aufheizvorrichtung beschränkt. Die Induktions-Aufheizvorrichtungen können in einen Magnettyp sowie einen Transversaltyp unterteilt werden. Der Transversaltyp jedoch bietet abhängig von den erwärmten Abschnitten eine ungleichmäßige Aufheizeigenschaft, ist in Bezug auf eine gleichmäßige Erhitzung nicht problemlos und erfordert, dass die Positionsbeziehung zwischen einer Spule und einem Blech (Stahlblech) bei einem optimalen Niveau beibehalten werden sollte. Dementsprechend wird eine Magnettyp-Aufheizvorrichtung als Induktions-Erhitzer in der bevorzugten Ausführungsform verwendet, da die Leistung (elektrische Leistung) nahezu gleichmäßig in Blechbreitenrichtung aufgebracht werden kann und Probleme, die durch das unausgewogene Erhitzen bewirkt werden, verglichen mit einem Transversaltyp-Erhitzer in dem Fall reduziert werden, bei dem ein Vorblech mit einer Dicke von einigen 10 mm erhitzt wird und der Erhitzer einen einfachen Aufbau aufweist, so dass das Vorblech einfach durch Hindurchführen durch den Erhitzer erhitzt werden kann.

Darüber hinaus wird die Thermodiffusions-Zeitdauer nach der Erhitzung länger als eine bestimmte Zeitdauer eingestellt, da die Oberflächentemperatur unausweichlich in einem Fall einer Magnettyp-Erhitzung hoch wird und daher eine ausreichende thermische Diffusion in der Blechdickenrichtung und im nachfolgenden Schritt eine geeignete Temperaturverteilung in der Blechdickenrichtung zur Verhinderung eines leichten Verlustes der aufgebrachten Hitze von den Oberflächen notwendig wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Erhitzer so platziert und betrieben, dass die Zeitdauer vom Wiedererwärmungsschritt zum nachfolgenden Schritt eingestellt und gesteuert werden kann.

Die Thermodiffusions-Zeitdauer wird so bestimmt, dass die durch den Magnettyp-Induktionserhitzer aufgebrachte thermische Energie bei einem konstanten Niveau, das nach dem Schlusswalzen ausreichend hoch ist, verbleibt.

Insbesondere wird die Thermodiffusions-Zeitdauer so bestimmt, dass die Differenz gemäß der Substraktion der Stahl-Mittentemperatur von der Stahloberflächentemperatur zumindest einen Minuswert und vorzugsweise etwa –10°C oder niedriger beträgt.

Darüber hinaus kann in einem Fall, bei dem Abschlusswalzrate variiert wird, die Wiedererwärmungsvorrichtung 4 so angeordnet sein, dass sie eine Vorrichtung oder Einheit zum Bewegen der Vorrichtung 4 sowie Schienen in Längsrichtung der Vorrichtung, auf der die Wiedererwärmungsvorrichtung 4 beweglich befestigt ist, beinhalten kann, um eine Erwärmungsposition einzustellen, oder die Zeitdauer für die thermische Diffusion kann in einer Weise eingestellt werden, bei der eine Vielzahl von Wiedererwärmungsvorrichtungen 4 (siehe 8) angeordnet sind, und die effektive Erwärmungsposition durch Auswählen zumindest das Anschalten einer Erwärmungsvorrichtung 4 aus der Vielzahl von Erwärmungsvorrichtungen 4 ausgewählt wird.

Die Position der Wiedererwärmungsvorrichtung 4 ist nicht auf einen Platz zwischen den Vorwalz-Walzwerk 2 und dem Fertigwalz-Walzwerk 6 beschränkt und die Wiedererwärmungsvorrichtung 4 kann in der Mitte der Vorwalz-Walzwerken platziert sein.

Darüber hinaus kann, obwohl die Thermodiffusions-Zeitdauer abhängig von den Eigenschaften des Vorblechs und dessen Dicke zum Zeitpunkt der Induktionserhitzung abhängt, ein Wert der Zeitdauer, der für die Eigenschaften und die Dicke geeignet ist, abhängig von der folgenden Gleichung (1) bestimmt werden: T = &agr; × (&rgr;Cp/&lgr;) × H2(1), wobei:

T
die Zeitdauer für die Thermodiffusion darstellt;
&agr;
einen Koeffizienten darstellt, der der Warmwalz-Vorrichtung inhärent ist,
&rgr;
eine Dichte des Vorblechs darstellt,
Cp
die spezifische Wärme des Vorblechs darstellt,
&lgr;
die thermische Leitfähigkeit des Vorblechs darstellt, und
H
eine Dicke des Vorblechs darstellt.

Zusammenfassend wird die Thermodiffusions-Zeitdauer, die gemäß einer Veränderung der Bedingungen sowie den Eigenschaften und einer Dicke variiert, durch die oben angegebene Gleichung (1) bestimmt und durch Einstellen der Position des Induktionserwärmers 4 eingestellt, wodurch eine hohe Erwärmungseffizienz aufrecht erhalten werden kann.

In der oben angegebenen Gleichung (1) wird der Ort der thermischen Diffusion auf das Innere des Blechs zum Inneren des Blechs hin, während das Blech nach dem Abschluss der Erwärmung durch Strahlung gekühlt wird, nahezu auf die Wärmetransfer-Gleichung unter adiabaten Bedingungen angewendet, und die Zeitkonstante für den größten Dämpfungswert, nämlich die Zeitkonstante (&rgr;CP/&lgr;) (H/2&pgr;)2 der folgenden Lösung der Fourier-Reihe verwendet:

In der oben angegebenen Gleichung ist die Zeitkonstante ein generischer Wert und die optimalen Thermodiffusions-Zeitdauern für verschiedene Blecheigenschaften und Dicken können durch Bestimmen der Konstante &agr; in Übereinstimmung mit jeder Vorrichtung bestimmt werden.

Praktischerweise kann &agr; durch Bestimmen einer optimalen Thermodiffusions-Zeitdauer für eine bestimmte Bedingung bestimmt werden.

Darüber hinaus wird, wie dies in 1 gezeigt ist, ein Kantenerhitzer 9 an den Wärmeseiten-Kantenabschnitten eines Vorblechs 3 in der Warmwalz-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform zur Verfügung gestellt. Dieser Kantenerhitzer 9 ist in der Nachbarschaft zumindest eines Magnettyp-Erhitzers 4 zur Verfügung gestellt, um einen Temperaturabfall in den Kantenabschnitten des Vorblechs 3 zu kompensieren und hierdurch eine weitere gleichmäßige Qualität über die Materialien hinweg zu erzielen. Der Kantenerhitzer 9 kann frei positioniert werden und kann an einer Position vor einem Magnettyp-Induktionserhitzer 4 angeordnet sein, wie dies in 1 gezeigt ist.

Zusätzlich ist, wie dies in 1 gezeigt ist, eine Richtmaschine 10 an der Einlassseite der Erhitzer 4 bereitgestellt, um ein Vorblech stabil auf den oder die Magnettyp-Induktionserhitzer 4 hin zu schicken, und vorzugsweise ist die Richtmaschine 10 derart angeordnet, dass die Magnettyp-Induktionserhitzung innerhalb der oben beschriebenen Thermodiffusions-Zeitdauer beginnt. Ein exzessiver Anstieg der Oberflächentemperatur während der Wiedererwärmung kann auf eine solche Weise verhindert werden, nämlich durch Beginnen der Wiedererwärmung vor der thermischen Erholung auf der Blechoberfläche, deren Temperatur durch die Werkzeuge in der Richtmaschine 10 oder dergleichen reduziert wurde.

Wenn die Form eines Blechs minderwertig ist, kann das Vorblech nicht durch den oder die Magnettyp-Induktionserhitzer (4) hindurch verlaufen oder durch diese(n) erhitzt werden, da ein Spalt an dessen/deren Öffnungsabschnitt vorliegt. In diesem Fall wird das Vorblech 3 umgeformt, bevor es durch den/die Magnettyp-Induktionserhitzer 4 hindurch geschickt wird. Die Oberflächentemperatur wird jedoch unausweichlich durch das Richten an der Richtmaschine 10 reduziert. Der Magnettyp-Induktionserhitzer hebt die Blech-Oberflächentemperatur stark an, ein Oberflächentemperatur-Anstieg während der Erhitzung kann jedoch durch Anordnung der Richtmaschine 10 vor dem Startpunkt für die Induktionserhitzung begrenzt werden (wie dies in 1 gezeigt wird) und vorzugsweise innerhalb des zeitlichen Distanzbereichs 8 für die oben beschriebene Thermodiffusions-Zeitdauer. Auf eine solche Weise kann der thermische Energieverlust durch die Strahlung während der Erhitzung minimiert werden und zusätzlich kann die Erzeugung eines Defekts aufgrund eines exzessiven Anstiegs der Oberflächentemperatur verhindert werden.

Obwohl die Kantenabschnitte des Vorblechs 3 ebenso erhitzt werden, ist der Grad des Temperaturanstiegs in diesen Abschnitten der gleiche wie der im Mittelabschnitt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann die Temperaturabsenkung in den Kantenabschnitten vollständig durch eine zusätzliche Bereitstellung einer Kantenerhitzung 9, wie sie oben beschrieben wurde, kompensiert werden.

Darüber hinaus wird dann, wenn der Magnettyp-Induktionserhitzer 4 an einer Position vor der Fertigwalz-Walzstraße 6 angeordnet ist, der Erwärmungsschritt unter Bedingungen durchgeführt, dass eine Erregungsfrequenz des Erhitzers auf 1000 bis etwa 3000 Hz eingestellt ist.

Insbesondere ist in der Warmwalz-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dann, wenn die Position des Induktionserhitzers 4 auf einen Bereich vor dem Fertigwalz-Walzwerk 6 für Stahl begrenzt ist, die Vorblech-Dicke auf etwa 10 bis etwa 50 mm beschränkt und die Eigenschaften sind ebenso begrenzt. Dementsprechend können durch Einstellen der Spulen-Erregungsfrequenz bei von etwa 1000 bis 3000 Hz die Effekte der bevorzugten Ausführungsform auf die Temperaturverteilung ausreichend ausgeübt und eine hohe Erwärmungseffizienz erreicht werden.

Die Erwärmungseffizienz durch einen Magnettyp-Induktionserhitzer hängt von der Materialdicke insbesondere in der Stufe vor dem Fertig-Warmwalzen des Stahls ab. Die Oberflächentemperatur steigt exzessiv mit einer Frequenz oberhalb von etwa 3000 Hz an und die Induktions-Erwärmungseffizienz wird mit einer Frequenz unterhalb von etwa 1000 Hz abgesenkt. Dementsprechend ist die untere Grenze für die Frequenz etwa 1000 Hz und die obere Grenze für die Frequenz etwa 3000 Hz. Die Frequenz kann gemäß der Materialdicke eingestellt werden oder kann bei typischerweise verwendeten Werten festgelegt werden.

Wie oben bereits beschrieben kann gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Verfahren und eine Warmwalz-Vorrichtung zum Herstellen eines warmgewalzten Stahlblechs zur Verfügung gestellt werden, in denen die für das Walzen erforderliche thermische Energie insgesamt reduziert werden kann, ohne dabei die Qualität des daraus resultierenden gewalzten Blechs zu schädigen.

Beispiel

Ein Beispiel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.

Die Effekte der bevorzugten Ausführungsform für einen Fall, bei dem ein Vorblech 3 mit einer Dicke von 30 mm zu einer Dicke von 25 mm mittels eines Experimentier-Walzwerk fertiggewalzt wurde, werden im Folgenden beschrieben.

Eine Entzunderungsvorrichtung 5 war an einer Position drei (3) Meter vor einem Fertigwalz-Walzwerk 6 angeordnet und ein Fertigwalzen wurde bei einer Rate von 60 Metern pro Minute ausgeführt. Ein Magnettyp-Induktionserhitzer 4 ist an einer Position vor der Entzunderungsvorrichtung 5 angeordnet und die Thermodiffusion-Zeitdauer 8 wurde durch Verändern der Position des Erhitzers 4 variiert.

Im konventionellen Sinne wurde ein Induktionserhitzer 4 sehr nahe an der Entzunderungsvorrichtung 5 angeordnet, d.h. bei einer Position einen (1) Meter vor der Entzunderungsvorrichtung 5, und in diesem Fall war die Zeitdauer vom Ende des Erwärmens bis zur Entzunderung eine Sekunde (konventionelles Beispiel). Die folgenden Bedingungen wurden in der bevorzugten Ausführungsform verwendet: Die aufgebrachte Energie war konstant und der Induktionserhitzer 4 wurde unter einer Distanz an Positionen platziert, die vier Sekunden bzw. neun Sekunden für die Fahrt des Vorblechs vom Induktionserhitzer 4 bis zur Entzunderungsvorrichtung erforderten.

Wie in 2 gezeigt, war die Oberflächentemperatur des Vorblechs direkt vor der Entzunderungsvorrichtung 5 im konventionellen Beispiel, in dem die Thermodiffusion-Zeitdauer 8 kurz war, hoch.

In jedem Fall wurde gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung dort, wo die Thermodiffusions-Zeitdauer bei 4 Sekunden oder mehr eingestellt wurde, die Oberflächentemperatur höher als die des konventionellen Beispiels, wenn das Fertigwalzen abgeschlossen wurde, obwohl die Oberflächentemperatur direkt vor der Entzunderungsvorrichtung 5 niedriger war. Daher wurde der thermische Energieverlust während der Entzunderung und dem Fertigwalzen in der vorliegenden Erfindung als niedriger angesehen.

Für eine weitere Studie in Bezug auf die Bedingungen zur Erzielung des Ziels der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und der Mitte in Dickenrichtung jedes Vorblechs in den Fällen von Thermodiffusions-Zeitperioden, wie sie in 2 gezeigt sind, gemessen. Als Ergebnis hiervon kann die Temperatur nach dem Fertigwalzen dann höher als die im konventionellen Beispiel sein, wenn wie in 3 gezeigt, die Oberflächentemperatur niedriger als die Temperatur im Zentrum in Dickenrichtung des Vorblechs 3 ist.

Darüber hinaus wurden Walzprozesse mit verschiedenen Stahlmaterialien und verschiedenen Dicken, wie dies in Tabelle 1 (im Folgenden) gezeigt wurde, ausgeführt, um eine geeignete Thermodiffusions-Zeitdauer zu ermitteln (die ein bevorzugtes Erfordernis erfüllt, dass das Vorblech 3 eine Oberflächentemperatur etwa 10° niedriger als die Mittentemperatur in Dickenrichtung aufweist), und um &agr; zu bestimmen (einen Koeffizienten, der der Warmwalz-Vorrichtung inhärent ist). Als Ergebnis hiervon wurde herausgefunden, dass dieser Wert konstant war.

Um den Effekt eines Kantenerhitzers zu bewerten, wurde die Temperaturverteilung in Blechbreitenrichtung nach dem Fertigwalzen gemessen. Die Ergebnisse hiervon sind in 4 dargestellt.

Durch Anordnen eines Kantenerhitzers 9, wie dies in 1 gezeigt ist, könnte eine Temperaturverteilung, die in Blechbreitenrichtung gleichmäßig ist, erreicht werden, und ein Produkt mit gleichmäßigen Eigenschaften in Blechbreitenrichtung könnte erhalten werden. Aufgrunddessen war es nicht notwendig, die Anfangstemperatur oder die Wiedererwärmungstemperatur zur Gewährleistung der gewünschten Temperatur der Seitenkantenabschnitte hoch einzustellen.

In dem Beispiel gemäß der bevorzugten Ausführungsform wurde eine Dreirollen-Richtmaschine 10 an einer Position vor dem experimentellen Induktionserhitzer 4 angeordnet. Die Position der Richtmaschine 10 wurde dann verändert, um die Zeitdauer vom Ende des Richtens bis zum Beginn der Wiedererwärmung zu verändern, und die Oberflächentemperatur des Vorblechs 3 direkt nach der Wiedererwärmung wurde unter Verwendung eines Strahlungsthermometers gemessen. Wie aus den in 6 gezeigten Ergebnissen ersichtlich, kann dann, wenn die Zeitdauer vom Ende des Richtens bis zum Beginn der Wiedererwärmung innerhalb eines Bereichs der Thermodiffusions-Zeitdauer gemäß der bevorzugten Ausführungsform eingestellt wird, die Oberflächentemperatur begrenzt werden. Wenn die Zeitdauer den gewünschten Bereich für die Zeitdauer vom Richten bis zum Wiedererwärmen gemäß der bevorzugten Ausführungsform, wie dies in 6 gezeigt ist, übersteigt, wird die Oberflächentemperatur höher. In diesem Beispiel erreichte die Oberflächentemperatur 1250°C, die Qualität der Blechoberfläche wurde beschädigt und das Maß an von den Oberflächen abgestrahlter Wärme stieg an.

5 zeigt die Beziehung zwischen der Erregungsfrequenz des oder der Magnettyp-Erhitzer 4 und der Blechoberflächen-Temperatur nach dem Fertigwalzen, die in einem Fall beobachtet wurde, bei dem eine konstante elektrische Induktionserwärmungsleistung auf den oder die Erhitzer 4 der Warmwalz-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform aufgebracht wurde.

Im Hinblick auf die Dicke vor dem Fertigwalzen war die Erwärmungsfähigkeit eines Vorblechs 3 mit einer Dicke von 10 mm extrem niedrig, wenn die Frequenz unterhalb etwa 1000 Hz betrug, und die Erwärmungs-Fähigkeit eines Vorblechs mit einer Dicke von 50 mm wurde dann abgesenkt, wenn die Frequenz oberhalb etwa 3000 Hz lag.

Wie oben beschrieben besteht auch in einer Anordnung der Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Frequenzbereich für eine effektive Nutzung der aufgebrachten elektrischen Leistung auf die Magnettyp-Erhitzer 4, um die gewünschte Temperatur des Fertigwalzens zu gewährleisten, die etwa 1000 bis etwa 3000 Hz beträgt.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Magnettyp-Induktionserhitzer 4 als Wiedererwärmungsvorrichtung um die Mitte einer Vielzahl von Walz-Gerüsten angeordnet und die Vorrichtungen sind so angeordnet, dass eine Zeitdauer für die Diffusion einer zugefügten Wärme auf das Innere eines Vorblechs gewährleistet sein kann, oder die Vorrichtungen sind so aufgestellt, dass sie in Übereinstimmung mit den erforderlichen Bedingungen betrieben werden können. Auf diese Weise kann eine Temperatur zum Erwärmen einer Bramme in einem Ofen vor dem Walzen niedrig eingestellt werden, die Qualität kann gewährleistet werden, die Belastungen auf die Fertigwalz-Walzstraße können reduziert werden, der thermische Energieverlust während des Vorwalzens kann begrenzt werden und die durch das Wiedererwärmen hinzugefügte thermische Energie kann effizient genutzt werden.

Beschreibung der zweiten Ausführungsform

7 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform einer Warmwalz-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine in einem Ofen erwärmte oder durch kontinuierliches Gießen erzeugte Bramme mit einer vorab bestimmten Temperatur wird mittels eines Vorwalz-Walzwerks 2 in ein Vorblech vorgewalzt. Während das Vorblech 3 zum Fertigwalz-Walzwerk 6 mittels Tischrollen 7 geschickt wird und wenn es durch einen in der Position einstellbaren Magnettyp-Induktionserhitzer 4 verläuft, wird das Vorblech 3 über seine gesamte Breite induktionserwärmt und Hochdruckwasser wird anschließend von einer Entzunderungsvorrichtung 5 auf die Oberflächen des Vorblechs 3 aufgesprüht, um den Zunder zu entfernen. Hiernach wird das Vorblech 3 mittels eines Fertigwalz-Walzwerks 6 fertiggewalzt, um zu einem warmgewalzten Stahlblech zu führen, das eine vorab bestimmte Dicke aufweist.

Darüber hinaus ist in 7 ein Thermometer 11 an der Einlassseite des Erhitzers 4 vorgesehen und eine Tischwalze 12 ist an der Einlassseite des Erhitzers 4 vorgesehen, um eine Beförderungsgeschwindigkeit zu detektieren. Ein Thermometer 14 ist an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 vorgesehen und eine Steuerung 13 ist dafür vorgesehen, den Erhitzer 4 basierend auf der detektierten Temperatur des Vorblechs 3 und der detektierten Förderungsgeschwindigkeit zu steuern. Wie in 7 gezeigt (und ebenso in 8) ist ein Bewegungselement 15 zum Bewegen oder Verändern einer Erwärmungsposition des Magnettyp-Induktionserhitzers 4vorgesehen. Das Bewegungselement 15 kann die Form von Längsschienen annehmen, die sich in Längsrichtung der Gesamtvorrichtung erstrecken, und auf der der Magnettyp-Induktionserhitzer oder die Erhitzer 4 so befestigt sind, dass sie entlang der Schienen beweglich sind, wie dies oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde. Das Bewegungselement 15 ist in 7 zum Zwecke der Darstellung nur schematisch gezeigt.

Die Steuerung 13, die in 7 gezeigt ist, kann ebenso die Zeitdauer der Erwärmung einstellen, beispielsweise durch Einstellen der Dauer, die der Erhitzer 4 angeschaltet ist. Die Steuerung 13 kann ebenso die Erregungfrequenz des Magnettyp-Induktionserhitzers einstellen oder ein separates Element 18 kann zur Einstellung der Erregungsfrequenz des Magnet-Erhitzers vorgesehen sein.

In der Ausführungsform aus 8 wird die Erwärmungsposition effektiv durch Auswählen einer oder mehrerer Magnettyp-Erwärmungseinheiten 4 zum Erwärmen des Vorblechs verändert. Die Auswahl eines oder mehrerer Magnettyp-Erwärmungseinheiten 4 wird durch eine Auswahleinheit 16 erreicht, die in der Form einer Schaltvorrichtung vorliegen kann oder die ebenso zusätzliche Steuerungsschaltkreise für die Erwärmungseinheiten 4 beinhalten kann. Wie in 8 gezeigt, kann eine Steuerungseinheit 17 vorgesehen sein, die mit jeder der Erwärmungseinheiten 4 verbunden ist, um eine Dauer zum Anschalten der jeweiligen Erwärmungseinheiten 4 einzustellen. Eine Steuerungseinheit 18 kann ebenso vorgesehen sein, wie dies in 8 gezeigt ist, um die Erregungsfrequenz der jeweiligen Erwärmungseinheiten 4 einzustellen.

Obwohl in 8 nicht gezeigt, könnte jede der Erwärmungseinheiten 4 ebenso einstellbar an beispielsweise verlängerten (nicht gezeigten) Schienen befestigt sein, die sich entlang der Länge der Vorrichtung so erstrecken, dass die physikalische Position der jeweiligen Erwärmungseinheiten 4 entlang der Schienen variiert werden kann, wie dies in den 1 und 7 gezeigt ist.

Zuerst wird nun ein Verfahren zum weiteren sicheren Ausführen der Entzundung, das auf die Verhinderung der Erzeugung Einschluss-Zunder gerichtet ist, beschrieben.

Zunder auf der Oberfläche des Vorblechs wird durch die drei folgenden Kräfte entfernt:

  • (1) Die Aufschlagkraft des Hochdruck-Wassers, das von der Entzunderungsvorrichtung 5 auf die Oberflächen des Vorblechs 3 gesprüht wird.
  • (2) Die thermische Spannung, die aus der Differenz des Koeffizienten der thermischen Expansion zwischen Stahl und Zunder herrührt und die durch den Temperaturabfall auf der Oberfläche des Vorblechs aufgrund des Wasserdampfs erzeugt wird.
  • (3) Die internen Spannungen, die erzeugt werden, da die Zundererzeugung von einer Volumenexpansion begleitet wird.

Um den Zunder weiter sicher zu entfernen, sollten die drei oben angegebenen Kräfte vorzugsweise erhöht werden.

Unter diesen kann die Auftreffkraft durch Anheben des Wasserdrucks oder der Strömungsrate oder durch Anordnen der Düsen der Entzunderungsvorrichtung 5 näher an dem Vorblech 3 vergrößert werden. Ein Erhöhen des Wasserdrucks oder der Strömungsrate erfordert jedoch ein Erhöhen des Drucks und der Volumenkapazität der Pumpe der Entzunderungsvorrichtung. In Bezug auf die Entzunderungsvorrichtung 5 ist es schwierig, Wasserdruck- oder Strömungsraten-Niveaus zu erreichen, die höher als die existierenden Niveaus im Hinblick auf Probleme in Bezug auf Kosten, Installationsraum oder die Destabilisierung des Wasserdampfs zu erreichen.

In Bezug auf das Verfahren zum Anordnen der Düsen der Entzunderungsvorrichtung 5 näher an einem Vorblech 3 kann dann, wenn eine Deformation des Vorblechs 3 sowie ein nach oben gerichtetes Aufwölben eintritt, das Vorblech 3 die Entzunderungsvorrichtung treffen (d.h. diese berühren), um mit der Entzunderungsvorrichtung 5 zusammenzustoßen oder diese auf andere Weise zu beschädigen. Aus Angst hiervor wird eine exzessive Reduktion der Distanz zwischen der oder den Düse(n) der Entzunderungsvorrichtung 5 und dem Vorblech 3 als riskant angesehen.

Aus den oben beschriebenen Gesichtspunkten werden bei der Warmwalz-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 7 die Zunder-Abblätter-Eigenschaften des Vorblechs 3 durch Vergrößern der thermischen Spannung und der internen Spannungen verbessert.

Das Vorblech 3 wird über seine gesamte Breite durch den Magnettyp-Induktionserhitzer 4 erwärmt und anschließend an einer Zunder-Entfernung durch Aufsprühen von Wasserdampf aus der Entzunderungsvorrichtung 5 unterworfen.

Die 9 und 10 zeigen die Ergebnisse eines Vergleichs der Temperaturverteilung in Dickenrichtung des Vorblechs 3 vor und nach der Entzunderung. 9 zeigt die Ergebnisse für den Fall, bei dem die Induktionserwärmung vor der Entzunderung nicht durchgeführt wurde, während 10 die Ergebnisse für den Fall zeigt, bei dem die Induktionserwärmung vor der Entzunderung durchgeführt wurde. Die durchgezogene Linie aus den 9 und 10 zeigt die Temperaturverteilung vor der Entzunderung und die unterbrochene Linie stellt die Temperatur nach der Entzunderung dar.

Durch eine Induktionserwärmung des Vorblechs 3 direkt vor der Entzunderung wird die Temperaturdifferenz zwischen vor und nach der Entzunderung groß, die thermische Spannung, die aus der Differenz der Koeffizienten der thermischen Expansion zwischen dem Stahl und dem Zunder herrührt, wird ebenso groß und daher werden die Zunder-Abblätter-Eigenschaften verbessert.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 7 können die internen Spannungen im Zunder ebenso vergrößert werden. Je größer die Temperatur ist, desto größer ist die Menge an erzeugten Zundern. Da Zunder eine Volumenexpansion von ungefähr 1,4 mal der des Stahls unterzogen ist, werden die internen Spannungen des Zunders proportional zur Menge an erzeugten Zunder groß und die an der Grenzfläche zwischen Zunder und Stahl erzeugten Spannungen werden ebenso groß. Als Ergebnis hiervon wird die Entfernung von Zunder leicht.

In der bevorzugten Ausführungsform aus 7 wird ein Vorblech 3 direkt vor der Entzunderung erwärmt und die Menge an erzeugtem Zunder wird hierdurch erhöht, um sicher die Entfernung von Zunder durchzuführen.

Es ist ebenso effektiv, eine Vielzahl von Magnettyp-Induktionserhitzern 4 anzuordnen, um die Erwärmung und die Strahlungs-Abkühlung des Vorblechs 3 vor der Entzunderung zu wiederholen. 8 zeigt eine solche Warmwalz-Vorrichtung, bei der drei Magnettyp-Induktionserhitzer 4 vor der Entzunderungsvorrichtung 5 angeordnet sind.

Die Temperatur des Vorblechs 3 wird durch die Induktionserwärmung angehoben und die Temperatur wird aufgrund der Strahlung in der Zeitdauer vom Austreten aus dem Magnettyp-Induktionserhitzer 4 bis zum Eintritt in den nachfolgenden Magnettyp-Induktionserhitzer 4 abgesenkt. Während dieser Zeitdauern werden feine Risse im Zunder aufgrund der an der Grenzfläche zwischen dem Zunder und dem Vorblech 3 erzeugten thermischen Spannungen erzeugt. Diese Risse erhöhen die Rate der Sauerstoffdiffusion in den Zunder während der nachfolgenden Induktions-Erwärmungsperiode und beschleunigen die Wachstumsrate des Zunders, wodurch die internen Spannungen des Zunders groß werden.

Im Anschluss wird die Verhinderung der Erzeugung von partikelförmigem Zunder beschrieben.

Der Grund für die Erzeugung von partikelförmigem Zunder ist nach dem Entzundern erzeugte Sekundärzunder. Um die Erzeugung von Sekundärzunder zu beschränken, wird die Temperatur nach der Entzunderung abgesenkt. Partikelförmiger Zunder wird dann leicht erzeugt, wenn die Temperatur direkt vor der Entzunderungsvorrichtung 5, die durch das Thermometer 14 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 detektiert wird, über 1020°C ansteigt. Um die Erzeugung von partikelförmigem Zunder zu verhindern, wird die Oberflächentemperatur des Vorblechs 3 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 auf etwa 1020°C oder niedriger eingestellt.

Da die Oberflächentemperatur eines Vorblechs 3 vor der Entzunderung vorzugsweise so hoch wie möglich sein sollte, um die Erzeugung von Einschlusszunder zu verhindern, kann die Verhinderung sowohl der Erzeugung von partikelförmigem Zunder als auch der Erzeugung von Einschlusszunder dann erreicht werden, wenn der Magnettyp-Induktionserhitzer 4 so gesteuert wird, dass die Oberflächentemperatur des Vorblechs, die durch das Thermometer 14 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 detektiert wird, in den Bereich von etwa 1000 bis 1020°C fällt.

Obwohl Gasbrenner, elektrische Widerstandserwärmer und Induktions-Erhitzer für das Erwärmen eines Vorblechs in Betracht gezogen werden können, sollten Magnettyp-Induktionserhitzer 4 aufgrund der folgenden Gründe eingesetzt werden.

Obwohl ein Verfahren unter Verwendung von Gasbrennern in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nummer 6-269840 vorgeschlagen wurde, wird ein derartiges Verfahren von Problemen begleitet, wie sie oben in dem Abschnitt mit dem Titel „Beschreibung des Stands der Technik" beschrieben wurden, wobei das Verfahren nicht in der Lage ist, mit den bei der praktischen Anwendung auftretenden Schwierigkeiten fertig zu werden. Insbesondere wird die Oberflächentemperatur des Vorblechs 3, die durch das Thermometer 14 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 detektiert wird, innerhalb eines engen Bereichs von etwa 1000 bis 1020°C gesteuert, um sowohl die Erzeugung von partikelförmigem Zunder als auch die Erzeugung von Einschlusszunder zu verhindern. Eine solche präzise Temperatursteuerung ist jedoch nicht im Falle der Verwendung von Gasbrennern möglich.

Gemäß einem Verfahren mit einer elektrischen Widerstands-Erwärmung, bei dem Elektroden in Kontakt mit einem Vorblech 3 platziert werden und ein elektrischer Strom hierdurch strömen soll, werden Funken zwischen den Elektroden und dem Vorblech 3 erzeugt und die Oberfläche des Vorblechs 3 kann hierdurch beschädigt werden. Darüber hinaus müssen die Elektroden, da sie in einem elektrischen Widerstands-Erhitzer schwerem Abrieb unterworfen sind, von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Zusätzlich ist eine schlecht Anbindung an die Steuerung ebenso ein Problem.

Im Gegensatz hierzu bietet eine Induktions-Erwärmung erhöhte Steuerungs-Eigenschaften und die Oberflächentemperatur des Vorblechs 3 kann bei Wunsch innerhalb des Bereichs der Erwärmungskapazität variiert werden. Da das Vorblech 3 ohne jeden Kontakt erhitzt werden kann, sind die Oberflächen des Vorblechs 3 frei von der Möglichkeit, beschädigt zu werden. Darüber hinaus weist verglichen mit anderen Verfahren die Induktionserwärmung andere markante Vorteile dahingehend auf, dass sie keine Verschlechterung der Arbeitsumgebung bewirkt und die Eigenschaft aufweist, die Instandhaltung zu erleichtern.

Eine Induktionserwärmung kann in zwei Arten von Modi durchgeführt werden, d.h. mittels eines Tranversaltyps, bei dem ein magnetischer Strom parallel zur Dickenrichtung des Vorblechs 3 erzeugt wird, sowie mittels eines Magnettyps, bei dem der magnetische Strom parallel zur Längsrichtung des Vorblechs 3 erzeugt wird.

11 zeigt die Temperaturverteilungen in Dickenrichtung von Vorblechen direkt nach der Erwärmung mittels eines Transversaltyp-Induktionserhitzers bzw. direkt nach der Erwärmung mittels eines Magnettyp-Induktionserhitzers.

Beim Transversaltyp wird, da die Wirbelstromdichte in Dickenrichtung im Wesentlichen gleichmäßig ist, die Temperaturverteilung nach der Induktionserwärmung die Temperaturverteilung vor der Induktionserwärmung reflektieren, nämlich die Temperatur an der Oberfläche des Vorblechs am niedrigsten sein und in Dickenrichtung in der Mitte am höchsten sein. Beim Magnettyp wird aufgrund des Hauteffekts die Wirbelstromdichte in dem Oberflächenabschnitt des Vorblechs 3 am höchsten und in Dickenrichtung im Zentrum an niedrigsten sein. Als Ergebnis hiervon erscheint bei der Temperaturverteilung nach der Induktionserhitzung die höchste Temperatur auf der Oberfläche des Vorblechs 3 und die niedrigste Temperatur in Dickenrichtung in der Mitte.

Wie aus 11 ersichtlich ist, ist die zur Erzielung der gleichen Oberflächentemperatur notwendige elektrische Leistung bei der Verwendung eines Magnettyp-Induktionserhitzers kleiner.

12 zeigt die Temperaturverteilungen in Dickenrichtung von Vorblechen direkt nach der Entzunderung, die nach der Induktionserwärmung durchgeführt wurde. Wie in 11 gezeigt, ist die Temperatur in der Mitte in Dickenrichtung eines Vorblechs 3 vor der Entzunderung höher beim Transversaltyp als beim Magnettyp. Dementsprechend ist die Temperatur in der Dickenmitte des Vorblechs 3 nach der Entzunderung ebenso beim Transversaltyp höher, auch wenn die Oberflächentemperatur direkt nach der Entzunderung die gleiche ist, wobei der Grad des Anstiegs der Oberflächentemperatur eines Vorblechs 3 aufgrund der nachfolgenden thermischen Erholung des in Dickenrichtung zentralen Abschnitts beim Transversaltyp höher ist.

Um die Erzeugung von partikelförmigem Zunder zu verhindern, wird die Oberflächentemperatur eines Vorblechs 3 nach der Entzunderung bei einem niedrigeren Wert eingestellt. Im Hinblick auf dieses Erfordernis wird der Magnettyp-Induktionserhitzer ebenso als vorteilhaft angesehen.

Aus dem oben angegebenen wird geschlossen, dass der Magnettyp-Induktionserhitzer als Erwärmungsvorrichtung besonders geeignet ist und in der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird.

Darüber hinaus wird dann, wenn ein Material, das einer Erwärmung unterworfen wurde, eine Größe ähnlich der eines Vorblechs 3 aufweist, die Frequenz des Magnettyp-Induktionserhitzers 4 vorzugsweise bei von etwa 1000 Hz oder mehr bis zu einer ausreichenden Frequenz eingestellt, um den Hauteffekt zu verwenden.

Da der Magnettyp-Induktionserhitzer 4 durch Wasserdämpfe von der Entzunderungvorrichtung 5 nass werden kann, sollte der Magnettyp-Induktionserhitzer 4 einen wasserdichten Aufbau aufweisen. Insbesondere können beispielsweise die Magnettyp-Induktionserhitzer 4 in einem Gehäuse platziert sein, dass keine anderen Öffnungen als die Öffnungen zum Aufnehmen und senden eines Vorblechs 3 aufweist, und Reinluft kann durch ein Luftgebläse von einer Leitung zugeführt werden, die mit dem Gehäuse verbunden ist, um den Druck innerhalb des Gehäuses bei einem positiven Druckwert beizubehalten (wie das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr. 6-330158 beschrieben wurde).

In der bevorzugten Ausführungsform aus 7 sind, da die Oberflächentemperatur eines Vorblechs 3 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 präzise gesteuert wird, ein Thermometer 11 an der Einlassseite des Erhitzers 4, ein Thermometer 14 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5, eine Tischwalze 7 zur Detektion der Beförderungsgeschwindigkeit sowie eine Steuerung 13 zur Steuerung des Magnettyp-Induktionserhitzers 4 basierend auf der Oberflächentemperatur des Vorblechs 3 und der Beförderungsgeschwindigkeit, die durch die oben erwähnten Detektionsvorrichtungen detektiert wurde, vorgesehen.

Zum Steuern des Erhitzers 4 kann die Oberflächentemperatur des Vorblechs 3, die durch das Thermometer 11 an der Einlassseite des Erhitzers 4 detektiert wurde, zur Steuerung 13 in einer aktiven Weise zugeführt werden, und/oder die Oberflächentemperatur des Vorblechs, die vom Thermometer 14 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung detektiert wurde, kann in einer Feedback-Weise zur Steuerung 13 zur Verfügung gestellt werden.

Die Beförderungsgeschwindigkeit eines Vorblechs 3, die aus der Rotationsgeschwindigkeit der Tischwalze 7 zur Detektion einer Beförderungsgeschwindigkeit berechnet wurde, wird in die nachfolgende Gleichung eingegeben, um die Ausgabeleistung P des Magnettyp-Induktionserhitzers 4 aus dem notwendigen Temperaturanstieg &Dgr;T zu berechnen: P = C·W·H·V·&Dgr;T wobei:

W
die Breite des Vorblechs darstellt,
H
die Dicke des Vorblechs darstellt,
V
die Beförderungsgeschwindigkeit des Vorblechs darstellt, und
C
eine Konstante darstellt, die auf Basis der spezifischen Wärme und dem spezifischen Gewicht des Vorblechs und der Effizienz des Magnettyp-Induktionserhitzers bestimmt wird.

Beispiel

Ein Beispiel gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 7 wird im Folgenden beschrieben.

Die Effekte gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 7 werden detailliert unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.

Unter Verendung einer Warmwalz-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 7 wurde ein Vorblech 3 mit einer Dicke von 30 mm in ein warmgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 1,4 mm fertiggewalzt. Der Stahl war ein niedrigkohlenstoffhaltiger Stahl. Tabelle 2 (unten) zeigt die Beziehung zwischen der Oberflächeneigenschaft des warmgewalzten Stahlblechs und der Oberflächentemperatur in einem in Breitenrichtung gesehenen Mittelabschnitt des Vorblechs 3, gemessen durch das Thermometer 14 an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5.

Partikelförmiger Zunder wurde auf den warmgewalzten Stahlblechen in den Fällen erzeugt, in denen die an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 gemessenen Temperaturen 1030 bzw. 1050°C betrugen, und Einschluss-Zunder wurde auf den warmgewalzten Stahlblechen in den Fällen erzeugt, in denen die Temperaturen an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5 960 bzw. 990°C betrugen. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, kann sowohl die Erzeugung von Einschluss-Zunder als auch die Erzeugung von partikelförmigen Zunder dann verhindert werden, wenn die Temperatur an der Auslassseite des Erhitzers 4 (Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5) innerhalb von 1000 bis 1020°C liegt.

In einer ähnlichen Weise wurde ein Vorblech 3 mit einer Dicke von 30 mm in ein warmgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von 1,4 mm fertiggewalzt. Tabelle 3 (unten) zeigt die Beziehung zwischen der Oberflächentemperatur des Vorblechs, gemessen an der Einlassseite des Erhitzers 4, und der Oberflächentemperatur des Vorblechs 3, gemessen an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5.

Der Magnettyp-Induktionserhitzer gemäß der vorliegenden Erfindung erbrachte eine erhöhte Fähigkeit zur Steuerung und erzielte eine Temperatur von 1010°C in der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung 5, wenn die Temperatur an der Einlassseite des Erhitzers 4 im Bereich von 900 bis 1000°C lag. Weder Einschluss-Zunder noch partikelförmiger Zunder wurden in den warmgewalzten Stahlblechen in den in Tabelle 3 gezeigten Fällen beobachtet.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus 7 kann eine Entzunderung vor dem Fertigwalzen sicher ausgeführt werden und es kann ein warmgewalztes Stahlblech erzeugt werden, dass keine Zunder-Defekte aufweist und welches eine zufriedenstellende Oberflächeneigenschaft bietet.

Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sollen als illustrierend und nicht beschränkend betrachtet werden und die Erfindung ist nicht auf die darin angegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der anhängenden Ansprüche in verschiedenen Formen modifiziert werden, sowie beispielsweise durch Kombinierung von Merkmalen der verschiedenen Ausführungsformen.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlblechs, umfassend:

– ein Vorwalz-Walzwerk (2), das zum Vorwalzen einer Bramme (1), die eine vorab bestimmte Temperatur aufweist, zu einem Vorblech (3) angeordnet ist;

– zumindest ein Induktions-Heizelement (4), das zur Wiedererwärmung des Vorblechs (3) über eine gesamte Breite des Vorblechs angeordnet ist;

– eine Entzunderungs-Vorrichtung (5), die zum Entzundern von Oxidzunder auf den Oberflächen des wiedererwärmten Vorblechs (3) angeordnet ist; sowie

– ein Fertigwalz-Walzwerk (6), das zum Fertigwalzen des Vorblechs angeordnet ist,

wobei das zumindest eine Induktions-Heizelement (4) sowie die Entzunderungsvorrichtung (5) zwischen dem Vorwalz-Walzwerk (2) und dem Fertigwalz-Walzwerk (6) in der Reihenfolge aus Vorwalz-Walzwerk (2), dem zumindest einem Magnettyp-Induktionsheizelement (4), der Entzunderungsvorrichtung (5) und dem Fertigwalz-Walzwerk (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionsheizelement (4) ein Magnettyp-Heizelement ist und dass die Vorrichtung des Weiteren Elemente (14) zum Regeln einer Oberflächentemperatur des Vorblechs (3) an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung (5) innerhalb eines Bereichs von etwa 1000°C bis etwa 1020°C umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlblechs, umfassend die Schritte:

– Vorwalzen einer Bramme (1) mit vorab bestimmter Temperatur zu einem Vorblech (3);

– Wiedererwärmen des Vorblechs (3) über eine gesamte Breite des Vorblechs (3) mittels zumindest eines Magnettyp-Induktionsheizelements (4);

– Entzundern von Oxidzunder auf den Oberflächen des Vorblechs (3) unter Verwendung einer Entzunderungsvorrichtung (5);

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wiedererwärmungsschritt beinhaltet:

– Regeln einer Oberflächentemperatur des Vorblechs (3) an der Einlassseite der Entzunderungsvorrichtung (5), so dass diese innerhalb eines Bereichs von etwa 1000°C bis etwa 1020°C liegt; und

– Fertigwalzen des entzunderten Vorblechs (3).
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Wiedererwärmungsschritt umfasst:

Einstellen einer Aufheizposition des Vorblechs (3), so dass eine Oberflächentemperatur des Vorblechs (3) vor dem Fertigwalz-Walzwerk (6) niedriger als eine Temperatur in dem Zentrum des Vorblechs in Dickenrichtung ist.






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