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TWI552812B - 製造金屬帶的方法與設備 - Google Patents

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TWI552812B
TWI552812B TW102101569A TW102101569A TWI552812B TW I552812 B TWI552812 B TW I552812B TW 102101569 A TW102101569 A TW 102101569A TW 102101569 A TW102101569 A TW 102101569A TW I552812 B TWI552812 B TW I552812B
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furnace
slab
metal
temperature
induction
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TW102101569A
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Inventor
Juergen Seidel
Peter Sudau
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.)
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Publication date
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Description

製造金屬帶的方法與設備
本發明係有關於一種在一設備中製造金屬帶的方法，該設備包括連續鑄造設備、沿輸送方向連接的第一爐、沿輸送方向連接該第一爐的第二爐，以及沿輸送方向連接該第二爐的軋機。本發明亦有關於一種用於製造金屬板坯或金屬帶的設備。
先前技術中存在用於製造前述類型之金屬帶的設備。
根據EP 1 960 131 B1所揭露的方案，藉由選定操作方式，即在連續及間斷製造金屬帶的情況下激活或者禁用保溫爐(Halteofen)及感應爐，以達到加熱板坯的效果。
EP 1 963 034 B1提出一種用於加熱板坯的感應爐，其工作頻率較低，使得加熱效果集中於板坯芯部。
DE 10 2008 055 650 A1描述一種最小化薄板坯設備之能源需求與CO2排放的方法，該薄板坯設備採用計算模型來算出冷卻所需水量、設備中的水量分佈以及澆鑄速度。
EP 1 469 954 B2及US 7 942 191 B2亦有提出將保溫爐與感應爐結合使用。
利用所謂“CSP(緊湊型帶鋼生產)設備”製造熱帶材時，先將薄板坯澆鑄於連續鑄造設備，再用輥膛爐將其加熱至期望之爐溫，再立即用精軋機列(軋機)將該薄板坯軋至成品帶材厚度。用輥膛爐再加熱薄板坯時需要(例如形式為氣體之)熱能，在精軋機列中實施減薄操作時 需要電流來實施變形。在此情況下，所需爐溫主要取決於待軋製最終厚度及帶寬，以及帶材料。
最大爐溫水平(如1150℃)主要由最終厚度較小的帶材或者精軋機列中的高載荷決定。但此類極限帶材僅占生產份額的一小部分。每個軋製時程或每天皆對不同帶材進行軋製。多個帶材不需要較高的入口溫度，即它們受到了過熱處理。需要節省此處之熱能。但輥膛爐無法針對每個帶材受到任意調整，且精軋機列入口溫度(T-FM；定義為加熱完畢後且處於精軋機列前的最後一個爐子後的平均板坯溫度)無法受到個別變更。在輥膛爐的慣性作用下，爐溫大體保持在同樣高的水平上。此種習知CSP設備之一般性結構原理參閱圖1，整個設備長度(自連續鑄造設備至精軋機列末處)上的平均溫度分佈參閱圖2。
圖1所示設備包括用於澆鑄板坯1的連續鑄造設備2。板坯1進入輥膛爐3並被加熱至入口溫度TFM。此時之板坯厚度例如為60 mm，該板坯沿輸送方向F以4-8米/分鐘的速度運動，具體視邊界條件而定。輥膛爐例如為240 m長。隨後，板坯1以爐子後面的溫度TFM被送入軋機5(精軋機列)，並被軋製為期望厚度(如2.4 mm)之帶材。該帶材此後進入冷卻段10。
圖2為與此相應之溫度曲線圖。如圖所示，入口溫度TFM為1150℃。
以下利用入口溫度TFM為1150℃的一示例來給出輥膛爐中的耗能、精軋機列中用以實施變形的耗能(例如自連續鑄造設備後之60 mm板坯厚度減至2.4 mm最終帶厚)、CO2排放以及能源成本，氧化皮清洗泵、軋輥冷卻用泵等輔助設備的能耗忽略不計：帶水冷式滾子之輥膛爐需要178.1 kWh/t的熱能。加熱成本為5.34 €/t，CO2排放為41.0 kg CO2/t。精軋機列中實施變形所需變形能源為 47.8 kWh/t，電費為3.35 €/t，CO2排放為26.8 kg CO2/t。總能源需求為225.9 kWh/t，總成本為8.69 €/t，總CO2排放為67.7 kg CO2/t。
本發明之目的在於提出一種前述類型之方法以及相應設備，以便進一步降低金屬帶製造過程中，特別是利用鑄軋設備(CSP設備)製造熱帶材過程中的能耗，且除節約成本外亦降低CO2排放。
在方法方面，本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具以下步驟之方法：確定規定生產期間內待製造之金屬板坯或金屬帶的生產範圍，包括至少兩個不同的金屬板坯或金屬帶；為該規定生產期間內的至少一部分、較佳全部待生產金屬板坯或金屬帶測定進入該軋機之入口溫度；測定離開該第一爐之出口溫度，其中，所選該出口溫度低於步驟b)中所測定之進入該軋機之最大的入口溫度，並且低於或大體等於步驟b)中所測定之進入該軋機之最小的入口溫度；以某種方式操作該第一爐，使得該等待製造之金屬板坯或金屬帶以藉由步驟c)所測定之出口溫度離開該第一爐；若待製造之金屬板坯或待製造之金屬帶進入該軋機所需要的入口溫度高於藉由步驟d)所達到之該第一爐之出口溫度，則利用該第二爐將該待製造之金屬板坯或該待製造之金屬帶加熱或再加熱至該入口溫度。
上述步驟c)中可使離開該第一爐之出口溫度大體等於步驟b)中所測定之進入該軋機之最小的入口溫度。“大體等於”主要指該第一爐後面、即該第二爐在其禁用狀態下的區域內僅存在細微溫度變化(降溫)。
亦即，該步驟c)以某種方式測定離開該第一爐之出口溫 度，使得利用該第二爐來設置進入該軋機之最大的入口溫度且將該第二爐的最大功率考慮在內(亦即，該第二爐在最大爐功率的條件下必須能夠以該第一爐之出口溫度為出發點達到進入該軋機的最大的入口溫度)。
上述步驟b)及c)亦可重複受到最佳化處理以便以相反的次序實施。
該第一爐可實施為輥膛爐，以及/或者該第二爐可實施為感應爐、DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)或者感應爐與DFI爐之組合，即爐組。
該第一爐可採用某種工作方式，使得該金屬板坯或金屬帶的出口溫度最大為1125℃。該第一爐中較佳使用節能型乾式爐滾子。
該第二爐(或爐組)較佳採用某種工作方式，使得該金屬板坯或金屬帶的升溫幅度最大為100℃。藉此可實現較短的再加熱段(感應加熱段)-小於約10 m。
該第一爐可實施為板坯蓄熱爐(Brammenspeicherofen)。
該第一爐可達到的溫度梯度較佳小於該第二爐可達到的溫度梯度，亦即，該第二爐(或爐組)的加熱速度較快即溫度動力學特性較強，從而能夠在相對較短的路程上對板坯實施個別加熱。
根據一種改良方案，對離開該第一爐的出口溫度及進入該軋機的入口溫度進行重複確定，從而總體上將該規定生產期間內在該第一爐中、該第二爐中及該軋機中用於製造熱帶材的能源成本及/或CO2排放及/或能耗最小化。
前述步驟b)所述之測定進入該軋機的入口溫度以及/或者前述步驟c)所述之測定離開該第一爐之出口溫度以及/或者用於所有待生產金屬板坯或金屬帶的能耗及/或CO2排放及/或能源成本皆可利用一計算模型實施。
特定言之，對能源成本及/或CO2排放及/或能耗進行最小化計算時可將對進入該軋機的入口溫度進行最小化用作分目標值。亦可採用該第一爐的最小爐出口溫度。還可將最小化該第二爐中的升溫用作分目標值。
確定離開該第一爐之最佳出口溫度及進入該軋機之最佳入口溫度時，在該計算模型中較佳對過程極限及設備極限加以相應考慮。
該第一爐亦可實施為DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)。
該第一爐及/或該第二爐亦可實施為某種DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)，其燃燒器及/或燃燒器設置及/或火焰與板坯表面的距離實施為不會在板坯表面上產生氧化皮或板坯材料之熔化現象。該第一爐及/或該第二爐亦可實施為某種DFI爐，其燃燒器實施為對板坯的整個寬度進行均勻加熱，為此，該等燃燒器較佳在其整個寬度上被構造成連續式矩形噴嘴。作為替代方案，該第一爐及/或該第二爐亦可實施為某種DFI爐，其燃燒器沿輸送方向被構造成多列且各列燃燒器彼此錯開佈置，以便在整個寬度上對金屬帶進行均勻加熱。
根據一種改良方案，在該第一爐前對該金屬板坯或該金屬帶實施預軋製操作。
該第一爐可分為兩個分爐，此時在該二分爐之間對該金屬板坯或該金屬帶實施軋製操作。
若不使用該第二爐或至少不使用該爐子的部分模組，則可將該第二爐或該等模組移出生產線並將一滾子台封裝部送至該第二爐或該等模組的位置。
本發明用於製造金屬板坯或金屬帶的設備，包括連續鑄造設備、沿輸送方向連接的第一爐、沿輸送方向連接該第一爐且形式為感應爐 的第二爐，以及沿輸送方向連接該感應爐的軋機，其特徵在於，該感應爐具有多個沿輸送方向間隔一定距離的感應線圈，其中，該等感應線圈之區域內設有隔熱構件。
該等感應線圈前以及/或者該等感應線圈後以及/或者該等感應線圈之間可至少局部設有隔熱盒。
該等感應線圈前以及/或者該等感應線圈後以及/或者該等感應線圈之間還可至少局部設有隔熱的台輥。
該等感應線圈之朝向該金屬板坯或金屬帶的側面可設有至少一隔熱板或隔熱墊。
該等隔熱盒、該等隔熱的台輥及/或該等隔熱板可由陶瓷纖維材料構成且較佳加罩較薄的耐熱金屬片。
根據一種改良方案，可設置隔熱罩，其中，該等感應線圈與該等隔熱罩透過運動構件相連，以便在不使用該等感應線圈的情況下將其移出生產線並將該等隔熱罩送至該等感應線圈之位置。
還可設有在任何情況下均能對至少一隔熱罩短時施加振動運動的構件，其中，該振動運動較佳橫向於該金屬板坯或該金屬帶之輸送方向。此舉有助於氧化皮向下掉落。
該等隔熱罩可呈漏斗形。
根據一種改良方案，該等用於施加振動運動的構件實施為用於該隔熱罩之運動構件，其中，該等運動構件較佳被構造成使運動速度發生突變。因此，該用於隔熱罩之橫向驅動器亦可同時用於使該隔熱罩發生振動。亦可由該等運動構件實現該隔熱罩之運動且使該隔熱罩在不平坦的路徑上進行移動從而發生振動。
最後，亦可設置較佳週期性吹洗該隔熱罩的構件。其(例如)每當規定期間結束後便用壓縮空氣來吹洗下隔熱罩，從而達到有效清除氧 化皮的目的。
亦即，為對即將進入該軋機的爐溫進行靈活調節，本發明在該輥膛爐後面另設一較短的感應加熱裝置。
若不使用該(隔熱的)感應加熱裝置，則可將該感應加熱裝置或其部分模組(感應器)橫向移出生產線並將一最佳隔熱的滾子台封裝部送至該感應加熱裝置之位置。可使用相同或分別的運動構件來移動該等感應器及隔熱罩。
因此，本發明透過對精軋機列入口溫度進行合理調節來最小化能耗、能源成本及CO2排放，以及最佳化離開該第一爐的出口溫度。
應用該方法時，較佳採用一計算模型並根據加熱過程、軋製過程及冷卻段之邊界條件來調節最佳即最小的輥膛爐出口溫度及精軋機列入口溫度以及最小能耗、最小CO2排放及最小能源成本。
該感應加熱裝置或DFI爐係用以對各帶材施加根本性溫度變化的高動態施控元件；而該輥膛爐係工作較長時間後方能引起溫度變化的低動態施控元件。本發明採用該輥膛爐之目的在於較佳調節最小的板坯儲存溫度，而該感應加熱裝置或該DFI爐則調節精軋機列前的較佳最小目標溫度(精軋機列入口溫度)。
採用隔熱的感應加熱段及DFI爐可在最佳隔熱的同時實現高動態加熱，從而實現高效加熱。
較佳以預計算的方式實施一最佳化算法以便測定該輥膛爐的溫度以及針對每個帶材及/或針對一較長生產週期(例如，一軋製時程、一天、輥膛爐溫度的最大變更期)來使用該輥膛爐。
較佳亦可將爐溫較低(輥膛爐內低於1125℃)條件下的節能型爐滾子(較佳採用乾式爐滾子，即不用冷卻介質實施內冷卻的爐滾子)與將板坯(即預製帶)感應式再加熱至較佳最小的精軋機列入口溫度T-FM 結合使用。
為防止溫度損失，較佳使用該感應加熱裝置來再加熱該等帶材，但在不使用的情況下將整個感應加熱裝置或者感應加熱區域的部件予以封裝。
作為例如實施為輥膛爐之該第一爐的替代或補充方案，亦可採用一被動或主動式滾子台封裝部或者一移動樑爐。
較佳亦將鑄造厚度作為減少能耗及能源成本的最佳化參數加以考慮。
1‧‧‧金屬板坯/預製帶/金屬帶
2‧‧‧連續鑄造設備
3‧‧‧第一爐(輥膛爐)
3'‧‧‧分爐
3"‧‧‧分爐
4‧‧‧第二爐(感應爐)
5‧‧‧軋機(精軋機列)
6‧‧‧感應線圈
7‧‧‧隔熱盒
8‧‧‧台輥
9‧‧‧隔熱板
10‧‧‧冷卻段
11‧‧‧滾壓架
12‧‧‧板片
13‧‧‧驅動滾子
14‧‧‧隔熱裝置
15‧‧‧隔熱裝置
16‧‧‧隔熱裝置
17‧‧‧隔熱裝置
F‧‧‧輸送方向
TAO1‧‧‧離開第一爐之出口溫度
TFM=T-FM‧‧‧進入軋機之入口溫度(精軋機列前的最後一個爐子後)
△T/△t‧‧‧溫度梯度(單位時間溫度變化)
△T‧‧‧溫度變化
圖1為先前技術中用於製造金屬板坯或金屬帶之設備的側視圖，其主要組成部分為連續鑄造設備、輥膛爐及精軋機列；圖2為金屬板坯或金屬帶經過圖1所示設備時的溫度曲線圖；圖3為本發明用於製造金屬板坯或金屬帶之設備的側視圖；圖4為金屬板坯或金屬帶經過圖3所示設備時的溫度曲線圖，圖中示出兩不同板坯或帶材的溫度曲線圖(一條為實線，另一條為點線)；圖5為包含多個帶材之製造時程的示意圖，圖中示出各帶材之成品帶材厚度；圖6為圖5所示各帶材進入精軋機列所需的入口溫度TFM；圖7為應用本發明之方法時之能源成本的總覽圖，分別為在輥膛爐中採用水冷式爐滾子以及採用乾式爐滾子的示例；圖8為製造金屬板坯或金屬帶之替代設備的側視圖；圖9為製造金屬板坯或金屬帶之另一替代設備的側視圖；圖10為先前技術中的感應爐之側向剖視圖；圖11為本發明之感應爐的側向剖視圖； 圖12為圖11所示感應爐之相應視圖，其部分感應器更換為隔熱罩；圖13為金屬板坯或金屬帶經過採用替代操作方式之設備時的溫度曲線圖；圖14為用於節能型操作該設備之計算模型的示意圖；及圖15為該最佳化模型之流程圖。
附圖示出本發明的實施例。
如前所述，附圖所示為用於製造金屬帶1之設備。該設備包括連續鑄造設備2及沿輸送方向F位於下方之第一爐3，其形式為輥膛爐。該第一爐後面為實施為感應爐之第二爐4。該第二爐沿輸送方向F連接有軋機(精軋機列)。該軋機5後面設有冷卻段10。
根據本發明，為針對每個帶材對該精軋機列前之總能源最佳化之溫度TFM進行個別設置，將針對薄板坯之加熱操作進行相應劃分。其中，輥膛爐3僅將薄板坯1加熱至對多數帶材而言足夠的程度(例如1000℃至1050℃)。僅將極限帶材(即薄帶材、極高強度之帶材或對精軋機列施加較大載荷之帶材)，或者需要確保較高最終軋製溫度時，感應式個別加熱至更高的精軋機列入口溫度TFM。亦即，僅加熱至出於載荷或軋製技術考慮的必要程度。
低溫度水平會導致變形能源增長。但變形能源的增長遠小於輥膛爐3及感應加熱裝置4中所節約的熱能。圖3示出一包含輥膛爐3及與其連接之感應加熱裝置4的CSP設備。圖4所示溫度曲線為特別在感應加熱裝置4及精軋機列5之區域內的分佈方式。與圖1及圖2(先前技術)相比，該輥膛爐之溫度降至例如1000℃。此溫度所產生的約990℃之精軋機列入口溫度T-FM對許多帶材而言是足夠的，且當該禁用之第二爐(感應爐4)的區域內會有些許熱量/溫度損失於周圍環境時，此精軋機列入口溫度與離 開該第一爐(輥膛爐3)之出口溫度TAO1基本相等。本實施例中的精軋機列5採用批次工作模式，故軋製速度更快。
在圖4中，常見分佈方式用實線表示，罕見分佈方式(溫度更高)用點線表示。
總能耗、能源成本及CO2排放在此相應減少。若藉由感應式加熱來設置最大例如為1150℃的溫度T-FM(參閱圖4中的點狀溫度曲線)，則同樣能使能耗低於圖1及2所示之狀態。但能源成本及CO2排放會有所增加，因為電流較貴且非初級能源。然而，需要設置此種溫度的情況很少。
亦即，本示例中利用感應加熱裝置及輥膛爐來設置最佳或最小之精軋機列入口溫度。亦可替代地用高性能爐(如DFI爐)來取代該感應加熱裝置以達到類似效果。
因此，為達到減少能源成本、能耗及CO2排放的目的，需要在前述極限的範圍內對該精軋機列入口溫度T-FM進行最佳化，並在多數情況下進行最小化。
利用施控元件實施最佳化(最小化)時，採用輥膛爐3之出口溫度為低動態施控元件，採用感應加熱裝置4為高動態施控元件，該感應加熱裝置可視具體帶材進行個別反應或者在整個帶材長度上進行個別反應。
使用一計算模型實施上述最佳化。藉此可在規定生產週期內為每個帶材測定總能源成本、CO2排放及能耗。對離開該第一爐的爐溫TAO1及精軋機列入口溫度T-FM實施變更，以重複實現最佳(最小)消耗。通常較佳為每個帶材測定最小精軋機列入口溫度T-FM。實施計算時，該軋製程式模型將最大允許速度或轉速以及最大允許之軋製力、軋製力矩及馬達負載考慮在內，並檢查帶材輪廓、平直度及期望之材料特性(材料結構、微合金元素之溶解度)是否正常。此外，一冷卻段模型檢查(例如)水量是 否充足。
一般而言，對過程極限值及設備極限值進行檢查，從而確定最低能耗或最小CO2排放或最小能源成本。此項計算可於每次軋製前進行，以及/或者在針對一較長生產週期(例如，一軋製時程、一天，或者輥膛爐溫度的最大變更期)之準備階段中進行。
據此便可得出與進入速度、板坯厚度、寬度及材料相關之用於輥膛爐3及用於感應加熱裝置4之待選功率的最佳溫度或氣體需求。為輥膛爐3選擇最佳溫度亦與爐入口溫度以及與選擇板坯厚度或者可能設置的粗軋機相關，此點同樣需要加以考慮且對能量平衡施加影響。該最佳化算法與鑄造機模型、爐模型、用於描述感應加熱裝置之作用的模型、軋製程式模型、輪廓及平直度模型以及與冷卻段模型關聯，該最佳化算法可理解為上級2.5模型。
一般而言，可替代地用一適用於板坯加熱的DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)來取代該較佳之感應爐4，DFI爐用直接最佳化施加火焰且不造成板坯表面熔化的方式加熱板坯或帶材。此種採用DFI全氧燃燒工藝的所謂“全氧燃燒爐”係指將純氧而非空氣與氣態或液態燃料混合並將火焰直接對準帶材或薄板坯的專用爐。此種爐除最佳化燃燒過程外亦減少氧化氮排放。此種加熱工藝亦能高效實現較高的熱密度。
為在整個板坯寬度上儘可能均勻地進行加熱，該DFI爐的燃燒器沿輸送方向成列錯開佈置，或者在整個寬度上被構造成矩形噴嘴。
測定用於輥膛爐3、感應加熱裝置4以及用於軋機5(視情況連同11)中的變形之參數(能源、電費及CO2排放)並相加，對該等爐溫及感應加熱裝置中的升溫以及T-FM溫度進行設置，以便得出上述參數之最佳結果之和。
圖5及圖6所示示例分別為最佳化之結果以及採用多個帶材時輥膛爐3之出口溫度及精軋機列入口溫度T-FM的曲線圖。精軋機列之載荷代表了其他參數，在此例如用帶材厚度表示。涉及厚帶材時不進一步提高爐溫，並且在不激活感應加熱裝置4的情況下實施直接軋製。爐溫例如為1000℃。若長遠而言在軋製時程設計中存在薄帶材，則對爐溫予以相應調整(如調節至1030℃)；參閱圖6中的點線。僅在需要的情況下才將相應薄帶材或薄帶材組感應式再加熱至1000℃至1150℃(最大需要溫度)之間，參閱圖6中的陰影區。亦即，可選根據產品組合來確定爐溫TAO1，從而毋需對很大一部分生產實施感應式再加熱。
從圖6可以看出，在輥膛爐之溫度(此處係約1000℃或此後之1030℃)與最大需要溫度(此處係1150℃，參閱圖6中的虛線；涉及不需要更高溫度的帶材時，感應加熱裝置不工作)間的範圍內可避免發生過熱。利用感應加熱裝置僅對部分帶材實施再加熱(陰影區)。
從圖7可看出不同於圖1及圖2所示習知CSP設備的溫度控制效果。圖中示出了針對不同方案及針對不同精軋機列入口溫度T-FM的能耗、CO2排放及能源成本。為簡化起見，此處僅對相同軋製過程(入口厚度=60 mm，出口厚度=2.4 mm)進行說明，以便表明溫度效果即加熱效果。表格中各帶材的生產比例(Produktionsanteil)各具不同的精軋機列入口溫度T-FM。溫度T-FM的基準位置在此位於感應加熱裝置IH後部。舉例而言，60%的薄板坯毋需受到加熱(T-FM=990℃)，20%的板坯需要自1000℃的爐溫被感應式加熱至1050℃，10%的加熱至1100℃，10%的加熱至1150℃。將各生產比例相加並得出總和。成功使用上述最佳化方法後便可減少該產品組合之能源成本、能耗以及CO2排放。在1150℃爐溫不變的情況下，例如可將能源成本減至圖1所示原有水平的83%。
較佳將利用最小化溫度來節約能源的方法與使用節能型乾 式爐滾子相結合。若輥膛爐3(或者採用雙流連鑄設備時的兩個爐子)整體而言以低於1050℃至1100℃的溫度工作，所有滾子較佳皆可由節能型乾式爐滾子構成。此外會出現輕微的爐滾子磨損，或者可採用更簡單且成本低廉的爐滾子材料。乾式爐滾子在其他條件不變時的效果參閱圖7中的“II)乾式爐滾子”。此示例中的能耗減半，能源成本亦(例如)降至原值的64%。
該方法藉由調節最佳精軋機列入口溫度T-FM來最小化能耗、CO2排放及能源成本，該方法除緊湊型CSP設備外亦可應用於在連續鑄造設備後或者在輥膛爐內設有粗軋機的CSP設備。圖8及圖9示出此類設備，其中，在輥膛爐3前設有一滾壓架11(圖8)，或者輥膛爐3分為兩個分爐3'及3"且在二者之間設有一滾壓架11。
同樣，該方法亦可應用於採用類似設計方案的薄帶材鑄軋設備，以及應用於由厚板坯鑄造設備、厚板坯爐、粗軋機及設置於爐子後或精軋機列前之感應加熱裝置所構成的傳統生產設備。涉及帶粗軋機的設備時，需要將粗軋機粗軋機薄化及/或粗軋機軋製速度考慮在內以便進一步影響並最佳化精軋機列入口溫度T-FM。作為輥膛爐3之替代或補充方案，亦可採用一被動或主動式滾子台封裝部(Rollgangskapselung)。
該方法較佳應用於鑄軋設備(CSP設備)，且在厚度較佳為30-120 mm、尤佳為45-90 mm的金屬板坯或薄板坯中應用或實施鑄造。
在不使用整個感應加熱裝置4或者不使用部分感應加熱裝置的情況下，將此滾子台區域熱工封裝以最小化溫度損失。其中，整個感應加熱裝置或者該感應加熱裝置的部分模組以及滾子台封裝部採用橫向移動方案。該感應加熱裝置或者一最佳隔熱之滾子台封裝部處於通向軋機的輸送線中。作為替代或補充方案，該感應加熱裝置亦可內置一隔熱件。
感應加熱裝置4係用於在薄板坯之相對較短的路程內輸入大量能量的元件。但在感應式加熱過程中，薄板坯同時亦將能量輻射至周 圍環境、台輥及冷卻後的感應加熱裝置外罩。此種損失會降低感應加熱裝置4的工作效率。圖10為感應加熱段之常見結構的示意圖(先前技術)。如圖所示，感應線圈6上設有起線圈覆蓋作用之板片12。該感應器外罩受到冷卻以免感應線圈過熱。圖中亦示出台輥8及驅動滾子13。
為提高工作效率或者在感應加熱裝置之區域內降低溫度損失，本發明提出，在感應加熱段內同時設置隔熱裝置，參閱圖11。該隔熱裝置係位於上方且介於各感應器、隔熱之台輥8(盤形滾子，之間設有隔熱件)之間的隔熱盒7，以及位於感應器6前的隔熱板或隔熱墊9(可佈置於上方或下方)。
隔熱材料較佳由耐熱陶瓷材料構成，其導熱性較差、密度較小且比熱較小。亦可為該等隔熱盒加罩較薄的耐熱金屬片。
該等佈置於各感應器6之間的隔熱盒7亦可採用可上下調節即移動之實施方案，以便應付薄板坯1受到不對稱加熱以及/或者板坯拱起現象。
滾子8與感應線圈7之間亦設有一隔熱裝置14。
為降低滾子8朝下方之溫度損失，亦可在其下方設置隔熱裝置15。
不使用感應線圈6時，可用隔熱罩16、17(例如)以橫向移動的方式更換該等區域，參閱圖12。如圖所示，底面上設有漏斗形佈置的隔熱罩16。此點有助於氧化皮掉落從而防止在該等下隔熱罩上出現氧化皮聚集現象。下隔熱罩16橫向於板坯1之輸送方向進行短時振動，此舉進一步有助於氧化皮向下掉落。該振動過程可由原本就存在的隔熱罩橫向驅動器透過在橫向輸送過程中改變該驅動器之速度或者較佳透過在不平坦的輸送路徑上進行運動而實施。作為替代方案，亦可利用排氣裝置不時地吹落氧化皮。所有用於清除氧化皮及防止沈積的措施皆可以類似方式應用於 可動隔熱單元以及底面上的靜止式隔熱罩。
除設置於該感應加熱裝置內的隔熱裝置外，在該輥膛爐與該感應加熱裝置之間以及在該感應加熱段後亦設有隔熱裝置。此點可抑制表面冷卻效果並對感應加熱效果起輔助作用。
該設有隔熱裝置之感應加熱裝置的封裝效果相對較佳，故而該裝置亦可在保護氣氛(氮氣、氬氣、爐煙道氣)下工作以防止出現起氧化皮現象。
圖14為最佳化模型的各組分以及不同子模型為確定輥膛爐出口溫度TAO1及精軋機列入口溫度T-FM而進行的相互配合。該模型或該方法係在線(亦即，在當前製造過程、應用的過程中)實施，以及/或者替代地出於準備性教學目的或者較佳為最佳軋製時程設計而離線實施。藉此便可將類似載荷或性能的帶材組進行相應組合，以便產生最小爐溫TAO1及精軋機列入口溫度T-FM相同的通流(passage)，從而進一步降低能耗。
圖15為例如用於最小化能源成本之最佳化步驟的流程圖。主要最佳化參數為輥膛爐出口溫度TAO1及精軋機列入口溫度T-FM。針對規定生產期間內的K個帶材算出上述參數，對溫度TAO1及溫度T-FM進行重複變動或設置以產生最小能源成本之和。亦可以類似於上述最小化總能源成本的方式最小化CO2排放或能耗。為此，僅需將圖15中標有星(*)之方框中的相應參數加以更換。
本發明所提出的最小化能耗、CO2排放及能源成本的方法亦可以在輥膛爐3後面不設置第二爐或第二爐組(例如，不設置感應加熱裝置4)的方式實施。此時，根據精軋機列條件(成品帶材厚度、載荷、成品帶材溫度、冷卻段中需要的水量等等)將輥膛爐3調節至最小精軋機列入口溫度T-FM。此舉並非針對每個薄板坯實施個別調節，而是在軋製時程設計的準備階段進行並在考慮到爐子加熱動力學特性的情況下為該期間內的 臨界產品選取最小精軋機列入口溫度T-FM，參閱圖13。該最佳化算法亦與前述相同，但不將第二爐的能源考慮在內。在此情況下，(第一爐中的)爐子加熱動力學特性有所降低，故而工作效率較低。
上述在設置最佳輥膛爐溫度、感應式再加熱以及劃分燃料(天然氣、高爐煤氣、油)加熱或電加熱方面的計算結果可能因國家而異，因為燃料成本及電費相距甚遠。因此，前述情形僅起示範作用。
TAO1‧‧‧離開第一爐之出口溫度
F‧‧‧輸送方向

Claims (32)

  1. 一種在一設備中製造金屬帶(1)的方法，該設備包括連續鑄造設備(2)、沿輸送方向(F)連接的第一爐(3)、沿輸送方向(F)連接該第一爐(3)的第二爐(4)，以及沿輸送方向(F)連接該第二爐(4)的軋機(5)，其特徵在於，該方法具有以下步驟：a)確定規定生產期間內待製造之金屬板坯或金屬帶(1)的生產範圍，包括至少兩個不同的金屬板坯或金屬帶(1)；b)為該規定生產期間的至少一部分待生產金屬板坯或金屬帶(1)測定進入該軋機(5)之入口溫度(TFM)；c)測定離開該第一爐(3)之出口溫度(TAO1)，其中，所選該出口溫度低於步驟b)中所測定之進入該軋機(5)之最大的入口溫度(TFM)，並且低於或大體等於步驟b)中所測定之進入該軋機(5)之最小的入口溫度(TFM)；d)操作該第一爐(3)，使得該等待製造之金屬板坯或金屬帶(1)以藉由步驟c)所測定之出口溫度(TAO1)離開該第一爐(3)；e)若待製造之金屬板坯或待製造之金屬帶(1)進入該軋機(5)所需要的入口溫度(TFM)高於藉由步驟d)所達到之該第一爐(3)之出口溫度(TAO1)，則利用該第二爐(4)將該待製造之金屬板坯或該待製造之金屬帶加熱或再加熱至該入口溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於，在該步驟c)中離開該第一爐(3)之出口溫度(TAO1)大體等於申請專利範圍第1項之步驟b)中所測定之進入該軋機(5)之最小的入口溫度(TFM)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於， 該第一爐(3)做成輥膛爐，以及/或者該第二爐(4)實施為感應爐、DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)或者感應爐與DFI爐之組合。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)採用某種工作方式，使得該金屬板坯或金屬帶(1)的出口溫度(TAO1)最大為1125℃，其中，該第一爐(3)中使用節能型乾式爐滾子。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第二爐(4)的工作方式，使得該金屬板坯或金屬帶(1)的升溫幅度最大為100℃。
  6. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)實施為板坯蓄熱爐。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)可達到的溫度梯度(△T/△t)小於該第二爐(4)可達到的溫度梯度(△T/△t)。
  8. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，對離開該第一爐(3)的出口溫度(TAO1)及進入該軋機(5)的入口溫度(TFM)進行重複確定，從而總體上將該規定生產期間內在該第一爐(3)中、該第二爐(4)中及該軋機中(5)用於製造熱帶材的能源成本及/或CO2排放及/或能耗最小化。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該步驟b)所述之測定進入該軋機(5)的入口溫度(TFM)以及/或該步驟c)所述之測定離開該第一爐(3)之出口溫度(TAO1)以及/或者用於所有待生產金屬板坯或金屬帶(1)的能耗及/或CO2排放及/或能源成本皆利用一計算模型實施。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於，對能源成本及/或CO2排放及/或能耗進行最小化計算時將對進入該軋機(5)的入口溫度(TFM)進行最小化用作分目標值。
  11. 如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於，對能源成本及/或CO2排放及/或能耗進行最小化計算時將該第一爐(3)的最小爐出口溫度(TAO1)用作分目標值。
  12. 如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於，對能源成本及/或CO2排放及/或能耗進行最小化計算時將最小化該第二爐(4)中的升溫(△T)用作分目標值。
  13. 如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於，確定離開該第一爐(3)之最佳出口溫度(TAO1)以及進入該軋機(5)之最佳入口溫度(TFM)時，在該計算模型中對過程極限及設備極限加以考慮。
  14. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)實施為DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)。
  15. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)及/或該第二爐(4)做成一種DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)，其燃燒器及/或燃燒器設置及/或火焰與板坯表面的距離實施為不會在板坯表面上產生氧化皮或板坯材料之熔化現象。
  16. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)及/或該第二爐(4)做成為某種DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)，其燃燒器做成為對板坯的整個寬度進行均勻加熱，為此，該等燃燒器在其整個寬度上被構造成連續式矩形噴嘴。
  17. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)及/或該第二爐(4)實施為某種DFI爐(Direkt Flame Impingement，直接火焰衝擊爐)，其燃燒器沿輸送方向(F)被構造成多列且各列燃燒器彼此錯開佈置，以便在整個寬度上對該金屬帶(1)進行均勻加熱。
  18. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，在該第一爐前(3)對該金屬板坯或該金屬帶(1)實施預軋製操作。
  19. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，該第一爐(3)分為兩個分爐(3'，3")，在該二分爐(3'，3")之間對該金屬板坯或該金屬帶(1)實施軋製操作。
  20. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，若不使用該第二爐(4)或至少不使用該爐子(4)的部分模組，則將該第二爐或該等模組移出生產線並將一滾子台封裝部送至該第二爐或該等模組的位置。
  21. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，在一鑄軋設備(CSP設備)中採用厚度30-120mm的金屬板坯或薄板坯。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中，採用45-90mm的金屬板坯或薄板坯。
  23. 一種用於製造金屬板坯或金屬帶(1)的設備，包括連續鑄造設備(2)、沿輸送方向(F)連接的第一爐(3)、沿輸送方向(F)連接該第一爐(3)且形式為感應爐的第二爐(4)，以及沿輸送方向(F)連接該感應爐(4)的軋機(5)，該設備特定言之用於實施如申請專利範圍第1至20項中任一項之方法，其特徵在於，該感應爐(4)具有多個沿輸送方向(F)間隔一定距離的感應線圈(6)，其中，該等感應線圈(6)之區域內設有隔熱構件(7，8，9，14，15)。
  24. 如申請專利範圍第23項之設備，其特徵在於，該等感應線圈(6)前以及/或者該等感應線圈(6)後以及/或者該等感應線圈(6)之間至少局部設有隔熱盒(7)。
  25. 如申請專利範圍第23或24項之設備，其特徵在於，該等感應線圈(6)前以及/或者該等感應線圈(6)後以及/或者該等感應線圈(6)之間至少局部設有隔熱的台輥盒(8)。
  26. 如申請專利範圍第23或第24項之設備，其特徵在於，該等感應線圈(6)之朝向該金屬板坯或金屬帶(1)的側面設有至少一隔熱板(9)或隔熱墊。
  27. 如申請專利範圍第23或第24項之設備，其特徵在於，該等隔熱盒(7)、該等隔熱的台輥(8)及/或該等隔熱板由陶瓷纖維材料構成且加罩較薄的耐熱金屬片。
  28. 如申請專利範圍第23或第24項之設備，其特徵在於，設有至少一隔熱罩(16，17)，其中，該等感應線圈(6)與該至少一隔熱罩(16，17)透過運動構件相連，以便在不使用該等感應線圈(6)的情況下將其移出生產線並將該至少一隔熱罩(16，17)送至該等感應線圈(6)之位置。
  29. 如申請專利範圍第28項之設備，其特徵在於，設有在任何情況下均能對至少一隔熱罩(16)短時施加振動運動的構件，其中，該振動運動橫向於該金屬板坯或該金屬帶(1)之輸送方向(F)定向。
  30. 如申請專利範圍第29項之設備，其特徵在於，該等用於施加振動運動的構件做成用於該至少一隔熱罩(16)之運動構件，其中，該等運動構件被構造成使運動速度發生突變。
  31. 如申請專利範圍第30項之設備，其特徵在於， 該等用於施加振動運動的構件做成用於該至少一隔熱罩(16)之運動構件，其中，該隔熱罩(16)可動設置於一不平坦的路徑上。
  32. 如申請專利範圍第31項之設備，其特徵在於，設有較佳週期性吹洗該至少一隔熱罩(16)的構件。
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