Sonderdruck aus stahl und eisen 07/2013 Seiten 41-47

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1 ESSAR STEEL INDIA produziert Warmband auf weltweit erster Dreistrang-CSP -Anlage Sonderdruck aus stahl und eisen 07/2013 Seiten 41-47

2 5 Mio. t/a mehr Rohstahl, 3,5 Mio. t Warmband pro Jahr zusätzlich Essar Steel India hat 2010 und 2011 die Produktionskapazität an seinem Standort in Hazira im indischen Bundesstaat Gujarat ausgebaut. Die dazugehörige Anlagentechnologie stammt von SMS Siemag: zwei 200-t-Conarc -Ofeneinheiten, drei Doppelpfannenöfen und eine CSP -Anlage, die zur ersten Dreistranganlage der Welt ausgebaut wird. SMS Siemag lieferte für diese Anlagen die Mechanik und die gesamte X-Pact -Elektrik und Automation und war für die Montageüberwachung und die Inbetriebnahme verantwortlich. Der Artikel beschreibt die Anlagentechnologie und stellt die wichtigsten Betriebsergebnisse in der Inbetriebnahmephase dar. QR-Code mit dem Smartphone scannen oder unter Video der Anlage ansehen. Autoren: B. Fernandes, Essar Steel India Ltd., Hazira, India; C. Klein, H. Rackel, SMS Siemag AG, Düsseldorf, Germany 2

3 ESSAR STEEL INDIA produziert Warmband auf weltweit erster Dreistrang-CSP -Anlage Der Stahlerzeuger Essar Steel India ist einer der größten indischen Produzenten und Exporteure von Flachprodukten. Die Produkte werden für die Bereiche Automotive, Bauwesen und Schiffbau hergestellt. Märkte für Essar Steel India sind Südostasien, Naher Osten, Europa und Amerika. Am Standort Hazira produziert Essar Steel India künftig auf der weltweit ersten Dreistrang-CSP -Anlage. MODERNISIERUNGEN IM STAHLWERK Im Jahr 2007 beauftragte der indische Stahlerzeuger Essar Steel India SMS Siemag mit der Lieferung eines Stahlwerks und einer CSP -Anlage. Mit den neuen Anlagen erhöht Essar Steel India seine Rohstahlkapazität am Standort Hazira auf insgesamt 10 Mio. t. Die neuen Conarc -Öfen erzeugen künftig 5 Mio. t Flüssigstahl pro Jahr. Ein Teil der Produktion geht in die neue CSP -Anlage, die für die Herstellung von 3,5 Mio. t Warmband pro Jahr mit Breiten zwischen 950 und 1680 mm ausgelegt ist. Einen weiteren Teil verarbeitet Essar Steel India in der konventionellen Brammenstranggießanlage. Diese Anlagen produzieren qualitativ hochwertige Flachprodukte. Elektrik und Automation Das Stahlwerk wird durch das X-Pact -Level 2-System mit den dazugehörigen metallurgischen Prozess modellen geregelt, gesteuert und überwacht. Über Bedienmasken werden Qualitäts- und Produktionsdaten visualisiert, Bild 1. Bild 1. In den Steuerständen fließen sämtliche Informationen über den Produktions prozess zusammen. Das übersichtliche HMI (Human Machine Interface) ermöglicht eine einfache und intuitive Bedienung. 3

4 SMS SIEMAG Warmbandproduktion Gasreinigungsanlage Mit der Errichtung des Stahlwerks wurde bei Essar Steel India zudem eine Gasreinigungsanlage installiert. Diese dient der Stahlwerksentstaubung und Gasreinigung der Primär- und Sekundärgase. Im Stahlwerk wird der Stahl mit zwei 200-t-Conarc - Ofeneinheiten erschmolzen, während die drei Doppelpfannenöfen zur Nachbehandlung dienen. Conarc -Verfahren Das Conarc -Verfahren ist eine Kombination aus den klassischen Routen der Blasstahl- und Elektrostahlerzeugung. Der Conarc besteht aus einem Doppelgefäß und verwendet einen schwenkbaren Satz Elektroden sowie mindestens eine schwenkbare Toplanze für Sauerstoff, die abwechselnd in den beiden Gefäßen zum Einsatz kommen, Bild 2. Die Einsatzstoffe können somit beliebig verarbeitet werden. Essar Steel India kann durch diese Flexibilität auf schwankende Marktpreise bei den Energien und Einsatzstoffen dynamisch reagieren. Bild 2. Die 200-t-Conarc -Öfen in Betrieb. Bild 3. Nach der Schmelze im Conarc erfolgt in den Doppelpfannenöfen die Nachbehandlung. 4

5 Pfannenöfen In den Pfannenöfen, Bild 3, lässt sich für den nachfolgenden Stranggießprozess die gewünschte Temperatur und Analyse exakt einstellen. Zuvor wird der Flüssigstahl in eine Stahlpfanne abgegossen, die auf einem ferngesteuerten Pfannenwagen steht und den Stahl zur Weiterverarbeitung in die Pfannenöfen transportiert. Die Pfannenöfen bieten folgende Vorteile: - verbesserte Logistik für die Versorgung der drei CSP -Gießanlagen und der Dickbrammengieß - maschine - verbesserte Stahlqualität und Entschwefelungs - kapazität - geringe Emission - geringe Lärmbelastung - gesenkte Produktionskosten durch niedrigen Elektrodenverbrauch und - geringen Verbrauch an Legierungsmitteln. CSP -Anlage Die CSP -Anlage von Essar Steel India ist im Endausbau mit drei Gießsträngen auf jährlich 3,5 Mio. t Warmband mit Breiten zwischen 950 und 1680 mm ausgelegt. Mit dieser Anlage erhöht Essar Steel India nicht nur seine Warmbandkapazität, sondern nutzt die CSP - Technik auch gezielt zur Produktion von Bändern aus hochwertigen Stahlsorten. Dank der konstanten Prozessbedingungen lassen sich Stahlsorten wie Rohrstähle oder Silicium- und Zweiphasenstähle mit besonders hoher Qualität herstellen. Durch die direkte Verbindung von Gießen und Walzen ist die CSP -Technologie besonders energieeffizient. In Bild 4 sind die technischen Daten und Haupteinrichtungen der CSP -Anlage bei Essar Steel India aufgelistet; Bild 5 zeigt das Layout der Dreistrang-CSP -Anlage mit der Anbindung an die Warmwalzstraße. Inbetriebnahme: 2011 Produktionskapazität: 3,5 Mio. t/a Brammendicke: mm Bandbreite: mm Banddicke: 1,0 25,4 mm Stahlsorten: Kohlenstoffstähle (Low, Medium, High Carbon), Si-Stahl, Rohrstähle, DP-Stähle Bild 4. Technische Daten und Haupteinrichtungen der CSP -Anlage bei Essar Steel India. Bild 5. Layout der Dreistrang-CSP -Anlage. 5

6 SMS SIEMAG Warmbandproduktion CSP -Gießmaschinen Die Gießanlagen wurden als Vertikal-Abbiegemaschinen ausgeführt. Die Prozesstechnik ermöglicht einen stabilen und präzise gesteuerten Produktionsablauf. Von der Verteilerrinne gelangt der flüssige Stahl in die CSP -Kokille, Bild 6. Während des Gießbetriebs überwacht das Mold Monitoring System den Prozess. Es erkennt frühzeitig Störungen in der Kokille und verhindert Durchbrüche. Ferner werden die Brammen gezielt heruntergekühlt, um gezielte metallurgische Eigenschaften zu erhalten. Dazu berechnet die Dynamic Solidification Control zyklisch den Erstarrungsvorgang und die notwendigen Kühlwassermengen. Bild 6. Von der Verteilerrinne gelangt der flüssige Stahl in die CSP -Kokille. Mit Liquid Core Reduction kann die Brammendicke stufenlos zwischen 55 und 80 mm eingestellt werden, Bild 7. Die Gießspiegelregelung trägt zur Erhöhung der Produktqualität und zur Maximierung des Durchsatzes bei. Im Strang wird die Dünnbramme in Abstimmung mit der Gießgeschwindigkeit auf eine Dicke verringert, die ideal für die weitere Verarbeitung in der CSP -Walzstraße ist. Bild 7. Dank LCR-3-Technologie (Liquid Core Reduction) kann die Dünn brammen dicke je nach Prozess anforderungen und Endbanddicke stufenlos angepasst werden. 6

7 CSP -Öfen Die CSP -Öfen sorgen für eine homogene Temperatur über die gesamte Dünnbrammenbreite und -länge, Bild 8. Die Beheizung erfolgt mit Prozessgas. Mit einer Länge von 235 m bietet der Tunnelofen bei einem Arbeitswalzenwechsel in der Walzstraße ausreichend Puffer für einen durchgängigen Produktionsbetrieb. Die Fähre im mittleren CSP -Ofen verbindet die beiden äußeren Stränge mit der Walzlinie. CSP -Walzwerk Hinter dem Ofen sorgt ein höhenverstellbarer Hochdruckentzunderer für eine saubere Brammenoberfläche. Er entfernt mit einem Druck von maximal 380 bar den Zunder, der sich während des Aufheizens auf der Oberfläche der Bramme gebildet hat. Nach der Entzunderung werden in der siebengerüstigen Walzstraße die Bänder ausgewalzt, Bild 9. Die Anlage kann sowohl Dünnband bis zu 1,0 mm als auch Dickband bis zu 25,4 mm produzieren. Sämtliche Gerüste der Walzstraße verfügen über hydraulische Anstellungen, Arbeitswalzenbiegung und CVC -plus-technik. Zudem sorgen hydraulische Looper, Differenzzuglooper und die Arbeitswalzenkühlung in der Walzanlage für einen stabilen Bandlauf auch bei kleinen Enddicken. Neben den Haupt- und Hilfsantrieben der CSP -Anlage gehörte die X-Pact -Elektrik und Automation zum Lieferumfang von SMS Siemag. Bild 8. Die CSP -Öfen sorgen für eine homogene Temperatur über die gesamte Dünnbrammenbreite und -länge. Bild 9. In der siebengerüstigen Walzstraße werden die Bänder auf Dicken von 1,0 bis 25,4 mm ausgewalzt. 7

8 SMS SIEMAG Warmbandproduktion Bandkühlung In der Bandkühlung werden durch gezieltes Abkühlen die Materialeigenschaften des Walzguts eingestellt, Bild 10. Die optimale Kühlstrategie für jedes Band wird vom X-Pact -Kühlmodell vorgegeben. Es basiert auf der Abbildung der maßgeblichen physikalischen Vorgänge, wie der Wärmeleitfähigkeit in Banddickenrichtung, dem Wärmeübergang in Luft- und Wasserzonen sowie dem Umwandlungsverhalten des Materials während des Kühlprozesses und errechnet daraus für jedes Band den passenden Kühlverlauf. Haspelanlage und Bundtransport Zwei vollhydraulische Unterflurhaspel wickeln am Ende der Walzstraße im Wechsel die gewalzten Bänder auf. Die Haspel sind für kantengerade, eng gewickelte Bunde bei allen Stahlsorten und Bandabmessungen optimiert. Die gewickelten Coils werden anschließend an das innovative Palettentransportsystem übergeben. Der Transport in das Bundlager erfolgt mit horizontal liegender Bundachse. Das neuartige Palettentransportsystem zeichnet sich gleichzeitig durch den sicheren und schonenden Transport der Bunde und niedrige Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten aus. Die individuelle Steuerung der Paletten entkoppelt die Abläufe im Bundlager von der Produktion in der Warmbandstraße. Elektrik und Automation Nach der Walzstraße werden die geometrischen Eigenschaften wie Dicke, Breite, Profil, Planheit und die Bandtemperatur gemessen und an die X-Pact -Automation übermittelt. Wie bereits beim Stahlwerk, fließen auch bei der CSP -Anlage von Essar Steel India sämtliche Informationen über den Produktionsprozess in den Steuerständen zusammen, Bild 1. Über die Bedienmasken erhält das Bedienpersonal jederzeit relevante Qualitäts- und Produktionsdaten. Die Pulte und ihre Bedienelemente sind ergonomisch angeordnet. Innerhalb der CSP -Anlage lieferte SMS Siemag sämtliche Prozessmodelle und technologischen Regelungen für alle Einrichtungen von der Gießmaschine bis zum Bundtransportsystem. Realitätsnahe Testphase Die Automation der CSP -Anlage testete SMS Siemag vor der Auslieferung mit dem bewährten Plug & Work -Verfahren. In den eigenen Testfeldern von SMS Siemag wurde das Automationssystem bereits lange vor der Montage beim Kunden mithilfe einer Simulation, die die komplette Mechanik, Antriebstechnik und den Prozess abbildet, realitätsnah getestet und optimiert. Darüber Bild 10. In Abhängigkeit der zu erreichenden Werkstoffeigenschaften werden bei der Laminarkühlung die Kühlkurven eingestellt. 8

9 hinaus schulten SMS-Siemag-Mitarbeiter das Bedienpersonal von Essar Steel India an den Originalsteuerpulten. Im virtuellen Produktionsbetrieb lernten die Mitarbeiter von Essar Steel India die Funktionen der Anlage und ihre Handhabung in realistischen Betriebssituationen kennen. Durch das Plug & Work -Konzept kann die Inbetriebnahmezeit deutlich verkürzt sowie die Hochlaufphase und damit der ROI beschleunigt werden. INBETRIEBNAHME der CSP -Anlage von Essar Steel India Nachfolgend werden die Ergebnisse der Inbetriebnahme der CSP -Anlage von Essar im Werk Hazira beschrieben. Bereits drei Monate nach Beginn der Warminbetriebnahme erfolgte im Juli 2011 die Walzung mit zwei Gießsträngen. Nach sieben Monaten wurde der erste Teilabschnitt mit der Zweistrang-Gießwalzanlage vom Kunden Essar Steel India abgenommen. Bei der weiteren Dokumentation der Inbetriebnahmeergebnisse werden hier betrachtet - die Parameter wie durchschnittliche Gießzeit pro Pfanne und Verfügbarkeit der Gießmaschine - die Hochlaufkurve der Produktion - der Produktmix - erreichte Werte für Dicke, Dickenprofil, Planheit, Walzend- und Haspeltemperatur - Walzung von Warmband mit einer Endwalzdicke von 1 mm. Parameter der Gießmaschine Während der ersten 16 Monate seit Beginn der Inbetriebnahme konnten die folgenden Werte im Bereich der Gießmaschine erreicht werden: - mittlere Anzahl der Schmelzen je Gießsequenz: 7 - maximale Anzahl der Schmelzen: 18 - Verfügbarkeit Gießmaschine ( Steel in mould ): 80 % - Ausbringung der Gießmaschine (Verhältnis Dünnbrammengewicht zu Einsatzgewicht Gießmaschine): 98,6 % - durchschnittliche Gießzeit pro Pfanne: 70 min - durchschnittliche Gießgeschwindigkeit: 5 m/min - mittlerer Durchsatz: 2,94 t/min - mittlere Gießdicke: 60 mm. Hochlauf der Produktion Bild 11 zeigt hierzu die auf die Nennkapazität bezogene Tagesproduktion für den oben genannten Zeitraum. 250 Tage nach Beginn der Inbetriebnahme wurde die 100%-Marke erstmalig überschritten und im weiteren Verlauf auf 130 % gesteigert. Die 100%-Grenze entspricht der Anlagennennkapazität von 2,5 Mio. t/a mit zwei Gießsträngen. Produktion Nennkapazität Kapazität, % Bild 11. Auf die Hochlaufkurve bezogene Produktion. Tage nach Produktionsstart 9

10 SMS SIEMAG Warmbandproduktion Minimale Dicke, mm Minimale Dicke, mm Tage nach Produktionsstart Tage nach Produktionsstart Bild 12. Gewalztes Dickenspektrum. Produktmix CSP -Anlagen sind aufgrund der prozessbedingten homogenen Walzguttemperaturen insbesondere für Dünnbandwalzungen unterhalb von 2 mm geeignet. Die Walzung von Sorten mit Dicken bis 16 mm als Vormaterial für Rohrstähle ist ebenfalls mit dieser Anlagentechnik möglich. Bild 12 zeigt links und in der Mitte die zeitliche Entwicklung der minimal und maximal gewalzten Dicken für den Zeitraum April 2011 bis Juli 2012 und rechts die Verteilung der gewalzten Dicken. Die Endwalzdicke von 1 mm wurde 57 Tage und die Dicke von 20 mm 120 Tage nach Beginn der Warminbetriebnahme gewalzt. Etwa 20 % aller Bänder wurden mit Endwalzdicken von weniger als 2 mm und 0,32 % mit Dicken zwischen 15 und 20 mm gewalzt. Der Auswertung liegen mehr als gewalzte Bänder zugrunde. Bezüglich des Werkstoffspektrums lässt sich feststellen: Bisher wurden Low-Carbon-, Medium-Carbon- und High-Carbon-Stähle sowie peritektische Stahlsorten erfolgreich vergossen und gewalzt. Performancedaten Die Auswertung der Performancedaten erfolgt nach dem Endlosbandprinzip. Hierbei werden die anfallenden Messwerte in einem festen Zeitraster von 200 ms erfasst und gespeichert. Für die weitere Auswertung der Kollektive aus der regulären Produktion wird die Abweichung zum jeweiligen Sollwert ermittelt und das Ergebnis in Klassen eingeteilt. Etwa 95 % aller Messwerte liegen in einem Streuband von ± 10 µm. Die Ergebnisse für Profil und Planheit sind unabhängig von der Endwalzdicke und Endwalzbreite ermittelt worden. Der Schwerpunkt der Profilbombierung liegt mit etwa 80 % zwischen 45 und 60 µm und für die Planheit mit etwa 98 % innerhalb von ± 15 I-Units. Die Performanceauswertung für die Zielgrößen Walzend- und Haspeltemperatur ergab, dass mehr als 96 % aller Messwerte in einem Toleranzband von ± 15 K liegen. Walzung von 1 mm dickem Warmband Die Ergebnisse mehrerer aufeinanderfolgender Dünnbandkampagnen mit einer Warmdicke von 1,05 mm sind ebenfalls ermittelt worden. Die Kaltdicke liegt bei 1 mm. Die Endwalzbreite beträgt 1000 mm. Typisch für den Aufbau der Walzprogramme sind Endbanddicken von 2 bis 3 mm zu Beginn der Sequenz. Nach etwa 10 bis 15 Bändern ist die Endwalzdicke von 1 mm erreicht und wird dann für die nächsten etwa 30 Bänder beibehalten. Danach erfolgt ein Walzenwechsel und die nächste Sequenz beginnt. 10

11 Anzahl Bänder Gewalzte Dickenklassen, mm FAZIT Dank perfekten Zusammenspiels der erprobten Prozessmodelle mit den für die Mechanik maßgeschneiderten Regelkreisen und der optimalen Vorbereitung im Plug & Work-Test wurden nach extrem kurzer Zeit Produktionsergebnisse erzielt, mit denen der Kunde sehr zufrieden ist. Die erfolgreiche Inbetriebnahme von Stahlwerk und CSP -Anlage bei Essar Steel India ist ein Beleg für die gute Abstimmung von Mechanik, Elektrik und Automation. Christoph Klein, General Manager, Technical Sales Hot Rolling Mills / Coordination CSP, Hot and Cold Rolling Mills Division; Harald Rackel, Member of the Managing Board; Wolfgang Spies, General Manager, Order Execution Hot/Cold Rolling Mills; Thomas Stark, Project Manager, Order Handling Rolling Mills, Electrical and Automation Systems Division, SMS Siemag AG, Düsseldorf. communications@sms-siemag.com

12 MEETING your EXPECTATIONS SMS SIEMAG AG Geschäftsbereich Warmwalzwerke Wiesenstraße Hilchenbach Telefon: Telefax: Internet: SMS SIEMAG AG Geschäftsbereich Stranggießanlagen Eduard-Schloemann-Straße Düsseldorf Telefon: Telefax: cc-plants@sms-siemag.com Internet: S1+W4/216D 500/10/13. ky. Printed in Germany Die in dieser Druckschrift enthaltenen Informationen beschreiben Leistungseigenschaften von Produkten im Allgemeinen. Die Leistungseigenschaften von gelieferten Produkten können von den in der Broschüre beschriebenen Eigenschaften abweichen. Insbesondere können sich diese Eigenschaften durch Weiterentwicklung von Produkten ändern. Die in dieser Druckschrift enthaltenen Informationen entfalten keine Rechtswirkung. Zur Lieferung von Produkten mit spezifischen Eigenschaften sind wir nur verpflichtet, wenn dies ausdrücklich vereinbart ist.