Durch den erhöhten Einsatz von Stahlschrott kann bei der Erzeugung von Stahlprodukten CO2 eingespart werden. Um die Qualität des so hergestellten Stahls zu garantieren oder sogar neue, bessere Eigenschaften zu erzielen, muss man die Produktionsparameter genau verstehen und kontrollieren. An den Details forscht das Materials Center Leoben Forschungs GmbH MCL.
Das Materials Center Leoben forscht zur Emissionsminderung bei der Entsorgung von Stahl
Eine emissionsreduzierte Stahlerzeugung führt über den Elektrolichtbogenofen statt über den klassischen Hochofen. Ersterer benötigt zwar relativ viel Energie für das Aufschmelzen des Schrotts, dafür entfällt der Einsatz von Koks, der im Hochofen zum Einsatz kommt und der während des Prozesses große Mengen des Treibhausgases CO2 freisetzt.
„Im Gegensatz zu metallurgisch reinem Roheisen aus dem Hochofen enthält Schrott verschiedene Legierungselemente, welche die Eigenschaften beeinflussen“, schildert Peter Raninger, Group Leader Digital Manufacturing Processes vom Department Simulation am MCL. „Deshalb muss die Industrie technische Antworten finden, um auf diese Elemente zu reagieren.“ Zwar könnten einige der Stoffe aus dem Stahl entfernt werden, „aber einige bleiben drin“, erklärt der Wissenschaftler.
Enge Zusammenarbeit mit der österreichischen Stahlindustrie
Zum einen müsse daher flexibel zulegiert werden und zum anderen müssten die technischen Stellschrauben im Stahl- und Walzwerk gezielt auf den aktuellen Typ Schrott angepasst werden. Dies garantiere, dass sowohl die Qualität konstant gehalten als auch der CO2-Ausstoß reduziert wird. Das Materials Center Leoben baut gemeinsam mit der Industrie das notwendige materialwissenschaftliche Wissen auf und arbeitet an dessen Übersetzung in Stellschrauben am Herstellungsprozess. „Dabei geht es besonders um die Prozessschritte Warmwalzen, kontinuierliche Wärmebehandlung und Haubenglühen von Stahlbändern.“ Das MCL arbeite dafür eng mit der österreichischen Stahlindustrie zusammen, die für ihre hohe Qualität weltweit geschätzt werde. „Gemeinsam stellen wir eine hohe und konstante Produktqualität sicher.“
An der Chemie des Stahls, so Gerald Ressel, Gruppenleiter Steel Engineering vom Department Materials am MCL, könne man nur begrenzt schrauben. „Wir haben im Prinzip zwei Möglichkeiten: Wir passen die chemische Zusammensetzung an oder entwickeln gezielte Prozessparameter.“ Dabei geht es vor allem um Details beim Walzen des Stahls und bei der Wärmebehandlung. „Wir kennen die Route, die vom Hochofen herkommt und zum Endprodukt führt“, sagt Ressel. „Für das neue Material aus Schrott müssen wir viele Details erst herausfinden.“
Stahlproduktion aus Altmetall
Rund zehn Wissenschaftler arbeiten am MCL seit zwei Jahren an den Fragen der Stahlherstellung aus Schrott. Dazu kommen etliche Experten aus der Stahlindustrie. „Wir befinden uns ungefähr auf einem Drittel des Weges zum Ziel“, ist Raninger überzeugt. Derzeit beschäftige man sich vor allem damit, bereits bestehende Prozesse effizienter zu machen.
Dafür müsse man alle Parameter im Auge behalten, erläutert Raninger. „Wir schauen uns jeden Schritt der Prozesskette ganz genau an. Energieeinsparungen sind nicht nur dort möglich, man muss das Endprodukt gesamthaft betrachten. Da spielt dann zum Beispiel auch eine höhere Lebensdauer eine Rolle, weil ja unterm Strich weniger erzeugt werden muss. “ Ein nicht unwesentlicher Faktor für die Industrie ist die Energieersparnis. Durch kontrolliertes Abkühlen schon auf der Walze benötigen die Stähle später eine geringere Wärmebehandlung. Das sogenannte Härten entfällt, nötig ist nur mehr ein „Anlassen“ genannter Schritt, um die nötige Festigkeit zu erzielen. Dadurch können rund zehn Prozent der Prozesswärme eingespart werden
Der Weg zur nachhaltigen Abfallverwertung
Die Adaption des Stahlherstellungsprozesses in Richtung nachhaltiger Schrottnutzung ist aber nur eine Seite der Forschungsarbeit, die am MCL durchgeführt wird. „Es geht auch um neuartige Stähle für bestimmte Anwendungen“, betont Raninger.
Diese können zum Beispiel in Elektromotoren für Fahrzeuge eingesetzt werden. Dabei geht es um die magnetischen Eigenschaften von Rotor und Stator des Motors. „Im Motor gibt es immer Energieverluste, weil Strom auch in Wärme umgesetzt wird statt in Bewegung. Unser Ziel ist es, zehn Prozent dieser Verlustleistung einzusparen. Das würde automatisch die Reichweite des Elektrofahrzeugs erhöhen. Die vorhandenen Bleche, die in den Motoren verbaut würden, seien „an sich schon sehr gut, aber da kann noch optimiert werden“.
Mehr Informationen:
www.mcl.at
Fördergeber:
MCL als Träger des Kompetenzzentrums
IC-MPPE wird von den Bundesministerien BMK und BMDW sowie von den Bundesländern Steiermark, Oberösterreich und Tirol – im Rahmen von COMET (Competence Centers for Excellent Technologies) – gefördert. Die COMET-Förderung wird von der FFG abgewickelt.
„Science“ wird mit finanzieller Unterstützung in völliger Unabhängigkeit unter der redaktionellen Leitung von Andreas Kolb gestaltet.
