In Clausthal hat das Erforschen neuer Prozesse bei der Werkstoffherstellung Tradition. Da ist es kein Wunder, dass sich einige Stahlriesen mit der Technischen Universität zusammengetan haben, um ein neues Gießverfahren zu entwickeln. Sein Name: Direct strip casting, also direktes Streifen- bzw. Bandgießen, kurz DSC. Dabei wird der flüssige Stahl mit nur einem einzigen Walzvorgang in die gewünschte Dicke gebracht. Bei den herkömmlichen Gießverfahren sind dazu mehrere Walzvorgänge notwendig. Um das neue Verfahren zu testen, betreibt die TU seit ein paar Jahren eine Pilotanlage. Dr. Karl-Heinz Spitzer vom metallurgischen Institut erklärt, wie sie funktioniert:
Geregelt durch einen Stopfen fließt der Stahl über ein Zuführsystem auf ein umlaufendes Förderband. Dieses Förderband ist von unten intensiv mit Wasser gekühlt, der obere Bereich oberhalb des Bandes ist abgedeckt, damit die auffliessende Schmelze unter Schutzgas gehalten werden kann. Die Stahlschicht erstarrt dann auf dem Band, geht in einen Rollengang und dieses gegossene Band wird schließlich in ein Walzgerüst geführt, wo das gegossene Produkt, das eine Dicke von 10 bis 14 Millimeter ungefähr aufweist, auf ca. 8 Millimeter gewalzt wird. Anschließend wird dieses gewalzte Band in einem Coiler zu einem so genannten Coil gewickelt, wie es auch in den tatsächlichen Produktionsanlagen stattfindet.
Dadurch, dass mehrere Walzstufen eingespart werden, fällt auch das bislang notwendige Wiedererwärmen des Stahls vor dem Walzen fort. Das Ergebnis: bis zu 90 Prozent weniger Energie muss eingesetzt werden. Und auch die Länge der gesamten Gießanlage würde sich von mehreren hundert Metern auf nur etwa einhundert Meter reduzieren. Die Pilotanlage in Clausthal ist natürlich sehr viel kleiner. Doch alle grundsätzlichen Versuche konnten an ihr durchgeführt werden.
Ein wesentlicher Punkt bei diesem Verfahren ist, dass der Stahl gleichmäßig auf das Band aufgebracht wird. Hierzu mussten spezielle Zuführsysteme entwickelt werden. Ein sehr wesentlicher Punkt ist, dass das Band eine sehr stabile Unterlage darstellt. Dies geschieht durch Unterdruck unter dem Band. Dann musste die gesamte Prozesssteuerung, d.h. man hat bei diesem Verfahren ja eine kontinuierliche Kopplung des Gießens, des Abkühlens, des Walzens, des Coilens und für einen solchen, in sich gekoppelten Prozess mussten auch entsprechende Prozesssteuerungskonzepte entwickelt werden.
Die eigentliche Prozessentwicklung ist nun so gut wie abgeschlossen. An der Pilotanlage in Clausthal geht es jetzt Schwerpunktmäßig darum, die Möglichkeiten des DSC-Verfahrens für die Verarbeitung so genannter Trip-Stähle zu ermitteln. Diese hochmanganhaltigen Stähle waren bisher nur schwer zu gießen, sagt Dr. Spitzer: Sie neigen beim konventionellen Gießen dazu, an den Kokillen, in die sie gegossen werden, zu kleben, der Prozess kann nicht sicher geführt werden oder muss sehr langsam geführt werden. Andererseits, wenn diese Stähle eine bestimmte Temperatur unterschritten haben, werden sie sehr fest. Darüber hinaus hat der konventionelle Strangguss eine Erscheinung, die man Makroseigerung nennt. Das bedeutet, dass Legierungselemente speziell im Kernbereich stark angereichert werden. Das würde für solche Werkstoffe sehr ungünstig sein. Und dies findet hier bei diesem Verfahren verfahrensbedingt, konzeptionell nicht statt.
Das DSC-Verfahren ist deshalb vor allem für Autobauer interessant. Damit könnte man Bleche herstellen, die bei höherer Festigkeit das Gewicht der Karosserie noch einmal um 20 Prozent verringern würden. An der TU in Clausthal ist man sich sicher, dass man nun von der Pilotanlage in den Produktionsmaßstab gehen kann.
Sicherlich ist da noch einiges an Entwicklungsarbeit zu leisten, da sind grundsätzlich bei einem solchen Upskaling Probleme zu erwarten. Aber aus meiner Überzeugung durchaus lösbare Probleme. Und man hätte dann einmal ein Verfahren, das hohe Produktivitäten für integrierte Hüttenwerke bereitstellen könnte und auch die speziellen Potenziale für die neuen Leichtbauwerkstoffe, die hervorragende Einsatzmöglichkeiten speziell im KfZ-Bereich hätten.
Zur Zeit beraten die Projektpartner Salzgitter Stahl AG, die SMS Demag und Thyssen Krupp über die Gründung eines Konsortiums, um eine erste Großanlage zu bauen. Ein genauer Zeitpunkt für deren Entstehung steht allerdings noch nicht fest.
Axel Hammerl
Geregelt durch einen Stopfen fließt der Stahl über ein Zuführsystem auf ein umlaufendes Förderband. Dieses Förderband ist von unten intensiv mit Wasser gekühlt, der obere Bereich oberhalb des Bandes ist abgedeckt, damit die auffliessende Schmelze unter Schutzgas gehalten werden kann. Die Stahlschicht erstarrt dann auf dem Band, geht in einen Rollengang und dieses gegossene Band wird schließlich in ein Walzgerüst geführt, wo das gegossene Produkt, das eine Dicke von 10 bis 14 Millimeter ungefähr aufweist, auf ca. 8 Millimeter gewalzt wird. Anschließend wird dieses gewalzte Band in einem Coiler zu einem so genannten Coil gewickelt, wie es auch in den tatsächlichen Produktionsanlagen stattfindet.
Dadurch, dass mehrere Walzstufen eingespart werden, fällt auch das bislang notwendige Wiedererwärmen des Stahls vor dem Walzen fort. Das Ergebnis: bis zu 90 Prozent weniger Energie muss eingesetzt werden. Und auch die Länge der gesamten Gießanlage würde sich von mehreren hundert Metern auf nur etwa einhundert Meter reduzieren. Die Pilotanlage in Clausthal ist natürlich sehr viel kleiner. Doch alle grundsätzlichen Versuche konnten an ihr durchgeführt werden.
Ein wesentlicher Punkt bei diesem Verfahren ist, dass der Stahl gleichmäßig auf das Band aufgebracht wird. Hierzu mussten spezielle Zuführsysteme entwickelt werden. Ein sehr wesentlicher Punkt ist, dass das Band eine sehr stabile Unterlage darstellt. Dies geschieht durch Unterdruck unter dem Band. Dann musste die gesamte Prozesssteuerung, d.h. man hat bei diesem Verfahren ja eine kontinuierliche Kopplung des Gießens, des Abkühlens, des Walzens, des Coilens und für einen solchen, in sich gekoppelten Prozess mussten auch entsprechende Prozesssteuerungskonzepte entwickelt werden.
Die eigentliche Prozessentwicklung ist nun so gut wie abgeschlossen. An der Pilotanlage in Clausthal geht es jetzt Schwerpunktmäßig darum, die Möglichkeiten des DSC-Verfahrens für die Verarbeitung so genannter Trip-Stähle zu ermitteln. Diese hochmanganhaltigen Stähle waren bisher nur schwer zu gießen, sagt Dr. Spitzer: Sie neigen beim konventionellen Gießen dazu, an den Kokillen, in die sie gegossen werden, zu kleben, der Prozess kann nicht sicher geführt werden oder muss sehr langsam geführt werden. Andererseits, wenn diese Stähle eine bestimmte Temperatur unterschritten haben, werden sie sehr fest. Darüber hinaus hat der konventionelle Strangguss eine Erscheinung, die man Makroseigerung nennt. Das bedeutet, dass Legierungselemente speziell im Kernbereich stark angereichert werden. Das würde für solche Werkstoffe sehr ungünstig sein. Und dies findet hier bei diesem Verfahren verfahrensbedingt, konzeptionell nicht statt.
Das DSC-Verfahren ist deshalb vor allem für Autobauer interessant. Damit könnte man Bleche herstellen, die bei höherer Festigkeit das Gewicht der Karosserie noch einmal um 20 Prozent verringern würden. An der TU in Clausthal ist man sich sicher, dass man nun von der Pilotanlage in den Produktionsmaßstab gehen kann.
Sicherlich ist da noch einiges an Entwicklungsarbeit zu leisten, da sind grundsätzlich bei einem solchen Upskaling Probleme zu erwarten. Aber aus meiner Überzeugung durchaus lösbare Probleme. Und man hätte dann einmal ein Verfahren, das hohe Produktivitäten für integrierte Hüttenwerke bereitstellen könnte und auch die speziellen Potenziale für die neuen Leichtbauwerkstoffe, die hervorragende Einsatzmöglichkeiten speziell im KfZ-Bereich hätten.
Zur Zeit beraten die Projektpartner Salzgitter Stahl AG, die SMS Demag und Thyssen Krupp über die Gründung eines Konsortiums, um eine erste Großanlage zu bauen. Ein genauer Zeitpunkt für deren Entstehung steht allerdings noch nicht fest.
Axel Hammerl