Heißes Zink und flotte Walzstraßen exakt steuern
Produktion. Ein Christian-Doppler-Labor an der TU Wien entwickelt automatisierte Prozesse für die Fertigung von Stahlprodukten im Linzer Voestalpine-Werk. Diese Methoden sichern die Qualität und sparen wertvolle Ressourcen.
Wenn das Metallband durch ein 460 Grad heißes Bad aus flüssigem Zink gezogen wird und anschließend ein Luftstrom aus Düsen dafür sorgt, dass überschüssiges, am Metall haftendes Zink weggeblasen wird, dann spielen Bruchteile von Millimetern eine Rolle. Denn das Metall, das später unter anderem als Blech für Autokarosserien verwendet wird, muss hauchdünn mit einer als Korrosionsschutz dienenden Zinkschicht überzogen werden. Dafür sorgen im Werk der Voestalpine unter anderem elektromagnetische Aktoren, die das schwingende Metallband berührungslos stabilisieren.
Die Steuerung dahinter wurde von Andreas Kugi und seinem Team des „Christian-Doppler-Labors für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie“an der TU Wien entwickelt. Kugi: „Wir verknüpfen die Daten unterschiedlicher Sensoren mit mathematischen Modellen und entwickeln darauf basierend adaptive Regelungsalgorithmen, die zu jedem Zeitpunkt den optimalen Betrieb der Anlage sicherstellen.“
Die Verzinkungsanlage ist nicht der einzige Bereich in Österreichs größtem Stahlbetrieb, der von den Forschenden optimiert wurde. „Automatisierung und Digitalisierung sind ja Schlüsseltechnologien, die unter anderem dazu beitragen, die Qualität der Erzeugnisse zu sichern, die Produktionseffizienz zu steigern, die Energieund Stoffströme während des Herstellungsprozesses zu optimieren und damit Ressourcen zu sparen.“
Auch in die Walzstraße griffen die TU-Experten ein. Dort werden unter anderem Bleche für die Motoren von Elektroautos aus Stahlblöcken geformt. Das Problem: Die Blöcke gleiten auf gekühlten Führungsschienen durch einen 1200-Grad-Ofen und erhitzen sich an den Kontaktflächen mit den Schienen nicht stark genug. Das kann beim Walzen zu Schwierigkeiten führen. Kugi: „Wir haben Algorithmen entwickelt, die die Bewegung der Walzen permanent so adaptieren, dass die Effekte des ,Schienenschattens‘ ausgeglichen werden.“Da das Material am Ende der Walzstraße mit bis zu 25 Metern pro Sekunde durch die Walzen rauscht, gibt es hier extrem hohe Echtzeitanforderungen an die Algorithmen. „Das ermöglicht eine Präzision, wie sie mit einer von Menschen gesteuerte Anlage nie möglich wäre“, sagt Kugi.
Breit anwendbare Ergebnisse
Die Ergebnisse der Grundlagenforschung im Bereich der Prozessautomatisierung, die im CD-Labor erzielt und beim Unternehmenspartner Voestalpine umgesetzt wurden, lassen sich auf viele weitere Produktionsvorgänge, auch außerhalb der Stahlindustrie, übertragen. Kugi: „Anlagen mit hoher Flexibilität und Agilität werden in Zukunft immer wichtiger werden. Früher wurde ein und dasselbe Produkt tagelang in hoher Stückzahl erzeugt, bevor die Maschinen für das nächste Produkt eingestellt werden mussten. In den vergangenen Jahren geht der Trend sehr stark in Richtung Individualisierung, das heißt geringe Stückzahlen, häufige Produktwechsel in den Anlagen und damit höchste Anforderungen an die Prozessführung.“
Die Forschung sowie die Implementierung innovativer Automatisierungsmaßnahmen steigern die Qualität der Erzeugnisse, verringern den Ressourceneinsatz und erhöhen damit die Wirtschaftlichkeit der Produktion. Dies seien wesentliche Faktoren zur Sicherung des Wirtschaftsstandortes Österreich, so der Experte.