CD-Labor for Intelligente Prozessregelung für hochwertige Stahlprodukte

In diesem CD-Labor werden fortgeschrittene regelungstechnische Lösungen für den Strangguss und die Veredelung von hochwertigen Flachprodukten aus Stahl entwickelt. In Pilotanwendungen direkt an der Industrieanlage oder an spezialisierten Messaufbauten sollen die erarbeiteten Lösungen validiert und optimiert werden.

Stahlproduzenten sind mit immer höheren Anforderungen an die Produktqualität, verschärften Produktspezifikationen, dem Bedarf an diversifizierten Produktportfolios und dem Trend zu kürzeren Lieferzeiten konfrontiert. Weitere Herausforderungen, insbesondere für die europäische Stahlindustrie, sind immer herausforderndere Umweltvorschriften, Verpflichtungen zur Emissionsminderung oder hohe Ausgaben für Emissionszertifikate. Für die Zukunft ist in der Stahlindustrie eine erhöhte unternehmerische Verantwortung für Umweltauswirkungen sowie Arbeits- und Produktionsbedingungen nicht nur innerhalb des eigenen Unternehmens, sondern entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu erwarten. Diese Marktbedingungen und weltweit sehr unterschiedlichen Kostenstrukturen verstärken den Wettbewerb und zwingen viele Stahlproduzenten in Hochlohnländern, sich auf spezialisierte Qualitätsprodukte zu konzentrieren.

Angesichts dieser vielfältigen Herausforderungen müssen Stahlproduzenten ihre internen Prozesse, Kostenstrukturen, Prozesstechnologien, Produkte und Produktportfolios, Produktionskapazitäten, Nachhaltigkeit, operative Robustheit, Agilität und Effizienz laufend optimieren, um sich so Wettbewerbsvorteile zu verschaffen. Hierbei sind Digitalisierung, Automatisierung und intelligente Prozessregelung Schlüsseltechnologien und wichtige Treiber des Fortschritts.

Da diese Technologien wissensbasiert sind, sind sie flexibel, kostengünstig und für Wettbewerber schwer nachzuahmen. Digitalisierung und Prozessregelung haben sich von bloßen Kostenfaktoren zu Quellen der Wertschöpfung und Wettbewerbsstärke entwickelt.

Die Forschung dieses CD-Labors zielt speziell auf die Material- und Produktqualität ab. Da Qualitätsparameter meist nicht in Echtzeit gemessen werden können, entspricht die Rückkopplungsregelung von einfach messbaren Ersatzgrößen wie Temperaturen oder Kräften dem heutigen Stand der Technik. Es wird mithilfe von mathematischen Modellen, Softsensoren, Sensorfusion und In-Prozess Qualitätsüberwachung erforscht, ob und wie eine direkte Regelung von Qualitätsparametern möglich ist. Um nicht messbare Größen zu schätzen, werden modellbasierte Beobachter- und Sensorfusionskonzepte entworfen. Die Arbeiten sind in die Bereiche Stranggießen (casting) und Bandveredelung (processing) gegliedert.

Der Bereich ‚casting‘ beschäftigt sich mit Regelungsaufgaben im Strangguss. Dazu gehören das Strömungsverhalten im Gießrohr, die Detektion von Ablagerungen und Verstopfungen im Gießkanal, der Badspiegel und die Strömung in der Gussform (Kokille), die Unterdrückung von Strangausbauchungen und die Strangauszugsmechanik.

Im Bereich ‚processing‘ werden Regelungsaufgaben beim Glühen und Feuerverzinken von Stahlbändern erforscht. Im Speziellen werden regelungstechnische Lösungen zu Phasenumwandlungen und Materialeigenschaften des Stahls sowie Oberflächeneigenschaften der verzinkten Bänder entwickelt.