Tätigkeitsbericht /Activity Report 2011/2012

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1 Tätigkeitsbericht /Activity Report 2011/2012 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH Institute for applied research

2 Impressum/Imprint: VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH Sohnstr Düsseldorf Germany Redaktion/Compilation: M.Sc. Marten Sprecher (verantwortlich / editor-in-chief) Layout & Satz/Typesetting: Verlag Stahleisen GmbH Übersetzung/Translation: ExperTeam, Neuss Druck/Printing: KraftDruck GmbH, Ettlingen BFI, DynAcid, DynKonTemp, DynTemp, FIDUS und TopPlan sind eingetragene Warenzeichen der VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH are Registered Trademarks of VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich. Reproduction of any Material is subject to editorial authorization.

3 Tätigkeitsbericht / Activity Report 2011/2012

4 Dr.-Ing. Peter Dahlmann Sehr geehrte Damen und Herren, wir freuen uns, Ihnen den Tätigkeitsbericht unseres VDEh-Betriebsforschungsinstitutes (BFI) vorzulegen. Für nahezu alle Wertschöpfungsketten in Deutschland dient Stahl als wichtiger Basiswerkstoff. Die Leistungen des BFI führen zu Optimierungen der Prozesse der Eisen- und Stahlherstellung weiter in viele Industriezweige getragen und verbessern so auch die Qualität des Endproduktes. Zudem leisten Entwicklungen zur Energie- und Ressourceneffizienz einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele. Das BFI leistet auf diesen Gebieten hervorragende Arbeit und nimmt eine über viele Jahre etablierte Schlüsselposition in der anwendungsnahen Forschung für die Mitglieder des Stahlinstitutes VDEh ein. Um die auch in Zukunft gewährleisten zu können, hat sich das BFI intern neu aufgestellt sowie die Forschungsinhalte hinterfragt. Ziel dieses Reformprozesses war es, Kompetenzen zu bündeln, um schneller und gezielter auf die Herausforderungen der Industrie einzugehen, gleichzeitig aber die langfristige Forschung in gezielten Bereichen weiter erfolgreich betreiben zu können. Wir sind zuversichtlich, dass dieser Reformprozess die Stellung des BFI als führendes Forschungsinstitut weiter festigt und wünschen ihm auf dieser Mission viel Erfolg. Dear Readers, We are pleased to present the latest Activity Report of VDEh-Betriebsforschungsinstitut (BFI), our Institute for Applied Research. Steel is an important base material for nearly all the value chains in Germany. Because of this, the services of the BFI achieved in improving iron and steelmaking processes are carried through to many other industries where they enhance the quality of the end products. Furthermore, developments in the area of energy and resource efficiency make major contributions to reaching climate goals. BFI does outstanding work in these fields and holds a long-established key position in applied research for the members of Steel Institute VDEh. To ensure the continued high level of service to the member works of VDEh, BFI has reorganised its internal structures and taken a close look at the research project areas. The aim of this change and reform process was to pool competences and expertise in order to respond more quickly and effectively to the challenges facing the industry while continuing to conduct successful long-term research in specific areas. We are confident that this reform process further consolidates the position of the BFI as a leading research institute and we wish the BFI much success in its endeavaours. 2 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

5 Inhaltsverzeichnis Contents Das BFI Das Institut...4 Einbindung in die Forschungslandschaft...6 Europäische Zusammenarbeit...7 Veranstaltungen und Besuche...8 The BFI The Institute...4 BFI in the Landscape of Research...6 European Partnerships...7 Events and Meetings...8 Energie- und Ressourcentechnik Medien- und Energiewirtschaft Ressourcentechnologie Wärme- und Verbrennungstechnik Energy and Resources Media and Energy Management Resource Technologies Heat and Combustion Technologies Prozesstechnik Roheisen- und Stahlerzeugung Strangguss und Umformtechnik Oberflächentechnik und Stahlveredelung Process Iron- and Steelmaking Continuous Casting and Forming Surface Technology and Finishing Mess- und Automatisierungstechnik Mess- und Prüftechnik Prozess- und Anlagenautomatisierung Qualitäts- und Informationstechnik Measurement and Automation Measuring and Testing Process and Plant Automation Quality and Information Technology Namen, Fakten und Ereignisse Haushalt und Beschäftigte Verwaltungs- und Fachbeirat Publikationen Forschungsvorhaben Patente Kontakt Names, Facts and Events Turnover and Employees Administrative and Technical Board Publications Research Projects Patents Contact VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 3

6 Das BFI Das Institut Das Institut Das VDEh-Betriebsforschungsinstitut (BFI) ist eines der europaweit führenden Institute für anwendungsnahe Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Stahltechnologie. Eingebunden in das Stahl-Zentrum in Düsseldorf, wo unter einem Dach das Stahlinstitut VDEh, die Wirtschaftsvereinigung Stahl sowie weitere Institute zusammenarbeiten, ist das BFI durch seine technischen Arbeiten rund um den Werkstoff Stahl stark in der Arbeit des Verbandes integriert. Die Idee des BFI wurde 1968 geboren. Doch erst 1971 wurde die Gründung des Betriebsforschungsinstitut als gemeinnütziges Institut und Tochter des Vereins deutscher Eisenhüttenleute (VDEh) vollzogen. Heute stellt sein Eigentümer, das Stahlinstitut VDEh, zusammen mit seinen Mitgliedswerken den Verwaltungsrat und Fachbeirat. Das BFI finanziert sich zum großen Teil aus eingeworbenen Fördermitteln von EU, Bund und Ländern, sowie aus dem Transfer der Forschungsergebnisse direkt in die Werke der Stahlindustrie. Das Tätigkeitsfeld des BFI umfasst die komplette Prozesskette der Stahlherstellung von den Einsatzstoffen bis zum Endprodukt. Einerseits gilt es dabei Fragestellungen in den jeweiligen Prozessstufen zu beantworten, andererseits gewinnen Lösungen zu prozessstufenübergreifenden Problemen zunehmend an Bedeutung. Um dies zu erreichen müssen entsprechend der Aufgabenstellung neue Verfahren und Prozesse entwickelt werden oder bereits vorhandenes Wissen auf die Spezifikation der Stahlindustrie angepasst werden. Sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Forschung steht im BFI eine breite Ausstattung zur Verfügung. Das Institut verfügt über zahlreiche Versuchseinrichtungen innerhalb des Technikums, über Labore um chemische Untersuchungen eigenständig durchzuführen und über einen Rechencluster, um Modelle von industriellen Anlagen unter verschiedensten Randbedingungen zu simulieren. Neben den stationären Einrichtungen ist das BFI ebenfalls in der Lage komplexe Messungen direkt an den Anlagen in den Werken durchzuführen. Die dazu eigens entwickelten mobilen Messeinrichtungen sind speziell für den Einsatz im Betrieb konzipiert worden und ermöglichen diese einzigartige Flexibilität. Insgesamt 13 Fachabteilungen aufgeteilt in drei Bereiche -Energie- und Ressourcentechnik, Prozess- The Institute VDEh-Betriebsforschungsinstitut (BFI) is a leading European provider of application-focused R&D in the field of steelmaking technology. BFI is permanently headquartered at, and integrated into, the Düsseldorf-based Stahl-Zentrum under whose roof the Steel Institute VDEh, the German Steel Federation and other institutes cooperate closely. Through its technical work adressing all aspects of steelmaking and steel as a material, BFI is closely involved in VDEh s activities. VDEh-Betriebsforschungsinstitut (BFI) is a leading European provider of application-focused R&D in the field of steelmaking technology. BFI is permanently headquartered at, and integrated into, the Düsseldorf-based Stahl-Zentrum under whose roof the Steel Institute VDEh, the German Steel Federation and other institutes cooperate closely. Through its technical work adressing all aspects of steelmaking and steel as a material, BFI is closely involved in VDEh s activities. BFI s field of activities covers the entire steelmaking process chain, from charge materials to the final product. While there are tasks to be solved in the individual process stages, there is also increasing demand for solutions to throughprocess problems. Meeting these needs may call for the development of new processes and techniques or for the adaptation of existing knowledge to steel industry requirements. BFI has a broad range of equipment, allowing it to pursue both fundamental and applied research. The Institute has numerous test facilities in its technical centre, laboratories where it can conduct its own independent chemical experiments, and a computer cluster to simulate models of industrial plants under a wide variety of boundary conditions. In addition to its stationary facilities, BFI is also equipped to perform complex measurements directly on the plant in the industrial enterprises. This extraordinary flexibility is enabled by mobile test equipment designed specifically for use on-site in production and processing operations. A total of 13 specialized departments, structured into three divisions (Energy and Resource Technology, Process Technology, Measuring Techniques and Automation), handle the Institute s work via 4 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

7 The BFI The Institute technik sowie Mess- und Automatisierungstechnikbehandeln die Fragestellungen kompetenzorientiert. Dabei steht die Prozessstufen übergreifende Optimierung bezüglich Qualität, Ressourcen- und Energieeffizienz zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit im Vordergrund. Doch die wertvollste Ressource im BFI sind die Mitarbeiter, welche die Forschungsaktivitäten auf ihrem Spezialgebiet über viele Jahre begleiten und vor allem auch prägen. Die Wissenschaftler bearbeiten am BFI Forschungsvorhaben zur Entwicklung von Verfahren und Systemen zur Prozessverbesserung, sowie Folgevorhaben um die gewonnenen Forschungsergebnisse weiter zu vertiefen und in der industriellen Praxis anzuwenden. a competence-based approach. Delivering plantwide optimisation in terms of quality, resource and energy efficiency as well as operational costeffectiveness is our first and foremost objective. But the most important resource at BFI is our people, the staff who look after the research activities in their special fields, accompany the work over the years, and put their stamp on it. The scientists at BFI conduct research projects to develop methods and systems that will improve processes and undertake follow-up projects to deepen the knowledge gained as a result of prior research and apply it in industrial practice. Bild / Figure 1 Organigramm Organigram VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 5

8 Das BFI Einbindung in die Forschungslandschaft Einbindung in die Forschungslandschaft Das VDEh-Betriebsforschungsinstitut hat sich zur Aufgabe gemacht die Prozesse, Anlagen und Abläufe der Stahlproduktion zu verbessern. Ausgehend vom grundlegenden Prozessverständnis und theoretischen Ansätzen werden die Lösungen in die Praxis der Eisen- und Stahlindustrie umgesetzt. Hierzu nutzt das BFI seine Kompetenzen auf den Gebieten der Simulation, Mess- und Automatisierungstechnik, Prozessführung und Verfahrensentwicklung. Die Erarbeitung anwendungsnaher Lösungen ist von unmittelbarem Nutzen für die Eisen- und Stahlindustrie. Dieser Ansatz ist ein Alleinstellungsmerkmal des BFI, da es eine Brücke zwischen der Grundlagenforschung und der Eisen- und Stahlindustrie schlägt. Hierzu müssen bestehende Prozesse verbessert und Verfahren an die komplexen Anwendungsfälle der Industrie angepasst werden. Die industrielle Anwendung von Forschungsergebnissen ist auf Grund der betrieblichen Randbedingungen häufig eine Herausforderung. Diese Herausforderung bewältigen unsere Mitarbeiter mit ihrer langjährigen Erfahrung und wissenschaftlichen Kompetenz. BFI in the Landscape of Research VDEh-Betriebsforschungsinstitut is dedicated to the improvement of steelmaking processes, equipment and workflows. This involves the practice-oriented realization of problem-solving approaches developed in theory, as well as their integration into actual iron and steelmaking environments. In accomplishing these goals, BFI relies on its competence in the fields of simulation, measuring and automation technology, process management and process development. The creation of application-focused solutions is of direct benefit to the iron and steelmaking industry and constitutes a unique BFI capability, creating as it does a bridge between basic research and real-life industry practice. In order to ensure this, existing processes need to be improved and methods must be adapted to suit complex industrial application scenarios. Given the boundary conditions prevailing in practice, the road towards industrial utilization of research results is often fraught with challenges. In resolving such issues our staff can draw on their many years of experience. Ein weiteres Hauptmerkmal des BFI ist die Akquisition von Fördergeldern aus den EU-, Bundes-, und Länderprogrammen, einhergehend mit der Projektleitung der Forschungsvorhaben. Mit Hilfe der genehmigten Fördermittel ist es möglich die Forschungsaufwendungen für die Projektpartner erheblich zu reduzieren, da sowohl Personalkosten als auch Anlageninvestitionen teilweise vom Fördermittelgeber getragen werden. Um dies alles sicherzustellen, besteht eine enge Zusammenarbeit mit den Werken der Eisen- und Stahlindustrie, dem Stahlinstitut VDEh, sowie den Fördermittelgebern und Projektträgern. Des Weiteren ist das BFI stark in die Ausbildung des ingenieurwissenschaftlichen Nachwuchses integriert. So sind Lehrbeauftrage an der TU Dortmund - Fakultät Maschinenbau-, an der RWTH Aachen - Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik -, an der FH Düsseldorf Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik - und an der HTW Aalen - Fakultät Maschinenbau und Werkstofftechnik- berufen worden. Zudem bestehen enge Kooperationen mit der TU Clausthal, der TU Freiberg, der Universität-Duisburg-Essen, sowie der FH Köln. Die Anfertigung von Bachelor-, Master und A key aspect of the BFI activity, regardless of subject matter, is the distribution of public funds from EU, Federal or state-level programmes, in keeping with its research project manager s role. Support applications or grants can minimize project costs to a significant extent, and both labour and investment expenditures can thus be reduced. To operate efficiently in this respect, the Institute cooperates closely with iron and steel industry enterprises, Steel Institute VDEh, the funding bodies, and the project sponsors. BFI is also very much involved in the training and advancement of young engineers. Staff members have been asked to lecture at the department of mechanical engineering of the Technical University of Dortmund, the department of georesources and materials technology of the RWTH Aachen University, the department of mechanical and process engineering of the Düsseldorf University of Applied Sciences, and at the department of mechanical engineering and materials technology of Aalen University. The Institute also cooperates closely with the Technical University of Clausthal, 6 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

9 The BFI European Partnerships Doktorarbeiten ist im Rahmen der vom BFI bearbeiteten Projekte möglich und erwünscht. Derzeit sind mehrere Mitarbeiter als externe Doktoranden an den Universitäten eingeschrieben. Herr Prof. Peters und Herr Prof. Sievering haben Honorarprofessuren an den Universitäten RWTH Aachen und der TU-Dortmund. the Technical University of Freiberg, Duisburg- Essen University, and Cologne University of Applied Sciences. Undergraduates and postgraduates are welcome to work on their dissertations and theses for bachelor s, master s or doctoral degrees within the scope of projects handled by BFI. Currently, a number of staff members are also enrolled at the universities as external doctoral candidates. Harald Peters and Ralph Sievering have honorary professorships at the universities RWTH Aachen and TU Dortmund. Europäische Zusammenarbeit Die Eisen- und Stahlindustrie zählt zu den energieund ressourcenintensiven Industriezweigen. Die daraus resultierenden Umweltfragen können im 21. Jahrhundert nicht mehr national beantwortet werden, sondern müssen auf europäischer Ebene diskutiert werden. Gleichzeitig gilt es die Forschungskompetenzen europaweit zu bündeln um Fragestellungen im Sinne aller gesellschaftlichen Gruppen und Länder zu beantworten. Auch für den Werkstoff Stahl bedeutet dies, dass die Bedeutung der europäischen Stahlverbände ESTEP (European Technology Platform) und EUROFER (European Steel Association) in Zukunft weiter zunehmen wird. Aber auch vor allem das Forschungsaktivitäten auf europäischer Ebene weiterhin an Bedeutung gewinnen, um die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Stahlindustrie, zu stärken. Das BFI bildet aus diesem Grund unter der Schirmherrschaft des Forschungssausschusses von EUROFER und mit der Unterstützung des Führungsgremiums von ESTEP ein Netzwerk zusammen mit den führenden europäischen Stahl-Forschungsinstituten Research Initiative for European Steel (RIES). Hierzu gehören neben dem VDEh-Betriebsforschungsinstitut mit Sitz in Düsseldorf, Centre for Research in Metallurgy in Lüttich, Centro Sviluppo Materiali S.p.A. in Rom und Swerea Mefos in Lulea (Schweden). Das Netzwerk hat zum Ziel, durch gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsarbeit die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Stahlindustrie zu stärken. In institutsübergreifenden Arbeitsgruppen werden zukünftige Forschungsthemen identifiziert und eine gemeinsame Vorgehensweise zur öffentlichen Förderung dieser Themen diskutiert. European Partnerships The iron and steel industry is one of the most energy- and resource-intensive sectors of the economy. The resulting environmental issues can no longer be solved locally or nationally in the 21st century but must be addressed at the European level. Another important aspect is the pooling of research capabilities across Europe in order to find answers that will satisfy all involved groups of societey and countries. For steel as a material, this means that the European steel associations ESTEP (European Technology Platform) and EUROFER (European Steel Association) will assume ever-increasing importance in the future. Above all, it will mean that the significance of joint European research activities will continue to grow as a means of strengthening the competitiveness of the European steel industry. For this reason, BFI has joined forces with leading European steel research institutes to form a network known as the Research Initiative for European Steel (RIES) under the patronage of the Research Committee of EUROFER and with the support of the steering committee of ESTEP. Members of RIES are the BFI in Düsseldorf, Centre for Research in Metallurgy in Liege, Centro Sviluppo Materiali S.p.A. in Rome and Swerea Mefos in Lulea (Sweden). The aim of the network is to strengthen the competitiveness of the European steel industry by conducting joint research and development work. In cross-institute working groups, topics for future research are identified and a common approach discussed for obtaining public funding for such research projects. At the same time, VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 7

10 Das BFI Veranstaltungen und Besuche Gleichzeitig wird im Netzwerk eine koordinierte Strategie zu Forschungsthemen gegenüber den europäischen Gremien verfolgt. So ist es bereits gelungen an den Rahmenbedingungen für das nächste europäische Forschungsprogramm (Horizon 2020) oder am rechtlichen Rahmen für den europäischen Forschungsraum (ERA) mitzuwirken um auch zukünftig eine energieund ressourceneffiziente Stahlherstellung in Europa zu ermöglichen. Ebenfalls konnte RIES an der Roadmap zu SPIRE (Sustainable Process Industry - European Industrial Competitiveness through Resource and Energy Efficiency), einem PPP (Private Public Partnership) des 8.Forschungsrahmenprogrammes der EU (Horizon 2020), mitwirken. Seine Akzeptanz findet das Netzwerk in der Unabhängigkeit seiner Mitgliedsinstitute, denn damit ist sichergestellt, dass die Interessen zukunftsorientierter Forschung ausgearbeitet werden und in die zukünftigen Förderprogramme einfließen. So kann auch in Zukunft Spitzenforschung rundum den Werkstoff Stahl in Europa gewährleistet werden. Gleichzeitig wird das Votum der unabhängigen privatwirtschaftlichen Forschungsinstitute in die Gremien der Europäischen Kommission, EUROFER, ESTEP und RFCS (Research Fund for Coal and Steel) the network pursues a coordinated strategy on research topics in its dealings with European bodies. It has thus already succeeded in participating in the process for defining the terms of reference for the next European research programme (Horizon 2020) and the legal framework for the European Research Area (ERA) in order to establish the necessary conditions for energy and resource efficient steel production in Europe in the future. RIES has also contributed to SPIRE (Sustainable Process Industry European Industrial Competitiveness through Resource and Energy Efficiency), a PPP (Private Public Partnership) of the 8th EU Framework Programme. The network is broadly accepted because of its independent nature, as this provides an assurance that the interests of forward-looking research will be addressed objectively and will be channelled into future funding programmes. This will help to ensure that world-class research on all aspects of steel will be conducted in Europe in the future as well. At the same time, the opinions formed are voiced in the committees of the European Commission, EUROFER, ESTEP, and RFCS (Research Fund for Coal and Steel), in which BFI staff are represented. Veranstaltungen und Besuche Seit dem Jahr 2004 gibt es am BFI die Tradition der Kolloquien mit dem das Institut über aktuelle Forschungsthemen und ergebnisse informiert. Ziel ist es den Austausch zwischen der Stahlindustrie und der Forschung weiter zu vertiefen. Im Juni 2012 fand das BFI-Kolloquium mit dem Schwerpunkt Roheisen- und Stahlerzeugung mit über 100 Besuchern großen Anklang. Des Weiteren war das BFI im Jahr 2011 bei der METEC und der InSteelCon mit 13 Fachvorträgen, sowie 6 Sitzungsvorsitzenden vertreten. Hervorzuheben ist zudem ein Workshop mit über 100 Besuchern zum Thema Intelligent Manufacturing, welcher in Kooperation zwischen zusammen mit ESTEP und ArcelorMittal und dem BFI organisiert worden ist. Events and Meetings BFI established its BFI Colloquium in At this annual event, the Institute informs par-ticipants about research topics and results in order to deepen the interaction between the steel industry and the research world still further. In June 2012 the BFI Colloquium cov-ered the theme Iron- and Steelmaking and was very well received by the more than 100 attendees. In 2011, BFI participated in METEC and InSteelCon, presenting 13 papers and chairing 6 technical sessions. Worthy of note is a workshop on Intelligent Manufacturing attended by over 100 people which was organised by BFI in cooperation with ESTEP and ArcelorMittal. 8 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

11 The BFI Events and Meetings Bei den Jahrestagungen Stahl 2011 und 2012, am Aachener Stahl-Kolloquium, sowie an der ICRF (International Conference of Casting and Forging) war das BFI mit einem Stand vertreten. Außerdem konnten im Berichtszeitraum Dr. Edwin Basson (Genenaldirektor von Worldsteel) und Bildungsministerin Prof. Dr. Anette Schavan im BFI begrüßt werden. Herr Dr. Basson fasste seinen positiven Eindruck wie folgt zusammen:»ich habe nicht nur viel über die Bandbreite der Aktivitäten gelernt, sondern auch über konkrete Forschungsprojekte in den verschiedenen Einrichtungen. Das ist exzellente Arbeit, die hier geleistet wird. Ich denke, dass die Stahlindustrie stolz darauf sein kann. Und hoffentlich gelingt es uns die beispielhafte Arbeit weltweit zu verbreiten, um die Effizienz und den Erfolg der Stahlindustrie weiter zu steigern. Am meisten beindruckt mich, dass hier nicht mit riesigen Budgets an extravaganten Lösungen gearbeitet wird. Hier geht es um anwendungsnahe wirtschaftliche Lösungen, die den Unternehmen nützen. In einigen Ländern habe ich ähnliche Einrichtungen besucht. Darunter war jedoch keine mit so hoch entwickelter und so klar definierter Forschung, wie ich sie hier gesehen habe. Die Forschung hier ist weltweit die Beste.«BFI was represented with its own stand at the Stahl conventions in 2011 and 2012 as well as the Aachen Steel Colloquium and the ICRF (International Conference on Ingot Casting, Rolling and Forging). Furthermore, in the past two years BFI has had the pleasure of welcoming Dr. Edwin Bas-son (Director General of Worldsteel) and German Education Minister Prof. Dr. Annette Schavan, both of whom were impressed by what they saw. Dr. Basson speaks about his positive impressions as:»i not only learnt a lot about the overall scope of activities here but also gained insights into the actual research projects being handled by the various laboratories. There is excellent work being done here and I think the steel industry can be very proud of this. And hopefully, we will be able to roll out this example to other parts of the world in order to make our industry more efficient and more successful. What impressed me most was that these projects are not big-budget productions aiming to produce ultra-sophisticated solutions. Instead, the focus is on practical solutions that can be found on a low budget and which are beneficial to the industry. I have visited similar institutes in other countries, but none of them was as highly devel-oped or had such clearly defined research policies as here. The work being done here is simply the best in the world.«das Video zum Besuch können Sie sich hier anschauen: The video of the visit you can watch here: Bild / Figure 2 Dr. Edwin Basson, Generaldirektor of worldsteel Dr. Edwin Basson, Director General of worldsteel VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 9

12 Energie- und Ressourcentechnik Medien- und Energiewirtschaft Beurteilung von großtechnischen Gasnetzen und Erarbeitung von Verbesserungsmaßnahmen mittels Berechnungsergebnissen Um großtechnische Gasnetze effizient und wirtschaftlich zu betreiben, müssen diese bei definierten Druck- und Geschwindigkeitsbedingungen betrieben werden. Plötzliche Veränderungen bei Druckstößen führen bei den angeschlossenen Anlagen z. B. zu einer unvollständigen Verbrennung bis hin zu Analgenstörungen oder Sicherheitsabschaltungen. Daher werden Gasnetze z. B. für Gicht-, Koksofensowie Konvertergas systematisch untersucht und gasnetztechnische Berechnungen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen ist die Erarbeitung von Verbesserungsmaßnahmen zur Sicherstellung der Gasversorgung und die Erhöhung der Anlagenleistung. Das BFI hat daher zahlreiche Untersuchungen im Bereich großnetztechnischer Gasnetze durchgeführt. Mit der eingesetzten Software können stationäre und transiente Berechnungen für inkompressible Flüssigkeiten und kompressible Gase in Leitungsnetzwerken durchgeführt werden. Die Software basiert auf der Stromfadentheorie und ist eindimensional und modular aufgebaut. Die einzelnen Module werden für die spezifische Aufgabenstellung ausgewählt und entsprechend zu einem Netzwerk verknüpft. Die Simulation stationärer Zustände ermöglicht die Analyse von Volumen- und Massenstromverteilungen, Temperatur- und Wärme- Assessment of industrial-scale gas networks and development of improvement measures based on calculation results Operating industrial scale gas networks efficiently and economically depends on a number of parameters, including maintaining defined pressure and flow velocity levels. Sudden changes, for example pressure surges, can result in incomplete combustion in the plants fed by the network, or even plant malfunctions or safety shutdowns. The gas networks for top gas, coke oven gas or converter gas, for example, are therefore systematically inspected and gas network calculations are performed. The aim of these investigations is to develop ways of improving the networks to assure the gas supply and to increase plant performance. BFI has therefore carried out numerous examinations of large-scale gas networks. The software used permits calculations to be performed for steady-state and transient conditions for incompressible liquids and compressible gases in piping networks. It is based on the flow filament theory and has a one-dimensional and modular architecture. The individual modules are selected as appropriate for the task in hand and are linked up to map the network. Simulation of steady-state conditions makes it possible to analyse volume and mass flow distributions, temperature and heat flow distributions, pres- Bild / Figure 3 Gichtgasdruck als Funktion der Zeit und Position im Gichtgasnetz Top gas pressure as a function of time and location in the top gas network 10 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

13 Energy and Resources Media and Energy Management stromverteilungen, Druckverteilungen, Geschwindigkeiten und Stoffgrößenveränderungen (Dichte, Viskosität, usw.). Durch transiente Berechnungen können die oben genannten Größen für zeitabhängige Vorgänge untersucht und bewertet werden. In Bild 3 sind beispielhaft Untersuchungsergebnisse eines Gichtgasnetzwerkes dargestellt. Es ist der berechnete Gichtgasdruck als Funktion der Zeit nach einem plötzlichen herunterfahren eines Kraftwerkes an unterschiedlichen Position im Gichtgasnetz dargestellt. Mit diesen und weiterern Berechnungen konnten Maßnahmen zum sicheren Betrieb des Gichtgasnetzes und des angeschlossenen Kraftwerkes erarbeitet werden. Die Anfangs geplante Anschaffung einer Fackelanlage zur Senkung des plötzlich auftretenden Gasnetzdruckes konnte nachweislich vermieden werden. Dieses bedeutete eine erhebliche Kostenersparnis. sure dis-tributions, and changes in fluid variables (density, viscosity, etc.). Calculation of transient states allows the above factors to be examined and evaluated for time-dependent processes. Fig. 3 is showing the results obtained for a top gas network, is provided as an example. This gives the calculated top gas pressure over time after the sudden shutdown of a power plant at different positions in the top gas network. These and further calculations were used to develop measures for safe operation of the top gas network and the associated power plant. The initially planned procurement of a flare system to relieve sudden peaks in gas network pressure was demonstrably avoided. This resulted in considerable cost savings. Entwicklung von Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz und Verminderung der CO 2 -Emissionen eines integrierten Hüttenwerks In einem integrierten Hüttenwerk ist der Stoffund Produktionsfluss besonders auf eine hohe Energieeffizienz und bestmögliche Nutzung der Stoffströme auszurichten. Die Energie der im Development of measures to increase the energy efficiency and decrease the CO 2 emissions of an integrated steel mill In an integrated steel mill, the mass and production flows must be designed for high energy efficiency and the best possible utilisation of the materials employed. Similarly, the energy Bild / Figure 4 Energieflüsse eines Kraftwerks im integrierten Stahlwerk Energy flows in a power plant of an integrated steel mill VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 11

14 Energie- und Ressourcentechnik Medien- und Energiewirtschaft Prozessverlauf erzeugten Kuppelgase (Koksofen-, Gicht- und Konvertergas) muss dabei bestmöglich genutzt werden. Je nach Standortsituation kann rd. 1/3 des Energieinhalts der Kuppelgase innerhalb des Hüttenwerks in verschiedenen Feuerungen thermisch verwertet werden. Der verbleibende Anteil der Kuppelgase wird meistens in angeschlossenen Kraftwerken zur Strom- und Dampferzeugung genutzt. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden Energie- und Stoffbilanzen von zwei integrierten Hüttenwerken erstellt. Die Daten wurden zur Bestimmung der Energieeffizienz und der CO 2 -Emissionen verschiedener Teilanlagen genutzt. Bild 4 zeigt beispielsweise als Ergebnis einer derartigen Bilanzierung die ein- und austretenden Energieströme eines Kraftwerks, das mit Gichtgas und Konvertergas des Hüttenwerks sowie zusätzlichem Erdgas befeuert wird. Das Kraftwerk verfügt über einen Kombiprozess mit Gas- und Dampfturbine und kann mittels Kraft- / Wärmekopplung neben Strom auch zusätzlichen Prozessdampf und Fernwärme produzieren. Die Energie der eingesetzten Brennstoffe konnte in diesem Beispiel mit einem Wirkungsgrad von 52,6 % energetisch genutzt werden. of the process gases (coke oven gas, top gas and converter gas) generated during the course of production must be exploited in the best possible way. Depending on the situation at each site, about 1/3 of the energy carried by the process gases can be thermally utilised in various firing systems throughout the steel mill facilities. The remaining process gases are mostly used in associated power plants to generate electricity and steam. Within the course of a research project, the energy and mass balances of two different integrated steel mills were analysed. These data were used to determine the energy efficiency and the CO 2 emissions of various units. Fig. 4 shows one example of such analyses with the incoming and outgoing energy flows of a power plant that is fired with top gas and converter gas from the steel mill as well as with natural gas. This power plant has both a gas and a steam turbine, operates on the combined heat and power principle and produces not only electricity but process steam and district heating. In this example, the energy contained in the fuels used was utilised with an efficiency rate of 52.6%. Energetische Bewertung von feuerungstechnischen Anlagen und Anlagenverbundsystemen zur Aufdeckung von Einsparpotenzialen Zur kostengünstigen Herstellung von hochwertigen Nutzgütern ist der effiziente Einsatz von Energie eine notwendige Voraussetzung, da in der Vergangenheit die Kosten für primäre- und sekundäre Energieträger weiter angestiegen sind. Auch zukünftig ist mit einem Anstieg der Energiekosten zu rechnen. Zur effizienteren Nutzung von Energieträgern bzw. zur besseren Anlagenbeurteilung bzgl. Wirkungsgrad, Energieeinsatz und verlust, hat das BFI energetische Bilanzierungen von Anlagen und verbundsystemen durchgeführt, siehe Bild 5. Damit können Maßnahmen z. B. zur Verbesserung des Wärmestroms erarbeitet werden. Für einen Banddurchlaufofen konnte die in den jeweiligen Zonen in das Nutzgut eingebrachte Wärmemenge ermittelt werden. Zudem war es möglich Auswirkungen bei Veränderungen in der Energiezufuhr auf die Anlage und das Nutzgut zu bestimmen. So konnte beispielsweise durch kontrollierte Anpassung des Brenngas/Luftverhältnisses bei Sicherstellung der Produktqualität, der Gesamtanlagenwirkungsgrad um rd. 3 % erhöht werden. Auch die energetische Bilanzierung von Anlagenverbundsystemen Energetic assessment of firing installations and interconnected systems to identify savings potentials The efficient use of energy is essential for costeffective production of high-quality products. In the past, the costs for primary and secondary energy sources have risen steadily, and it is to be expected that energy costs will continue to climb. In order to utilise energy sources more efficiently and to better assess the efficiency, energy input and energy losses of plant and equipment, BFI has analysed the energy balances of different plants and interconnected systems, Fig. 5. This will allow measures to be developed that will improve the heat flow, for example. For a continuous strip furnace it was possible to determine the amount of heat introduced to the charge material in the different zones. The effects of changes in the energy supply on the plant and the charge material were also identified. As one result of these insights, an increase of some 3 % in overall efficiency was achieved by controlled adjustment of the fuel gas/air ratio while assuring consistent product quality. Similarly, drawing up energy balances for interconnected plants and systems enables better assessment of the effects on the overall 12 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

15 Energy and Resources Media and Energy Management ermöglicht es Auswirkungen auf das Gesamtsystem z. B. durch Umverteilung von Energieströmen oder bei Anlagenneubauten besser zu beurteilen. Mit Hilfe der dann erarbeiteten Verbesserungsmaßnahmen werden die Energiekosten gesenkt. system produced by, for example, redistribution of energy flows or modification of the equipment involved. The energy costs can then be lowered with the help of the improvements designed on the basis of the findings. Wiederverwendung der Niedertemperaturabwäme zur Verminderung des CO 2 -Ausstoßes in der Stahlindustrie Zur Stahlproduktion und verarbeitung sind Temperaturen über C notwendig. Daher fällt bis zu 70 % der Primärenergie als Abwärme an. Die Abwärme wird zum Teil in die Prozesse zurückgeführt und zum Teil an die Umgebungsluft abgegeben. Durch eine weitergehende Wiederverwendung der Abwärme könnten Energiekosten und CO 2 -Ausstoß reduziert und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Stahlindustrie erhöht werden. Reuse of low temperature heat for the reduction of CO 2 -impact of the steel industry Steel production and processing requires temperatures of over 1,000 C. As a result, up to 70 % of the primary energy becomes waste heat. This waste heat is partly recovered and returned to the processes and partly dissipated to the surrounding air. By utilising more of this waste heat it would be possible to reduce energy costs and carbon emissions and increase the competitiveness of the European steel industry. In einem laufenden europäischen Forschungsprojekt untersucht das BFI zusammen mit sechs Projektpartnern aus Forschung und Industrie Möglichkeiten In an ongoing European research project, BFI and six project partners from the research and industry are investigating the possibilities for reducing Bild / Figure 5 Schematische Darstellung der Energieströme an einer Banderwärmungsanlage Schematic of the energy flows in a continuous strip furnace VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 13

16 Energie- und Ressourcentechnik Medien- und Energiewirtschaft zur Verminderung des CO 2 -Ausstosses durch die Nutzung der Niedertemperaturabwärme. Das Ziel ist die Entwicklung von Konzepten und Werkzeugen zu Umwandlung, Transport und Speicherung der Abwärme bei Temperaturen unter 350 C. Hierfür wurden in einem Hüttenwerk relevante Abwärmeströme gemessen und Wiederverwendungsmöglichkeiten überprüft. Als Abwärmequellen sind vor allem Kühlwässer, Abgase und die heißen Produkte relevant (Bild 6). Die Abwärmemenge reicht aus, um die identifizierten Bedarfe wie Brennluftund Prozessbadvorwärmung abzudecken. Während die Abwärme im Abgas meistens mit bekannten Techologien wiederverwendet werden kann, werden im Rahmen dieses Forschungsprojektes innovative Lösungen zur Nutzung der Strahlungswärme und der Abwärme im Kühlwasser entwickelt. Im weiteren Projektverlauf werden betriebliche Tests zur Integration ausgewählter Technologien zur Abwärmeumwandlung in die Produktionsprozesse durchgeführt. Die Wirtschaftlichkeit sowie die Verminderung des CO 2 -Ausstosses durch die vorgeschlagenen Maßnahmen werden mit Hilfe des Modells eines virtuellen Hüttenwerkes abgeschätzt. Das Model wurde auf Basis von Messdaten mit Hilfe von ReMIND Software erstellt und ermöglicht die Erarbeitung optimaler Lösungen zur kostengünstigen Verminderung des CO 2 -Ausstosses durch die Wiederverwendung der Niedertemperaturabwärme. CO 2 emissions by utilising low-temperature waste heat. The aim is to develop concepts and tools for converting, transporting and storing waste heat with a temperature of less than 350 C. For this purpose, the relevant waste heat flows in a steel mill were measured and the possibilities of putting them to use were reviewed. Waste heat sources that are most relevant in this context are cooling water, waste gases and the hot products (Fig. 6). The quantity of waste heat is sufficient to cover identified requirements such as combustion air and process bath heating. Whereas the waste heat in waste gas can usually be utilised with the help of known technologies, this research project will look into innovative solutions for using radiation heat and the waste heat in cooling water. At a later stage in the project, field tests will be conducted with a view to integrating selected technologies for waste heat conversion into the production processes. The economic efficiency and the reduction in CO 2 emissions achieved through the proposed methods will be estimated with the help of a model of a virtual steel mill. The model was produced on the basis of measured data using ReMIND software and allows the generation of optimal solutions for cost-efficient reduction of carbon emissions by utilising low-temperature waste heat. Steigerung der Energieeffizienz an Schmiedeöfen mittels Niedertemperaturabwärme-Verstromung Bei der Herstellung hochwertiger Produkte und Nutzgüter werden in der Eisen- und Stahlindustrie Increasing the efficiency of forging furnaces by utilising low-temperature waste heat to generate electricity To produce its high-quality products and materials, the iron and steel industry uses many Bild / Figure 6 Abwärmeströme in einer Stranggießanlage Waste heat flows in a continuous casting plant 14 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

17 Energy and Resources Media and Energy Management Feuerungsanlagen auf technisch hohem Niveau betrieben. Durch die Wärmebehandlung der Produkte werden z. B. Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften gezielt eingestellt. Der Abwärmestrom aus den Feuerungsanlagen wird nur teilweise in Wärmerückgewinnungssystemen oder gar nicht genutzt. Große Wärmemengen gehen als Abgasverluste ungenutzt an die Umgebung verloren. Daher ist das Ziel eines Verbundvorhabens am Beispiel von zusammengeschalteten Schmiedeöfen die Steigerung der Anlagenwirkungsgrade und die Senkung des Fremdstrombezuges durch die Verstromung der Abwärme in einer ORC-Anlage. Hierfür wurde ein Konzept zur effizienten Zusammenführung der bis zu 500 C heißen Abwärmeströme unterschiedlicher Schmiedeöfen in gedämmten Leitungen entwickelt. Durch systematische Langzeitmessungen wurden die jeweiligen Abwärmepotentiale ermittelt und Energiebilanzen zur Abschätzung der zu erwartenden Wärmeströme in Abhängigkeit der jeweiligen Betriebszustände der Schmiedeöfen durchgeführt und eine Abgassammelleitung mit redundant ausgeführten Saugzuggebläsen wurde installiert, (Bild 7). Mithilfe von entwickelten Planungsmodellen ist es möglich, den Abwärmestrom in der Abgassammelleitung der Schmiedeöfen vorauszusagen. Darauf basierend kann durch angepasste Fahrweise der Schmiedeöfen zukünftig die zu erzielende Stromausbeute maximiert werden, ohne die Produktion und Produktqualität zu beeinträchtigen. Im nächsten Schritt wird eine ORC-Anlage mit einer Leistung von bis zu 300 KW el zur Verstromung des heißen Abgases installiert. different facilities including technically sophisticated combustion plants. Heat treatments are used to adjust and fine-tune the material and surface properties of the products. The waste heat from the combustion plants is used only partially in heat recovery systems or not at all. Large quantities of heat are dissipated unused to the environment as waste gas losses. The objective of a joint project involving interconnected forging furnaces is therefore to increase the plant efficiency and to reduce the dependency on external power supply by generating electricity from waste heat in an ORC plant. Therefor a concept was developed for efficient merging of waste heat flows coming from different forging furnaces with temperatures up to 500 C in an insulated pipe. Systematic longterm measurements were recorded to determine the waste heat potentials in different cases. Energy balance calculations were performed to estimate the expected heat flows as a function of the operating statuses of the individual forging furnaces. The waste gas collection pipe with redundant fans has been installed (Fig. 7). With the help of developed planning models it is possible to predict the waste heat flow in the waste gas collection pipe of the forging furnaces. Based on this the operation mode of the forging furnaces can be adjusted to maximize the generation of electricity without affecting the production and product quality. The next step will be the installation of an ORC plant which will generate up to 300 KW el from the hot waste gas. Bild / Figure 7 Fotografische Ansicht der Abgassammelleitung mit eingehausten Gebläsen, Abgaskamin und Anschluss für die ORC-Anlage Photograph of the waste gas collection pipe with encased fans, waste gas stack and connection point for the ORC plant VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH 15

18 Energie- und Ressourcentechnik Medien- und Energiewirtschaft Kreislaufschließung von Metallen und Spülwasser in der Weißblech-Produktion In einem Forschungsvorhaben hat das BFI ein neues Verfahren zur Zinnrückgewinnung sowie zur Kreislaufschließung von Spülwasser entwickelt und dieses an einer Veredelungsanlage über einen mehrwöchigen Zeitraum erprobt. Hauptinnovation ist der Einsatz der Membrantechnik zur Rückgewinnung der wertvollen Metallionen aus dem sauren Spülwasser der Verzinnung und die betriebliche Erprobung auf Basis von maßgeschneiderten säurestabilen Membranmodulen. Grundlage der Untersuchungen bilden systematische Membranlaborversuche zu Rückhalt, Permeatfluss und Membranbeständigkeit. Zur Aufbereitung von saurem Spülwasser der Weißblechproduktion wurden hierfür säurebeständige polymere Membranen getestet. Die für die Laborversuche ausgewählten Nanofiltrations- und Umkehrosmose-Membranen weisen einen sehr guten Zinn-Rückhalt auf. Das eingesetzte betriebliche Spülwasser enthielt in den Laborversuchen eine Zinnkonzentration von maximal 5000 mg/l, während diese im Permeat mit <60 mg/l Zinn gemessen wurde. Dies entspricht einem Zinn-Rückhalt von etwa 99%. Für die Umkehrosmosemembranen wurde ein hoher Säurerückhalt von mehr als 90% ermittelt. Die aufkonzentrierte Säure kann für einen erneuten Einsatz im Elektrolyten eingesetzt werden. Die betriebliche Erprobung des Membranverfahrens erfolgte im Bypass einer betrieblichen Verzinnungsanlage, Bild 8 und Bild 9. Voraussetzung Closing the loop for metals and rinsing water in tinplate production In a research project, BFI has developed a new process for recovering tin and for closed-circuit operation of rinsing water and tested this over a period of several weeks in a tinning line. The main innovation here is the use of membrane technology for recovering the valuable metal ions from the acidic rinsing water used in the tinning process and testing of the process under shop conditions with the aid of tailor-made acid-resistant membrane modules. The investigations were based on systematic laboratory testing of the membranes to determine retention rates, permeate flux rates and membrane resistance. For treatment of the acidic rinsing water in tinplate production, acid-resistant polymer membranes were tested. The nanofiltration and reverse osmosis membranes selected for lab-scale testing showed very good tin retention rates. The rinsing water received from an industrial tinning line for the lab tests had a tin concentration of up to 5000 mg/l, whereas the concentration of tin in the permeate was measured at <60 mg/l. This is equivalent to tin retention rate of about 99%. The reverse osmosis membranes achieved a high acid retention rate of more than 90%. This reconcentrated acid can then be reused in the electrolyte. Shop testing of the membrane technique was performed in the bypass of an industrial tinning line, Fig. 8 and Fig. 9. The prerequisite for longterm Bild / Figure 8 Betriebsversuche an einer Veredelungsanlage für die Weißblechproduktion Shop testing on a tinning line for tinplate production Bild / Figure 9 Mobile BFI-Technikumsanlage zur Zinnrückgewinnung Mobile BFI pilot system for tin recovery 16 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

19 Energy and Resources Media and Energy Management für einen langzeitstabilen Betrieb war neben der Auswahl chemisch resistenter Membranmaterialien ein geeigneter, säurestabiler Membranmodul- und Anlagenbau. Die eingesetzten Modulprototypen erwiesen sich über dem mehrwöchigen Untersuchungszeitraum als chemisch beständig. Das metallhaltige Konzentrat konnte in den Elektrolyten zurückgeführt werden, das Permeat der Umkehrosmose lässt sich erneut als Spülwasser einsetzen. In den Betriebsversuchen im Bypass der Verzinnungsanlage wurden bei einem Druck von 30 bar Permeatflüsse bis 16 l/m² h ermittelt. Durch den Einsatz der Membrantechnik kann zinnhaltiges Spülwasser aus der Weißblechproduktion energie- und ressourcenschonend aufbereitet werden. Das entwickelte Verfahrenskonzept ermöglicht die Rückgewinnung der Wertstoffe aus dem Spülwasser, d.h. Rückführung der Metalle, Säuren und organischen Additive in den Elektrolyten, sowie die erneute Nutzung des gereinigten Filtrats als Spülwassers. stable operation was not only selecting chemically resistant membrane materials but also designing the membrane module and other equipment for acid resistance. The module prototypes used proved to be chemically resistant throughout the test period lasting several weeks. The metal-containing concentrate was fed back into the electrolyte, and the permeate from reverse osmosis can be reused as rinsing water. In the shop trials in the bypass of the tinning line, permeate flux rates of up to 16 l/m² h were measured at a pressure of 30 bar. By using membrane technology it is possible to treat tin-laden rinsing water from tinplate production in an energy and resource conserving way. The process concept which was developed makes it possible to recover valuable substances from the rinse water, i.e. return metals, acids and organic additives to the electrolyte and reuse the cleaned filtrate as rinsing water. Betriebliche Online-Überwachung von Beizbädern Beim Beizen von Stahloberflächen wird das Stahlband durch ein hoch aggressives Säurebad geführt. Dort werden die in nachfolgenden Prozessschritten Kaltwalzen oder Veredeln störenden Zunderschichten chemisch gelöst. Mit Ab- und Auflösung der Metalle in der Säure verringert sich der Säuregehalt im Prozessbad. Die Überwachung der Prozessbadparameter Säure- und Metallkonzentration erfolgte bisher meist auf Basis weniger manueller Probenahmen und Laboranalysen. Industrial online monitoring of pickling baths During pickling of steel surfaces, the strip is passed through a highly aggressive acid bath. Here, layers of scale which would disrupt subsequent process steps are removed by chemical action. As metal ions are detached and dissolved in the acid, the acidity of the process bath gradually reduces. Until now, monitoring of the process bath parameters of acid and metal concentration has usually been done through manual sample-taking and laboratory analysis at infrequent intervals (once per shift, for Bild / Figure 10 BFI-DynAcid -Messstrecke zur Prozessüberwachung in Beizbädern BFI-DynAcid measuring system for process monitoring of pickling baths VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH Bild / Figure 11 Multisensor-Laborversuchsanlage für Untersuchungen mit Säuregemischen Multi-sensor laboratory plant for investigations in acid mixtures 17

20 Energie- und Ressourcentechnik Medien- und Energiewirtschaft Das vom BFI entwickelte online-messverfahren BFI-DynAcid liefert zur Prozessüberwachung von Beizbädern kontinuierlich die Betriebsdaten der Säure- und Salzkonzentration, Bild 10. Diese können direkt in das betriebliche Prozesssteuerungskonzept eingebunden, für den Betreiber visualisiert und zur Steuerung der Säuredosierung verwendet werden. Die Messtechnik BFI-DynAcid dient somit zur Prozessüberwachung und zur Qualitätskontrolle und führt oftmals zu deutlichen betrieblichen Kosteneinsparungen. Die DynAcid -Messtechnik wurde erfolgreich national und international an HCl-Beizlinien installiert. Eine betriebliche Demonstration an einer schwefelsauren Beizlinie hat erfolgreich gezeigt, dass unter Verwendung der Konzentrationswerte sowie weiterer verfügbarer Prozessdaten eine vollständige Steuerung der Linie über ein neuronales Netzwerkmodell möglich ist, bspw. durch Vorgabe der optimalen Bandgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Minimierung der Fehlerrate des zu beizenden Stahlbandes. Im Rahmen aktueller Forschungsprojekte wurden, ergänzend zu den bereits bearbeiteten Beizsäuren Schwefel- und Salzsäure, Arbeiten zur Anwendung des integralen Messverfahrens für Beizsäuregemische mit drei Hauptkonzentrationsgrößen (z.b. HNO 3 -HF-Metallsalze und HCl-Fe-Fe 3+ ) durchgeführt, Bild 11. Ein weiteres Projekt beinhaltet die betriebliche Umsetzung des online-messverfahrens für HNO 3 -HF-Mischsäure zur Edelstahlherstellung und die Optimierung der Konzentrationsregelungsmodelle. instance). The online measuring technique BFI- DynAcid, which BFI developed for monitoring pickling bath processes, delivers continuous operating data on the acid and salt concentrations, Fig. 10. These data can be integrated directly into the process control concept of the plant, visualised for the plant operator, and used to control the dosage of acid, for example. The BFI-DynAcid measuring technology, which is marketed by BFI Betriebstechnik GmbH, thus serves for both process monitoring and quality control, and frequently helps to achieve significant savings in operating costs. DynAcid systems have been successfully installed on HCl pickling lines both inside and outside Germany, e.g. in Turkey and South Korea. An industrial demonstration on a sulphuric acid pickling line successfully showed that by using the concentration values as well as other available process data, it is possible to control the line completely via a neural network model, for example by inputting the optimum strip speed while reducing the defect rate of the steel strip being pickled. In the course of current research projects, to supplement the prior studies on sulphuric and hydrochloric acid, work has been carried out on applying the integrative measuring method to mixed acid pickling baths with three main concentration variables (e.g. HNO 3 -HF metal salts and HCl-Fe-Fe 3+ ), Fig. 11. One further project includes the industrial implementation of the online monitoring technique for HNO 3 -HF mixed acid for stainless steel production and the optimisation of the concentration control models. Kontinuierliche Reinigung von Kaltwalz- Emulsionen durch Membranfiltration In einem Kooperationsprojekt hat das BFI ein neues Verfahren zur Emulsionsreinigung entwickelt und mit betrieblichen Kaltwalz-Emulsionen erprobt. Neu ist die Nutzung der Membranfiltration zur kontinuierlichen Emulsionsreinigung im Kreislauf, im Gegensatz zur Nutzung als nachgeschaltetes Verfahren für verworfene Emulsionen. Das Verfahrensziel ist eine kontinuierliche chemikalienfreie Reinigung von Emulsionen, mit der Feststoff-Partikel und demulgiertes Fremdöl entfernt werden, aber das für den Kaltwalzprozess notwendige emulgierte Öl im Kreislauf verbleibt. Dadurch sollen die Qualität der Emulsion verbessert und die Standzeit verlängert werden. Continuous cleaning of cold-rolling emulsions by membrane filtration In a joint project, BFI has developed a new process for cleaning emulsions and tested this in the field with industrially used emulsions. The new aspect is the utilisation of membrane filtration for in-service emulsion cleaning in a closed cycle, instead of as an end-of-pipe technique for treating discarded emulsions. The aim of the process is to achieve continuous chemical-free cleaning of emulsions by separating out solid particles and demulsified tramp oil while allowing the emulsified oil required for the cold-rolling process to remain in the circuit. This should ultimately improve the quality of the emulsion and prolong its service life. 18 VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

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