Ressourceneffizienz mit dem Bandgießverfahren (REBand)

Transkript

1 Ressourceneffizienz mit dem Bandgießverfahren (REBand) Dr. Alexander Redenius Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH Dr. Rune Schmidt-Jürgensen Salzgitter Flachstahl GmbH

2 Gliederung Worum geht es im BMBF-Verbundprojekt REBand? Was ist HSD -Stahl? Wie ist der aktuelle Stand der Arbeiten? Welche Einspar- und Verbreitungspotentiale existieren? Wie ist das weitere Vorgehen? 2

3 Förderung Belt Casting Technology (BCT ) Ressourceneffizienz mit dem Bandgießverfahren (REBand): Qualifizierung des Prozesses für die Produktion von HSD -Stählen im Pilotmaßstab Herstellung von HSD -Stahl im Elektrolichtbogenofen Beantwortung von Upscaling-Fragestellungen Ermittlung der Umwelteffekte von der Stahlherstellung bis zur automobilen Anwendung Potenzialanalyse des HSD -Stahls Energieeinsparungen durch Bandgießen von Leichtbaustahl 19,1 Mio. Investitionszuschuss zur Realisierung der Bandgießtechnologie im Demonstrationsmaßstab

4 BMBF-Verbundprojekt REBand Projektpartner TU Clausthal

5 Inhalte der Arbeitspakete Übersicht 5 Koordiniert von:

6 Gliederung Worum geht es im BMBF-Verbundprojekt REBand? Was ist HSD -Stahl? Wie ist der aktuelle Stand der Arbeiten? Welche Einspar- und Verbreitungspotentiale existieren? Wie ist das weitere Vorgehen? 6

7 HSD -Stähle (High Strength and Ductility) Moderne Stähle Herstellbare Komponenten Bruchdehnung (%) Türhaut Tunnel- verstärkung Stoßfänger hinten Streck-/Dehngrenze (MPa) HSD -Stahl: Ein technologischer Quantensprung! 7

8 HSD -Stähle (High Strength and Ductility) Bruchdehnung (%) Moderne Stähle Herstellbare Komponenten HSD -Stahl: Dehnung > 100% in der äußeren Faser Anstieg der Festigkeit und Duktilität Streck-/Dehngrenze (MPa) HSD -Stahl: Ein technologischer Quantensprung! 8

9 Legierungseffekte und Folgerungen + - Festigkeit Dehnung Anwendungseigenschaften geringere Dichte Mangan Silizium Aluminium unverträglich mit Gießpulver Viskosität Entmischung der Legierungselemente nicht konventionell vergießbar Überwindung der technischen Herausforderungen durch Bandgießen = zusätzlich: energieeffizient hochproduktiv

10 Gliederung Worum geht es im BMBF-Verbundprojekt REBand? Was ist HSD -Stahl? Wie ist der aktuelle Stand der Arbeiten? Welche Einspar- und Verbreitungspotentiale existieren? Wie ist das weitere Vorgehen? 10

11 Zielsetzung: AP1 Stahlerzeugung Zielsetzung und Herausforderungen Auswahl Einsatzstoffe und Prozessroute zur Herstellung von hochmanganhaltigen Stählen in Hinblick auf Produktqualität, Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit Herausforderungen: Berücksichtigung der Prozessrandbedingungen der vor- und nachgelagerten Produktionsprozesse für Standardprodukte (Prozesszeiten, Feuerfestmaterial, Schlackeführung) Aufbau von Prozesswissen für die Erzeugung hochmanganhaltiger Stähle sowie entsprechender Ferrolegierungen im Industriemaßstab notwendig 11

12 Ergebnisse: AP1 Stahlerzeugung Ergebnisse Verschiedene Prozessrouten zur Herstellung von hochmanganhaltigem Stahl wurden identifiziert und simuliert Entwicklung einer pyrometallurgischen Prozessroute für die kostengünstige, energieeffiziente Gewinnung von maßgeschneiderten Mn-Ferrolegierungen: Ermittlung der physikalisch-chemischen Grundlagen und des Forschungsstandes, Messungen im Labormaßstab. Prinzipielle Machbarkeit nachgewiesen Auf Basis von Literaturwerten wurden erste Abschätzungen zum Ressourceneinsatz und zur Wirtschaftlichkeit der unterschiedlichen Prozessrouten gemacht 12

13 Zielsetzung: AP2 Bandgießen Zielsetzung und Herausforderungen Aufbau einer Bandgießanlage im Industriemaßstab mit 1000mm Gießbreite durch SZFG in Peine Herausforderungen: Upscaling von 300mm Gießbreite der Laboranlage auf 1000mm, wobei insbesondere das Schmelzenaufgabesystem, die Inertisierung und das Gussgefüge an die gestiegenen Anforderungen angepasst werden müssen Erfassung und Berechnung der notwendigen Stoff- und Energieflüsse, um die Ressourceneffizienz des Verfahrens aufzuzeigen 13

14 AP2 Bandgießen Gießbandfertigung - Noppung Probeblech des Gießbandes für die Demonstrationsanlage Beschaffung des Blechs für Labor- und Demonstrationsanlage aus einer Charge Bau des Werkzeugs zur Einbringung der Noppen von Aherhammer Herstellung erster Gießbänder für Clausthal und Peine mit diesem Werkzeug Nutzung bei einem der nächsten Versuche in Clausthal Schweißnaht zur Herstellung des umlaufenden Bandes

15 AP2 Bandgießen Bilanzierung der Stoff- und Energieflüsse (LCA) Kraftwerk Salzgitter AG Stand: März 2010 T114:Erdgas, in Industriefeuerung >100kW P30:Energie P26:Energie P66:Dampf, Erdgas P67:Strom, Erdgas T110:Kokereigas, in Kraftwerk P26:Energie P30:Energie P59:Interne Energie P65:Dampf P60:Dampf, Kokereigas T115:Dampf P55:Strom, Kokereigas T111:Stahlgas, in Kraftwerk P26:Energie P30:Energie P59:Interne Energie P68:Dampf, Stahlgas P72:Strom P69:Strom, Stahlgas T109:Strom Heizkraftwerk am T112:Hochofengas, in Kraftwerk P26:Energie P30:Energie P59:Interne Energie P70:Dampf, Hochofengas Standort Salzgitter P71:Strom, Hochofengas Stahlwerk Salzgitter AG Stand: Januar 2011 P17:Hauptprozesse P57:Output Int Prod P15:Hauptprozesse P65:Dampf P72:Strom T95:Interne Energie P59:Interne Energie P59:Interne Energie P19:Inp. IntProd P24:EAF Rohstahl T90:Elektrostahloutput P15:Hauptprozesse T11:Elektrostahlwerk P47:EAF Rohstahl HSD-Stahl P17:Hauptprozesse aus Elektrolichtbogenofen P8:EAF-Stahl BCT T62:Sekundärmetallurgie T10:Kokerei P59:Interne Energie P65:Dampf P56:Schrott, extern P72:Strom P72:Strom P15:Hauptprozesse P19:Inp. IntProd P15:Hauptprozesse P58:Koks P44:Int. Produkte P72:Strom Saldierung interner Produkte P57:Output Int Prod P19:Inp. IntProd T93:Saldierung Schwefelsäure und Schrott P56:Schrott, extern Eisenerzvorkette T96:Feinerzoutput P41:Transport P35:Vorkette T123:Eisenerzoutput P39 P40 P37 T70:Feinerz, T34:Bahn m.v. T35:Seeschiff T36:Binnenschiff P34:Vorkette 65% Fe, ab Anreicherung P19:Inp. IntProd P42:Transport P35:Vorkette T97:Stückerzoutput P41:Transport P35:Vorkette P40 P39 P34:Vorkette P36:Eisenerz P37 T76:Stückerz, T75:iron ore, 46% Fe, at mine 65% Fe, ab Anreicherung T38:Bahn m.v. T39:Seeschiff T40:Binnenschiff P34:Vorkette P19:Inp. IntProd P42:Transport T98:Pelletoutput P41:Transport Eisenerzvorkette P35:Vorkette P35:Vorkette P38 P37 P40 P39 T77:Pelletfeed, T28:Pellets, Eisen, ab Werk 65% Fe, ab Anreicherung T41:Bahn m.v. T42:Seeschiff T43:Binnenschiff P34:Vorkette P34:Vorkette P19:Inp. IntProd P42:Transport Ferro- / Silicomangan / Mangan P34:Vorkette P35:Vorkette Herstellung P50 von T79:manganese concentrate, at beneficiation T80 P34:Vorkette P35:Vorkette T108 P48 Legierungsträgern T72 T60:ferromanganese, high-coal, 74.5% Mn, at regional storage P34:Vorkette P35:Vorkette T102:Silicomangan für P52:SiMn HSD-Stahl T103 P34:Vorkette P35:Vorkette P15:Hauptprozesse P72:Strom P59:Interne Energie P19:Inp. IntProd P44:Int. Produkte T92:Koksoutput P15:Hauptprozesse P58:Koks P17:Hauptprozesse P65:Dampf P1:Sinter T31:Sinteranlage T91:Sinteroutput T14:Hochofen P17:Hauptprozesse P44:Int. Produkte P2:Roheisen T87:Eisenoutput T3:Konverter P17:Hauptprozesse P61:Rohstahl T64:Sekundärmetallurgie P3:BOF Stahl T88:Oxygenstahloutput P15:Hauptprozesse P65:Dampf P72:Strom P59:Interne Energie P15:Hauptprozesse P65:Dampf P4:Brammen T89:Brammenoutput Konventionelle Stahlproduktion und -Verarbeitung (Hochofenroute) P15:Hauptprozesse P65:Dampf P72:Strom P59:Interne Energie P74:Warmband P10:Warmband P5:Warmwalzband, konventionell T5:Warmwalzwerk T32 T68:Beize T4:Stranggießanlage (Brammen) T85:Warmbandoutput P17:Hauptprozesse P17:Hauptprozesse P57:Output Int Prod P17:Hauptprozesse P17:Hauptprozesse P15:Hauptprozesse P72:Strom P31:BOF-Stahl BCT P17:Hauptprozesse T24:BCT - Dünnbandgießen P73:Transport P42:Transport P41:Transport T67:Betrieb, Güterzug, Diesel Bandgießen P49:Dünnbandtafeln P15:Hauptprozesse P65:Dampf und P72:Strom P57:Output Int Prod P59:Interne Energie T63:Steckelwalzwerk Warmwalzen P20:Warmband, BCT P17:Hauptprozesse P34:Vorkette T71:manganese, at regional storage P35:Vorkette P19:Inp. IntProd P57:Output Int Prod T104:FeSi P54:FeSi T105 T50:Kaltwalzwerk P43:Feinblech 15

16 Zielsetzung: AP3 Weiterverarbeitung Zielsetzung und Herausforderungen Entwicklung von Konzepten zur Weiterverarbeitung des gegossenen Produkts zu veredeltem Bandmaterial Bereitstellung von Probematerial für die Anwendungstechnik Herausforderungen: Entwicklung einer Prozessroute zur Weiterverarbeitung und Veredelung im Labormaßstab und Übertragung der Prozessroute auf die Produktionsanlagen der SZFG Berücksichtigung der Weiterverarbeitungsschritte: Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Glühen und Oberflächenveredelung 16

17 AP3 Weiterverarbeitung Warmwalzversuche im Labormaßstab Stichpläne für das Walzen von HSD-Stahl wurden auf einer Laboranlage ermittelt und erprobt Auswirkungen von Gießfehlern auf das spätere Warmband wurden untersucht

18 Zielsetzung: AP4 Anwendung Zielsetzung und Herausforderungen Erstellung von Konzepten zur Anwendbarkeit der HSD-Stähle und erste Konstruktion sowie Erprobung von Beispielbauteilen Herausforderungen: Aufgrund der Neuartigkeit der Werkstoffklasse der hochmanganhaltigen Stähle müssen Qualifizierungsversuche zur Umformtechnik, Fügetechnik und Dauerfestigkeit durchgeführt werden Effekte durch Einsatz von HSD-Stählen auf Ressourceneinsatz soll exemplarisch aufgezeigt werden 18

19 AP4 Anwendung Lochaufweitung Kaltband Lochaufweitung [%] Lochaufweitung ISO HSD-Stahl 1.7 mm HCT780XD+Z 1.75 mm SZBS mm 22MnB5 1.7 mm HX340LAD 1.8 mm HC340LA 1.7 mm 27. Oktober 2011 Hohe Aufweitverhältnisse (> 60 %) bei hoher Festigkeit ( Mpa) realisierbar Geringe Kantenrissempfindlichkeit Loch, gestanzt Konischer Stempel Aufweiten bis zum radialen Riss

20 Gliederung Worum geht es im BMBF-Verbundprojekt REBand? Was ist HSD -Stahl? Wie ist der aktuelle Stand der Arbeiten? Welche Einspar- und Verbreitungspotentiale existieren? Wie ist das weitere Vorgehen? 20

21 Einsparpotential Ressourcen Abdeckung Elektromagnetisches Verteilsystem Rahmen Toprolle Ar-Rechen Wasser Führungsrolle Gießband Spannvorrichtung Intensivkühlung Einsparung an: Strom Brennstoffe / Gase Wasser Gießpulver weniger Zunderbildung

22 Weiteres Vorgehen Dezember 2011 März 2012 Oktober 2012 Frühjahr 2013 Bandgit Werkstatttest Gießmaschine Montage Gießmaschine in Peine 1. Guss (konv. Stahl) 1. Guss (HSD) Januar 2012 Juni 2012 September 2012 Steckgit Beginn Montagearbeiten Funktionsprüfungen und Inbetriebnahmen 1. Coil