Heat­Steel: Ent­wick­lung einer inno­va­ti­ven und ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Ver­gü­tungs­li­nie für Präzisionsbänder

progres.nrw – Pro­gramm­be­reich Inno­va­ti­on, 1. Janu­ar 2022 bis 31. Dezem­ber 2024

Projektbeschreibung

Die Ent­wick­lung einer inno­va­ti­ven und ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Ver­gü­te­li­nie ist Ziel des Pro­jek­tes Heat­Steel, mit dem Ziel die Pro­zess­sta­bi­li­tät bei der Her­stel­lung von dün­nen Prä­zi­si­ons­bän­der hin­sicht­lich der Pro­dukt­qua­li­tät zu ver­bes­sern. Bestehen­de kon­ti­nu­ier­li­che Anla­gen zum Ver­gü­ten von Prä­zi­si­ons­bän­dern wur­den in den letz­ten Jahr­zehn­ten bezüg­lich ihrer Ener­gie­ef­fi­zi­enz und Pro­dukt­qua­li­tät nicht wesent­lich wei­ter­ent­wi­ckelt. Durch die Ent­wick­lung eines neu­en Anla­gen­kon­zep­tes und den Bau einer inno­va­ti­ven Pilot­an­la­ge kön­nen in Zukunft die Ener­gie­aus­nut­zung opti­miert, sowie die Pro­duk­tei­gen­schaf­ten ver­bes­sert werden.

Am IOB wird im Zuge des Vor­ha­bens ein Ofen­mo­dell ent­wi­ckelt, wel­ches den Pro­zess im inno­va­ti­ven Här­te­ofen inklu­si­ve Kühl­ein­heit simu­la­tiv berech­nen kann. Das Pro­zess­mo­dell wird neben einer Beschrei­bung der Band­tem­pe­ra­tu­ren zu jedem Zeit­punkt der Pro­duk­ti­on auch das mecha­ni­sche Band­ver­hal­ten in der Anla­ge simu­lie­ren. Aus­ge­hend von expe­ri­men­tel­len Abkühl­ver­su­chen an einem Prüf­stand des IOB wird eine Stu­die zur Ent­wick­lung einer ver­for­mungs­op­ti­mier­ten Abküh­lung mit­tels Simu­la­tio­nen durch­ge­führt.
Auf Grund­la­ge der Unter­su­chun­gen wird die Kühl­ein­heit der neu­en Anla­ge gemein­sam mit den Pro­jekt­part­nern designt und im Anschluss in der Ver­gü­te­li­nie Indus­tri­ell eingesetzt.

Tem­pe­ra­tur­ver­lauf bei der Ver­gü­tung von Stählen

Zur Errei­chung und Vali­die­rung der not­wen­di­gen Pro­zess­sta­bi­li­tät wird im Pro­jekt eine auf das Pro­zess­mo­dell auf­set­zen­de Rege­lung und eine KI-basier­te Pro­zess­über­wa­chung an der neu­en Ver­gü­te­an­la­ge umgesetzt.

Projektziele

Ziel des Vor­ha­bens Heat­Steel ist die Ent­wick­lung einer inno­va­ti­ven und ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Ver­gü­tungs­li­nie für dün­ne rost­freie mar­ten­si­ti­sche Prä­zi­si­ons­bän­der. Gleich­zei­tig soll im Zuge der Ent­wick­lung einer ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Linie über­prüft wer­den, inwie­weit die Pro­zess­sta­bi­li­tät hin­sicht­lich der Pro­dukt­qua­li­tät ver­bes­sert wer­den kann.

Im Vor­ha­ben wird ein neu­ar­ti­ges Anla­gen­kon­zept für das kon­ti­nu­ier­li­che Ver­gü­ten von Prä­zi­si­ons­bän­dern ent­wi­ckelt. Das Herz­stück der Anla­ge wird der inno­va­ti­ve Här­te­ofen inklu­si­ve Kühl­ein­heit sowie die not­wen­di­ge Sen­so­rik und modell­ba­sier­te Rege­lun­gen zur Steue­rung der Pro­zess­pa­ra­me­ter sein. Dar­über hin­aus erfol­gen eine KI-basier­te Pro­zess­über­wa­chung und eine Qualitätsoptimierung.

Die Ener­gie­ef­fi­zi­enz soll durch fol­gen­de Stra­te­gien erreicht werden:

  • Neue Anord­nung der Ele­men­te, um die Abwär­me aus dem Här­te­ofen gezielt für den Här­te­pro­zess selbst oder für den Anlass­pro­zess zu nutzen
  • Bes­se­re Iso­lie­rung und damit Redu­zie­rung der Energieverluste
  • Erhö­hung des Aus­brin­gens und somit eine effi­zi­en­te­re Nut­zung der Rohmaterialien

Durch die neue Linie und den erwar­te­ten Ein­spa­run­gen soll die Koh­len­di­oxid­emis­sio­nen um 760 Ton­nen im Jah­re 2025 redu­ziert wer­den. Der Auf­bau einer ers­ten Fer­ti­gungs­li­nie mit der Erpro­bung sowie Vali­die­rung der Anla­ge been­det das Projekt.

Das IOB erwei­tert durch die Mit­ar­beit an die­sem Pro­jekt sei­ne Kom­pe­ten­zen im Bereich der Plan­la­ge-Simu­la­tio­nen sowie der all­ge­mei­nen Pro­zess­mo­del­lie­rung. Somit ist eine Über­tra­gung der Model­lie­rungs­an­sät­ze auf Band­an­la­gen für ande­re Werk­stof­fe und Stäh­le im Bereich höhe­rer Durch­sät­ze in Zukunft mög­lich. Wei­ter­hin wird das Ver­ständ­nis für rege­lungs­re­le­van­te Stell­grö­ßen gestei­gert, damit zukünf­ti­ge Pro­zess­mo­del­le eben­falls für eine Rege­lungs­op­ti­mie­rung ver­wen­det wer­den können.

Projektpartner

Ansprechpartner

Nico Rade­ma­cher, M.Sc.

+49 241 80–25939

rademacher@iob.rwth-aachen.de

Dr.-Ing. Moritz Eickhoff

+49 241 80–26065

eickhoff@iob.rwth-aachen.de

Dr.-Ing. Domi­nik Büschgens

+49 241 80–26067

bueschgens@iob.rwth-aachen.de

Förderung

Die­ses Pro­jekt wird durch das Land Nord­rhein-West­fa­len über das För­der­pro­gramm „progres.nrw – Pro­gramm für ratio­nel­le Ener­gie­ver­wen­dung, rege­ne­ra­ti­ve Ener­gien und Ener­gie­spa­ren – Pro­gramm­be­reich Inno­va­ti­on“ gefördert.