expedition voestalpine

Die meisten Produktionsprozesse im Hüttenwerk der voestalpine in Linz sind heute mathematisch erfasst und mit Hilfe der CAQC (computer aided quality control) steuerbar. Aber wie in der feinen Küche muss man auch in einem erstklassigen Hüttenbetrieb ab und an "kosten" um zu prüfen, ob die Rezeptur auch wirklich gänzlich getroffen wurde. In der voestalpine arbeiten zwei Abteilungen daran, den Kunden genau jene Produkte zu liefern, die sie bestellt haben:

Die Qualitätslenkung liefert SOLL-Vorgaben.

Die Qualitätslenkung achtet darauf, dass ein Produkt erzeugt wird, das den vom Kunden geforderten Eigenschaften entspricht. Aus den Vorgaben des Kunden für ein Produkt werden Vorgaben für die Betriebe generiert, aus denen wiederum Vorgaben für die Einsatzstoffe hervorgehen.

Die Prüftechnik & Analytik kontrolliert den IST-Zustand

Während sich die Prüftechnik mit mechanisch technologischen Prüfungen beschäftigt, widmet sich die Analytik eher der chemischen Analyse der Halb- oder Fertigprodukte. Somit kann bereits im laufenden Prozess kontrolliert werden, ob das entstehende Produkt den Kundenanforderungen entspricht. Gerade in der Flüssigphase bis zum Konverterbetrieb ist die Arbeit der P&A auch für die Gewährleistung der optimalen Prozessführung und der Sicherheit von großer Bedeutung.

Vorbereitung der Einsatzstoffe

Da die voestalpine ihre Einsatzstoffe wie Kohle und Erz von verschiedensten Lieferanten auf der ganzen Welt bezieht, stehen nicht immer völlig idente Einsatzstoffe von bester Güte zur Verfügung. Da die Anlagen jedoch auf bestimmte Mischungen ausgelegt sind, muss man bei jeder Lieferung von neuem die passende Mischung finden. Schließlich soll am Ende jedes Prozesses ein Produkt stehen, mit dem im nächsten Schritt weitergearbeitet werden kann. Aufgabe der Prüftechnik ist es daher aus den gegebenen Einsatzstoffen die optimale Mischung zu erstellen.

In der Kokerei wird in etwa jede Kohlelieferung analysiert, um im Anschluss daran die optimale Einsatzmischung für den Batteriebetrieb zu entwickeln. Sobald der Verkokungsprozess im Ofen begonnen hat, kann man die Mischung nicht mehr revidieren. Auch in der Sinteranlage gibt es einen Regelkreis analog zur Kokerei.

Hochofenbetrieb

Um das Prozessmodell besser steuern zu können, wird beim Hochofenabstich sowohl die Zusammensetzung des Roheisens, als auch der Schlacke überprüft. Mit Hilfe eines speziellen Rohres entnimmt das Schichtpersonal vor Ort eine Probe des flüssigen Materials. Im Anschluss wird die erstarrte Probe in eine Büchse gesteckt und per Rohrpost direkt an das Labor geschickt. Dort wird die Probe mit Hilfe einiger Roboter vollautomatisch für die Prüfung vorbereitet. Mit Hilfe der optischen Emissionsanalysatoren kann nun in einem einzigen Prüfschritt festgestellt werden, ob die Probe den Anforderungen entspricht. Die Dauer des Analyseprozesses von der Probenentnahme am Hochofen bis zur Übermittlung des Ergebnisses beträgt nur drei bis vier Minuten.

Die Analyse der Hochofenprodukte dient vor allem zur Kontrolle und Steuerung der Anlagen-Fahrweise, da der Kohlenstoffgehalt ein wichtiger Indikator für den laufenden Prozess ist. Wenn die Probe eine Abweichung von der idealen Zusammensetzung ergibt, wird das Prozessmodell nachgebessert. Neben Kohlenstoff werden auch noch andere Roheisenbegleitelemente wie Silizium, Schwefel, Mangan oder Titan überprüft, da diese von großer Bedeutung für die nachfolgenden Prozesse sind.

Tiegelbetrieb

Ähnlich wie im Hochofenbetrieb erfolgt die Analyse beim Tiegelbetrieb erst nach Beendigung des Prozesses. Die chemische Zusammensetzung des Rohstahls wird heute automatisch geprüft und ermöglicht somit eine nachträgliche Prüfung, ob der Prozess erfolgreich war. Hier ist eine rasche Analyse entscheidend, da im Pfannenofen oder in der RH-Anlage noch Anpassungen erfolgen können.

Alleine in der Flüssigphase werden pro Jahr rund 250.000 Proben entnommen, was rund 15 Millionen einzelnen Analysewerten entspricht. Pro Tag werden somit beinahe 700 Proben entnommen und ausgewertet. Dabei steigen die Anforderungen an die Genauigkeit der Nachweisgrenzen von Elementen immer weiter. Bei der Prüfung werden kaum vorstellbar kleine Mengen analysiert – folgende Dimensionen sollen ein Gefühl dafür geben, wie genau ein Hüttenwerk funktionieren muss:

• ppm (parts per Million) = entspricht einem Preußen in München
• ppb (parts per Billion) = entspricht einem Bayern in China
• ppt (parts per Trillion) = entspricht einem Roggenkorn in 100.000 Tonnen Weizen - das sind rund 2.000 Güterwagen beladen mit je 50 Tonnen Weizen

Sekundärmetallurgie

Auf Basis der Analyse des Rohstahls berechnet der Prozessrechner automatisch, welche Elemente der Schmelze in der Sekundärmetallurgie noch zugefügt werden müssen, um den Kundenspezifikationen gerecht zu werden. In der Sekundärmetallurgie wird der Prozess jedoch nicht nur mit Hilfe der Analytik kontrolliert, sondern auch gesteuert. Die Analyse muss daher sehr rasch gehen, damit gegebenenfalls nachjustiert werden kann. Um die Analysedauer von 3 Minuten nicht zu überschreiten wurde am Pfannenofen ein eigenes Bühnenlabor errichtet.

Nach dem Pfannenofen und der Vakuumanlage ist die Zusammensetzung des Stahls nicht mehr korrigierbar. Die letzte Probe in der Flüssigphase nennt man Fertigprobe und kann mit einer Art Geburtsurkunde verglichen werden. Diese wird direkt vor dem Stranggießen entnommen und belegt die Zusammensetzung des Stahls in der Bramme. Sollte eine Schmelze zu diesem Zeitpunkt nicht alle Zielgrößen zu 100 % erreichen, wird versucht die Charge im nachhinein umzudisponieren – also einem anderen Verwendungszweck zuzuführen.

Stranggussanlage

Ab dem Strangguss gibt es abgesehen von der Bandbeschichtung keine chemische Analytik mehr. Nachdem die Bramme vom restlichen Strang getrennt wurde, wird an der Stirnfläche sowohl die Brammennummer als auch die Schmelznummer eingeprägt. Man nennt das im Fachjargon auch die Taufe der Bramme. Über diese beiden Nummern kann man später sämtliche Analysedaten der Bramme abrufen.

Zusätzlich wird pro Stranggussanlage einmal täglich eine Prüfung der Innenqualität der Brammen vorgenommen. Dazu schneidet man ein ca. 7 cm langes Stück der Bramme herunter und untersucht es auf eine inhomogene Verteilung der Elemente. Dabei soll erkannt werden, ob die Bramme Risse oder nicht metallische Einschlüsse aufweist. Diese würden sich bei der nachträglichen Verarbeitung negativ auswirken, da die Bramme reißen und somit ein Fehler am fertigen Bandprodukt entstehen kann. Sofern Risse oder nicht metallische Einschlüsse festgestellt werden, muss am Prozessmodell geschraubt werden.

Die Kontrolle der Brammen erfolgt einerseits mit freiem Auge und andererseits auch mit Hilfe von Mikroskopen. Die Prüfung der Innenqualität dient einerseits der Befriedigung der Kundenanforderungen und andererseits der Kontrolle der Prozesssicherheit.

Warmwalzwerk

Die Prüfung der Halbfertigprodukte erfolgt im Warmwalzwerk über so genannte Inlinesensoren, die sowohl die Profildicke als auch die Temperatur messen ohne Proben zu entnehmen. Die Dickenmessung erfolgt entlang der Breite und entlang der Länge der Bramme um die Bildung von konvexen oder konkaven Profilen zu verhindern. Die Messung der Profildicke während des Walzvorgangs ist besonders wichtig, da die Walzen für das Fertigwalzen ganz exakt eingestellt werden müssen um am Ende die geforderte Banddicke zwischen 1,5 und 12 mm zu erreichen.

Im Weiteren wird das Stahlband von einem Oberflächeninspektionsgerät auf Fehler in der Oberflächenstruktur hin überprüft. Prinzipiell wird dieser Prüfschritt von einem Rechner durchgeführt – lediglich wenn sehr viele Fehler auftreten, wird durch ein automatisches Signal das Personal verständigt. Die Messungen der Oberfläche erfolgen in einem Bereich von ca. 0,5 mm. In Summe werden pro Jahr rund 700 km² Bandoberfläche auf diese Weise geprüft. Stichprobenartig werden außerdem vom fertigen Coil Materialproben genommen um zu prüfen ob Eindrücke von Walzen festzustellen sind.

Bevor das Produkt als Warmband zum Kunden geht, wird ein 400 Millimeter langes Stück vom Coil abgetrennt und beprobt. Nur wenn die mechanischen Prüfungen wie der Zugversuch oder der Kerbschlagversuch ergeben, dass die geforderten Werkstoffnormen erfüllt werden, kann die Ware ausgeliefert werden. In definierten Fällen kommt ergänzend auch eine mikroskopische Prüfung zur Anwendung, da das metallurgische Gefüge einen Einfluss auf die Eigenschaften hat. Grundsätzlich wird Stahl jedoch nach mechanischen Kennwerten verkauft, da die Zugprobe eigentlich der Ersatzwert für das Presswerk beim Kunden ist.

Grobblech

Grobblech ist das prüfintensivste Produkt der voestalpine. Da teilweise, wie in etwa bei Schiffen und Brücken, menschliche Sicherheit von der Qualität des Grobblechs abhängt, wird die Prüfung oft von externen Abnehmerorganisationen überwacht, die im Auftrag des Kunden handeln.

Bereits ab dem Pfannenofen wird das Material sehr genau geprüft, da es strengsten Maßstäben entsprechen muss. Bei Grobblech wird daher sowohl am Anfang als auch am Ende jedes Stücks ein kleiner Teil für Prüfzwecke herunter geschnitten. Die Prüfung der Zugfestigkeit ist hier von besonderer Bedeutung, da ein Riss bei den Anwendungsfeldern von Grobblech meist fatal wäre. Deshalb muss bei Pipelinestählen die Zugfestigkeit unter extrem niedrigen Temperaturen gemessen werden, wohingegen bei Kesselstählen die Zugfestigkeit unter extrem hohen Bedingungen gemessen werden muss. Im Weiteren wird auch die Kerbschlagzähigkeit unter den jeweils geforderten Temperaturbedingungen geprüft.

Um eine möglichst umfassende Überprüfung zu garantieren, wird Grobblech mit Hilfe von Ultraschall zerstörungsfrei geprüft. Dabei werden Randrisse ohne die Entnahme einer Probe sichtbar. Zusätzlich wird bei Grobblech auch noch eine Schweißverfahrensprüfung durchgeführt, da die meisten Grobbleche verschweißt werden. Hierbei ist es wichtig, dass die Schweißnaht fester ist als der Grundwerkstoff, da auf keinen Fall die Schweißnaht reißen darf.

Kaltwalzwerk

Am Auslauf der Beize wird erneut die Oberflächenqualität des Bandes geprüft. Grundsätzlich erfolgt die Kontrolle durch das menschliche Auge, das jedoch durch ein Oberflächeninspektionsgerät unterstützt wird. Auf diese Weise können bis zu 300 m Bandoberfläche pro Minute geprüft werden. Sofern ein Fehler entdeckt wird, wird dies umgehend weitergemeldet, damit die Walzen nicht beschädigt werden. Bei kleineren Fehlern wird die Walzgeschwindigkeit verringert, bei großen Fehlern wird das betreffende Stück herausgeschnitten.

Am Ende der Beize wird über die gesamte Länge des Bandes die Dicke gemessen, da das Band dünner wird, je länger es in der Beize liegt. Diese Prüfung erfolgt mit einem Radio-Isotopen-Mikroskop. Auch beim eigentlichen Herunterwalzen wird sowohl beim Gerüst 1 als auch beim letzten Gerüst die Dicke des Bandes gemessen, damit das Produkt am Ende den Kundenanforderungen entspricht.

Erprobung des Endproduktes

Bevor ein Produkt die voestalpine in Richtung Kunde verlässt, erfolgt stets eine Prüfung des Endproduktes. Der wichtigste Versuch ist hierbei der Zugversuch, der für 99 % der Jahresproduktion auch die einzige Kontrolle bleibt. In jedem Fall ist diese abschließende Prüfung das zweite wichtige Ergebnis neben der "Geburtsurkunde".

Jährlich werden in der voestalpine in Linz rund 300.000 Zugversuche durchgeführt, die wie bereits erwähnt als Ersatzwerte für die Presswerte beim Kunden angesehen werden können. Für den Zugversuch wird aus dem Probeabschnitt des Coils ein Streifen herausgeschnitten, der auf Festigkeit und Zähigkeit hin geprüft wird. Bei beschichteten oder verzinkten Blechen wird außerdem mit dem Kugelschlagtest geprüft, ob die aufgetragene Schicht auch unter Belastung gut haftet und sich nicht ablöst.

Bei organisch beschichtetem Band wird zusätzlich ein so genannter automatischer Ritztest durchgeführt. Im Weiteren sind bei organisch beschichteten Produkten Langzeittests bezüglich der Verwitterung (Verfärbung, Verkreidung) und Korrosion von größter Bedeutung. Bei Elektroblech prüft man mit Hilfe von Magnetfeldern die elektromagnetischen Eigenschaften und die Induktivität des Stahlbandes.

Neben diesen mechanischen Prüfungen kommt in bestimmten Fällen auch die mikroskopische Werkstoffcharakterisierung zum Einsatz. Mit hochspezialisierten Mikroskopen werden Eigenschaften wie Zähigkeit und Dehnbarkeit geprüft. Die wichtigsten Indikatoren für diese Eigenschaften sind die Phasenbildung, der Reinheitsgrad, die Korngröße und die Festigkeit des Stahlbandes.