Die intelligente Produktion von Stahl

An der TU Wien gibt es ein neues Christian Doppler Labor. In Zusammenarbeit mit der Voestalpine Stahl Division werden primär intelligente Prozessregelungen für Stahlprodukte entwickelt. Qualitätssteigerung und Automation sind weitere Themen.

(red/czaak) Die Stahlindustrie ist schon länger zu einer High-Tech-Branche geworden. Moderne digitale Steuerungs- und Regelungstechnik erlaubt qualitativ hochwertige Produktionen bei gleichzeitiger Effizienz und einem optimierten Energiebedarf. Am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) der TU Wien wurde nun mit Unterstützung des Bundesministeriums für Arbeit und Wirtschaft ein neues Christian Doppler Labor eröffnet. Die voestalpine Stahl ist an diesem CD-Labor als Industriepartner beteiligt.

Gemeinsam geht es um Grundlagenforschung und Entwicklungsarbeit für die Modellierung, Steuerung und Überwachung von komplexen Produktionsprozessen. „Die Stahlindustrie ist eine wesentliche Säule der österreichischen Wirtschaft. Verbesserte Prozessregelung, wie sie in diesem neuen CD-Labor erforscht wird, ermöglicht bessere Stahlqualität und minimiert gleichzeitig den Verbrauch an Energie und Ressourcen“, unterstreicht Martin Kocher, Bundesminister für Arbeit und Wirtschaft.

Steuerung und Regelung von heiklen Gießprozessen
Beim Stranggießen wird flüssiger Stahl in eine wassergekühlte Profilform (Anm. die sogenannte Kokille) gegossen. „Die Strömung des flüssigen Stahls muss dabei präzise eingestellt werden und die Füllhöhe in der Kokille soll nicht schwanken“, erklärt Andreas Steinböck, Leiter des neuen CD-Labors. Im nächsten Schritt muss der erstarrende Strang mit genau der richtigen Kraft und Geschwindigkeit weitergezogen und in die Horizontale gebogen werden. Besonders schwierig sind daher die Steuerung und die Regelung solcher Stranggießprozesse.

Die Qualität des Produktes kann während der Herstellung nicht direkt gemessen werden, es gibt lediglich die Messung bestimmter Ersatzparameter, etwa Oberflächentemperaturen oder die von Aktuatoren aufgebrachten Kräfte. Mit Computermodellen gelingt es nun, aus diesen Messsignalen in Echtzeit die nötigen Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand des Prozesses zu ziehen. Die so gewonnene Information wird wiederum als wertvolle Grundlage für maschinelles Lernen, die algorithmische Entscheidungsfindung sowie die optimale Steuerung und Regelung des Prozesses verwendet.

Erkenntnisse auch für andere industrielle Produktionsprozesse
Verbesserte Steuerungs- und Regelungsmethoden soll das CD-Labor auch im Bereich der Bandveredelung hervorbringen. Hier geht um bestimmte Material- und Oberflächeneigenschaften von Stahlbändern, etwa durch thermische und mechanische Behandlungsschritte oder galvanische Beschichtung. Auch bei solchen Verfahren müssen verschiedene Parameter mit Sensoren überwacht werden, um daraus dann mit neuen adaptiven, lernenden und datengetriebenen Methoden die Prozesses so zu optimieren, um ein Produkt mit der besten Qualität zu erhalten.

„Die neu zu entwickelnden regelungstechnischen Lösungen sollen nicht nur wissenschaftlich evaluiert und veröffentlicht werden, wir werden sie gemeinsam mit der voestalpine in Pilotanwendungen direkt an der Industrieanlage oder an maßstabsgerechten Messaufbauten validieren und weiter optimieren“ skizziert Andreas Steinböck, Chef des CD-Labors. Und: „Die zu entwickelnden grundlegenden Regelungskonzepte und Methoden sind natürlich auch in vielfältigen anderen industriellen Produktionsprozessen anwendbar.“

Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW). Dieses Modell gilt auch international als Best-Practice-Beispiel.