Mathematiker erforschen die Kühlung von Grobblechen aus Dillingen

Dillingen. Bereits ein Erfolgsmodell: Neben der jüngst verlängerten Kooperation mit der Materialwissenschaft der Universität des Saarlandes unterstützt die AG der Dillinger Hüttenwerke (Dillinger) ein weiteres anspruchsvolles Forschungsprojekt: Der Lehrstuhl für numerische Mathematik der Saar-Universität forscht an der Modellierung des Kühlprozesses hochwertiger Grobbleche bei Dillinger. Im Zentrum der Aktivitäten von Mathematik-Professor Thomas Schuster und seines Doktoranden Dimitri Rothermel steht dabei die Kühlung aus der Walzhitze. Diese ist ein entscheidender Faktor, um die Materialeigenschaften des Stahls einzustellen und damit die vielfältigen Kundenanforderungen an das Material zu erfüllen.
Dafür bedarf es mathematischer Modelle, um zum einen den steigenden Kundenanforderungen zu begegnen und zudem die Produktion noch stärker zu automatisieren. Dillinger unterstützt die Forschung mit insgesamt 300.000 Euro.
Kooperation Uni Dillinger Vorgeruest Walzwerk bBegonnen hat das Projekt in 2015, der offizielle Start der zweiten Projektphase war am 1. April 2018. „Wie wichtig die Kühlung für die Eigenschaften des Stahls ist, war mir vor ein paar Jahren noch gar nicht bewusst“, sagt Thomas Schuster, Professor für Numerische Mathematik, der an der Saar-Uni vor drei Jahren in die erste Phase des gemeinsamen Projekts „Inverse Modellierung und Simulation von Laminarkühlprozessen” mit Dillinger startete, rückblickend.
Dass der Kühlprozess alles andere als trivial ist und es nicht nur darum geht, den Stahl zu kühlen, um ihn besser lagern zu können, wurde ihm schnell bewusst. „Die Anforderungen an den Stahl sind von Kunde zu Kunde höchst unterschiedlich“, betont Thomas Schuster. Doktorand Dimitri Rothermel gibt ein Beispiel: „Ein Kunde möchte vielleicht eine Brücke bauen, also soll der Stahl eine hohe Zähigkeit und Schweißeignung aufweisen. Für eine andere Stahlsorte, etwa zur Herstellung eines Baggers, ist die Festigkeit eventuell wichtiger.“ Dr. Bernd Münnich, Technikvorstand von Dillinger, unterstreicht die Bedeutung eines optimalen Kühlprozesses für Europas führenden Grobblechhersteller: „Die an unsere Stähle gestellten Anforderungen, Eigenschaften und Eigenschaftskombinationen, werden immer komplexer. Eine intelligente Kühlung kann dabei den Einsatz teurer Legierungsmittel reduzieren – und ist somit bei hoher Qualitätssicherung auch wirtschaftlicher.“ In einem besseren Verständnis des Kühlprozesses sieht Münnich daher einen Innovationsschub für Dillinger.
Bisher nutzen die Experten von Dillinger für die Steuerung der Kühlanlage eine sehr umfangreiche Datenbank – eine Art Bibliothek. Darin sind viele Einstellungen der Kühlanlage gespeichert, die, je nach gewünschten Kundenanforderungen, bei der Kühlung angewendet werden. Diese Bibliothek beinhaltet Prozessparameter, die jedoch nicht immer genau auf die Bedingungen, wie sie in der Kühlanlage herrschen, passen. Gelingt es nun, ein mathematisches Modell auf Basis von Produktions- und Versuchsdaten zu erarbeiten, das die Erfahrungswerte der Experten widerspiegelt, so könnte man den Kühlprozess wesentlich genauer auf die Kundenanforderungen zuschneiden. In einem ersten Schritt wurde in den Jahren 2015 bis März 2018 ein mathematisches Modell in Form einer nichtlinearen Wärmeleitungsgleichung entwickelt. Mit dieser Gleichung ist es möglich, den Abkühlungsprozess über die gesamte Kühlstraße hinweg, abhängig von Geschwindigkeit und Position in der Kühlstraße, mathematisch zu beschreiben. In der nun beginnenden zweiten Phase möchten Thomas Schuster, Dimitri Rothermel und die Experten von Dillinger eine mathematische Grundlage finden, mit der die Steuerung der Kühlung, in Abhängigkeit der Wasserbeaufschlagung sowie der Durchfahrgeschwindigkeit des Kühlbleches, so präzise möglich ist, dass die gewünschten Produkteigenschaften viel passgenauer eingestellt werden können.
Das Projekt, das bis September 2019 dauert, fördert Dillinger mit insgesamt 300.000 Euro. „Das ist für die Mathematik schon eine große Summe“, betont Thomas Schuster. „Denn anders als zum Beispiel Materialwissenschaftler brauchen wir keine Großgeräte, die sechs- oder siebenstellige Summen kosten. Das Teuerste und Wertvollste in der Mathematik sind Mitarbeiterstellen“, sagt er. Diese Investition wird sich mehr als lohnen, wenn die Mathematiker das Projekt erfolgreich abschließen können. Im Dezember 2017 hatte Dillinger zudem die Fortsetzung der Kooperation mit der Materialwissenschaft und der Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes und dem Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik (MECS) über knapp eine Million für weitere drei Jahre bekannt gegeben.

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