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Eisen und Stahl

Von Spitzenphysik bis zu Schwerindustrie

   

PictureDas kürzeste Walzwerk der Welt befindet sich in Cremona (Italien). Es verbraucht nur wenig Energie, schont die Umwelt und konnte dank der Modelle entstehen, die zur Untersuchung der Auswirkungen starker Magnetfelder auf die Werkstoffe eines Kernkraftreaktors entwickelt wurden.

   

Um zu versuchen, die enorme Energie zu beherrschen, die bei der Fusion von Atomkernen, wie sie auf natürliche Weise in den Sternen stattfindet, erzeugt wird, arbeiten die am europäischen Forschungsprogramm Kernfusion mitwirkenden Wissenschaftler an hochkomplizierten Anlagen, wo ein auf 100 Millionen Grad erhitztes, ionisiertes Gas (Plasma genannt) in einem starken Magnetfeld eingeschlossen wird. Nach den erfolgreichen Versuchen im JET (Joint European Torus) sind sie nun mit dem großen, internationalen Projekt (Euratom, Rußland, USA und Japan) beschäftigt, bei dem es um den Bau des Versuchsreaktors ITER geht, der - erstmals - den Prozeß der Verbrennung einer Mischung aus Deuterium und Tritium (Wasserstoffisotope) lange genug aufrechterhalten müßte, um die Eignung von Kernfusion als Energiequelle nachzuweisen.

Eine umwälzende Revolution

Als Partner des europäischen Projekts hat das Forschungszentrum Frascati (Italien) von ENEA (Ente per le Nuove tecnologie l'Energia e l'Ambiante) ausgeklügelte mathematische und EDV-Modelle entwickelt, um die extremen elektromagnetischen und thermischen Phänomene zu untersuchen, denen die Bestandteile eines Kernreaktors ausgesetzt sind. ·Dieses Fachwissen, das eigentlich nicht viel mit der herkömmlichen Metallurgie zu tun hat, hat schließlich zur Zusammenarbeit mit den Ingenieuren der Stahlhütte Arbedi in Cremona geführt, die daran interessiert waren, die Walztechniken ihrer Anlagen zu verbessern", erzählt Pietro Costa, Forscher der Abteilung Kernfusion des ENEA. Und dank dieses unerwarteten spin-off verfügt das italienische Eisen- und Stahlunternehmen nun über das kürzeste Walzwerk der Welt, das überdies die Umwelt schont und Energie spart.

Wenn die mächtige Bramme aus glühendem Stahl aus dem Ofen der Stahlhütte kommt, wird sie herkömmlicherweise auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Die Oberfläche wird geprüft, eventuelle Mängel werden beseitigt. Um im Warmwalzverfahren dünnen Bandstahl herzustellen, muß die Bramme anschließend erneut auf 1000°C erhitzt werden und dann mehrere Stunden eine über 1,4 km lange Walzstraße durchlaufen, wo sie zu Band umgeformt wird. Dieses äußerst energieaufwendige Verfahren ist nicht nur teuer, sondern auch umweltbelastend.

Dank des neuen Dauerverfahrens ISP (Inline Strip Production), das bei Arvedi entwickelt wurde, nimmt die Fertigung einer 25 Tonnen schweren Rolle von 1,5 mm dickem Bandstahl nur noch eine Viertelstunde in einer 175 m langen Anlage in Anspruch. Die Energieeinsparung liegt bei 13%, und der verschmutzende Rauch, der bei der Wiedererhitzung der Bramme entsteht, fällt weg.

Eine empfindliche Technologie

Die wesentliche Innovation dieser Anlage ist der Magnetinduktionsofen, der dem Stahl auf gleichmäßige Weise die Wärme zurückgibt, die beim Austritt in Strangguß verlorengeht. Der Stahl gewinnt über ein Dutzend Erwärmungszonen 250 bis 350°C zurück. Die Temperaturerhöhung und ihre Gleichmäßigkeit werden durch eine besondere Konfiguration der Induktoren erreicht, die den elektromagnetischen Fluß je nach der Geometrie des Produkts konzentrieren. Der Induktionsofen (13 Meter / 20 Megawatt) kann Brammen zwischen 15 und 25 mm Dicke und 65 bis 133 cm Breite aufnehmen.

·Wir haben mit dem Prototypen des Induktionsofens eine Untersuchung durchgeführt und dabei die gleichen Berechnungscodes benutzt wie für die Analyse des Verhaltens der Kernreaktorelemente", erklärt Pietro Costa. ·Die Wärmeverteilung innerhalb des Stahls wurde unter Berücksichtigung der realen Umgebung des Systems, der elektromagnetischen Parameter, der Geometrie und der Geschwindigkeit der Bramme berechnet. Insofern ist im Rahmen dieser Untersuchung auch die Genauigkeit geprüft worden. Die Versuchsmessungen schließlich, die an dem Prototypen vorgenommen wurden und kaum von den Prognosen des Modells abwichen, haben seinen Aussagewert in quantitativer und qualitativer Hinsicht bewiesen."

Kontakt
Pietro Costa
Alberto Coletti

ENEA-Frascati (Italien)
Fax : + 39 6 94 00 57 34
E-mail : costa@frascati.enea.it

     
   

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