Der Stahl der Zukunft: digital und klimaneutral

Die Produktion und Anwendungsbereiche von Stahl sind vielseitig und komplex. Unsere Kolleg:innen von thyssenkrupp Steel haben uns in diesem Beitrag einen ganzheitlichen Eindruck darüber verschafft, wie die Reise des Stahls aussieht und was sie heute schon dafür tun, damit die Produktion von morgen komplett klimaneutral ablaufen kann.

Stahlproduktion: Am Anfang steht das Eisenerz

Stahl von thyssenkrupp Steel wird in hochautomatisierten Prozessschritten hergestellt. Am Anfang der Produktion steht das Eisenerz, aus dem am Ende der Produktionskette ein hochwertiges Flachstahlprodukt entsteht. Die Eisenerzaufbereitung für den Einsatz im Hochofen findet in einer sogenannten Sinteranlage statt. Dort wird Eisenerz zu „Sinterkuchen verbacken“ und in grobe Stücke zerbrochen. Zeitgleich wir in der Kokerei Kokskohle zu Koks gebacken. Das „Backen“ dauert mehrere Stunden. Heute ist Koks noch ein wichtiges Reduktionsmittel in Hochöfen. Zukünftig soll statt Koks Wasserstoff zur Roheisenproduktionverwendet werden.

30.000 Tonnen Roheisen pro Tag

Die Rohstoffe, Sinter, Koks und Co. erreichen in der nächsten Produktionsstation die 100m hohen Hochöfen, wo sie von oben in den Hochofen eingefüllt werden. Von unten wird heiße Luft und Kohlenstaub eingeblasen. Im Inneren des Hochofens reagieren auf diese Weise Kohlenstoff und Eisenerz zu Roheisen. Beim sogenannten „Abstich“ wird das produzierte, flüssige Roheisen aus dem Hochofen abgelassen. Dieser Vorgang wird im großen Maßstab mehrmals am Tag durchgeführt. Auf dem Werksgelände von thyssenkrupp Steel in Duisburg werden so täglich ca. 30.000 Tonnen Roheisen hergestellt. In CO₂ Emissionen sind das mehr als 55.000 Tonnen CO₂ pro Tag. Das macht die Stahlindustrie zu einem der größten CO₂-Emittenten.

Deswegen haben es sich unsere Kolleg:innen beim Stahlproduzenten als Ziel gesetzt, bis 2045 komplett klimaneutral zu produzieren. Ein Etappenziel ist es, bis 2030 jährlich drei Millionen Tonnen CO₂-neutralen Stahl zu produzieren. Diese Transformation wollen unsere Kolleg:innen mittels Direktreduktion schaffen. In diesem Verfahren wird durch den Einsatz von Wasserstoff am Ende statt klimaschädlicher Emissionen nur Wasserdampf emittiert. Im Direktreduktionsverfahren entsteht zunächst fester Eisenschwamm. Um diesen zu verflüssigen, wird er in einem innovativen Schmelzaggregate erhitzt, so dass man am Ende flüssiges Roheisen erhält, welches die gewohnte Qualität hat, jedoch wesentlich klimaneutraler produziert wurde.

Vom Roheisen zum hochwertigen Flachstahlprodukt

Anschließend wird das flüssige Roheisen im Stahlwerk weiter zu Stahl verarbeitet Das geschieht im sogenannten Konverter durch das Einblasen von Sauerstoff. Bei diesem Verbrennungsprozess entstehen Temperaturen von über 1.700°C. Als Kühlmittel wird in diesem Prozess Stahlschrott hinzugefügt. Dieser wird so vollständig recycelt und wieder zu einem hochwertigen Endprodukt verarbeitet.

In der Sekundärmetallurgie erhält der Stahl seine spezifische Eigenschaften. Das wird durch bestimmte Legierungsmittel erreicht wie zum Beispiel Nickel, Chrom oder Mangan. Damit lassen sich Härte, Formbarkeit, Zähigkeit und auch Korrosionsschutz definieren. In der Stranggießanlage wird der Stahl in Form gegossen und in sogenannte Brammen zerteilt.

Big Data im Warm- und Kaltwalzwerk

Vom Stahlwerk geht es weiter ins Warmbandwerk. Dort werden die Brammen erhitzt und mithilfe von Walzgerüsten ausgewalzt. Es entsteht ein langes Stahlband, das zu einer Rolle aufgewickelt wird: dem sogenannten Coil. Bis hierhin haben wir dank digitaler Prozesse zahlreiche Daten erhoben. Über 500.000 Sensoren, Kameras und Mikrofone überwachen permanent die Prozesse. Sie werden in der zentralen Cloud-Plattform unserer Hütte gesammelt: tera. Dort werden alle Daten gespeichert und verwaltet – von Produktions- und Qualitätsdaten über Auftrags- und Finanzdaten bis hin zu Mess- und Sensordaten.

Nach dem Warmbandwerk kann unser Stahl auf Wunsch noch weiterverarbeitet werden. Beim Kaltwalzen durchläuft der Stahl erneut Walzgerüste, das Band wird immer dünner und länger. Am Ende kann ein Kaltband-Coil über 5 Kilometer lang sein.

Um den Stahl vor Korrosion zu schützen, kann er bei uns zudem veredelt werden – in der elektrolytischen Beschichtung wird das Stahlband dabei durch ein Elektrolysebad, in der Feuerbeschichtungsanlage durch ein Zinkbad geführt. Je nach Wunsch kann das Blech auch organisch beschichtet und farbiger Lack aufgetragen werden. Barcodes entlang der gesamten Bandlänge verknüpfen Informationen über Produktionsort, Fertigungsanlage und Coil-Nummer sowie die Qualität des Materials mit der genauen Bandposition. So werden die wichtigen Informationen direkt an unsere Kunden mitgeliefert. Sie können den Stahl so noch effizienter weiterverarbeiten und einsetzen – eine voll vernetzte Wertschöpfungskette. So können unsere Kunden bereits in unserer Mittelbandstraße in Hohenlimburg direkt in die Fertigung ihrer Bestellungen eingreifen und mit einem Vorlauf von 48 bis 72 Stunden selbst festlegen, wann ihr Stahl gewalzt werden soll. Zudem können Sie noch wenige Stunden vor dem Walzen die Materialeigenschaften anpassen. Auch eine „Ein-Klick-Bestellung“ ist möglich.

Auf Wunsch der Kundschaft ist eine weitere Verarbeitung im Kaltwalzwerk möglich. Beim Kaltwalzen werden die Stahlrollen ausgewalzt und können schon einmal eine Länge von 5 Kilometern erreichen. Zudem wird hier der Korrosionsschutz aufgetragen. Diese Veredelung geschieht entweder durch eine elektrolytische Beschichtung in einem Elektrolysebad oder durch Verzinkung in der Feuerbeschichtungsanlage. Je nach Wunsch können auch organische Beschichtungen und farbiger Lack aufgetragen werden.  Damit wir und unsere Kundschaft Produktionsschritte und Lieferungen nachverfolgen können sind alle Coils mit Barcodes ausgestattet. In unserem Werk in Hohenlimburg können unsere Kund:innen zum Beispiel in die Verarbeitung eingreifen. Und mit einer Vorlaufzeit von zirka 48 Stunden Materialeigenschaften anpassen. Diese Digitalisierung unserer Produktionsprozesse und Lieferstati schafft Vertrauen, Transparenz und Flexibilität.

Digitalisierung und fortwährende Optimierung

Die Digitalisierung und ständige Optimierung entlang aller Prozessschritte sorgen für mehr Effizienz und eine ressourcenschonende Produktion. Denn unseren Kolleg:innen von thyssenkrupp Steel ist der Echtzeit-Austausch von Produktionsdaten mit unseren Kund:innen wichtig. Wir nennen diesen Einsatz von Big Data in der Stahlproduktion smart Steel.

Ohne Hilfe von digitalen Lösungen ist es auch fast unmöglich, den Überblick über die Produktion auf dem riesigen Werksgelände zu behalten: Denn das Werksgelände in Duisburg ist fast 5-mal so groß wie Monaco. Damit ist das thyssenkrupp Steel Werk in Duisburg einer der größten Industriestandorte Deutschlands. Rohstoffe erreichen das Werksgelände per Schiff über den Werkshafen in Duisburg und das können schon einmal 60.000 Tonnen Erz pro Tag sein. Der Umschlag wird GPS gestützt und mit künstlicher Intelligenz getrackt. Die Auswertung der Geokoordinaten ermöglicht eine genaue Verfolgung der Schiffe. Täglich passieren 2.000 LKW und 100 Loks die Werkspforten. Mit dem Track and Trace System lässt sich vorhersagen, wer, wann, wo ankommt. Damit sichern unsere Kolleg:innen die Zuverlässigkeit der Lieferungen und schaffen mehr Transparenz entlang der gesamten Prozesskette.

Stahl – ein Werkstoff mit Transformationspotenzial

Die Anwendungsbereiche von Stahl von thyssenkrupp Steel sind vielseitig. Stahl kann als Verpackungsmaterial, im Haushalt, in der Energiewirtschaft, im Maschinen- und Anlagenbau genutzt werden, aber auch in der Automobilindustrie. Dort ist der Werkstoff ein Treiber der Elektromobilität. Durch Leichtbau-Karosserieteile sowie die Verwendung in Elektromotoren birgt Stahl ein großes Potential, das noch längst nicht ausgeschöpft ist. Wenn auch du dich für nachhaltige Werkstoffe und grüne Technologien interessierst dann schau bei unseren Nachhaltigkeitsstories vorbei.