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N e x t
In Japan gibt es ein geflügeltes Wort, das besagt, daß der Stahl der "Reis der Industrie" ist, und die Hüttenleute sind der Meinung, daß die Stahlwerke den japanischen Abnehmern ständig Stähle hoher Qualität kostengünstig verschaffen müssen.
Aus diesen Gründen haben sich die Hüttenleute mit der Anwendungs- und Entwicklungsforschung beschäftigt: um die Stahlqualität zu erhöhen und die Kosten konstant zu halten. Dabei hat die japanische Stahlindustrie in der Erzeugungstechnik und auch in der Qualität die deutsche Stahlindustrie teilweise übertroffen.
Das galvanische Zn-Ni-Stahlblech z. B. , das durch das weiter verbesserte Stranggieß- und Warmwalzverfahren mit Double-Cross-Mill, das Kaltwalzen mit 6-High-Mill und schließlich durch das in Japan entwickelte Kontiglühverfahren kontinuierlich erzeugt wird, hat bei großter Oberflächengüte eine hervorragende Preß- und Schweißfähtigkeit sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und bringt dadurch für die japanische Automobilindustrie einen großen technischen und wirtschaftlichen Vorsprung.
Ferner half die japanische Stahlindustrie bei der Weiterentwicklung der Schiffbau-, Maschinenbau- und Elektroindustrie sowie nicht zuletzt der Bauindustrie dadurch mit, daß sie die Stähle zu günstigen Bedingung an diese Industrien lieferte.
Außerdem führte die japanische Stahlindustrie von Anfang an die neuentwickelte Computertechnik intensiv in ihre Betriebe ein und entwickelte viele neue Softwareprodukte für die Prozeßüberwachung. Die dabei erhaltenen Erfahrungen wurden wieder an die Computerhersteller zurückgegeben, und diese verkauften wiederum die dadurch verbesserten Computer an die Stahlindustrie. Dank dieser engen Verbindungen sind die japanischen Computerhersteller kräftig gewachsen und konnten so ein ernsthaften Gegner der IBM werden. Dies bedeutet, daß das heutige hohe technische Niveau der japanischen Industrie ohne die substantielle Hilfe der Stahlindustrie nicht denkbar ist. Dementsprechend hat sie gesamtwirtschaftlich gesehen eine herausragende Rolle gespielt und wird diese wohl auch in Zukunft wahrnehmen.
Der Standort der japanischen Stahlindustrie ist von Anfang an an der Küste gewählt worden, weil fast alle Rohstoffe eingeführt werden müssen. Nach dem Zweiten Weltkrieg waren die meisten Anlagen der japanischen Stahlindustrie stark zerstört. Außerdem war die Einfuhr der erforderlichen Rohstoffe sehr beschränkt.
Ab 1954 wurde mit der Umstellung von den veralteten auf moderne Betriebsanlagen begonnen, wobei die letzten technischen Weiterentwicklungen aus dem Inland und auch aus den am meisten fortgeschrittenen Industrieländern voll zur Anwendung kamen. Zusätzlich wurde der Neubau von Hüttenwerken an der für Produzenten und Konsumenten gleichermaßen leicht erreichbaren Küste sehr stark vorangetrieben, da einerseits, bedingt durch den Aufschwung der Schiffbau-, Automobil- und Elektroindustrie, der Bedarf an Stahl auf dem Inlandsmarkt stark gestiegen war, andererseits, durch die verbesserte Weltmarktsituation, die Ausfuhr von Stahl, meistens in die USA, erhöht wurde. Dieser Aufschwung des Neubaus von Betriebsanlagen dauerte bis zur Ölkrise im Jahre 1973, und brachte die japanische Stahlindustrie bezüglich Rationalisierung, Modernisierung und Automatisierung auf den internationalen Standard. Bei diesem Neubau kamen die neu entwichlete Computertechniken damals schon voll zur Anwendung. Dadurch wurden die neugebauten Betriebsanlagen zu einem Schaufenster der damaligen Spitzentechnik, weil jedes Unternehmen mit den anderen technisch sehr scharf konkurrierte und immer andere, d. h. auf eine andere Idee begründete Anlagen bauen wollte. Diese große Konkurrenz zwischen den Unternehmen brachte uns das heutige hohe technische Niveau, und die Einnahmen der japanischen Stahlindustrie für Patente, Erfindungen und Verfahren übersteigen die Ausgaben seit dem Jahre 1974.
Im Jahre 1953 wurde der erste moderne Hochofen mit Free-Standing-Konstruktion unter der Leitung von Paul Wolf in Chiba gebaut. Da dieser Hochofen im Vergleich zu seinen Vorgängern eine bessere Betriebsleistung zeigte und seine Erhaltung leichter war, wurden Hochöfen in gleicher Bauweise in Hirohata, Yawata, Kobe und an anderen Stellen gebaut. Die Tatsache, daß die japanische Stahlindustrie einen großen Hochofen mit einem Gestelldurchmesser von mehr als 10 m und einem Innenvolumen von über 2.000 m³ ab 1964 bauen konnte, verdankte sie der Entwicklung dieser Konstruktion.
Der Energieverbrauch für den Hochofenbetrieb betrug damals fast 70% des gesamten Energieverbrauchs in der Stahlindustrie. Davon wurden über 80% als Brennstoff gebraucht. Zudem mußten die japanische Stahlindustrie - damals wie heute - die erforderliche Kokskohle aus weit entfernten Lieferländern beziehen. Daher war es stets eine wichtige Frage, wie man den Brennstoffverbrauch im Hochofenbetrieb vermindern konnte. Bild 1 zeigt den durchschnittlichen Verbrauch an Brennstoff. Während im Jahre 1955 der Brennstoffverbrauch bei etwa 710 kg/t-RE lag, konnte er im Jahre 1979 auf 465 kg/t-RE gesenkt werden. Um diese rasche Verminderung des Brennstoffverbrauchs im Hochofen zu ermöglichen, entwichelte man in Japan viele neue Betriebstechniken, wie das Bild zeigt.
Durch gutes Klassieren von Eisenerz und Koks erreichte man eine verbesserte Windannahme infolge der besseren Gasdurchlässigkeit der Beschickung, einen besseren Wärmeaustausch und ein gleichmäßiges Absenken der Beschickung. Durch Verringerung der Stückgröße wird die Reduktionsfähigkeit des Erzes verbessert, die Hochofenleistung erhöht und so den Brennstoffverbrauch vermindert. Die Entwicklung dieser Technik, die zuerst im Hüttenwerk Hirohata im Jahre 1953 begonnen wurde, war in Japan im Jahre 1955 abgeschlossen. Die Verminderung des Koksverbrauchs von 1955 bis 1961 um über 140 kg/t-RE fällt zeitlich zusammen mit der zunehmenden Verbreitung der Klassieranlagen.
Um die höhere Hochofenleistung sicherzustellen und gleichzeitig den Koksverbrauch zu vermindern, mußte die japanische Stahlindustrie immer noch mit häherem Eisengehalt einführen. Aber das Verhältnis des Feinerzes zum Stückerz wurde von Jahr zu Jahr vergrößert. Das Sinterverfahren war bereits seit längerer Zeit zur Verwendung des Feinerzes bekannt und der Anteil dieses Verfahrens wachs in Japan seit 1950. Seit 1960 wurde die Untersuchung über das selbstgehende Sinter durchgeführt, und auf diesem Gebiet wurden große Erfolge erzielt. Die Aufspaltung von CaCO3 erfordert eine bestimmte Wärmemenge, die dem Hochofen entzogen wird. Durch Einsatz von selbstgehendem Sinter wird dieser Wärmeverlust vermieden und dadurch das Koksverbrauch vermindert. Ebenso wird durch Bildung von Calcium-Ferrit (nCaO. Fe2O3) eine bessere Reduktion im Hochofen erreicht. So konnte man seit dieser Zeit einen Anstieg des Feinerzimports feststellen.
Ab 1962 begann man mit dem Einblasen von Öl, ab 1963 wurde der Hochdruckbetrieb aufgenommen, ab 1971 folgten die Computerkontrolle des Hochofenbetriebs und der Neubau von monströsen Hochofen mit einer Leistung von über 104 t-RE/Tag. Durch diese technischen Entwicklungen wurde der Brennstoffverbrauch unter 500 kg/t-RE vermindert und die durchschnittliche Hochofenleistung stieg von l, 2 t-RE/m3 Tag auf l,8 t-RE/m3 Tag. Dies bedeutet, daß die japanische Stahlindustrie während dieser Zeit ihr technisches Niveau im Hochofenbetrieb an die Weltspitze angleichen konnte. Da die im Jahre 1973 ausgebrochene Ölkrise den wirtschaftlichen Vorteil des Einblasens von Schweröl in den Hochofen verminderte, bläst man heute statt Schweröl die Pulverkohle durchschnittlich etwa 100 kg/t-RE ein.
Im Jahre 1957 führte die japanische Stahlindustrie das sogenannte Linz-Donawitz-Verfahren zur Stahlerzeugung von der Österreich-Alpine-Montagegesellshaft ein. Die Umstellung vom Siemens-Martin-Ofen auf den LD-Konverter wurde sehr stark gefördert, und ab diesem Zeitpunkt stieg die Stahlerzeugung Japans steil an, wie Bild 2 zeigt.
Der Grund für den steilen Anstieg des Anteils von LD-Stahl an der Gesamtproduktion in Japan war natürlich zunächst die höhere Leistung dieses Verfahrens. Anfangs dachte man, daß mit dem LD-Konverter nur kohlenstoffarme Stähle hergestellt werden könnten. Später wurde durch zahlreiche Betriebsuntersuchungen klar, daß man nicht nur Schienenstahl und niedriglegierte Stähle, sondern auch fast alle anderen Stahlsorten mit dem LD-Verfahren günstiger und billiger als mit dem SM-Verfahren frischen kann. Dies war auch ein wichtiger Grund für die nachfolgend immer häufigere Anwendung des LD-Verfahrens in Japan.
Der in den LD-Tiegel eingeblasene Sauerstoff von ungefähr 55 Nm3 /t-RS verbindet sich mit Silizium, Mangan und Kohlenstoff in stark exothermer Reaktion. Das entstehende Reaktionsgas um etwa 110 Nm³ /t-RS besteht hauptsächlich aus CO. Deshalb bemühte man sich in Japan, die Reaktionsgase des LD-Tiegels unverbrannt im Gasbehälter zu sammeln und dann weiteren Verfahren zuzuführen, und entwickelte das sogenannte OG-Verfahren (Oxgen-Converter-Gas Recovery System). Man kann beim OG-Verfahren eine durchschnittliche Gasmenge von 90 Nm³ /t-RS mit einem CO-Gehalt von erwa 70% und einem Heizwert von 2,100 kcal/Nm³ erhalten. Diese Leistung ist höher als bei den anderen Verfahren. Bild 3 zeigt eine schematische Darstellung des OG-Verfahrens, wie es in der Hütte Sakai im Jahre 1966 bei einem 180 t-Konverter angewendet wurde.
Ab 1965 fing man in Japan an, eine Vakuum-Entgasungsanlage dem LD-Verfahren nachzuschalten. Dadurch nahm der Reinheitsgrad des LD-Stahls stark zu. Die dadurch entwickelte Erzeugungstechnik des reinen Stahls spielte nachher eine bedeutende Rolle für das Stranggießen des dem unberuhigten Stahl entsprechenden Stahls und des kohlenstoffärmsten Stahls für das Tiefziehen.
Seit dem Jahre 1975 untersuchte man Möglichkeiten, mit Hilfe einer Nebenlanze Proben während der Blasezeit zu entnehmen und ihre Temperatur sowie ihren C-Gehalt sofort zu analysieren, um die Treffsicherheit zu erhöhen. Steigt die Treffsicherheit z. B. um 10% von 70% auf 80%, so steigt die Ausbringung flüssigen Stahls um 0.06% und der Ziegelsteinverbrauch sinkt um etwa 0.65 kg/t-RS; ebenso vermindert wird der Verbrauch an Nebenstoffen wie Fe-Mn, Al usw.
Bei der Anwendung einer Nebenlanze steigt die Treffsicherheit von etwa 65% auf 90-95%.
Das in der BRD entwickelte Stranggießverfahren wurde schon im Jahre 1961 in Japan eingeführt. Seitdem bemühte man sich um die positive Aufnahme dieses Verfahrens und um seine weitere Entwicklung. Dabei wurde klar, daß das Stranggießverfahren einerseits eine höhere Ausbringung, einen geringeren Energieverbrauch sowie greöere Sauberkeit der Brammenoberfläche erbringt und dabei eine geringere Zahl von Albeitskräften benötigt als das Blockverfahren, andererseits, daß die dafür benötigten Investitionskosten in längstens zwei Jahren abgeschrieben werden können und daß die Qualität der stranggegossenen Bramme besser ist als die der durch das Blockverfahren erzeugten Bramme.
Nachdem sich so das Stranggießverfahren im Stahlwerk durchgesetzt hatte, stieg in Japan der Stranggußanteil bei der Rohstahlerzeugung sehr stark an und erreichte im Jahre 1979 über die Hälfte, im Jahre 1983 etwa 85% und im Jahre 1987 um 94%; wie Bild 4 zeigt.
Um die Qualität der Stranggegossenen Bramme zu verbessern, bemühte man sich um die vollständige Vermeidung von Außenfehlern, die ihren Ursprung in der Kokille haben, und um die von Innenfehlern, die meistens im Richtbereich entstehen. Außerdem mußte man sich um die Verminderung der Nichtmetalleinschlüsse wie Aluminiumoxid (Al2O3) und auch um die Minimierung der Makroseigerung bemühen, die in der Brammenmitte beginnt. Die Einschlüsse gelangen gewöhnlich in der Stahlpfanne durch das Argongasblasen an die Oberfläche des flüssigen Stahls und werden dann durch die Vakuumbehandlung entlassen.
Um die Bildung von Außenrissen in der Längsrichtung zu vermeiden, die gerade unter dem Badspiegel ihren Ursprung haben, ist es wichtig, den Gießspiegel in der Kokille konstant zu halten. Heutzutage wird der Öffnungsgrad der Schubdüse anhand der von den Meßgeräten des Badspiegels erhaltenen Informationen so genau kontrolliert, daß die Abweichung des Gießspiegels weniger als 3 mm beträgt.
Um die Entwicklung von Innenrissen durch die Richtbearbeitung zu vermeinden, wurde das Kompressionsgießverfahren im Hüttenwerk Ohita von NSC entwickelt. Dabei ist es unbedingt nötig, den Rollenabstand möglichst kurz zu halten, um eine Strangausbauchung zwischen den Rollen zu verhindern. Durch diese technische Entwicklung wurde das Stranggießen mit einer Gießgeschwindigkeit von über l,6 m/min ohne Verschlechterung der Produktqualität ermöglicht. Die Kompressionskraft beträgt erwa 200-250 t bei einer Bramme mit einer Dicke von 250 mm bei einer Bereite von 1,800 mm.
Unter Berücksichtigung dieser Situation wurde ein analytischer Vergleich der Produktivität und der erforderlichen Brammentemperatur am Eingang der Vorstaße zwischen der voll- und dreiviertelkontinuierlichen Warmbreitbandstrße durchgeführt.
Dabei ergab sich, daß die Unterschiede der erforderlichen Erwärmungstemperaturen und auch der Produktivitäten in beiden Fällen zu vernachlässigen sind, wenn das Brammengewicht größer als 10 t/m wird.
Nach diesem theoretischen Betrachtungen wurde die erste dreiviertelkontinuierliche Warmbreitbandstreße im Jahre 1971 in Hüttenwerk Ohita gebaut. Diese Anlage wurde nachher im Jahre 1979 in Keihin von NKK, im Jahre 1957 in Yawata von NSC und im Jahre 1993 in Chiba von Kawasaki realisiert.
Dank der oben erwähnten technischen Entwicklungen beim Stranggieß- und Warmwalzverfahren und auch der Verbesserung der Vakuumbehandlung des flüssigen Stahls, konnte man im Jahre 1981 im Hüttenwerk Sakai eine Bramme zum ersten Mal in der Welt ohne den Weg durch den Hubbalkenofen unmittelbar von der Stranggießanlage in die Vorstraße der vollkontinuierlichen Warmbreitbandstraße einführen und ohne Schwierigkeiten zu Warmbreitband walzen. Es war ein epochemachender Erfolg der japanischen Stahlindustrie. Die Realisierung des Verfahrens brachte nicht nur eine erhebliche Reduzierung des Energieeinsatzes von 350xl0³ kcal/t-Bramme auf etwa durchschnittlich l00xl0³ kcal/t-Bramme, eine bedeutende Verminderung der benötigten Arbeitskräfte, z. B. von 600 Köpfen auf 370 Köpfe, eine unglaubliche Abkürzung der Prozeßdauer von der stanggegossenen Bramme bis zum Warmbreitband von 3 Tagen auf nur 10 Minuten, sondern auch die Befreiung von der Schwerstarbeit, die für die Ausbesserung der Oberflächenfehler unter extrem hohen Umgebungstemperaturen sonst nötig war. Man nennt das Verfahren CC-DR-Verfahren (Continuous Casting and Direct Rolling). Dieses Verfahren wurde nachher in Fukuyama und in Yawata realisiert. Eine Anlage, die kaltgewalzte Stahlplatten für Blech und auch für verzinktes Eisenblech kontinuierlich glühen kann, wurde im Jahre 1963 im Hüttenwerk Mizue von NKK vor der Verzinkungsanlage zugebaut. Aber mit dem zunehmenden Bedarf an Feinblech seitens der Automobilindustrie kam der Wunsch auf, die Produktplatte der Anlage bis hin zum weichen und hochfesten umformbaren Feinblech zu erweitern . Darüberhinaus bemühte man sich um die Erforschung der Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse beim Feinblech, die Prozeßsteuerung mit Computern und auch um die Verbesserung der Fördersysteme beim Feinblech. Anhand der Forschungserfolge hat man schließlich eine Anlage, die Feinblech fast aller Stahlsorten kontinuierlich nicht nur glühen, sondern auch überaltern und dressieren kann, im Jahre 1971 im Hüttenwerk Fukuyama von NKK nach dem Wasser-Quench- und Roll-Quench-Verfahren, und im Jahre 1972 im Hüttenwerk Kimitsu von NSC nach dem Gasjet-Quench- und Roll-Quench-Verfahren gebaut . Diese Anlage gezeichnet man als CAL oder CAPL (Continuous Annealing and Processing Line). Einege Jahre später hat Kawasaki Steel eine ähnliche Anlage im Hüttenwerk Chiba gebaut. Bild 5 zeigt die schematische Darstellung der Anlage.
Nach vielen Verbesserungen an der Anlage erwies sich, daß die in Japan entwickelten Verfahren CAL oder CAPL folgende Vorteile gegenüber dem Haubenglühverfahren haben.
- Höheres Verfahrenspotential zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit der mechanischen Gütewerte über die gesamte Bandlänge und Bandbreite
- Verminderung der Gesamtdurchlaufzeit von über einer Woche auf etwa 10 Minuten
- Verbesserung der Ausbringung und Verminderung der Personal- und Erhaltungskosten
- Herstellungsmöglichkeit hochfester Stähle mit guten Umformeigenschaften, besonders von Dual-Phase-Stählen.
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