Ein ›knüppeldicker‹ Europa-Rekord

Fokus/Werkstoffe

Das europaweit modernste Drahtwalzwerk lockte bbr-Reporter Nikolaus Fecht nach Duisburg: Es soll sogar eine der produktivsten und energieeffizientesten Drahtstraßen der Welt für Premiumprodukte sein.

25. November 2014

Wird das Werk eigentlich noch irgendwann fertig?« Diese Frage hörte Dr. Nicola Hirsch, Arbeitsdirektorin der Arcelor Mittal Duisburg GmbH, in den letzten Jahren oft von genervten Kollegen. Es kam nämlich zu Verzögerungen bei einer der ehrgeizigsten und mit 135 Mio. € zugleich größten Einzelinvestitionen des Konzerns. 2008 beschloss Arcelor Mittal den Bau eines neuen Walzwerks in Duisburg-Ruhrort als Ersatz für die Drahtproduktion in Duisburg-Hochfeld: Die letzte Schicht fuhr das traditionsreiche Werk am 29. November 2013, also exakt 100 Jahre nach der Inbetriebnahme. Etwa parallel startete der Hochlauf des neuen Werkes, dessen Feintuning (Einfahren mit Kundenprodukten) rund ein Jahr dauerte. Verschärfend kam bei Planung und Bau hinzu, dass es keine Vorbilder für diesen enormen Kraftakt gab, denn es handelte sich seit Jahrzehnten um das erste in Deutschland gebaute neue Drahtwalzwerk.

Die Idee für den Bau ist nicht neu. So blickt die sehr lesenswerte Dokumentation ›Ortswechsel‹ von Arcelor Mittal zurück auf die 80er-Jahre, als die damalige Thyssen Stahl AG über die Errichtung eines neuen Walzdrahtwerkes in Ruhrort nachdachte. In die Tat setzt es Arcelor Mittal zusammen mit dem Anlagenhersteller SMS Meer aus Mönchengladbach um. Das Herzstück der neuen Anlage bilden sechs- und viergerüstige Drahtwalzblöcke, die mit der sogenannten Meerdrive-Technologie betrieben werden. Diese individuelle Antriebstechnik erreicht laut Hersteller gegenüber der herkömmlichen Gruppenantriebstechnik deutlich höhere Flexibilität im Walzprozess. Der Anlagenhersteller bezeichnet die neue Produktion stolz als sogenanntes Ecoplant, das Kosten (60 Prozent weniger Walzringbedarf) sowie Energie- und Betriebsstoffverbrauch (minus 1800 MWh pro Jahr) senkt. Das Walzwerk entstand, um technisch anspruchsvolle Stahlgüten mit höchster Qualität und engsten Toleranzen wirtschaftlich zu produzieren. SMS Meer: »Die kompakte und effiziente Konfiguration ist mit einer Vielzahl Innovationen ausgestattet und weltweit einzigartig.«

Es ist ein Walzwerk voller technischer Finessen. Momentan ist die Rede von einer Jahrestonnage von 450000, die Maximalkapazität beträgt im Dreischichtbetrieb mit 170 Mitarbeitern 690000 t. Das Werk kann 200 verschiedene Stahlsorten und Produkte für Autoindustrie, Energieversorger, Maschinenbau sowie Hoch- und Brückenbau herstellen. Das neue Drahtwerk walzt hochfeste und ultrahochfeste Stahlsorten. Die Bandbreite reicht vom Reineisen etwa für Telefondraht, Federstahl in Superclean-Qualität, Einsatzstahl, Stahlkord für Reifen, Werkzeugstahl bis hin zum Spannstahl für Spannbetonbauteile.

Die Drahtstraße besteht unter anderem aus einem Hubbalkenofen, 28 Walzgerüsten sowie Wasser- und Luftkühlstrecken. Der mit Feinstaubfilter ausgestattete Ofen ist ausgelegt für das Erhitzen von Knüppeln auf über 1000 °C. In einer Stunde kann der Ofen 120 t Halbzeug erhitzen. Die maximal 16,5 m langen und 3,0 t schweren Knüppel besitzen einen Durchmesser von 130 mm bis 155 mm und stammen aus der nahegelegenen Stranggießanlage. Nach dem Erhitzen folgen die Entzunderungsanlage sowie eine Vor- und eine Zwischenstraße (insgesamt 18 Walzgerüste). Zur Produktivitätserhöhung besitzt die Zwischenstraße ein Schnellwechselsystem für Walzringe.

Die Kühl- und Ausgleichstrecke sorgt für homogene Temperaturverteilung beim thermomechanischen Walzen. Am Ende der Walzstrecke stehen die Fertigblöcke mit Meerdrive-Antriebstechnik, dank der die Drähte mit relativ niedrigen 750 °C in die Walzen gelangen (›Anstich‹). Das Endmaß erhalten die Drähte im letzten Fertigblock mit vier einzeln angetriebenen Gerüsten, der Durchmesser von 5,5 bis 25 mm walzt. Das Walzen erfolgt bei den dünnsten Drähten mit einer Geschwindigkeit von 120 m/s. Die neue Straße ist somit 60 Prozent schneller als die alte. Die Produktivität steigern aber auch technische Finessen, die für einen möglichst langen unterbrechungsfreien Prozess sorgen. So erhielt Ruhrort eine Wasserkühlstrecke, deren Rohre sich ohne Unterbrechung des Walzvorganges auswechseln lassen.

»Wir mussten erst einmal lernen, mit der modernsten Drahtstraße der Welt umzugehen«, erklärt Claude Marx, Leiter der Drahtstraße. »Aktuell geht es peu à peu um die Einführung neuer Qualitäten.« Die Voraussetzungen dafür sind gut, denn die Anlage walzt einadrig und drallfrei. Für enge Toleranzen von maximal ± 0,1 mm sorgt das Walzen mit sogenannten H-V-Gerüsten (horizonal und vertikal).

Das nötige Feingefüge will der Hersteller mit seiner Kombination aus Ofentechnik, thermomechanischem Walzen und der 104 m langen Stelmore-Kühlstrecke erreichen – eine Anlage zum Windungskühltransport, mit der sich die 900 °C heißen Drähte wahlweise intensiv oder verzögert abkühlen lassen. Der Clou ist die individuell regelbare Luftzufuhr, die für gleichmäßiges Abkühlen des Drahtes sorgt. Am Schluss wurde aus dem rund 16 m langen Knüppel ein 20 km langer Premium-Draht.

Mit der neuen Anlage soll Duisburg innerhalb des Konzerns zum Standort für Premiumprodukte aufsteigen. Dazu zählen Kaltstauchgüten für Schrauben, Muttern, Nieten oder Befestigungselemente, die den Kunden einige Produktionsschritte ersparen. »Produktivitätssteigerungen beim späteren Ziehen ergeben sich durch das feinkörnige Gefüge«, erläutert Thorsten Brand, CEO von Arcelor Mittal Duisburg. »Dadurch erzielt der Kunde trotz des höheren Preises für diesen Draht eine bessere Kostenstruktur in seiner Produktion. Unsere Kunden warten auf den thermomechanisch gewalzten Draht aus dem Werk in Ruhrort, weil sie bessere Qualitätseigenschaften aus unserer moderneren Anlage erwarten.«

Doch wo werden diese Premiumprodukte eingesetzt? Zum Beispiel in Common-Rail-Anlagen für Dieseleinspritzsysteme, die mit 3000 bar und mehr arbeiten. Das stellt enorm hohe Anforderungen an die Einspritzdüsen. »Für die immer höheren Einspritzdrücke braucht man immer stärkere Düsen, die allerdings kein Blei mehr enthalten dürfen«, erklärt Brand. »In Ruhrort können wir durch das thermomechanische Walzen auf Bleizusatz verzichten, um extrem haltbare Teile zu fertigen.«

Nur wenige Werke können derart hochwertige Drahtsorten herstellen. Ventilfederstähle fertigt Kobe Steel in Japan, Posco in Südkorea und Arcelor Mittal in Duisburg. Anders als bei einfachen und mittleren Güten soll sich bei diesen Premiumprodukten sogar ein »Transport um den halben Erdball rechnen«. Brand: »Die Nachfrage liegt bei 100000 t pro Jahr weltweit, in Europa bei 35000 bis 40000 t. Wir sind damit Weltmarktführer auf dem Kontinent.«

Nikolaus Fecht - Fachautor aus Gelsenkirchen

Technik im Detail: MEERdrive

»Ersetze den Gruppenantrieb eines Drahtwalzblocks mit vergleichsweise hohem Energieverbrauch und wartungsintensiver Getriebekonfiguration durch intelligente Einzelantriebe für jedes Gerüst!«, lautet das Konzept des sogenannten Meerdrive von SMS Meer. Die Vorteile sind laut Anlagenhersteller verblüffend: Die Kunden sollen eine beträchtliche Menge Energie sparen und ein Höchstmaß an Flexibilität gewinnen – sowohl bei der Auslegung als auch während des Betriebs der Walzstraße. Der Anwender kann durch individuell variable Drehzahleinstellungen einzelner Gerüste verschiedene voneinander unabhängige Walzringdurchmesser einsetzen und so die Anzahl der benötigten Walzenpaare senken (laut SMS Meer um bis zu 60 Prozent).

Erschienen in Ausgabe: 07/2014