Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und Stahl
Das Institut für Eisenhüttenkunde lehrt und forscht unter der Leitung von Pofessor Dieter Senk auf den Gebieten der Stahlherstellung und -verarbeitung sowie der Anwendung metallischer Werkstoffe. Dabei sind die Lehre und auch die angebotene Weiterbildung praxisrelevant auf hohem wissenschaftlichem Niveau. Die Forschungsprojekte sind sowohl grundlagen- als auch anwendungsorientiert ausgerichtet. Sie greifen aktuelle Themen auf und leisten einen wissenschaftlichen Beitrag zu industriellen Problemstellungen.
Forschungsschwerpunkte
A) Eisen- und Stahlmetallurgie
Stahlwerkstoffe zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die für Produkte charakteristisch sind: Festigkeit, Umformbarkeit, Energieabsorption, Korrosionsbeständigkeit. Das Stahlgefüge, welches die Qualität dieser Eigenschaften ermöglicht, wird wesentlich durch die chemische Zusammensetzung des Stahles geprägt. Die Stahlmetallurgie stellt die notwendige Legierung unter besonderer Berücksichtigung der Spurenelemente sicher. Schmelzgewichte von bis zu 400 t werden im ppm-Bereich (1 g pro Tonne) der chemischen Konzentrationen homogen eingestellt; dies gilt auch für die Reinheit bzgl. nichtmetallischer Einschlüsse. Die primäre Metallurgie liefert die Grundlage der Stahlerzeugung auf der Basis von Eisenerzen und von festen Rücklauf-Stahlmengen; hier untersucht die Metallurgie optimale Wege zum Rohstahl im Spannungsfeld von technischer Machbarkeit, Verfügbarkeit, Kosten und Umweltschutz. Die Sekundärmetallurgie beeinflusst nachhaltig die Werkstoffqualität.
B) Strang- und Blockgießen von Stahl
Der Schritt von der Schmelze zum festen Werkstoff ist durch die Lenkung des Erstarrungsvorganges gekennzeichnet. Die Erstarrungsmetallurgie berücksichtigt die thermodynamischen Zusammenhänge beim flüssig-fest-Übergang im Größenbereich von 100 nm bis etwa 1m. Durch Steuerung der Abkühlbedingungen kann die Qualität des Erstarrungsgefüges eingestellt werden. Weiterhin liefern Kenntnisse der Hochtemperaturfestigkeit und –duktilität der gerade erstarrten Werkstoffe einen wichtigen Beitrag zur Prozessqualität. Die Optimierung von Gießverfahren hinsichtlich der Werkstoffanwendung beinhaltet z.B. die Auswahl der Gießformate und die Abkühlrate.
C) Energie und Umwelt
Die lokale und globale Umwelt wird auch durch die Stahlindustrie beeinflusst. Kohlenstoff und Wasserstoff dienen als Reduktionsmittel, um Eisenerz in Eisen und Stahl umzuwandeln. Es besteht hier ein starker Zusammenhang zwischen chemischer, elektrischer und Wärmeenergie. Dies ist ein besonderes Charakteristikum, da in der stahlerzeugenden Industrie die Tonnage mit weltweit mehr als 1,4 Mrd. Tonnen einen starken Hebel darstellt, der die Energieanwendung deutlich beeinflusst und hohe Anforderungen an den Umweltschutz in den metallurgischen Prozessen und in der Logistik stellt. Die Weiterentwicklung der Metallurgie ohne direkte Einbeziehung des Umweltschutzes wäre unmöglich.
D) Rohstoffe und Recycling
Rohstoffe der Stahlindustrie sind Eisenerze (Primärressourcen), Stahlschrotte (Sekundärressourcen) und Rest- oder Kreislaufstoffe (Tertiärressourcen); weiterhin sind Kohle und Kalkstein wesentliche Hilfsstoffe für die Metallurgie, die als Reduktionsmittel und Schlackenbildner genutzt werden. Die metallurgische Forschung hilft, auf variierende Rohstoffkosten und –qualitäten mit flexiblen Verfahren zu reagieren. Da Stahl durch das Sammeln von Resten der Weiterverarbeitung und von Stahlprodukten nach der Nutzung hervorragend als Sekundärrohstoff dem Erzeugungsprozess höchstwertiger Produkte wieder zugeführt werden kann, besitzt das Recycling von Stahl einen hohen Stellenwert.