In einer kontinuierlichen Bandbehandlungsanlage wird das Stahlband zunächst erhitzt, sodass eine Phasenumwandlung zu Austenit erfolgt. Im anschließenden Kühlbereich wird das Band gezielt abgekühlt, um die gewünschte Mikrostruktur (Phasenzusammensetzung) durch die sogenannte Austenit-Zersetzung einzustellen. Da die Mikrostruktur entscheidend für die mechanischen Materialeigenschaften des Stahlbandes ist, stellt die Kühlung einen entscheidenden Prozessschritt für die Qualität und Leistungsfähigkeit der Stahlprodukte dar.

Im Rahmen einer erfolgreichen Zusammenarbeit haben Expert:innen des AIT, der TU Wien und der voestalpine am Standort Linz ein modernes Regelungskonzept für die Bandtemperatur im Kühlbereich umgesetzt: eine nichtlineare modellprädiktive Regelung (NMPC) der Bandtemperatur, die gegenüber dem Stand der Technik eine maßgebliche Steigerung der Genauigkeit bei der Temperaturführung ermöglicht. Die Basis dafür ist ein echtzeitfähiges mathematisches Modell, das sowohl die Temperaturentwicklung als auch die Phasenumwandlungen im Stahlband berücksichtigt. Mit Hilfe eines maßgeschneiderten Algorithmus berechnet der Regler in Echtzeit optimale Stellgrößen wie die Gebläsedrehzahlen für die Kühlung, um die Temperatur des Stahlbandes präzise entlang vorgegebener Sollwerte zu führen.

Die industrielle Implementierung an einer Produktionslinie von voestalpine am Standort Linz zeigt deutliche Verbesserungen bei der Temperaturverteilung und eine signifikant erhöhte Prozessstabilität, die zu einer geringeren Streuung mechanischer Eigenschaften, einer reduzierten Ausschussquote und einer effizienteren Ressourcennutzung führen. Darüber hinaus stellen die Ergebnisse eine solide Basis für weitere Forschungsarbeiten hin zur direkten Regelung der Mikrostruktur und Stahlqualität dar.

Das System ist bereits dauerhaft im industriellen Einsatz und wurde von den Anlagenbedienern vollständig akzeptiert – ein klares Zeichen für industrielle Reife und Robustheit. Das entwickelte Regelungskonzept ist nicht auf eine einzelne Produktionslinie beschränkt. Es ist grundsätzlich übertragbar auf unterschiedliche Stahlgüten und andere metallurgische Wärmebehandlungsprozesse.

Die Ergebnisse wurden auch unter dem Titel „Nonlinear model predictive temperature control of a cooling process for steel strips undergoing phase transformations“ im renommierten Fachjournal „Control Engineering Practice“ veröffentlicht.