ERC Consolidator Grant: HETEROCIRCAL - Intermetallic Phase Heterostructured Circular Aluminium Alloy
Das Recycling von Aluminium ist von zentraler Bedeutung, da die Herstellung von Sekundäraluminium 90 bis 95 % weniger Energie benötigt als die Produktion von Primäraluminium. Allerdings stellt die Metallurgie eine große Herausforderung dar: Verunreinigungen, die während des Lebenszyklus in Aluminium gelangen, lassen sich technisch kaum und wirtschaftlich nicht entfernen. Diese Problematik wird besonders deutlich beim Recycling von Altfahrzeugen, in denen bis zu 40 verschiedene Aluminiumlegierungen sowie Kupfer und Stähle verarbeitet wurden. Die komplexe Materialmischung führt dazu, dass hochreine Aluminiumlegierungen aus Fahrzeugen oft nur zu niedrigreinen gegossenen Motorblöcken „downgecycelt“ werden können.
Angesichts der Produktion von fast 100 Millionen Fahrzeugen im Jahr 2017 zeigt sich das enorme Potenzial für innovative Recyclingansätze. Im ERC Consolidator Grant Projekt „HETEROCIRCAL – Intermetallic Phase Heterostructured Circular Aluminium Alloys“ (April 2024 bis März 2029) unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr.mont. Stefan Pogatscher vom Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie steht der Recycling-Prozess von Aluminiumschrotten im Mittelpunkt. HETEROCIRCAL widmet sich der Frage, wie der Rückgang von Motorblöcken durch die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen das Aluminiumrecycling beeinflusst, und verfolgt das Ziel, das Paradigma der schädlichen Verunreinigungen in Aluminiumlegierungen zu durchbrechen. Stattdessen sollen Verunreinigungen gezielt genutzt werden, um vorteilhafte Strukturen in Aluminiumwerkstoffen zu schaffen.
Dies umfasst die gezielte Manipulation der verunreinigungsbedingten intermetallischen Phasen während verschiedener Prozesse wie der Erstarrung, Wärmebehandlung oder Umformung. Mit diesen Ansätzen soll ein entscheidender Beitrag zur Schaffung eines nachhaltigen und effizienten Aluminiumrecyclings geleistet werden, das den steigenden Anforderungen an Ressourcenschonung und Klimaschutz gerecht wird.
Ansprechperson
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Stefan Pogatscher - Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie
E-Mail: stefan.pogatscher(at)unileoben.ac.at
Tel.: +43 3842 402 5228
SECMET-SURACT
Das Projekt SECMET-SURACT, Teil des Christian Doppler Labors für Einschlussmetallurgie in der modernen Stahlherstellung, untersucht Interaktionen zwischen oberflächenaktiven Elementen und nichtmetallischen Einschlüssen. Durch das Recycling von niedrigqualitativen Schrotten reichern sich Spurenelemente wie Kupfer, Zinn oder Molybdän in Stahlschmelzen an. Diese senken die Oberflächenspannung der Stähle wodurch grenzflächengesteuerte Prozesse wie die Bildung oder Abscheidung von Einschlüssen beeinflusst werden. Viele Spurenelemente besitzen nur eine geringe Löslichkeit in Stahl bei Raumtemperatur. Dies führt dazu, dass diese Elemente zur Bildung von Ausscheidungen an Korngrenzen und um nichtmetallische Einschlüsse neigen. Dabei können lokal Eigenschaften verändert werden. Da nichtmetallische Einschlüsse vor allem bei dynamisch belasteten Bauteilen oft den Rissausgang darstellen, ist die Umformbarkeit von Einschlüssen relevant für die Bauteilsicherheit. Darum befasst sich das Projekt mit Interaktionen von Spurenelementen und nichtmetallischen Einschlüssen. Im Projekt werden etwa mit schmelzflüssigem Stahl Experimente zur Benetzung durchgeführt. Ebenso werden mechanische Eigenschaften der Einschlüsse im festen Stahl durch Nanohärtemessungen sowie Umformdilatometrie untersucht.
Ansprechperson
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Susanne Michelic - Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie
E-Mail: susanne.michelic(at)unileoben.ac.at
Tel.: +43 3842 402 2200
Die Eisenerz-Sintermaschine als zentrales Recyclingaggregat in einem integrierten Hüttenwerk
In einem integrierten Eisen- und Stahlwerk ist das Sinterband ein entscheidendes Recyclingaggregat zur betriebsinternen Materialrückführung aus Nebenproduktströmen. Über die Sintermaschine werden eisenhaltige Hüttenwerksabfälle wie beispielsweise Walzzunder oder Gichtstaub rezyklierbar und wieder dem primären Stoffstrom zugeführt. Limitierungen bei der Materialrückführung können durch Begleitelemente, wie Zink oder Phosphor, entstehen, sodass für gewisse Reststoffe individuelle Aufbereitungsstrategien bei deren Rückführung mitgedacht werden müssen. Eine hohe Recyclingrate bei gleichzeitig guter Produktausbringung des Sinterbandes schont sowohl energetische als auch stoffliche Primärressourcen und entlastet Deponien. Beim Sintern wird Koksgrus, ein Nebenprodukt bei der Koksherstellung, als Energieträger eingesetzt, was zu entsprechenden CO2-Emissionen führt. Obwohl auch eine Abgasrezyklierung zur Minimierung der Abgasemissionen zum Stand der Technik gehört, gilt es durch eine gezielte Anpassung der Rezigas-Zusammensetzung, den Koksgrusbedarf und damit den energetischen Fußabdruck signifikant zu reduzieren. Da die Eisen- und Stahlindustrie weltweit für ca. 7 % der globalen Treibhausgase verantwortlich ist und die Produktionsraten nach wie vor zunehmen, sind höhere Recyclingraten zur Emissionsminderung essentiell. Somit wird die Sintermaschine auch in Zukunft von entscheidender Bedeutung sein. Zurzeit wird als neue Prozessvariante eine Verfahrensführung erarbeitet, die es durch entsprechende Konditionierungsschritte gestattet, beträchtliche Wertstoffanteile aus LD-Schlacke auf das Sinterband zu rezyklieren.
Ansprechperson
Ass.Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Jan Eisbacher-Lubensky - Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie
E-Mail: jan.eisbacher-lubensky(at)unileoben.ac.at
Tel.: +43 3842 402 2239
Weitere beteiligte Lehrstühle - Geologie und Lagerstättenkunde, Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes
DRAES – Designing Recycled 6082 Alloy for Energy Saving
Die Aluminiumlegierung EN AW 6082 (AlSi1MgMn) zählt aufgrund ihrer ausgewogenen Kombination aus Kosten, mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit zu den meistverwendeten Werkstoffen in der Automobil- und Bauindustrie. Um diese Eigenschaften zu gewährleisten, müssen Anteil und Morphologie der auftretenden Gefügebestandteile im Herstellprozess vom Vormaterial bis zum fertigen Produkt genau kontrollierbar sein, was wiederum mit dem Anteil an Legierungs- und Spurenelementen in der Legierung in Zusammenhang steht. Es liegt auf der Hand, dass dies bei vermehrtem Einsatz von Sekundärmaterialien (Post-Consumer Schrotte) zu einer zunehmenden Herausforderung wird. Das Projekt DRAES stellt sich dieser Herausforderung, indem klassische, experimentelle Legierungsentwicklung mit den Methoden des maschinellen Lernens (ML) kombiniert werden. Durch die Schaffung einer Datengrundlage basierend auf zahlreichen Laborversuchen und Literaturquellen, werden entsprechende ML-Modelle entwickelt, die eine Vorhersage, der aus einer bestimmten chemischen Ausgangsanalyse resultierenden Gefüge und in weiterer Folge der mechanischen Eigenschaften der Legierung ermöglichen. Auf diese Weise wird ein wichtiger Schritt zur prozesssicheren Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte aus Recyclingmaterialien geleistet.
Ansprechperson
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Peter Hofer-Hauser - Lehrstuhl für Gießereikunde
E-Mail: peter.hofer-hauser(at)unileoben.ac.at
Tel.: +43 3842 402 3300