火红的钢花:来自杜伊斯堡的绿色生产力

火红的钢花:来自杜伊斯堡的绿色生产力

几十年来,这家欧洲最大的钢厂一直在生产汽车行业使用的钢材。由于汽车行业的变革,蒂森克虏伯钢厂的生产也在发生变化:计划减少二氧化碳排放,生产用于电动汽车的新能源钢铁。今天就让我们来一次钢铁世界的发现之旅。

管道、起重机、高大的钢架、沉闷的机器轰鸣声、钢花飞溅、通风系统的沙沙声和水喷在灼热钢材上发出嘶嘶声。此外,时不时会有警报声响起,提醒你在此停留的时间不可超过规定时间。

这就是我们今天早上来到这里的第一印象。当我们和几个蒂森克虏伯人站在一起,他们大笑着挥舞着手臂,提高嗓门向我们解释这里发生的事情。为什么会有这样一番景象呢?因为我们今天的发现之旅即将在钢铁世界中这个大约700米长的大厅里开启。

这个充满原始力量、温度极高、各个生产过程环环相扣的钢铁世界就像一场盛大的芭蕾舞剧。每100秒(这是目标周期),从1350℃的加热炉中传送出来一块发着红光的钢坯。这就是钢铁制造商所说的板坯,也就是由强大机械臂放置到辊道上的矩形钢块,发光的钢块进入粗轧机,轧辊发出响亮的嘎嘎声,如同开往地狱的火车一般。


力量和精确性的完美组合


粗略了解机械原理的人面对这个场景的时候,首先会因为感到震撼而保持沉默,但很快就会意识到炼钢是一种巨大力量和极高机械精度的完美组合,因为需要小心运输以避免对钢材表面造成损坏。每块板坯非常精准地进入轧辊之间,这与擀面杖的原理完全相同:它们将板坯压平,随着嘶嘶声,水将其上的最后残留物(称为氧化皮)洗掉。

在不断往复的操作中,重重的轧辊将板坯厚度从260毫米降到50毫米。在4500吨的压力下,板坯从10米被拉长到70米,并从另一个辊道上运行到精轧机中。可按照客户要求将带钢厚度降到1.5毫米,然后再像厨房用纸一样将其卷成所谓的钢卷。

在我们的发现之旅中还会经常地见到这种钢卷。当板坯一块接着一块有条不紊地生产出来,我们抽空和这里的工作人员交谈了一会儿,他们对我们驾驶的大众ID.4 GTX颇感兴趣,问了不少问题。比如,时速多少?180公里 /小时。续航里程呢?测试数据为295公里。操作起来感觉如何?还不错。价格呢?至少要5万欧元。

接待人员先是向我们介绍了一些与炼钢相关的基础知识,然后我们来到这个属于钢铁的迷人世界。有人对这里的情况做过生动的描述:钢铁生产在杜伊斯堡一年365日从不间断。只有当轧辊需要维修或更换时,生产才会停下来。轧辊每周更换一次,每次只需要20分钟。


钢铁之城


这里的城区景色算不上迷人,我们还见到一座德国警匪剧《犯罪现场》中警官霍斯特·西曼斯基(Horst Schimanski)的纪念碑,他穿着挽起袖子的衬衫,显得精明而干练。途经A40、A42和A59高速公路的旅游者,很少有因好奇而来这里参观的。第二热轧厂就在其中,位于欧洲最大钢铁厂的中间。数十年来,成千上万的人在这里工作。

钢厂占地10平方公里,街道众多,对车速的限制非常严格,有许多平交道口,还有两平方公里的绿地。有养蜂人在那里架起了蜂箱,正如他们所说,产出了非常好的蜂蜜。这座钢厂的面积是摩纳哥的5倍。与摩纳哥的美丽富饶不同,这里的人都显得非常质朴,但也正是在这里,每年能产出2000多个品种、1100万吨钢材。

从欧洲最现代化的炼焦设备到烧结炉和高炉,再到大型连铸机,多个生产钢材的车间显现出一派欣欣向荣的景象。蒂森克虏伯钢铁公司计划投资数十亿欧元逐步实现碳中和生产。仅在第二热轧带钢厂每年就生产500万吨带钢。他们自豪地说,如果这里的生产停滞了,那么欧洲就不会再有汽车下线了。因为杜伊斯堡的钢材几乎会出现每辆欧洲汽车中,当然也包括我们今天驾驶的红色大众ID.4,此时我们打算开着它经过工厂的6号门。

6号门设有高度数字化门禁,供应商的卡车来到这里登记,时间必须精确到分钟。大门前永远不会拥堵,因为卡车司机在约定好的时间之前会被再次告知具体什么时间到,他们可以在半小时后准时到达门前。IT中心持续不断对5亿台传感器的数据进行分析,当然大部分都是针对生产情况的分析。

生产基本上是从炼焦厂开始的。在这里,由船运来的煤在高温下烧结25小时,直到它变成碳含量非常高的粗孔焦炭。而铁矿石是通过驳船运到工厂的,在搅拌设备中加入添加剂,再在高炉或温度非常高的烧结炉中处理。


大量煤炭和矿石


然后,杜伊斯堡北部的四座高炉在高达2000℃的温度下将焦炭和矿石加工成生铁和炉渣。这些炉渣可用于道路建设,铁水则被运送到转炉,实际上这里是生产钢铁的最后一站。

在这里,铁水与废钢一起进行冶炼。不会浪费任何原材料,必须将起重机放置到精确的位置,50吨废钢随着一声沉闷的轰隆声被倾倒在一个巨大的圆形炉中。250吨生铁加入到炉中,在1350℃时发挥冷却作用,保护了炉底。钢花向周围喷溅,火焰升腾,然后已经很热的钢水被进一步加热到1750℃。

如果废钢以沸腾钢形式存在几乎可以100%回收,而且可以无限次回收。为了在短期内减少自身的二氧化碳排放量,蒂森克虏伯钢铁公司正在研究在高炉中使用废钢。通过这种方式,在生产生铁时燃烧的煤炭更少,这是该集团为实现碳中和、生产绿色钢铁而采取的另一项措施。

现在,钢铁工人正在使用钢枪形式的超大温度计测量钢水温度。一切都非常合适!现在冶炼好的钢水和浮在上面的炉渣分离。出渣是炼钢行业另一个令人惊叹的奇观。耀眼夺目的红光,转炉的巨大嗡嗡声让人们为生产中的原始和强大深深折服。出钢时,钢水流入炉内,然后将用于精炼或进入连铸设备,在那里被浇铸成板坯。

通过各种不同的工艺,钢材被赋予客户在各自应用中所需的特性。有的钢材弹性有所增强,有的钢材稳定性有所提高,有的部件表面通过热浸镀锌或涂层获得防腐蚀保护,总之,蒂森克虏伯提供的服务种类繁多,还可在此基础上与客户一起开发新型钢材,并在公司自己的实验室进行早期检验和优化。


电动汽车用钢


这不仅包括用于车身或车底防碰撞、强度最高的钢材,而且包括具有特别优质表面的钢材。在多特蒙德有一座600米长的熔炉,可使用锌或锌镁合金对钢材进行防腐处理。用于ID.4的钢材就产自这里,在新能源汽车的时代这里将继续发挥重要作用。因为钢材的应用领域不同,其特性也不同。但也需要使用铝或碳纤维增强塑料等有竞争力的材料来降低生产电动汽车的成本,当电气化时代来临,我们必须与时俱进。

我们驾驶着ID在杜伊斯堡钢铁厂内的路上呼啸而过,朝着6号门的方向行驶。我们甚至与钢厂的一辆货车并行了一小段距离,它正拉着几辆载满钢卷的拖车,也许要到我们旅行的下一站、位于盖尔森基兴的蒂森克虏伯钢厂吧。

在这里,使用复杂工艺对带钢进行加工,以实现电能分配的最佳效率,这对能够从北到南无损耗输送风能非常重要。需要注意的是,晶粒取向电工钢(专业术语)会影响电动汽车充电桩的性能,从而影响电动车充电的效率。

在专门的火炉中退火、喷砂、酸洗、冷轧至最小厚度为0.183毫米,脱碳、氮化、用氧化镁涂层以及高温退火等工艺过程大概需要一个月的时间。带钢在惰性气体的保护下退火需要四到五天,温度曲线变化复杂,峰值超过1000℃。这时要使用辉光加热器(这也是一个技术术语),这个超大加热器可容纳6个钢卷,每个钢卷重达10吨。


钢铁就是力量


在这里,重金属的生产加工也要满足极高的精度,5℃的温度对晶粒取向电工钢的特殊磁性能起决定性作用。变压器或充电桩只有在最佳状态下才会不发出烦人的嗡嗡声并达到最佳效率。蒂森克虏伯钢铁公司打算用“绿色”氢气代替焦炭作为高炉的还原剂,使未来的钢铁生产不再产生二氧化碳,同时也将目光投向了电动汽车用钢的生产。减重在这里当然是一个问题。车顶支柱在翻车时必须能够承受电动汽车增加的重量。电动汽车的电池在发生碰撞时需要得到最佳保护,车辆前部的碰撞结构也要经过重新设计。蒂森克虏伯钢铁公司开发了一套名为Selectrify的完整系统,包括由高强度钢制成的电池外壳,价格非常吸引人,安全性也更高。

与电动机一样,电动汽车的生产也需要使用钢材。不过,这里使用的是第二种,即非晶粒取向电工钢。例如,在ID.4中,这种电工钢堆叠在转子和电枢中仅0.27毫米厚的位置。这种带钢是在波鸿工厂制造的,在连续炉中加热到超过1000℃,并在熔融状态下完成与硅的合金化。


多特蒙德旋转出甜甜圈


我们旅行的最后一站是位于威斯特伐利亚乡下的利普施塔特。ID.4经过A 44高速公路将我们带到那里。高速公路上没有多少车辆,我们可以尽情驰骋。好像要证明它的两台电动机动力充沛,299马力的ID.4的车速比制造商承诺的180公里/小时还要快。

在利普施塔特,蒂森克虏伯旗下的罗特艾德(Rothe Erde)生产回转支承,它是风力发电设备的重要部件。罗特艾德是世界领先的大型滚动回转支承供应商,其生产的精密零件不仅用于挖掘机和起重机,而且用于风力涡轮机和其他大口径机器设备。蒂森克虏伯还可以生产滚动直径达10米的轴承环,使其无缝滚动。这些部件的高强度自然受益于复杂的锻造和轧制技术。

将在多特蒙德蒂森克虏伯工厂生产的回转支承运到利普施塔特,在那里将高强度钢浇铸成圆块,然后制成所需的规格。一台6000吨的压力机完成了这一壮举。先打造一个圆盘,然后在中间打一个洞,直到这块重达数吨的钢看起来像一个甜甜圈。

再将其滚压成所需尺寸的环并进行热处理,还可以在利普施塔特进行精密机械加工,即以几分之一毫米的精度铣削内轮辋中的齿轮,然后将其插入涂装好的外壳中。

具有不同直径和尺寸的大型滚动回转支承可以用于风力涡轮机中,在海上使用时,有的叶片长度甚至接近90米。作用在轴承上的力非常之大。尽管如此,利普施塔特仍然承诺这些回转支承的使用寿命超过任何风力涡轮机的使用寿命。

在大厅里,有一些回转支承正准备运输。图片上展示的白色回转支承只能算是比较小的一种,直径仅3.5米,重量仅5.8吨。电动机和变压器也采用蒂森克虏伯钢铁公司生产的电工钢。也许这些由绿色电力生产的电工钢最终也会用于我们ID.4的电池中。