Roheisen direkt aus dem Hochofen unterscheidet sich von Stahl vor allem durch eine Sache: den Kohlenstoffanteil. Dieser wird in einem sogenannten Konverter verringert. Dort wird auf das flüssige Roheisen Sauerstoff aufgeblasen, wodurch die Eisenbegleiter oxidieren, also verbrannt werden. Im heute vorherrschenden Linz-Donawitz-Verfahren wird Schrott als "Kühlmittel" verwendet. Durch das Aufschmelzen des Alteisens sinkt die Temperatur im Konvertergefäß. Trotz Schrottkühlung liegt diese bei Prozessende aber bei bis zu 1700 Grad Celsius.

Florian-Markus Penz hat sich am metallurgischen Kompetenzzentrum K1-Met in Linz diesen Vorgang genau angesehen. Der 1987 geborene Forscher, der hier seine Dissertation am Lehrstuhl für Metallurgie der Montanuni Leoben schrieb, warf mit mathematischen und experimentellen Mitteln einen Blick auf den "gekoppelten Masse- und Wärmetransport" beim Aufschmelzen des Schrotts. Sein Ansatz soll das Prozessmodell des Konverters verfeinern.

Nach dem Aufeinandertreffen von heißem, flüssigem Roheisen und noch kühlem, festem Schrott verändern sich die physikalischen Parameter laufend. "Der Kohlenstoff diffundiert in den Schrott hinein. Dabei wird der Schmelzpunkt des Schrottes so weit verringert, bis er schließlich aufschmilzt", erklärt Penz einen Aspekt des Prozesses, den er in ein mathematisches Modell verwandelt hat.

Eingefrorener Prozess

Da bei den hohen Temperaturen Messungen schwer durchzuführen sind, war die experimentelle Validierung des Ansatzes eine große Herausforderung. "Die Idee ist, den Prozess einzufrieren", erklärt Penz seine Herangehensweise. "Man taucht eine Schrottprobe in aufgeschmolzenes Roheisen und kühlt sie danach schnell ab. Danach kann man die Oberfläche, also die Grenzfläche zwischen Schrott und ehemals flüssigem Roheisen, genau untersuchen."

Insgesamt gingen aus dem Projekt sechs Publikationen in Fachzeitschriften und vier Konferenzbeiträge hervor, blickt Penz zurück. Einen Teil der Forschungen konnte er im Zuge eines Studienaufenthalts in Brasilien erledigen. Nun bereitet er sich auf die Abschlussprüfung im Oktober vor.

Der im Zillertal aufgewachsene Tiroler besuchte das Werkschulheim Felbertal, eine Gymnasialschule, die Handwerksausbildung inkludiert. Penz ist gelernter Maschinenbauer. Schon während der Lehre faszinierte ihn, wenn man, etwa beim Schweißen, die Hitze von flüssigem Metall spürte – für Penz eine "archaische" Anmutung und Grund genug, um im Rahmen eines Studiums mehr darüber herauszufinden.

Nach Studienabschluss wird der Metallurge bei einem bisherigen Industriepartner arbeiten. Viel zu reisen, der Austausch mit anderen Kulturen sei ihm wichtig und werde auch Teil seiner künftigen Tätigkeit sein, betont Penz schließlich. Mit seiner St. Petersburger Lebensgefährtin hat der Gedanke natürlich auch privat einiges an Relevanz zu bieten. Bisher pendelte er aber vor allem zwischen Leoben und dem Zillertal, wo Ski und Bergschuhe warten. (pum, 7.9.2019)