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Metallerzeugung Walzen und industrielle Umformung – Stranggießen im Überblick verstehen

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Metallerzeugung Walzen und industrielle Umformung – Stranggießen im Überblick verstehen

Einleitung

Zielgruppe: Ausbildung in der Metalltechnik, insbesondere metallurgische und walztechnische Berufe. Dauer: etwa 60–75 Minuten. Lernziel: Du erklärst, wie aus flüssigem Stahl durch kontrollierte Erstarrung Halbzeug entsteht und warum dessen Qualität und Sicherheit für das spätere Walzen wichtig sind.

Merksatz: Stranggießen ist Urformen; Walzen ist Umformen. Der Stahl wird zuerst zu einem fortlaufenden Strang gegossen, dann nach ausreichender Erstarrung getrennt und anschließend weiterverarbeitet. Der Schwerpunkt liegt auf Stahl; bei Aluminium oder Kupfer gelten teils andere Anlagen und Temperaturen.

Prinzip mit Pfanne, Verteiler, Kokille und Gießbogen. Bild: Mirkophonix, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0, unverändert.

Sicherheitsregel für den gesamten Kurs: Nur digitale Simulationen, Papiermodelle, Bilder und Filme bearbeiten. Keine unbeaufsichtigten Versuche mit flüssigem Metall, Feuer, Brennern, heißen Werkstücken, Gasen oder Kühlwasser. Betriebliche Demonstrationen und Begehungen ausschließlich durch fachkundige Personen angeleitet, nach Freigabe, Unterweisung und Gefährdungsbeurteilung.

Kurze Lerneinheiten

Wo liegt das Stranggießen in der Prozesskette? (5 Minuten)

Stahlerzeugung und Sekundärmetallurgie bereiten die Schmelze vor. Danach folgt das Stranggießen. Aus dem Halbzeug entstehen im Warmwalzwerk beispielsweise Bleche, Bänder oder Stäbe.

Prozesskette: Schmelze → Pfanne → Verteiler → Kokille → Kühl- und Rollenführung → Trennen → Halbzeug → Walzwerk.

Historisches Gießstandfoto (1971): Pfanne, Verteiler und Kokille finden. Bild: Europäische Kommission/EGKS, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Mini-Auftrag: Zeige im Foto, wo die Schmelze zunächst gesammelt und danach verteilt wird.

Bauteile erkennen (8 Minuten)

Pfanne: transportiert die Schmelze. Verteiler (Tundish): puffert und verteilt sie. Tauchrohr: leitet den Stahl geschützt in die Kokille. Diese ist bei Stahlstranggießanlagen wassergekühlt und nach unten offen. An ihren Wänden entsteht die erste feste Schale.

Nummerierte Anlagenzeichnung; beachte Pfanne, Verteiler, Kokille und Gießspiegel. Bild: Tosaka, Wikimedia Commons, CC BY 3.0, unverändert.

Historische technische Zeichnung von Kupferkokillen. Bild: Europäische Kommission/EGKS, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Bildauftrag: Erkläre an der Zeichnung, warum die Kokille den Querschnitt vorgibt, aber noch kein fertig gewalztes Blech erzeugt.

Kontinuierliche Erstarrung (8 Minuten)

In der Primärkühlung der Kokille erstarrt der Stahl außen zuerst zur Strangschale; der Kern ist anfangs noch flüssig. Danach stützen Rollen den Strang. Die Sekundärkühlung führt weitere Wärme ab, bis der Strang ausreichend durcherstarrt ist. Biegen und Richten müssen auf Temperatur, Werkstoff und Schalenfestigkeit abgestimmt sein.

Historische Aufnahme der Sekundärkühlzone (1971): Beobachte Sprühkühlung und Strangführung. Bild: Europäische Kommission/EGKS, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Prozessfilm – CorusBCSATraining (2007): Achte auf Schmelzezufuhr, Erstarrung und Abzug; der Film ist keine heutige Sicherheitsunterweisung. Der Videolink ist auch in MIT OpenCourseWare als Lernmaterial nachgewiesen.

Mini-Auftrag: Erkläre, weshalb eine feste Außenschale den noch flüssigen Kern tragen muss.

Trennen, Halbzeug und Walzen (8 Minuten)

Ist der Strang ausreichend erstarrt, wird er mit geeigneten Anlagen auf Länge getrennt. Brammen sind flach und breit: Vormaterial für Blech und Band. Knüppel dienen häufig als Vormaterial für Stab- oder Drahtprodukte; Vorblöcke beispielsweise für größere Profile. Beim anschließenden Walzen wird der Querschnitt plastisch verändert.

Historisches Brennschneiden hinter einer Stranggießanlage (1979). Bild: Europäische Kommission/EGKS, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Brammen als Halbzeug. Bild: Europäische Kommission/EGKS, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Glühender Stahl im Warmwalzwerk: weiterer Arbeitsschritt nach dem Gießen. Bild: Adrian Tync, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Hörimpuls – Walzwerksgeräusch: Tonaufnahme vom Haspelbereich, nicht von der Stranggießanlage; Work With Sounds / Konrad Gutkowski, Commons, CC BY 4.0, unverändert.

Mini-Auftrag: Ordne Bramme → Warmband und Knüppel → Draht/Stab zu und begründe die Querschnittswahl.

Qualität: Was beeinflusst das Halbzeug? (6 Minuten)

Gießspiegel, Temperatur, Abzugsgeschwindigkeit und Kühlung müssen zur Stahlsorte passen. Ungünstige Bedingungen können etwa Oberflächenrisse, innere Fehler oder unerwünschte Gefüge- und Konzentrationsunterschiede begünstigen. Die Ursache ist aus einem einzelnen Foto oder Messwert nicht sicher zu bestimmen. Qualitätsprüfung und Freigabe erfolgen durch zuständige Fachkräfte.

Expertenvideo (2026): In der Folge mit dem Metallurgieingenieur Christian Eslava ist der Abschnitt 57:59–1:01:26 dem Stranggießen gewidmet; anschließend folgt das Walzen. Fachlicher Kontext und Kapitelmarken.

Mini-Auftrag: Nenne zwei Datenarten, die eine Fachkraft zur Fehlereingrenzung zusätzlich prüfen müsste.

Arbeitssicherheit ist Teil des Verfahrens (8 Minuten)

Heiße Werkstoffe: Schmelze, Schlacke, Brammen und Anlagenteile können schwere Verbrennungen verursachen. Wasser und Schmelze: Ein unerwarteter Kontakt kann schlagartige Verdampfung, Auswürfe und explosionsartige Ereignisse verursachen; Kühlkreisläufe müssen sicher überwacht werden. Feuer und Brand: Brennschneiden, Funken, brennbare Stoffe sowie heiße Oberflächen verlangen betrieblichen Brand- und Explosionsschutz. Abgase und Gefahrstoffe: Rauch, Stäube und je nach Prozess gesundheitsgefährdende Gase, beispielsweise Kohlenmonoxid, erfordern Gefährdungsbeurteilung, technische Erfassung, Lüftung und gegebenenfalls Messung. Hinzu kommen Kräne, Rollen, Quetschstellen, Lärm und Wärmestrahlung.

Beispiel für Schutzkleidung gegen Wärmestrahlung und Metallspritzer; die konkrete PSA ergibt sich aus der betrieblichen Gefährdungsbeurteilung. Bild: Bigmacthealmanac, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0, unverändert.

Schutzprinzip: Zuerst technische Maßnahmen (Abschirmung, Überwachung, Absaugung), dann organisatorische (Sperrzonen, Freigaben, Unterweisung), zuletzt geeignete persönliche Schutzausrüstung. Bei Warnungen: Abstand halten, nicht eingreifen, zuständige Fachkraft informieren, Alarm- und Betriebsanweisung befolgen. Keine eigenmächtigen Störungsbeseitigungen und keine unbeaufsichtigten Versuche oder Demonstrationen.

Sicherheitsquelle: BGHM – Hütten- und Walzwerke, Gießereien; DGUV Regel 109-608 „Branche Gießereien“, insbesondere zu feuerflüssigen Massen, Wasser, Brand, Gasen und PSA.

Ausbildungsfall: Eine Bramme für das Warmwalzwerk

Fiktiver, ausschließlich digitaler Übungsfall: Du bist in der Ausbildung. Für ein Walzwerk sollen Stahlbrammen hergestellt werden. Das vereinfachte Rechenmodell verwendet 200 mm Dicke, 1.200 mm Breite, 6 m Länge, 1,2 m/min Abzugsgeschwindigkeit und als reinen Näherungswert für festen Stahl bei Raumtemperatur 7.850 kg/m³. Reale Werkstoffdichten bei Gießtemperatur, Schrumpfung und Prozessverluste sind damit nicht berechnet.

In einer simulierten Leitstandansicht erscheinen nacheinander „Kokillenspiegel schwankt“ und „Störung im Kühlkreislauf“. Du hast keine Berechtigung, die Anlage selbst zu regeln.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Orientierung: Gehe den Weg Pfanne → Verteiler → Kokille → Sekundärkühlung → Trennen durch. Welche Bereiche enthalten noch Schmelze?

Hilfe 2 – Rechnen: Wandle Millimeter in Meter um. Nutze Volumen = Dicke × Breite × Länge, Masse ≈ Volumen × Dichte und Zeit = Länge ÷ Geschwindigkeit.

Hilfe 3 – Entscheiden: Trenne Beobachtung, mögliche Ursache und freigegebene Maßnahme. Ein Kühlalarm beweist noch keine bestimmte Schadensursache. Deine Aufgabe ist Melden, nicht Eingreifen.

Basisaufgabe mit Feedback

Aufgabe: Zeichne die fünf Prozessstationen. Markiere, wo die Außenschale entsteht, und wähle für ein späteres breites Stahlband das geeignete Halbzeug.

Begründetes Feedback: Richtig sind Pfanne → Verteiler → Kokille → Sekundärkühlung/Rollenführung → Trennen, Strangschale in der Kokille und Bramme. Die Kokille legt den Gussquerschnitt fest; die endgültige Banddicke entsteht später durch Walzen. Fehlerhinweis: Direkt nach der Kokille ist der Strang meist noch nicht vollständig durcherstarrt.

Anwendungsaufgabe mit Feedback

Aufgabe: Berechne im vereinfachten Modell die Zeit für 6 m Strang sowie Volumen und ungefähre Masse einer Bramme. Schreibe Einheiten dazu.

Begründetes Feedback: 6 m ÷ 1,2 m/min = 5 min. 0,200 m × 1,200 m × 6 m = 1,44 m³. 1,44 m³ × 7.850 kg/m³ = 11.304 kg ≈ 11,3 t. Die Zeit gilt für konstanten Abzug ohne Unterbrechung; die Masse ist eine vereinfachte Feststahl-Rechnung, kein betrieblicher Gieß-Sollwert. Fehlerhinweis: Wer 200 mm als 200 m verwendet, erhält eine um Größenordnungen falsche Masse.

Transferaufgabe mit Feedback

Aufgabe: Wie reagierst Du auf die beiden simulierten Meldungen? Welche Daten sollen befugte Fachkräfte zur Ursachenklärung ansehen?

Begründetes Feedback: Keine eigenmächtige Stellwertänderung; Abstand und Sperrbereiche einhalten, Leitstand/Ausbildungspersonal unverzüglich informieren und betriebliche Alarmanweisung beachten. Fachkräfte können etwa Zeitverlauf des Kokillenspiegels, Kühlkreislaufmeldungen, Temperaturdaten und Gießprotokoll vergleichen. Nur aus den beiden Warnhinweisen einen sicheren Auslöser abzuleiten, wäre fachlich unzulässig. Über Maßnahmen bis hin zum Anlagenstopp entscheiden die dafür autorisierten Verantwortlichen nach Vorschrift.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wozu dient Stranggießen im Stahlwerk? (Zur kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug) (!Zum fertigen Lackieren von Stahlband) (!Zum Kaltumformen ohne Schmelze) (!Zum Verschweißen fertiger Profile)

Welche Station folgt bei der Stahlzufuhr üblicherweise auf die Pfanne? (Verteiler) (!Haspel) (!Beizbad) (!Walzgerüst)

Was ist die Hauptaufgabe des Verteilers? (Schmelze puffern und zur Kokille leiten) (!Brammen auf Länge schneiden) (!Fertiges Band aufwickeln) (!Stahl mechanisch härten)

Wo beginnt die Bildung der festen Strangschale? (An den gekühlten Kokillenwänden) (!Erst im Coil) (!Erst bei der Qualitätsprüfung) (!Im fertig gewalzten Blech)

Welche Aussage zum Strang unmittelbar nach der Kokille ist richtig? (Außen fest und innen zunächst möglicherweise noch flüssig) (!Immer vollständig kalt) (!Bereits fertig gewalzt) (!Ohne mechanische Belastung)

Welche Aufgabe hat die Sekundärkühlung? (Weitere Wärme aus dem geführten Strang abführen) (!Die Stahlzusammensetzung im Hochofen festlegen) (!Den fertigen Coil lackieren) (!Die Pfanne auf den Kran heben)

Welches Halbzeug eignet sich typischerweise für breite Flachprodukte? (Bramme) (!Drahtrolle) (!Schraube) (!Fertigrohr)

Wie unterscheiden sich Stranggießen und Walzen? (Stranggießen ist Urformen und Walzen ist Umformen) (!Beides sind ausschließlich Trennverfahren) (!Walzen verflüssigt den Stahl) (!Stranggießen ist ein Beschichtungsverfahren)

Warum sind Temperatur und Kühlung wichtige Qualitätsgrößen? (Sie beeinflussen Erstarrung und mögliche Rissbildung) (!Sie ersetzen die Werkstoffprüfung vollständig) (!Sie machen die Strangführung überflüssig) (!Sie bestimmen nur die Farbe des Hallenbodens)

Was ist bei einer Kühlkreislaufwarnung für Auszubildende richtig? (Abstand halten und nach Betriebsanweisung Fachkräfte informieren) (!Selbst die Kühlleitung öffnen) (!Wasser auf austretende Schmelze gießen) (!Ohne Freigabe den Störungsbereich betreten)

Memory

Pfanne	Transportgefäß für flüssigen Stahl
Verteiler	Puffer vor einer oder mehreren Kokillen
Kokille	Wassergekühlte Form zur ersten Erstarrung
Strangschale	Zuerst erstarrte äußere Metallschicht
Sekundärkühlung	Weitere Wärmeabfuhr hinter der Kokille
Bramme	Flaches Vormaterial für Bänder und Bleche

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Funktion
Kokillenspiegel	Füllhöhe der Schmelze in der Form
Tauchrohr	Geschützter Weg des flüssigen Stahls
Rollenführung	Mechanische Stützung des Strangs
Richtzone	Ausrichtung des gebogenen Strangs
Brennschneider	Teilen des erstarrten Strangs

Kreuzworträtsel

Pfanne	Welches Gefäß transportiert den flüssigen Stahl zur Gießanlage?
Verteiler	Welches Gefäß puffert die Schmelze vor der Kokille?
Kokille	Wie heißt die unten offene gekühlte Gießform?
Bramme	Wie heißt das flache Halbzeug für breite Bänder?
Walzen	Welches Umformverfahren reduziert die Dicke des Halbzeugs?
Risse	Wie heißen linienförmige Trennungen im Werkstoff?

LearningApps

Lückentext

Der flüssige Stahl gelangt in einer

zur Stranggießanlage.

Zwischen Pfanne und Kokille puffert der

die Schmelze.

Die unten offene wassergekühlte Form heißt

.

Dort bildet sich außen zuerst die feste

.

Der Strang besitzt zunächst möglicherweise noch einen flüssigen

.

Hinter der Kokille folgt die

.

Mechanisch gestützt wird der Strang durch

.

Flaches Vormaterial für Warmband nennt man

.

Die anschließende Umformung durch rotierende Walzen heißt

.

Der Kontakt heißer Schmelze mit

kann schwere Auswürfe verursachen.

Bei Warnungen gilt die betriebliche

.

Offene Aufgaben

Alle Aufgaben sind Bild-, Papier-, Recherche- oder Simulationsaufgaben. Besuche oder Demonstrationen im Betrieb nur fachlich angeleitet, unterwiesen und freigegeben; kein Umgang mit heißen Werkstoffen oder Feuer im Selbstversuch.

Leicht

Bildfolge: Erstelle aus vier geprüften Bildern eine Prozessfolge mit Bildunterschriften.
Beschriftung: Kennzeichne auf einer Kopie der Zeichnung Kokille, Schale und Kern.
Produktkarten: Gestalte drei Karten zu Bramme, Knüppel und Vorblock mit typischen Weiterverwendungen.
Sicherheitsplakat: Zeichne ein Plakat zu Hitze, Wasser-Schmelze-Kontakt und Meldewegen.

Standard

Erklärgrafik: Erstelle ein zweifarbiges Schalen-Kern-Modell auf Papier und beschrifte die Wärmeabfuhr.
Videostoryboard: Halte sechs fachlich korrekte Filmszenen fest und unterscheide historische von aktuellen Aufnahmen.
Rechenkarte: Verändere im Übungsfall nur die Brammenlänge und berechne Masse und ideale Abzugszeit neu.
Sicherheitsinterview: Befrage nach Freigabe eine Fachkraft zu Absaugung, Sperrzonen und Alarmwegen; dokumentiere keine Betriebsgeheimnisse.

Schwer

Fehleranalyse: Entwickle ein Ursache-Wirkungs-Diagramm für Oberflächenrisse und kennzeichne unbestätigte Hypothesen.
Prüfplan: Plane am Schreibtisch, welche Dokumente und Messdaten für die Freigabe einer Bramme benötigt werden.
Prozessvergleich: Vergleiche Stranggießen und Blockguss hinsichtlich Halbzeug, Prozessfolge und Grenzen.
Kurzpräsentation: Beurteile Automatisierung und Fernüberwachung im Stranggießen unter Qualitäts-, Energie- und Arbeitsschutzaspekten.

Lernkontrolle

Zusammenhang: Erkläre, weshalb das Walzwerk bestimmte Halbzeugquerschnitte benötigt und wie die Gießanlage sie vorgibt.
Erstarrung: Begründe, warum eine Strangschale vor vollständiger Durcherstarrung stabil genug für den Abzug sein muss.
Fehlerbewertung: Eine Bramme zeigt Risse. Welche Ursachen sind denkbar, welche zusätzlichen Nachweise sind erforderlich, und weshalb genügt kein Foto?
Sicherheitsentscheidung: Analysiere den simulierten Kühlalarm anhand des technischen, organisatorischen und persönlichen Schutzprinzips.
Modellkritik: Erkläre, welche Annahmen die Massenberechnung vereinfachen und warum das Ergebnis kein realer Gieß-Sollwert ist.
Transfer: Ordne Stranggießen, Trennen und Walzen den Fertigungsverfahren zu und begründe Deine Zuordnung.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis reichst Du eine beschriftete Prozessgrafik, die Übungsrechnung mit Einheiten, eine begründete Entscheidung zum simulierten Störfall, einen Halbzeug-Walzprodukt-Vergleich sowie eine Quellen- und Medienrechteliste ein. Bewertet werden fachlich richtige Zusammenhänge, nachvollziehbare Begründungen, Sicherheitsbewusstsein, korrekte Modellannahmen und saubere Quellenangaben. Keine echten Anlagenversuche und keine praktischen Gefahrenexperimente gehören zum Lernnachweis.

OERs zum Thema

Geprüfte Fachquellen: Wikipedia: Stranggießen (Grundprinzip); worldsteel: The White Book of Steel, S. 25–26 (Prozesskette); steeluniversity: Continuous Casting (fachliche Lernmodule); BGHM und DGUV Regel 109-608 (Schutzmaßnahmen).

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