EMELO

Erhöhung der Energie- und Materialeffizienz der Stahlerzeugung im Lichtbogenofen durch optimiertes Wärmemanagement und kontinuierliche dynamische Prozessführung

Im Verbundvorhaben "EMELO" wurde der Prozess der Rohstahlerzeugung aus  Stahlschrott im Elektrolichtbogenofen hinsichtlich Material- und Energieeffizienz weiter verbessert. Durch den bedarfsgerechten Einsatz der Ressourcen Erdgas und Sauerstoff konnten der elektrische Energieverbrauch gesenkt sowie das Ausbringen von Eisen und wertvollen, über den Schrott eingebrachten Legierungselementen erhöht werden. Durch die Prozessoptimierung auf Basis neu entwickelter Sensortechnik und die Entwicklung eines neuen Feuerfestwerkstoffs konnten die thermischen Verluste reduziert werden.

Die Herstellung von Rohstahl im Lichtbogenofen ist weltweit eins der wichtigsten Verfahren zur Stahlerzeugung. In Deutschland werden jährlich etwa 30 Prozent des Rohstahls, also rund 13 Millionen Tonnen, über diesen Prozess hergestellt. Hierbei wird Stahlschrott durch elektrische und chemische Energie in einem mit Feuerfestmaterial ausgemauertem Gefäß mit aufgesetzten wassergekühlten Wandelementen und Deckel eingeschmolzen. Dieser Prozess verursacht sowohl erhebliche Energieverluste als auch unerwünschte Materialabbrände durch eine Überoxidation der Stahlschmelze.

Auf Basis einer bereits vorhandenen kontinuierlichen Abgasanalyse wurde eine Regelung für die Zufuhr von zusätzlichem Sauerstoff zur Nachverbrennung von nicht vollständig verbrannten chemischen Energieträgern im Ofenabgas installiert. Dadurch konnten die Energieverluste über das Abgas vermindert werden, was zu erheblichen Energieeinsparungen geführt hat. Durch eine modellbasierte Berechnung des aktuellen Oxidationszustands der Stahlschmelze konnte weiterhin eine bedarfsgerechte Sauerstoffzufuhr entwickelt werden. Dies führt zu einer Erhöhung des Ausbringens von Eisen und Legierungselementen bei gleichzeitiger Verringerung des Verbrauchs von Desoxidationsmitteln.

Zur Erkennung eines frei brennenden Lichtbogens wurde ein photobasierter Sensor entwickelt. Damit kann die elektrische Leistung des Ofens nahezu verzögerungsfrei vermindert werden, was die thermischen Verluste über die wassergekühlten Wandelemente deutlich vermindert. Weiterhin wurde ein neues Feuerfestmaterial entwickelt und an ausgewählten Elementen der wassergekühlten Ofenwand installiert, wodurch die thermischen Verluste während des Einschmelzprozesses weiter verringert werden können.

Durch diese Maßnahmen gibt es in Deutschland ein jährliches Stromeinsparpotenzial von etwa 650 Millionen Kilowattstunden. Die erhöhte Ausbringung von Eisen und Legierungselementen aus dem Schrott bedeutet einen Minderverbrauch dieses Rohstoffs von rund 160.000 bis 200.000 Tonnen pro Jahr. Hinzu kommt eine Einsparung an Desoxidations- und Legierungsmitteln von jährlich rund 16.000  bis 25.000 Tonnen.


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