3 minProzess­automationVeröffentlicht am 3. Dezember 2024

Stahlschmelze im Elektro-Lichtbogenofen: Dank ABB-KI noch effizienter!

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Stahlherstellung gehört zu den Industriezweigen mit enorm hohen Treibhausgasemissionen. Pro Tonne produziertem Stahl entstehen etwa 1,85 Tonnen CO₂ – insgesamt verursacht die Stahlindustrie damit rund acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen. In Zeiten des Klimawandels muss auch in der Stahlherstellung umgedacht werden. Insbesondere mit Hinblick auf die immer steigenden Kosten durch die CO₂-Bepreisung, besteht auch seitens vieler Investoren ein wachsendes Interesse an einer nachhaltigeren Stahlproduktion.

Mit einem Lichtbogenofen Kosten, Emissionen und Zeit sparen

Das Hauptproblem bei den CO₂-Emissionen in der Stahlindustrie entsteht nicht nur dadurch, dass Kohle als Energieträger verwendet wird, sondern vor allem durch die Nutzung von Kohle (genauer gesagt Koks) als Reduktionsmittel im Hochofenprozess. Zusammen mit dem eingeblasenen Luftsauerstoff entsteht so CO₂, aber auch die benötigte thermische Energie.

Der Weg der Stahlindustrie in eine umweltfreundlichere Zukunft beginnt also auch mit der Wahl des Schmelzofens: In der modernen Stahlproduktion ist der Einsatz eines traditionellen Hochofens mittlerweile überholt. Mit einem Lichtbogenofen kann Stahl kostengünstiger, effizienter und mit einem geringeren CO₂-Ausstoß hergestellt werden.

Diese Vorteile hat ein Lichtbogenofen gegenüber einem Hochofen

Die Hauptenergiequelle für einen Lichtbogenofen ist elektrischer Strom, der durch den Einsatz erneuerbarer Energien komplett emissionsfrei ist.

Während im Hochofen Stahl aus Rohstoffen wie Eisenerz mithilfe von Kohle hergestellt wird, kann in Elektrolichtbogenöfen eine breitere Palette von Materialien wie Schrott, Eisenschwamm und Flüssigroheisen verwendet werden – ganz ohne Kohle. Lichtbogenöfen sind damit flexibler und können die Marktnachfrage schneller bedienen, wenn sich die Verfügbarkeit der Rohstoffe ändert. Dabei sind sie außerdem deutlich effizienter.

Mit Lichtbogenöfen kann die Stahlindustrie jährlich Millionen Tonnen CO₂ einsparen, sodass „grüner Stahl“ keine Utopie mehr sein muss.

Acciaieria Arvedi in Italien produziert hochqualitativen Stahl mit der höchsten Ausbringungsmenge aus einem einzigen Elektrolichtbogenofen unter Einsatz des innovativen Technologiepakets von ABB und Tenova.

So funktioniert ein Lichtbogenofen

Ein Lichtbogenofen, auch Elektrolichtbogenofen (EAF, von “Electric Arc Furnace”) genannt, wird zur Stahlerzeugung und -verarbeitung eingesetzt. Der Lichtbogenofen nutzt elektrische Energie, um Metalle zu schmelzen.

  • Ein Lichtbogenofen besteht aus einem zylindrischen Ofengefäß, ausgekleidet mit feuerfestem Material.
  • Der Lichtbogenofen wird mit Schrott oder anderem Material geladen, bevor die Elektroden durch die Öffnungen im abnehmbaren Deckel in den Ofen abgesenkt werden und Strom hindurchgeleitet wird.
  • Wenn große Mengen elektrischer Strom zwischen den Elektroden und dem Metall fließt, entsteht ein Lichtbogen. Dabei handelt es sich um eine extrem heiße elektrische Entladung. Die Schmelztemperatur kann dabei 1.630°C und mehr erreichen.

Temperaturmessung im Lichtbogenofen für maximale Effizienz

Um einen Lichtbogenofen effizient zu betreiben, ist die Überwachung der Temperatur in jeder Phase der Stahlherstellung sehr wichtig. Je besser die Temperatur kontrolliert wird, desto weniger Energie wird benötigt und desto geringer sind die Kosten. Allerdings ist die Temperaturüberwachung schwierig, da im Inneren des Ofens wegen der hohen Temperaturen keine Sonde installiert werden kann.

Eine Möglichkeit der Temperaturmessung ist ein sogenannter „Opfersensor“: Dieser wird in die Schmelze eingeführt und misst die momentane Temperatur. Dabei wird der Sensor aber zerstört und muss anschließend entsorgt werden. Dieses Vorgehen wirkt sich zudem auf die Effizienz aus, da die Elektroden dabei abgeschaltet werden müssen. Eine Lösung mithilfe von KI kann hier Abhilfe schaffen.

ABB nutzt KI zur genauen, nicht-invasiven Temperaturmessung im Lichtbogenofen

Als innovativer Partner der Metallindustrie hat ABB jedoch eine neue, richtungsweisende Lösung entwickelt, die diese gängige Methode ablöst. Zum Einsatz kommt dabei ein KI-Modell, das die Temperatur im Lichtbogenofen vorhersagt.

In dem Modell sind die Kühlwassertemperatur und die Schmelzetemperatur verknüpft. Wird die KI mit entsprechenden Daten trainiert, kann sie die Schmelzetemperatur anhand der Erwärmung des Kühlwassers kontinuierlich und präzise vorhersagen.

Die Temperaturmessung in einem Lichtbogenofen mit einem KI-basierten Modell bringt eine ganze Reihe Vorteile mit sich:

01Die Temperatur der Schmelze kann in Echtzeit überwacht werden, was den Betrieb des Lichtbogenofens optimiert.
02Der Schmelzprozess muss nicht durch das Abschalten der Elektroden unterbrochen werden, und es entsteht kein Abfall durch zu entsorgende Sensoren. Das spart Zeit, Energie und Kosten.
03Auch in Bezug auf Nachhaltigkeit gibt es Vorteile: Die Emissionen können durch die Echtzeit-Überwachung der Temperatur besser kontrolliert und reduziert werden.

Zurzeit arbeitet ABB daran, den Code der nichtinvasiven Temperaturschätzung als Option für metallverarbeitende Prozesse in ihre Leittechnikplattform zu integrieren. Außerdem werden weitere Möglichkeiten analysiert, wie ABB der Stahlindustrie durch analysebasierte Innovationen einen Mehrwert verschaffen kann.

Erfahre mehr über die ABB-Technologie zur KI-basierten Temperaturmessung im Lichtbogenofen

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