HÜTTENTAG live

Fachvortrag: Die Stahlproduktion im Wandel – der Weg in eine emissionsfreie Zukunft

Die immer strenger werdenden Klimavorschriften zwingen die meisten CO₂-emittierenden Industrien dazu, Lösungen für effektive CO₂-Reduktionsmaßnahmen zu finden. Die wichtigsten Volkswirtschaften implementieren weltweit adäquate Konzepte, um den Ausstoß von Treibhausgasen drastisch zu reduzieren und die im Pariser Abkommen festgelegten Ziele zu erreichen. Europa ist bei diesem Übergang führend. In 2021 wurden entsprechende Vorgehensweisen beschlossen, die bis 2030 eine Reduzierung der Kohlenstoffemissionen um 55 Prozent anstreben, basierend auf dem Jahr 1990 als Referenzwert. In diesem Szenario spielt die Eisen- und Stahlindustrie eine besonders wichtige Rolle, da diese eine der größten industriellen Quellen für Kohlendioxid ist und etwa 7 Prozent der globalen Emissionen verursacht. Die Dekarbonisierung des Stahlerzeugungsprozesses wird dabei schrittweise umgesetzt, wobei ein stufenweiser und nachhaltiger Investitionsplan verfolgt wird.

Ausgehend von der klassischen integrierten Hochofen-Oxygenstahlwerk-Route (BF-BOF Route), können CO₂-Emissionen durch eine Optimierung des Hochofen-Prozesses sowie durch die Installation eines Schrott-Vorschmelzers in Schritten um bis zu 35 Prozent reduziert werden. Dadurch wird der Einsatz von Schrott für die BOF-Stahlerzeugung maximiert und gleichzeitig der Einsatz von Roheisen minimiert. Das Oxygenstahlwerk bleibt in dieser Übergangsphase entsprechend in Betrieb.  Mit der erdgasbasierten Direktreduktionsanlage ENERGIRON in Verbindung mit dem DDM, Danieli DigiMelter, werden die CO₂-Emissionen um 55 Prozent gesenkt. Zusätzliche Emissionsminderungen werden mit ENERGIRON unter Verwendung des bereits integrierten Carbon-Capture-Systems für CCS- und CCU-Anwendungen erreicht.

Digitalisierung ist ein weiterer wichtiger Schlüssel zur Emissionsreduzierung. Eine übergreifende vollständige Kontrolle und Optimierung aller Prozesse sowie die innovative, digitale Stromeinspeisung in den Elektrolichtbogenofen (EAF) erlaubt ein perfektes Anlagenmanagement, was auch dem Kern von DDM entspricht. Eine anerkannte Strategie zur Erreichung des Null-Emissions-Ziels bis 2050 ist außerdem die Nutzung von Wasserstoff, einem grundlegenden Energievektor mit dem Potenzial, eine der zukünftigen weltweiten Energiequellen zu werden. Heute ist die von Tenova und Danieli gemeinsam entwickelte ENERGIRON-Technologie die einzige auf dem Markt verfügbare Technologie, die hohe Anteile an Wasserstoff nutzt. In naher Zukunft, wenn Wasserstoff zu einem konkurrenzfähigen Preis verfügbar ist, können die Anlagen mit bis zu 100% Wasserstoff betrieben werden. Spätestens dann wird auch die Einhaltung von noch ambitionierteren Emissionszielen möglich.

Fachvortrag: Der Tiegel Induktions-Ofen – ein CO₂ and NOx-reduzierte Lösung für Schrottschmelzen

Der Tiegel Induktions-Ofen ist als Einschmelzaggregat für Gusseisen bereits sehr bekannt und damit aus der Giess- und Schmiedeindustrie nicht mehr wegzudenken. Auch in Stahlwerken mit einer Produktionsleistung kleiner 200.000 t/Jahr ist die Induktionstechnologie nicht neu, sein Einsatz aber eher nicht sehr verbreitet. Seit jedoch NOx und CO₂ Emissionen in den Fokus gerückt sind, haben nicht nur Stahlwerke für Spezialstahl, sondern auch Hersteller für Kohlenstoff-Stahl die Notwendigkeit des Umdenkens erkannt. Im Vergleich zu den integrierten Hüttenwerken hat die Anzahl von Elektro-Stahlwerken stark zugenommen und wächst weiter. Es bleibt also zu vermuten, dass in den kommenden Jahren die Stahlindustrie einen enormen Wandel erfährt.

Während in modernen, hochproduktiven Stahlwerken (grösser 500.000 t/Jahr) üblicherweise große Energie-optimierte AC-Elektroöfen, mit all ihren Vor- und Nachteilen, eingesetzt werden, interessieren sich kleine Betriebe und Spezialstahl-Hersteller für kleinere und flexible Schmelzaggregate. Allerhöchste Qualitätsansprüche sind eine herausfordernde Zielstellung in diesem Marktsegment und so ist der übliche Elektroofen vermutlich nicht das kosteneffektivste und flexibelste Aggregat. All diese Herausforderungen führen in eine technologische Richtung.

Fachvortrag: Herausforderung Nachvollziehbarkeit von nachhaltigen Rohstoffen über die gesamten Lieferkette – Pragmatische Lösung: digitale Werksprüfzeugnisse

Punkt 1– Die Evolution von Werksprüfzeugnisse

Was sind die zukünftigen Anforderungen an Informationsaustausch,   Praxisbeispiel Luftfahrtindustrie
– computable, attributable & traceable
– Zertifikate die: - sowohl für Menschen als auch Maschinen lesbar sind
– Neben Qualitätseigenschaften auch Nachhaltigkeitsmerkmale insbesondere CO₂ Gehalt enthalten
– nachvollziehbar über die Lieferkette transportiert werden können
– Blockchain als Lösungsansatz

Punkt 2 – Lösung und unmittelbarer Nutzen

Die ReEvolution der Werksprüfzeugnisse mit unmittelbarem  Nutzen
– Digitalisierung manueller Abläufe rund um Erstellung, Vereinnahmung, Prüfung, etc.
– Reduzierung von Fehlern und ggf. Missbrauch - Auswertung und Nutzung der konkreten Materialdaten in weiteren Prozessen,   Produktionsschritten, etc.
– Wie sie herausfinden welche Relevanz dieses Thema für Sie und Ihre Kunden hat.
– Wie Sie diese Technologie frühzeitig für Sie und Ihre Kunden nutzen können.

Punkt 3 – Ausblick und zukünftige Potenziale

– Carbon-Balance: Berechnung des Life Cycle Inventories eines Stahlwerks unter Verwendung des Masse-Bilanz Ansatzes.
– Was kann Blockchain an dieser Stelle leisten?

Fachvortrag: Systematische Anwendung von KI zur Qualitätsoptimierung von der Stahlerzeugung bis zur Veredelung

Überkapazitäten und Margendruck zwingen Stahlhersteller dazu, neue Technologien wie künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen einzusetzen, um die hochwertige Produktion bei minimierten Kosten weiter zu steigern. Aktuelle qualitätsorientierte Anwendungen von KI sind entweder auf einfache, punktuelle Probleme beschränkt, die von fortschrittlichen Stahlherstellern in der Vergangenheit durch konventionelle Optimierung gelöst wurden, oder sie beschränken sich auf die reine Vorhersage von Qualitäts-ergebnissen. Bestenfalls werden den Betreibern ad hoc Online-Empfehlungen zur Verfügung gestellt. Der systematische KI-basierte Ansatz von Smart Steel Technologies vermeidet Qualitätsabweichungen von vornherein, anstatt sie nur vorherzusagen. In dem Fachvortrag werden Ergebnisse aus der Produktion präsentiert, vom Schmelzbetrieb bis zur Veredelung.

Fachvortrag: Unser Teamziel: Dekarbonisierung der Industrie

Die zügige Dekarbonisierung der deutschen Industrie kann nur unter Einbezug aller (heute!) verfügbaren Technologien und bestehender Strukturen gelingen. Luftschlösser a lá „all-electric“ vernebeln den Blick auf realistische Transformationspfade. Und keiner dieser Pfade führt an chemischen Energieträgern wie Erdgas und Wasserstoff vorbei. Die Inhalte des Vortrags geben einen Überblick zu den wesentlichen Fakten rund um das Thema grüne, graue, bunte Gase und wie die Transformation dahin gemeinsam gelingen kann.

Fachvortrag: Effiziente Edelstahlproduktion mit Hilfe durchdachter Digitalisierungsmaßnahmen

Die Breitenfeld Edelstahl AG ist ein renommierter Produzent von hochwertigen Edelstählen mit besonderen Anforderungen. Die Erfüllung der Qualitätsanforderungen der Kunden unter Einhaltung der strengen Rahmenbedingungen im Bereich Sicherheit und Umwelt ist oberstes Ziel und erfordert eine hoch effiziente Produktion.

Zur Sicherstellung effizienter Produktionsprozesse wurde gemeinsam mit qoncept dx GmbH eine umfassende Digitalisierungsstrategie erarbeitet und bereits mit der Implementierung begonnen.Der vorliegende Beitrag beschreibt den gewählten Ansatz von der Ist-Analyse, über die Erhebung der Anforderungen (Requirements Engineering) und der konzeptionellen Lösungsentwicklung bis hin zu der definierten Implementierungsstrategie. In weiterer Folge wird im Besonderen die Implementierung einer ganzheitlichen und prozessübergreifenden Rohstoffoptimierung beschrieben und diskutiert. Im Zentrum der dafür entwickelten Applikation stehen ausgeklügelte mathematischen Algorithmen und die Möglichkeit, metallurgische Randbedingungen und Einschränkungen einfach zu definieren. Mit der Implementierung dieser Lösung gleich am Beginn des Projektes, wird rasch der Rohstoffeinsatz optimiert, die Kosten gesenkt und die CO₂ Bilanz der Stahlerzeugung verbessert.

Fachvortrag: Transformation der Stahlindustrie und Herausforderungen für die Wertschöpfungskette Schlacke

Um die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen, strebt die EU eine mehrstufige Senkung der Treibhausgasemissionen bis hin zur nahezu vollständigen Vermeidung an. Mit etwa 7 Prozent gehört die Stahlindustrie neben der Zementindustrie zu den großen Emittenten des Treibhausgases CO₂ und steht daher vor großen Herausforderungen. Diverse Neuentwicklungen sowie Weiterentwicklungen von bereits erprobten Technologien sollen die Stahlerzeugungsprozesse derart modifizieren, dass die EU-Ziele eingehalten werden. Dabei liegt der Fokus auf der Direktreduktion von Eisenerzen durch Wasserstoff und dem elektrischen Einschmelzen. Aber auch Verfahren zur Schmelzreduktion, wie beispielsweise HIsarna, werden intensiv verfolgt.

Ein in den Diskussionen meist nicht genannter Aspekt ist die durch die Transformation bedingte Entstehung anderer Arten und Mengen von Nebenprodukten, die bisher bereits seit vielen Jahrzehnten in anderen Industrien CO₂- Emissionen und Rohstoffe einsparen und auch hier zu vielen neuen Herausforderungen, aber auch Chancen führen. Dazu zählt maßgeblich die wassergranulierte Hochofenschlacke, der sogenannte Hüttensand, der seit über 140 Jahren in der Zementindustrie eingesetzt wird. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Stahl- und Zementindustrie können so jedes Jahr große Mengen CO₂ eingespart werden, die rohstoffbedingt bei der Portlandzementproduktion nicht vermeidbar sind.

Um diese Win-Win-Situation auch zukünftig zu gewährleisten, müssen die neu entstehenden Schlackentypen jedoch optimiert werden. Deshalb gibt es derzeit viele Forschungsaktivitäten zur Verwendung von heutigen Elektroofenschlacken, aber auch LD-Schlacken, um diese als Zementbestandteil oder Betonzuschlagstoff einzusetzen. Neben den anderen wichtigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur grünen Stahlherstellung und der Wasserstoff-/Stromerzeugung sollte der Blick auf die Nebenprodukte auch zukünftig nicht vernachlässigt werden.

Fachvortrag: Laser OES – ein Baustein für die CO₂-Neutralität der Stahlindustrie bis 2050

Binnen weniger als 30 Jahren strebt die EU die Klimaneutralität an. In einer gut 5.000 Jahre alten Industrie, in der Wartungszyklen teilweise 15-20 Jahre betragen und Hochöfen für ein halbes Jahrhundert Betrieb und mehr ausgelegt werden, ist dies ein abrupter Wandel geradezu in Lichtgeschwindigkeit. Einige Stimmen würden die ganze Stahlbranche am liebsten als schmutzig und nicht mehr Zeitgemäß abschreiben und in ferne Länder „outsourcen“, auf dass sie „unsere“ unsere CO₂ Bilanz nicht weiter belasten möge. Währenddessen erarbeiten Politik und Konzernführungen Top-Level Strategien um diesen Wandel erfolgreich und nachhaltig zu gestalten. Im Detail besteht dieses Big-Picture aus vielen kleinen, aber wichtigen Puzzleteilen, welche zusammen die CO₂ Neutralität bis 2050 ermöglichen.

Dieser Vortrag präsentiert eines dieser Puzzleteile. Neben den Aufbau von Aggregaten wird sich mit der Verknappung der Ressourcen und der zunehmenden Verwendung von Ersatzbrenn- und Reduktionsstoffen auch die Prozessführung verändern. Um hier auch weiterhin stabile und effiziente Stahlproduktion zu gewährleisten wird die Prozessüberwachung immer wichtiger. Vor allem für heterogene Eingangsstoffe wie Recyclingmaterialien, Erze, Legierungsmittel, etc. und für heterogene Prozessproben wie Schlacken waren engmaschige und schnelle Kontrollen bisher nicht immer technisch möglich und ökonomisch sinnvoll. Vor allem die Homogenisierung der Proben machte Analysen teuer und langwierig.

Doch wie in vielen anderen Industrien zuvor kann der Laser auch hier neue Möglichkeiten eröffnen. Mit der Weiterentwicklung der Funken Emissionsspektroskopie (Funken-OES) zur Laser Emissionsspektroskopie (Laser-OES) wird die chemische Analyse ohne vorherige Probenvorbereitung möglich. Dies ist nicht nur günstiger in den Anschaffungs- und Betriebskosten sondern mit einer Gesamt-Analysezeit von 1-2 Minuten auch sehr schnell. Eine engmaschige Überwachung von Eingangsmaterialien wird damit zunehmend sinnvoll. Zusätzlich können schnelle Schlacke Analysen effizient und in-Situ in Simulationsmodelle eingebunden werden. Bisher war dies nicht, bzw. nur verbunden mit hohen Energieverlusten während der Wartezeit auf Analyseergebnisse möglich. So können neuartige Prozesse, für die wenig Erfahrungswerten aus der Vergangenheit vorhanden sind, mit geringerem Risiko und höherer Stabilität betrieben werden. Auch für Eingangsstoffe mit niedriger Reinheit und Güte kann so eine optimale Prozessführung besser gewährleistet werden.

Fachvortrag: Neuentwicklung eines Online-Inspektionssystems für innere Einschlüsse in Kaltband

Gegossene Stahlbrammen können nichtmetallische Einschlüsse mit unterschiedlichen Größen, Formen und Zusammensetzungen enthalten. Bei der Verarbeitung der Brammen zu Kaltband verbleiben diese teilweise im Material. Dies kann die weitere Verarbeitung, insbesondere bei starker mechanischer Umformung, beeinträchtigen. Daher besteht die Nachfrage nach einem zerstörungsfreien und berührungslosen Inspektionssystem zur Detektion von inneren Einschlüssen in Kaltband bei laufender Produktion. Das durch die IMS Messsysteme GmbH entwickelte Inspektionssystem nutzt das Prinzip der Streuflussmessung. Diese ist in Form der Magnetpulverprüfung in Labor und Produktion weit verbreitet. Das entwickelte Inspektions-system nutzt zur Detektion dieser Felder GMR-Sensoren, welche eine magnetische Zeilenkamera bilden. Dadurch wird eine vollständige und berührungslose Inspektion ermöglicht. Im Vergleich zu ähnlichen Systemen, welche Hall-Sensoren einsetzen, konnte der Messabstand deutlich vergrößert werden. Gleichzeitig wurde die Empfindlichkeit gesteigert.

Fachvortrag: Die Schmiede der Zukunft – Mehrwert und Notwendigkeit von Digitalisierung

Eines der zentralen Themen, das uns in der nächsten Zeit beschäftigt, ist die Reduzierung von CO₂-Emissionen. Wie akut ist dieses Thema und was sind die Rahmenbedingungen, auf die wir uns einstellen müssen, um jetzt Entscheidungen zu treffen, die uns in den nächsten 10–20 Jahren bestimmen? DANGO & DIENENTHAL beschäftigt sich schon seit längerem mit dieser Frage und wagt einen Blick in die Zukunft. Hierzu werden Beispiele für den Einzug der Digitalisierung im Bereich des Service und der Neumaschinen gegeben und darüber hinaus Möglichkeiten aufgezeigt, um Prozesse in der Schmiede zu analysieren. Diese Analysen sind Grundlage für Optimierungen, die nicht nur der Reduzierung von Energiekosten (CO₂-Emissionen) dienen, sondern auch einen entscheidenden Faktor bei der Senkung der Herstellkosten, und damit der Wettbewerbsfähigkeit, bedeuten.

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