Energie- und Stoffbilanzen

Dr.-Ing. Tho­mas Echterhof

Grup­pen­lei­ter & Ansprechpartner

Fach­be­rei­che

Ener­gie- und Stoff­bi­lan­zie­rung, Elek­tro­stahl­pro­zess, Pro­zess­mo­dell­elie­rung, Abgasanalytik

Aktivitäten

Energie- und Ressourceneffizienz

Die Erhö­hung der Ener­gie- und Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz der Stahl­er­zeu­gung im Elek­tro­licht­bo­gen­ofen ist schon seit vie­len Jah­ren ein zen­tra­les The­ma für For­schung und Ent­wick­lung in die­ser Arbeits­grup­pe. Vie­le die­ser Arbei­ten beru­hen auf der Ana­ly­se der exis­tie­ren­den Pro­zes­se durch die Erstel­lung von Ener­gie- und Stoff­bi­lan­zen und der dar­aus abge­lei­te­ten Pro­zess­op­ti­mie­rung.
Für die Bilanz­er­stel­lung und auch für die Ent­wick­lung von Pro­zess­re­ge­lungs­stra­te­gien wird auf eine lang­jäh­ri­ge Erfah­rung in Instal­la­ti­on und Betrieb von Abgas­ana­ly­se­sys­te­men an indus­tri­el­len Hoch­tem­pe­ra­tur­ag­gre­ga­ten wie dem Licht­bo­gen­ofen zurück­ge­grif­fen. Dar­über hin­aus betreibt die Arbeits­grup­pe am Stand­ort Her­zo­gen­rath einen Licht­bo­gen­ofen im Tech­ni­kums­maß­stab.
Der Test und die Imple­men­tie­rung neu­er Mess­tech­nik am Licht­bo­gen­ofen aber auch die Ent­wick­lung neu­er Agglo­me­ra­ti­ons­ver­fah­ren für Rest­stof­fe und Neben­pro­duk­te der Elek­tro­stahl­rou­te tra­gen zu einer Erhö­hung der Ener­gie- und Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz der Pro­zes­se sowie pro­zess­über­grei­fen­der Cir­cu­lar Eco­no­my Ansät­ze bei.

Dekarbonisierung und Umwelttechnik

Die Durch­füh­rung von Abgas­mes­sun­gen am Elek­tro­licht­bo­gen­ofen dien­te bereits in der Ver­gan­gen­heit der Ermitt­lung umwelt­re­le­van­ter Stoff­strö­me (NOx, CO2). Neben der Ermitt­lung eines Ist-Zustan­des wur­den auch Grund­la­gen zur Ent­ste­hung sowie Pro­zess­stra­te­gien zur Ver­min­de­rung bzw. Ver­mei­dung umwelt­re­le­van­ter NOx-Emis­sio­nen ent­wi­ckelt und sowohl im Tech­ni­kum als auch in der Indus­trie unter­sucht.
Einen beson­ders wich­ti­gen Bereich stellt aktu­ell die For­schung zur Dekar­bo­ni­sie­rung, also zur Sub­sti­tu­ti­on von fos­si­len Koh­len­stoff­trä­gern durch z.B. Bio­mas­se und Bio­koh­le sowie Was­ser­stoff im Elek­tro­stahl­ver­fah­ren dar. Auch hier wur­den und wer­den Unter­su­chun­gen sowohl im Labor- und Tech­ni­kums­maß­stab als auch in der Indus­trie durchgeführt.

Prozessmodellierung

Die Pro­zess­mo­del­lie­rung erfolgt auf der Basis mathe­ma­ti­scher Modell­bil­dung und der Metho­den maschi­nel­len Ler­nens. In der Arbeits­grup­pe steht ein dyna­mi­sches Pro­zess­mo­dell für die Simu­la­ti­on der Pro­zes­se im Elek­tro­licht­bo­gen­ofen zur Ver­fü­gung und wird kon­ti­nu­ier­lich wei­ter ent­wi­ckelt. Neben der aka­de­mi­schen For­schung an und mit dem Pro­zess­mo­dell erfolgt auch eine Imple­men­tie­rung in der Indus­trie, um eine fle­xi­ble und opti­mier­te Pro­zess­füh­rung zu unter­stüt­zen. Dar­über hin­aus wird das Pro­zess­mo­dell des Licht­bo­gen­ofens auch für die Leh­re und Wei­ter­bil­dung erschlossen.

Projekte

Laufende Projekte

  • Wert­stoff­rück­ge­win­nung aus metall­hal­ti­gen, staub­för­mi­gen Pro­duk­ti­ons­rück­stän­den durch Faser­ab­fall basier­te Bri­ket­tie­rung – FaBrik (BMBF)
  • Redu­zie­rung von CO2 Emis­sio­nen durch den fle­xi­blen und effi­zi­en­ten Ein­satz ver­schie­de­ner Ener­gie­trä­ger am Licht­bo­gen­ofen – Flex­LBO (BMBF)
  • Deve­lo­ping and enab­ling H2 bur­ner uti­liza­ti­on to pro­du­ce liquid steel in EAF — DevH2forEAF (EU RFCS)
  • Stei­ge­rung der Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz metall­ur­gi­scher Pro­zes­se durch Agglo­me­ra­ti­on von Schla­cken, Stäu­ben und Schläm­men mit­tels Stem­pel­pres­sen – ReMPA4S (AiF IGF)
  • Retro­fit­ting equip­ment for effi­ci­ent use of varia­ble feedstock in metal making pro­ces­ses – REVaMP (Hori­zon 2020)

Abgeschlossene Projekte

  • Ent­wick­lung eines neu­ar­ti­gen, modu­la­ren Retro­fit-Pakets für Elek­tro­licht­bo­gen­öfen bis 20 t (AiF ZIM)
  • Cement-free brick pro­duc­tion tech­no­lo­gy for the use of pri­ma­ry and secon­da­ry raw mate­ri­al fines in EAF steel­ma­king – Fines2EAF (EU RFCS)
  • Ent­wick­lung eines Refe­renz­mo­dells für die Öko­bi­lan­zie­rung der Elek­tro­stahl­er­zeu­gung zur Pro­zess­op­ti­mie­rung und CO2-Ein­spa­rung – EcoS­teel (BMBF)
  • On-line slag com­po­si­ti­on ana­ly­sis for elec­tric arc fur­naces – OSCANEAF (EU RFCS)
  • Biochar for a sus­tainable EAF steel pro­duc­tion – GREENEAF2 (EU RFCS)
  • Valo­ri­sa­ti­on and dis­se­mi­na­ti­on of EAF tech­no­lo­gy – VALEAF (EU RFCS)
  • Ent­wick­lung eines Agglo­me­rat­steins aus Gieß­pfan­nen­schla­cke und Bio­koh­le zum Ein­satz im Elek­tro­licht­bo­gen­ofen bei der Stahl­her­stel­lung (AiF ZIM)
  • Mega­Car­bon – Res­sour­cen­ef­fi­zi­en­te und hoch­pro­duk­ti­ve Her­stel­lung von Car­bon­fa­sern für ein brei­tes Anwen­dungs­spek­trum (Ziel 2 NRW EFRE)
  • Ent­wick­lung einer modu­lar auf­ge­bau­ten nach­rüst­ba­ren und ener­gie­ef­fi­zi­en­ten Gefäß­tech­nik für Elek­tro­licht­bo­gen­öfen (AiF ZIM)
  • Sus­tainable EAF steel pro­duc­tion – Gree­nE­AF (EU RFCS)
  • Erhö­hung der Ener­gie- und Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz bei der Elek­tro­stahl-Erzeu­gung durch ganz­heit­li­che, qua­li­täts­ge­führ­te Pro­duk­ti­ons­steue­rung – ENRECO2 (BMWi)
  • Con­trol of Nitro­gen Oxi­de Emis­si­on at the Elec­tric Arc Fur­nace – CONOX (EU RFCS)
  • Impro­ved EAF pro­cess Con­trol using On-line Off­gas Ana­ly­sis – OFFGAS (EU RFCS)
  • Grund­la­gen­un­ter­su­chun­gen zur Bil­dung von Stick­oxi­den im Licht­bo­gen­ofen (DFG)
  • Deve­lo­p­ment of ope­ra­ting con­di­ti­ons to impro­ve che­mi­cal ener­gy yield and per­for­mance of dedus­ting in air­tight EAF (EU ECSC)