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Hintergrund der Erfindung:
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Fachgebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stahlerzeugungseinrichtung wenigstens
umfassend einen Elektrolichtbogenofen (EAF) zum zyklischen Einschmelzen
von insbesondere zerkleinerten Alteisenteilen und Mittel zur Stromerzeugung
aus der im heißen
Prozess-Abgas (Gicht) des Elektrolichtbogenofens enthaltenen thermischen
Energie.
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Stahl
kann zum einen aus Eisenerz über
die Route Hochofen und Konverter hergestellt werden. Energetisch
günstiger
ist es jedoch, ihn im Elektrolichtbogenofen vor allem aus Alteisenteilen
zu erschmelzen, welches noch immer das weltweit am meisten genutzte
Zuführmaterial
für elektrische
Lichtbogenöfen
ist.
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Beim
Lichtbogenofenprozess wird elektrische und chemische Energie zum
Aufschmelzen des Einsatzgutes eingesetzt. Dabei wird ein großer Teil der
Gesamtenergie in thermische Energie umgesetzt, die zum Aufschmelzen
des Einsatzgutes führt. Die
Wärme über dem
Lichtbogen, der zwischen der Elektrode und dem Einsatzgut brennt,
wird hauptsächlich
durch Strahlung auf das Einsatzgut übertragen. Ein Schmelzprozess
dauert gewöhnlich
zwischen 30 und 60 Minuten (abhängig
vom Transformator und Einsatzmaterial). Danach wird der flüssige Stahl
zumeist in eine Stahlgießpfanne
abgegossen. Die Zeitspanne zwischen zwei Stahlabstichen ist im Folgenden
definiert als Zyklus eines Schmelzprozesses.
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Alteisen,
als wieder zurück
gewonnenes Material, ist erhältlich
in vielen verschiedenen Formen und Zusammensetzungen. Je nach Eigenschaften und
gemäß den Erfordernissen
des Schmelzprozesses und der gewünschten
Stahlqualitäten,
wird ausrangiertes Eisen und/oder Stahlabfall (Schrott) verschiedenen
Aufbereitungsmaßnahmen
unterzogen. Der Preis des Alteisens verändert sich häufig, nicht nur
aufgrund der Marktsituation, sondern auch aufgrund der letztendlichen
physikalischen und chemischen Eigenschaften von Alteisen.
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In
der Stahlherstellung wird das Chargiermaterial in Abhängigkeit
von dem letztendlichen Produkt, welches produziert werden soll,
ausgewählt. Für einfache
Stahlsorten wird normalerweise das billigste Alteisen verwendet.
Dieses Alteisen ist gewöhnlich
ausrangierter aufbereiteter Eisen- und/oder Stahlabfall (Schrott).
Die Dichte von diesem Alteisen beträgt normalerweise weniger als
0,4 kg/dm3. Drei bis vier Schrott-Körbe werden
normalerweise benötigt,
um das Ofengefäß eines
gewöhnlichen
Elektrolichtbogenofens zu befüllen.
Beim dafür
notwendigen Aufschwenken des Ofendeckels für die Befüllung des Ofengefäßes ist
mit Energieverlusten von 15 bis 20 kWh/t Stahl zu rechnen. Die Unterbrechung
des Schmelzprozesses für
4 bis 7 Minuten pro Chargierung mit Schrott-Körben verringert die Produktivität und erhöht den Elektrodenverbrauch
durch zusätzliche
Elektrodenoxidierung.
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Um
die Dichte des Chargiermaterials zu erhöhen ist das Zusammenpressen
des Alteisens bekannt. Nach dem Pressen des Alteisens in Bündel ist die
Dichte höher
und infolgedessen müssen
weniger Schrott-Körbe
beladen werden. Allerdings muss der Schmelzprozess für das Chargieren
immer noch unterbrochen werden.
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Das
Zuführen
von Alteisen ggf. mit Roheisen und Schlackenbildnern in den Elektrolichtbogenofen schafft
jedoch erst die Bedingungen, um diese Stoffe zu schmelzen und ein
Metallbad zu schaffen, welches mit flüssiger Schlacke bedeckt ist.
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Als
wichtigste Umweltprobleme bei der Erzeugung von Stahl aus Primarrohstoffen
(zumeist Erze oder daraus erstellte Pellets) gilt die mögliche Belastung
der Luft mit gas- und staubhaltigen Stoffen. Die metallurgischen
Prozesse stellen po tentielle Quellen für die Emission von Staub und
Metallen aus Hochöfen,
Konvertern und beim Transport geschmolzener Metalle dar.
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Ebenso
sind der Energieverbrauch und die Rückgewinnung von Wärme und
Energie wichtige Faktoren bei der Erzeugung von Eisenmetallen und Stahl.
Sie hängen
von der effizienten Nutzung des Energiegehalts der Erze und Zusatzstoffe,
dem Energiebedarf in den Prozessstufen, der Art der verwendeten
Energie und der Art und Weise der Energiebelieferung sowie der Nutzung
effektiver Verfahren für die
Wärmerückgewinnung
ab.
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So
wurde für
die Route Hochofen und Konverter vorgeschlagen (vgl.
CH 415 709 B =
GB 958731 A ), Prozess-Abgase
direkt oder indirekt über eine
Dampferzeugungseinrichtung einer Turbine zuzuführen, welche einen Generator
treibt, dessen Strom zum Antrieb von Trubogebläsen oder Winderhitzern des
Hochofens verwendet wird.
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An
anderen Stellen wurde vorgeschlagen, den insbesondere aus den Prozess-Abgasen eine Drehrohrofens
indirekt über
eine Dampferzeugungseinrichtung erzeugten Strom zur Vortrocknung
von Braunkohle (vgl.
DE
19 27 558 A1 =
GB
1241715 A ), zur Erzeugung von Sauerstoff, zur Einspeisung
in das Stromnetz oder zum Betrieb sogenannter Elektroreduktionsöfen zu verwenden
(vgl.
EP 0 139 310 A1 =
US 4,551,172 A ),
wobei Elektroreduktionsöfen nicht
der Stahlherstellung sondern zur Reduktion von Schlacken zur Rückgewinnung
metallischer Bestandteile dienen.
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Auch
bei der Erzeugung von Stahl im Elektrolichtbogenofen aus Sekundärrohstoffen
wie Alteisen werden gas- und staubhaltige Stoffe emittiert; hängen die
wichtigsten Umweltprobleme also ebenfalls mit den Emissionen zusammen.
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An
Verfahren für
die Wärmerückgewinnung aus
dem heißen
Prozess-Abgas (Gicht) eines Elektrolichtbogenofens ist insbesondere
die Nutzung des Abgases zum Trocknen und Vorwärmen von Beschickungsgütern bekannt
(vgl. exempla risch
DE
18 04 098 A1 =
US
3,565,407 A sowie
EP
0 385 434 B1 =
US
5,153,894 A ). Darüber
hinaus jedoch wird diese Wärme
bisher keiner Nutzung zugeführt.
Wirkungsvolle Absauganlagen und Filter sind daher erforderlich.
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Zwar
kommt auch in der Mehrzahl der Elektrolichtbogenöfen eine elektrische Stromgewinnung vor
oder nach der Reinigung der Prozess-Abgase (Gicht) des Elektrolichtbogenofens
in Frage, aber die örtlichen
Umstände
spielen eine wichtige Rolle, z. B. dann, wenn der Elektrolichtbogenofen
in Mini-Stahlwerken und Gießereien
betrieben wird und keine Möglichkeit
besteht, die zurück
gewonnene Energie zu verwerten außer sie in das öffentliche
Stromnetz einzuspeisen, welches ohnehin schon der Gefahr von unerwünschten
Netzrückwirkungen
unterliegt, die aus dem prozesstechnisch bedingten ungleichmäßigen Brennen
eines Lichtbogens herrühren.
An die Stromversorgung eines Elektrolichtbogenofens werden deshalb
stets hohe Anforderungen gestellt.
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Da
Elektrolichtbogenöfen
gewöhnlich
aber als Fed-Batch-Prozess funktionieren, also stapelweise mit Einsatzgütern wie
Alteisenteilen, Roheisen und/oder Eisenschwamm chargiert werden, ändert sich
die Temperatur des Prozess-Abgases zyklisch. Um dies auszugleichen
wird im Rahmen einer Fallstudie auf http://zeria.tugraz.at/index.php3?lang=de&sel=09Fallstudien/01Marienhütte vorgeschlagen
mit einem zusätzlichen
Gasbrenner die Abgastemperatur zu regulieren. Dazu sind aufwändige Mess-
und Kontrollmittel vorzusehen. Zudem hat die Verwendung von Gasbrennern
zur Stabilisierung der Abgastemperaturen den Einsatz zusätzlicher
Primärenergien
und diesbezügliche
Kosten zum Nachteil.
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Inhaltsübersicht der Erfindung:
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine gegenüber dem
Stand der Technik verbesserte, einen Elektrolichtbogenofen umfassende
Stahlerzeugungseinrichtung bereitzustellen. Insbesondere soll der
Elektrolichtbogenofen der Stahlerzeugungseinrichtung gleichmäßiger brennen
und ohne Rückgriff
auf zusätzliche
Gasbrenner mit über
weite Prozesszyklen stabilen Abgastemperaturen und damit ökonomischer
sowie für
das örtliche
Stromversorgungsnetz netzrückwirkungsfreier
betreibbar sein.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Stahlerzeugungseinrichtung mit den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander
einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Unter
Berücksichtigung
der vorgenannten sowie weiterer Ziele wird, in Übereinstimmung mit der Erfindung,
eine Stahlerzeugungseinrichtung angegeben, die aufbauend auf bekannten
Stahlerzeugungseinrichtungen dadurch gekennzeichnet ist, dass dem Elektrolichtbogenofen
eine Schredder-Anlage zum Zerkleinern von ausrangiertem Eisen- und/oder Stahlabfall
(Schrott) zugeordnet ist, welche mittels aus den Stromerzeugungsmitteln
gewonnener elektrischen Energie betreibbar ist; und dass Fördereinrichtungen
vorgesehen sind, mittels welchen während des Zyklus eines Schmelzprozesses
die in der Schredder-Anlage zerkleinerten Alteisenteile kontinuierlich
dem Elektrolichtbogenofen zuführbar
sind.
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Indem
dem Elektrolichtbogenofen eine Schredder-Anlage zum Zerkleinern
von ausrangiertem Eisen- und/oder Stahlabfall (Schrott) zugeordnet ist,
können
erstmals die in der Schredder-Anlage zerkleinerten Alteisenteile
in locker Schüttung,
d. h. ohne vorher gepresst werden zu müssen und kontinuierlich dem
Elektrolichtbogenofen zugeführt
werden, ohne dafür
den Ofendeckel öffnen
zu müssen, wie
dies bislang nur für
Zusätze
wie Koks, Kalk und Kalkstein gebräuchlich und normale Praxis
in denjenigen Stahlanlagen ist, die mit Eisenschwamm (DRI) oder
gepressten Eisenschwamm-Briketts (HBI) arbeiten.
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Durch
das kontinuierliche Zuführen
in lockerer Schüttung
von ungepressten, zerkleinerten Alteisenteilen in den Elektrolichtbogenofen
kann der Lichtbogen während
des Zyklus eines Schmelzprozesses weit gleichmäßiger Brennen als bei der üblichen
Chargenweisen Bestückung
eines Elektrolichtbogenofens mit Alteisen etc., wodurch vorteilhaft
unerwünschte
Netzrückwirkungen
vermeiden sind. Zu dem fällt
kontinuierlich ein Prozess-Abgas (Gicht) von etwa gleicher Art und
Güte an,
welches der angestrebten kontinuierlichen Stromerzeugung zumindest
in dem Umfang dienlich ist, wie dies für den Betrieb einer dem Elektrolichtbogenofen
zugeordneten Schredder-Anlage benötigt wird. Durch Wegfall das Prozess-Abgas regulierender
Gasbrenner und einer externen Stromversorgung der Schredder-Anlage schließlich arbeitet
energiebilanztechnisch die erfindungsgemäße Stahlerzeugungseinrichtung
auf einem ökonomisch
bislang unerreichten Niveau. So lassen sich durch das gleichmäßigere Brennen
der Lichtbögen
die Produktivität
des Elektrolichtbogenofens um mehr als 19% steigern und Energiekosten um
etwa 14% einsparen, wobei zugleich Emissionen in die Atmosphäre drastisch
verringert werden.
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Dadurch,
dass der Elektrolichtbogenofen während
des Zyklus eines Schmelzprozesses kontinuierlich mit zerkleinerten
Alteisenteilen bestückt wird
kann dieser in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus
einem Feuerfestmaterial gefertigten und/oder Wandkühlelemente
umfassenden Ofengefäß und einem
während
der kontinuierlichen Zuführung
der Alteisenteile stets geschlossenem Ofendeckel bestehen, wodurch
gegenüber
bekannten mittels Schrott-Körben über ein
bei geöffnetem
Ofendeckel zu chargierenden Elektrolichtbogenöfen nicht nur lange Zuführzeiten
sondern auch enorme Hitzeverluste vermieden werden.
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Im
Stand der Technik ist der Prozess des Zuführens von Alteisenteilen mit
Schrott-Körben
einige Male zu wiederholen, abhängig
vom benutzen Material (erforderlicher metallischer Input). Für jeden
Zuführungsdurchlauf
muss die elektrische Energie unterbrochen, die Elektroden angehoben
und der Ofendeckel ausgeschwenkt werden. Eine Zuführzeit von
4 bis 7 Minuten wird normalerweise für moderne elektrische Lichtbogenöfen angesetzt.
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Es
ist erwiesen, dass die Vermeidung dieser Unterbrechungen für die Neuzuführung nicht
nur eine kürzere
Erhitzungszeit ergibt sondern auch reduzierten Energieverbrauch
pro Tonne produziertem Stahl, da durch das Öffnen des Ofendeckels eine
beträchtliche
Menge an wertvoller Hitze aus dem Elektrolichtbogenofen verloren
geht infolge von Abstrahlung und Konvektion.
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Nach
der Zuführung
müssen
die Hitzeverluste erneut durch elektrische Energie hinzugefügt werden,
insbesondere wenn leichter Eisenabfall verwendet wird, weil die
Anzahl der zuzuführenden Schrott-Körbe sich
erhöht.
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Ein
anderer negativer Effekt bei der Metallzuführung über Schrott-Körbe ist
die hohe Emission an Staub und Rauch in die Umwelt während der
Ofendeckel ausgeschwenkt wird.
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Demgegenüber muss
nach Wegfall einer Korbchargierung der Ofendeckel im Betrieb niemals ausgeschwenkt
werden, so dass vorteilhaft weder Zeit- noch Energieverluste durch
Hitzeabstrahlung entstehen. Die Notwendigkeit eines Ausschwenkens der
Ofen-Decke ergibt sich somit nur zu Reparaturzwecken.
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In Übereinstimmung
mit einem zusätzlichen Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist der Elektrolichtbogenofen bevorzugt
mit Mitteln zum Erzeugen von Schaumschlacken ausgestattet.
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In
der Vergangenheit war es schwierig leichtes Material wie in Fetzen
gerissene Alteisenstücke mit
einer bevorzugten Längenabmessung
in beliebiger Raumrichtung von z. B. maximal etwa 30 cm dem Stahlbad
durch die Schlacke zuzuführen,
weil die Schlacke zu hart war und das Material zwischen den Elektroden
zugeführt
werden musste. Heutzutage, mit dem Schaum-Schlackenverfahren, bei
dem mehr Kohlenstoff und Sauerstoff in den flüssigen Stahl eingeblasen wird,
um die Schlacke aufzuschäumen,
ist dieses Problem gelöst.
Zugleich steigt die Wärmeisolierung
und sinkt der Energiebedarf um bis zu 5%, gleichzeitig wird die
Bildung des Lichtbogens unterstützt
und der Abtrag an den Elektroden und dem Feuerfest-Material des
Ofengefäßes vermindert.
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Zweckmäßiger Weise
umfasst die Stahlerzeugungseinrichtung ein computergestütztes Prozess-Kontrollsystem,
mittels welchem frei definierbare Zufuhrraten an Alteisenteilen
steuerbar sind, was vorteilhaft die Produktion verschiedenster Stahlsorten
gestattet.
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So
erfordert jedes Material eine bestimmte Energie, genannt Enthalpie,
um zu schmelzen. Mit modernen Computertechniken auf der Aktivitätsebene „Automatisierung” und der
Aktivitätsebene „Prozesskontrolle” ist es
möglich
ein Schmelzprofil für verschiedene
Szenarien der Ofenzuführung
zu entwickeln. Computergestützte
Szenarien können
insbesondere die ausschließlich
kontinuierliche Zuführung
von geschredderten Alteisenteilen bis hin zur kontinuierlichen Zuführung von
gemischten Einsatzgütern
auswählen.
In jedem Fall wird der Ofendeckel während des Prozesses niemals
geöffnet
sein, mit signifikanter Reduzierung von teuren Energieverlusten und
Emissionen in die Atmosphäre.
Die Zuführungsrate
wird gewählt
in Abhängigkeit
vom Power-Input der durch die spezifische Zuführrate kontrolliert wird. Die
vorausberechnete Temperatur, berechnet durch die Aktivitätsebene „Prozesskontrolle”, wird
in dem Rahmen liegen, der die besten Bedingungen für das Schaumschlackenverfahren
bietet. Das Schmelzprofil ist so entwickelt, dass die Zuführung gestoppt
wird, wenn die Abstich-Temperatur erreicht ist. In diesem Fall ist
keine weitere Feinungszeit erforderlich.
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Es
gibt auch die Möglichkeit,
gleichzeitig verschiedene Zuführmaterialien
zuzuführen,
z. B. Eisenschwamm (DRI), von einem weiteren Ablauftrichter. Dieses
Material hat eine andere Enthalpie und erfordert daher eine andere
Zuführungsrate.
Jedoch kann durch die Aktivitätsebene „Prozesskontrolle” jede Änderung
in der Zufuhrzusammensetzung berechnet und gesteuert werden.
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In
diesem Zusammenhang hat sich bewährt, zur
Bestimmung der tatsächlichen
Zufuhrrate an Alteisenteilen den Fördereinrichtungen wenigstens
einen Wiegeapparat zuzuordnen.
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Ebenso
hat sich zur Vermeidung von Störungen
des Schmelzprozesses bewährt,
den Fördereinrichtungen
eine Aussonderungsvorrichtung zuzuordnen, welche von der Baugröße des Elektrolichtbogenofens
anhängige
vordefinierte Größenmaße überschreitende
Alteisenteile insbesondere optisch, beispielsweise mit Hilfe von Überwachungskameras, erkennt
und heraussortiert.
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Die
zum Betrieb der Schredder-Anlage erzeugte elektrische Energie selbst
kann direkt oder indirekt, insbesondere über eine Dampferzeugungseinrichtung,
aus der im heißen
Prozess-Abgas des Elektrolichtbogenofens enthaltenen thermischen
Energie gewonnen werden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung kann gleichermaßen ein
Wechselstrom-Lichtbogenofen (AC)
oder ein Gleichstrom-Lichtbogenofen (DC) zum Einsatz kommen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Verfahren zur
Produktion von Stahl aus Rohmaterialien wie zuvor beschrieben, und
insbesondere auf eine Methode und eine Anlage für die kontinuierliche Stahlherstellung
in elektrischen Lichtbogenöfen
und Gießereien,
bei minimalen Emissionen und minimalem elektrischem Energiebedarf
unter geschickter Verwendung in der Stahlerzeugungsanlage selbst
produzierter elektrischen Energie, wobei die Stahl- oder Eisenproduktion
in Mini-Stahlwerken und Gießereien
maximiert wird. Die Erfindung eignet sich ideal zur Ermöglichung
von Energieeinsparung und Umweltschutz bei gleichzeitiger Maximierung
der Produktion.
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Die
Konstruktion der Erfindung jedoch, zusammen mit zusätzlichen
Zielen und entsprechenden Vorzügen,
wird am besten verständlich
durch die folgende Beschreibung spezifischer Ausgestaltungen sowie
im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt
beispielhaft eine mögliche
Ausgestaltung von Mitteln zur Stromerzeugung aus dem heißen Prozess-Abgas
(Gicht) eines Elektrolichtbogenofens für den Betrieb einer Schredder-Anlage, welche
dem Elektrolichtbogenofen (EAF) zugeordnet ist;
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2 zeigt
beispielhaft Fördereinrichtungen, welche
die in der Schredder-Anlage
zerkleinerten Alteisenteile dem Elektrolichtbogenofen während des Zyklus
eines Schmelzprozesses kontinuierlich zuführen;
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3 zeigt
den Prozessablauf einer Stahlerzeugungseinrichtung nach der Erfindung;
und
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4 die
mögliche
Eingliederung einer erfindungsgemäßen Stahlerzeugungseinrichtung
in einem stahlverarbeitenden Betrieb.
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Description of the Preferred Embodiments:
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Bezugnehmend
nun auf die Figuren der Zeichnung im Detail und hier als erstes
auf 1, werden dort beispielhaft eine mögliche Ausgestaltung
von Mitteln zur Stromerzeugung unter Nutzung der im heißen Prozess-Abgas
(Gicht) 20 des Elektrolichtbogenofens 10 einer
Stahlerzeugungseinrichtung enthaltenen thermischen Energie für den erfindungsgemäßen Betrieb
einer Schredder-Anlage 40, welche dem Elektrolichtbogenofen
(EAF) 10 zugeordnet ist, gezeigt.
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Dazu
ist im Abzugskanal 21 der Absauganlage 24 des
Elektrolichtbogenofens 10 wenigstens eine Dampferzeugungseinrichtung 30 angeordnet.
Die Dampferzeugungseinrichtung 30 kann insbesondere im
Auslass eines Auswurfraums 22 für im Abgas 20 enthaltene
Staubpartikel und/oder in einem Bereich 23 des Abzugskanals 21 mit
Kohlenstoff-Nachverbrennung oder vorstehender Einrichtung 22/Bereich 23 nachgeordnet
angeordnet sein. Während
das Prozess-Abgas (Gicht) 20 einer Stahlerzeugungseinrichtung 1 ohne
Rückgriff
auf zusätzliche
Gasbrenner mit einer konstanten Temperatur im Bereich zwischen 900°C und 1.100°C in den
Abgasstrang 21 eintritt, kann – soweit sich die Abgastemperatur
auf unter 800°C
abgekühlt
hat – diese
erneut gesteigert werden, indem durch Zufuhr von Sauerstoff O im
Abgas 20 enthaltenes giftiger Kohlenstoff CO mit Sauerstoff O
exotherm zu dem ungefährlicheren
Kohlenstoffdioxid CO2 gewandelt wird, wobei
Temperaturen von bis zu 1.700°C
entstehen, welche für
eine effektiv Dampferzeugung genutzt werden können.
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Wie
in 1 schematisch dargestellt, ist auch die geschickte
Anordnung mehrerer Dampferzeugungseinrichtungen 30 im Abzugskanal 21 der Absauganlage 24 möglich, so
dass noch effektiver Wasser 62, welches beispielsweise
von einer Wasserbehandlungsanlage 61 bereitgestellt wird,
in Dampf gewandelt werden kann.
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Mittels
des von der Dampferzeugungseinrichtung 30 erzeugten Dampfes
wird eine Dampfturbine 31 angetrieben, welche einen Stromgenerator 32 antreibt.
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Das
von der Turbine 31 erzeugte Kondensat wird mittels eines
Kondensators 60 weiter gekühlt und unmittelbar in die
Wasserbehandlungsanlage 61 gepumpt.
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Mittels
der aus den Stromerzeugungsmitteln 30, 31, 32 gewonnenen
elektrischen Energie können ohne
Rückgriff
auf ein öffentliches
Stromversorgungsnetz und damit ökonomisch
vorteilhaft die Schredder-Anlage 40 und ggf. andere Verbraucher der
Stahlerzeugungseinrichtung 1 betrieben werden.
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2 zeigt
beispielhaft Fördereinrichtungen, welche
die in der Schredder-Anlage 40 zerkleinerten Alteisenteile 71 dem
Elektrolichtbogenofen 10 während des Zyklus eines Schmelzprozesses
kontinuierlich zuführen.
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Verschieden
großer
ausrangierter Eisen- und/oder Stahlabfall (Schrott) 70 wird
der Schredder-Anlage 40 zugefügt.
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Die
Schredder-Anlage 40 liefert zerkleinerte Alteisenteile 71 im
Wesentlichen gleicher Größe. Darüber hinaus
können
hochwertige Buntmetalle 72 zur weiteren Vermarktung isoliert
werden.
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Die
zerkleinerten Alteisenteile 71 werden in loser Schüttung und
ungepresst einem Schüttgutbehälter 42 zugeführt, welcher
auch unterirdisch angelegt sein kann.
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Ein
oder mehrere Vibratoren 50 kontrollieren die Menge an geschredderten
Alteisenteilen 71, welche dem Elektrolichtbogenofen 10 zugeführt werden.
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Ein
erstes Wiegesystem 52 erledigt zudem die Feinabstimmung
der Mengen.
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Von
den Vibratoren 50 werden über Förderbänder 51 und über den
Ofendeckel 14 schwenkbar ausgebildeten Zuführkanal 54 die
geschredderten Alteisenteil 71 in lockerer Schüttung und
ungepresst in das Ofengefäß 13 des
Elektrolichtbogenofens 10 transportiert.
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Der
schwenkbare Zuführkanal 54 liefert
somit dem Elektrolichtbogenofen 10 kontinuierlich geschredderte
Alteisenteile 71.
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Ein
Elektrolichtbogenofen 10 nach der Erfindung, welcher kontinuierlich
mit geschredderten Alteisenteilen 71 bestückt wird,
arbeitet mit signifikant geringerem Energieverbrauch und höherer Produktivität.
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Zugleich
werden die Emissionen in die Atmosphäre signifikant reduziert, da
der Ofendeckel 14 des Ofengefäßes 13 nicht mehr
geöffnet
werden muss um Schrott-Körbe mit
Alteisenteilen zuzuführen.
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Schließlich arbeitet
auch die Absauganlage 24 mit signifikant geringerem Energieverbrauch,
da ein sekundäres
System nicht mehr benötigt
wird.
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Anhand
von 3 wird nun der Prozessablauf einer Stahlerzeugungseinrichtung 1 nach
der Erfindung detaillierter erläutert.
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Die
Schredder-Anlage 40 kann mit verschieden großem ausrangiertem
Eisen- und/oder
Stahlabfall (Schrott) 70 mit Längen z. B. bis zu drei und
mehr Meter beladen werden, abhängig
von der Dimensionierung der eingesetzten Schredderanlage 40.
Durch das Zerkleinern solch großen
Stahlabfalls (Schrott) 70 produziert die Schredder-Anlage 40 zerkleinerte Alteisenstücke 71 mit
einer bevorzugten Längenabmessung
in beliebiger Raumrichtung von maximal etwa 30 cm und isoliert hochwertige
Buntmetalle 72.
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Die
Schredder-Anlage 40 wird von einem elektrischen Motor 41 angetrieben,
der von einem Stromgenerator 32 versorgt wird. Der Stromerzeuger 32 wird
angetrieben von einer Dampfturbine 31, die Dampf aus wenigstens
einer Dampferzeugungseinrichtung 30 nutzt, die im Abzugskanal 21 der
Absauganlage 24 des Elektrolichtbogenofens 10 angebracht
ist. Etwaige überschüssige elektrische
Energie kann anderen potentiellen Verbrauchern der Stahlerzeugungseinrichtung 1 zugeführt werden.
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Die
geschredderten Alteinsenstücke 71 werden
direkt aus der Schredder-Anlage 40 abgeführt und
in einem über-
oder unterirdisch angeordneten Schüttgutbehälter 42 aufgenommen.
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Um
die zerkleinerten Alteisenstücke 71 dem Elektrolichtbogenofen 10 zuzuführen kann
der Betreiber einer Stahlerzeugungseinrichtung 1 nach der Erfindung
mittels elektronischer Regelmittel 80 die gewünschte Zufuhrmenge
und Zuführrate
steuern. Menge und Zuführrate
hängen
dabei von der Ofenkapazität,
der Zufuhr-Mischung
und der Kapazität
des Transformators 12 für
die Graphitelektroden 11 ab.
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Ein
vorzugsweise schwenkbar ausgebildeter Zuführkanal 54 ist oberhalb
des Ofengefäßes 13 des Elektrolichtbogenofens 10 positioniert.
Dieser Kanal 54 ist bislang der allgemein übliche Kanal,
um dem Ofen 10, über
das sogenannte fünfte
Deckelloch 15 im Ofendeckel 14, Zusätze zuzuführen. Die
Ofenauslegung wie Ofengröße und Elektrodendurchmesser werden
von der Transformatorleistung bestimmt. Alle Fördereinrichtungen 50 und 51 starten
den Abfluss aus Sicht vom Ofen 10 zum Schüttgutbehälter 42. Die
genaue Anzahl der Fördereinrichtungen
(Förderbänder 51 und
Vibratoren 50) hängt
von der Entfernung der Alteisen-Zufuhr
ab. Als erstes wird das Förderband 51 benachbart
des Zuführkanals 54 aktiviert,
gefolgt von diesem Förderband
vorgelagerten Förderbändern 51.
Als letztes in der Kette werden die Vibratoren 50 unterhalb
der Schüttgutbehälter 42 aktiviert,
welche vorzugsweise durch Frequenzumwandler kontrolliert werden.
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Den
Förderbändern 51 sind
vorzugsweise zwei Wiegesysteme 52 zugeordnet, wobei eines zweckmäßiger Weise
am ersten Förderband 51 direkt
nach den Vibratoren 50 und das zweite am Ende der Förderstrecke
am letzten Förderband 51 vor
dem Übergang
in den Ofendeckel 14 angebracht sind. Diese Konfiguration
sichert eine korrekte Bemessung und doppelten Abgleich der Menge,
die dem Ofengefäß 13 zugeführt werden
soll. Wenn das zweite Wiegesystem 52 dieselbe Kapazität wie die
erste 52 ausliest, wird in den Vibratoren 50 nicht
korrigierend eingegriffen. Im Falle einer größeren Abweichung, kann jedoch
mittels eines Computersystems 80 eine Korrektur vorgenommen
werden.
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Die
Vibratoren 50 stoppen, wenn das Gewicht den finalen Sollwert
erreicht. Die Förderbänder 51 stoppen
einige Sekunden später.
Das erste Förderband 51 nach
den Vibratoren 50 bleibt vorzugsweise vollbeladen mit Alteisenstücken 71,
während alle
anderen Förderbänder 51 geleert
werden können
oder andere Materialien weiter zuführen, z. B. Eisenschwamm (DRI),
Kalk, Koks, etc. Ein mit Alteisenstücken 71 beladen gelassenes
Förderband 51 hat zum
Vorteil, das so die Zuführzeit
bis zum nächsten Schmelzzyklus
minimiert wird. Die Menge kann vom Computersystem 80 der
Stahlerzeugungseinrichtung 1 berechnet werden.
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Alternativ
besteht die Möglichkeit
andere Materialien als Alteisenstücke zu befördern, oder zur gleichen Zeit
mit derselben Anlage und von verschiedenen Quellen aus. Diese Materialien,
wie z. B. Kalk, Koks und/oder Eisenschwamm (DRI) werden auch vom
letzten Förderband 51 zugeführt, welches
mit einem Wiegeapparat 52 ausgestattet ist. Jedes der Materialien
wird vom Bedienungspersonal oder von einem computergesteuerten Prozess-Kontrollsystem 80 mit
einer bestimmten Zufuhrrate und über
ein weiteres Wiege-Förderband 51, 52 angefordert
und kann einfach vom gemessenen Gesamtgewicht abgezogen werden.
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Im
Fall von zu grob geschredderten Alteisenteilen 71 schließlich kann
eine Aussonderungsvorrichtung 53 vorgesehen sein, welche
vordefinierte Größenmaße überschreitende
Alteisenteile erkennt, z. B. optisch mit Hilfe von Überwachungskameras, und
so heraussortiert werden können.
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4 schließlich zeigt
die mögliche
Eingliederung einer erfindungsgemäßen Stahlerzeugungseinrichtung 1 in
einem stahlverarbeitenden Betrieb, insbesondere eines Mini-Stahlwerkes 2.
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Die
elektrische Stahlherstellungstechnologie hat während der letzten Jahrzehnte
radikale Änderungen
erfahren.
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In
der Vergangenheit, wurden elektrische Lichtbogenöfen nur mit 100% Schrott beschickt. Heutzutage
variiert das verwendete Zuführmaterial von
festen Materialien, Altmetall, Eisenschwamm (DRI), gepresste Eisenschwamm-Briketts
(HBI) etc. bis zu flüssigem
Input wie Roheisen. Insbesondere in Zeiten von hohem Stahlbedarf
wechseln die Marktpreise häufig
und Flexibilität
bezüglich
des Einsatzmaterials ist ein großer Vorteil aus ökonomischer Sicht.
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Der
Erfolg der Pfannenbehandlung für
die Anforderungen normaler Stahlqualitäten sowie die Sekundärbehandlung
von höher
legierten Stahlqualitäten
haben sowohl die Produktivität
von Elektrolichtbogenöfen 10 erhöht als auch
die Prozesse beeinflusst. Das typische Elektrolichtbogenofenverfahren mit
dem Zwei-Schlackenverfahren
wird nicht mehr angewendet, so dass der Zyklus eines Schmelzprozesses
(Zeit von Abstich zu Abstich) bereits bekannter Elektrolichtbogenöfen der
eines Sauerstoffkonverters nahe kommt.
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Mit
der vorliegenden erfindungsgemäßen Stahlerzeugungseinrichtung 1 wird
der Trend der letzten Jahre konsequent fortgesetzt, welche gesamtenergiebilanztechnisch
in Punkto Produktivität
und Energieeinsparung neue Maßstäbe setzt.
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- 1
- Stahlerzeugungseinrichtung
- 2
- Mini-Stahlwerk
- 10
- Elektrolichtbogenofen
(EAF)
- 11
- Graphitelektrode
- 12
- Transformator
- 13
- Ofengefäß
- 14
- Ofendeckel
- 15
- fünfte Loch
im Ofendeckel 14
- 16
- Mittel
zum Erzeugen von Schaumschlacken
- 20
- heißes Prozess-Abgas
(Gicht)
- 21
- Abzugskanal
- 22
- Auswurfraum
- 23
- Bereich
des Abzugskanals 21 mit Kohlenstoff-Nachverbrennung
- 24
- Absauganlage
- 30
- Dampferzeugungseinrichtung
- 31
- Dampfturbine
- 32
- Stromgenerator
- 40
- Schredder-Anlage
- 41
- elektrischer
Motor
- 42
- über- oder
unterirdischer Schüttgutbehälter
- 50
- Vibratoren
- 51
- Förderband
- 52
- Wiegesystem
- 53
- Aussonderungsvorrichtung
- 54
- schwenkbarer
Zuführkanal
- 60
- Kondensator
- 61
- Wasserbehandlungsanlage
- 62
- Wasser
- 70
- verschieden
großer
ausrangierter Eisen- und/oder Stahlabfall (Schrott)
- 71
- lockere,
ungepresste zerkleinerte Alteisenteile
- 72
- hochwertige
Buntmetalle
- 80
- computergestütztes Prozess-Kontrollsystem