Keine Schaumschlägerei: Siemens entwickelt ein neues Messverfahren zur Bestimmung der Schaumschlackenhöhe in Lichtbogenöfen

Der Bereich Industrial Solutions and Services (I&S) und die Zentralabteilung Corporate Technology (CT) der Siemens AG haben ein neues Messverfahren entwickelt, mit dem sich die zeitliche und örtliche Veränderung der Schaumschlackenhöhe in Lichtbogenöfen bestimmen lässt. Das Verfahren basiert auf der Messung des Körperschalls an den Ofenwänden. Die an mehreren Messpunkten aufgenommenen Signale liefern eine örtliche Abbildung der Schaumschlacke um Elektrode und Panel. Versuchsreihen an einem 70-Tonnen-Lichtbogenofen der Lech-Stahlwerke GmbH (LSW) ergaben eine sehr hohe Übereinstimmung mit visuell ermittelten Schlackenhöhen. Mit Hilfe der neuen Messmethode wird in Zukunft der Operator die zur Schaumschlackenfahrweise notwendige Feinkohle zusammen mit dem Sauerstoff so dosieren können, dass ein Freiliegen der Lichtbögen weitgehend vermieden wird. Dies reduziert den Elektrodenverschleiß, verbessert die Leistungseinbringung in den Lichtbogenofen und erhöht die Produktivität.

Freiliegende Lichtbögen verursachen einen erhöhten Elektrodenverschleiß und ein unerwünschtes Aufheizen der Ofenwände. Weitere Folgen sind eine geringere Energieeffizienz, längere Prozesszeiten und damit eine reduzierte Produktivität. Zur Umhüllung des Lichtbogens wird eine Schaumschlacke erzeugt, deren Höhe über die gezielte Zugabe von Feinkohle und Sauerstoff gesteuert werden kann. Die Zuführung dieser Schaumbildner erfolgt heute entweder manuell oder nach einem vorab festgelegten Fahrdiagramm. Beides wird den häufig wechselnden Betriebsbedingungen nicht gerecht und steht einer weitestgehend automatisierten Fahrweise der Lichtbogenöfen im Wege.

Die Stahlindustrie setzt daher auf die Entwicklung von Messverfahren, mit deren Hilfe das Verhalten der Schaumschlacke räumlich und zeitlich präzise bestimmt werden kann. Ziel ist dabei die Entwicklung eines geschlossenen Regelkreises für die Dosierung der Schaumbildner und eine Integration der Schaumschlackenformierung in die übergeordnete Automatisierung des Lichtbogenofens. Heute verfügbare Messverfahren bilden die Schaumschlacke entweder nicht ausreichend präzise ab oder sind in der rauen Umgebung des Stahlwerks nicht mit der erforderlichen Zuverlässigkeit einsetzbar.

Das von Siemens entwickelte neue Messverfahren verwendet den Körperschall des Lichtbogenofens als Messgröße. Dazu werden an den Ofenwänden Beschleunigungssensoren installiert, deren Signale verstärkt und per Lichtwellenleiter zu einer Auswertungseinheit übertragen werden. Dort erfolgt die Berechnung der aktuellen, örtlichen Schlackenverteilung. Das Messsystem wurde im Frühsommer 2005 am 70 Tonnen-Lichtbogenofen der LSW in Meitingen getestet. Der Vergleich mit zu Kontrollzwecken parallel stattfindenden Messungen per Videokamera ergab eine sehr hohe Übereinstimmung. Ebenfalls untersuchte andere Messmethoden wie Schallauswertung per Richtmikrophon oder Elektrodenstromanalyse zeigten deutlich schlechtere Ergebnisse.

Dazu Wolfgang Wichert, Leiter des Stahlwerks bei LSW: „Das neue Messsystem wird einen wesentlich stabileren Ofenbetrieb ermöglichen. Gleichzeitig bietet es die Grundlage für eine Fahrweise der Öfen im geschlossenen Regelkreis“.