Edition 01/2017

Die aktuelle Übersättigung des weltweiten Marktes mit Stahl macht es notwendig, sich noch stärker auf die Veredelung zu konzentrieren. Angesichts dieser Entwicklung rücken VOD- (vacuumoxygen decarburization) und AOD- (argonoxygen-decarburization) Anlagen immer mehr in den Mittelpunkt des technischen Interesses. Weil beide Verfahren mit Vakuum arbeiten, sind moderne Lösungen gefragt, die dieses verlässlich und wirtschaftlich erzeugen. Hierbei lösen elektromechanisch angetriebene Rootsgebläse und Schraubenvakuumpumpen althergebrachte Dampfstrahlpumpen ab. Die Abkehr vom Prozessdampf steigert massiv die Energieeffizienz.

Energetisch effizienter

Die Vorteile liegen auf der Hand: Kommt ein kaskadierter Verbund aus elektrisch angetriebenen Rootsgebläsen und Schraubenvakuumpumpen zum Einsatz, sind Dampfstrahlpumpen nicht mehr erforderlich. Die Substitution sorgt im Weiteren dafür, dass die aufwändige Rohrleitungsinfrastruktur zwischen zentralem Dampfkessel und den Pumpen entfallen kann. Gleiches gilt für nicht mehr erforderliche Boiler zur Dampferzeugung. Ein weiterer Vorteil der Vakuumerzeugung mit elektromechanisch angetriebenen Pumpen: Die Einheiten von AERZEN benötigen nur dann elektrische Energie, wenn sie in Betrieb sind. Auf diese Weise entfällt der energetisch zweifelhafte und teure Standby-Betrieb, der erforderlich ist, um Dampfkessel stetig unter Druck zu halten. Die intelligentere Erzeugung eines bedarfsgerechten Vakuums steigert damit spürbar die Energieeffizienz von VOD- und AOD-Prozessen – und dieses ohne Einbußen bei der Produktivität oder der Produktqualität. Wie gut dieser Weg funktioniert, zeigt aktuell eine neue VOD-Anlage in einer Gießerei im österreichischen Linz, die mit genau dieser Technik ausgerüstet ist. Das VOD-Verfahren zählte mit dem AOD Verfahren zu den zwei Methoden, den Kohlenstoffgehalt rostfreier Stähle weiter zusenken. Sie unterscheiden sich darin, dass beim VOD ausschließlich durch das Anlegen eines Vakuums mit einem Druck zwischen etwa 100 und 200 Millibar die im flüssigen Stahl gelösten Gase angeregt werden, an die Oberfläche auszuperlen – vor allem,weil der Partialdruck des Kohlenmonoxids verringert wird. Beim AOD-Verfahren – also der Argon-Sauerstoff-Entkohlung – werden Kohlenstoff aber auch andere Verunreinigungen mit dem Einblasen eines Argon-Sauerstoff-Gemisches gezielt oxidiert und aus der Schmelze getrieben. Der flüssige Stahl wird bei beiden Methoden in Tiegeln in druckdichte Kessel transportiert. Liegt das Vakuum nach dem Evakuieren der Kessel an, muss dieses eine definierte Zeit bis zu einer halben Stunde aufrecht erhalten werden, um die Dekarbonisierung verlässlich und mit hoher Reproduzierbarkeit beider Stahlqualität ablaufen zu lassen.

Große Anlagen für kleinen Foot-Print

AERZEN realisiert diese Aufgabe mit einem Verbund aus Drehkolbengebläsen und Schraubenverdichtern. In einem aktuellen Projekt, das 2016 in einem Stahlwerk in China in Betrieb gegangen ist, liefert der vierstufige Aufbau eine Pumpleistung von 635.000 Kubikmetern in der Stunde bei einem Vakuum von 0,67 mbar absolut (0,5 Torr). Der Vorteil der AERZEN Lösung liegt vor allem in der Größe der Drehkolbengebläse und Schraubenvakuumpumpen. Die Aggregate zählen zu den größten weltweit und sind für die anspruchsvollen Einsatzbedingungen der Stahlindustrie ausgelegt. Neben der Anforderung nach schnellen Abpumpzeiten zählt hierzu auch die Betriebssicherheit innerhalb eines in sich redundanten Systems, das selbst wenige Anlagen zählt. Die Kombination aus Drehkolbengebläsen und Schraubenvakuumpumpen ist ideal, weil für den überwiegenden Volumenstrom das energetisch effiziente Rootsprinzip genutzt wird und erst im niedrigen Druckbereich der Schraubenverdichter das Vakuum weiter absenkt. Mit Blick auf die Betriebssicherheit lassen sich die Anlagen in ihrer jeweiligen Vakuumstufe in einen Querverbund bringen. Sollte ein Aggregat ausfallen, ist der Verbund immer noch in der Lage, das Vakuum zu erzeugen. „Dieses müssen wir dann gut 20 Minuten halten. Dann ist der Prozess beendet und wir erhöhen in umgekehrter Richtung den Druck wieder schrittweise“, beschreibt Uwe Großkurth, Key Account Manager für Vakuumgebläse bei AERZEN, den Prozess. Die fein abgestimmten Abläufe sind unverzichtbar, um die gewünschte Qualität zu erhalten. „Wir wollen ja nicht aus Schrott nur Schrott machen – sondern etwas Vernünftiges“, meint Großkurth mit Blick darauf,dass bei der Stahlveredelung häufig Metallschrott als Ausgangsmaterial dient. „Wir sorgen für das perfekte Vakuum –und dieses mit Anlagen, die harmonisch miteinander arbeiten.“ Perfekt abgestimmt heißt, Verdichter und Gebläse so zu kombinieren und auszulegen, dass kein Aggregat ständig an der Leistungsgrenze läuft oder etwa zu heiß wird, während andere ihren Teillastbereich nicht verlassen. Wenige große Aggregate statt viele kleine: Für Uwe Großkurth bringt die Strategie von AERZEN für Stahlwerke nur Vorteile mit sich. „Jede Maschine weniger spart Zeit, Platz und Geld für die Verrohrung. “Und wo Rohre wegfallen, da gibt es auch kein Leckagerisiko mehr. „Jede noch so kleine Undichtigkeit verschlechtert den Wirkungsgrad.“ Und dann lässt sich der schlankere Maschinenpark auch noch einfacher in die Steuerungs- und Leitebene einbinden, weil die Anzahl der Frequenzumrichter zur Drehzahlsteuerung der Antriebsmotoren sinkt. „Unsere Lösungen haben weltweit den besten Footprint“, unterstreicht Großkurth. Auch aus dem Blickwinkel der Betriebssicherheit raus betrachtet, ist weniger mehr. Jedes eingesparte Aggregat senkt das Ausfallrisiko innerhalb von MTBF-Berechnungen.

Ausblick

AERZEN schätzt, dass weltweit noch bis zu 600 Stahlveredelungsanlagen ihr Vakuum mit Dampf erzeugen. „Das Interesse unserer Kunden ist groß, umzurüsten. Höhere Energieeffizienz und sinkende Wartungskosten sprechen einfach für sich“, sagt Großkurth und nennt als weitere Motivation Return-On-Investment-Zeiten von drei bis vier Jahren. „Wir haben mehr als 40 Jahre Erfahrung bei Stahl und Eisen und können dank des gesammelten Prozesswissens Retrofits gemeinsam mit erfahrenen Anlagenbauern entsprechend gut begleiten.“