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

  • 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)
  • Entwicklung eines neuartigen, modularen Retrofit-Pakets für Elektrolichtbogenöfen bis 20 t (AiF ZIM)

Abgeschlossene Projekte

  • 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)