Höhere Produktivität bei der Elektrostahlerzeugung
Elektroden genauestens positionieren
Das finnische Hightech-Unternehmen Real Time Systems hat jüngst ein fortschrittliches System zur Elektrodensteuerung entwickelt, das im Vergleich zu konventionellen Systemen eine erheblich höhere Produktivität sowie einen geringeren spezifischen Energieverbrauch in Lichtbogenöfen bietet.
Die erste Version des Systems wurde 2008 in einem schwedischen Lichtbogenofen mit einer Wirkleistung von 70 MW und Strömen von 60 kA während der regulären Stahlproduktion einem großangelegten Test unterzogen.
„Nach Analyse der Ergebnisse gelangten wir zu dem Schluss, dass in diesem Werk allein durch Einführung unseres Systems jährlich cica 45.000 Tonnen mehr Stahl produziert werden könnten“, meint Dr. Lassi Toivonen von Real Time Systems (RTS). „Gleichzeitig könnte der Energieverbrauch pro Tonne Stahl um über drei Prozent reduziert werden.“
Seitdem hat RTS das System weiterentwickelt. So kann beispielsweise die deutlich leistungsfähigere neue Recheneinheit Prozessmengen in Echtzeit nachverfolgen.
„Da das System die Prozessmengen zu jeder Zeit zuverlässig und stabil kalkuliert, werden die Elektroden ruhiger bewegt, sodass Strom und Leistung weniger fluktuieren und die Aktuatoren länger halten“, so Dr. Toivonen weiter. Dr. Toivonen zufolge wurde das neue System vor Kurzem erfolgreich in einem finnischen Stahlwerk in einem 120-MVA-Ofen getestet.
„Wir haben die Kalkulationsmethoden für die Prozessmengen so weiterentwickelt, dass nunmehr zuverlässige Elektrodenwiderstände erhalten werden, was zuvor nicht möglich war“, erklärt er. „Ferner hat uns dies die Einfuerung einer Wiederstandsregelung erlaubt, die der herkömmlichen Impedanzregelung ueberlegen ist. Damit ist es beim Bewegen der Elektroden möglich, die gegenseitige Interaktion von Elektrodenwiderständen vorherzusehen und Widerstandsänderungen auszugleichen.“ Somit sind keine endlosen und zuweilen unkontrollierten Abfolgen von Anpassungen mehr nötig, die bei der herkömmlichen Elektrodensteuerung die Regel waren.
„Wenn eine Elektrode eingestellt wird, ist im Allgemeinen das Ausgleichen ihrer Wirkung auf andere Elektroden erforderlich. Dann muss wiederum die erste Elektrode neu angepasst werden, um die Steuerungsaktionen auszugleichen, die für die anderen Elektroden unternommen wurden, usw.“, führt Dr. Toivonen aus. „Da bei unserem System die Elektroden als Einheit angepasst werden, erhalten wir stabilere Ströme und Leistungen als es bei herkömmlichen Elektrodensteuerungssystemen möglich ist.“
Keine Vorinvestition
Das von RTS angebotene Geschäftsmodell birgt für den Kunden keinerlei Risiken oder Investitionsbedarf. Die neuen Steuerungseinheiten mit der integrierten Prozessmengenkalkulation werden hauptsächlich als Dienstleistung gegen gewinnabhängige Bezahlung und ohne Vorabzahlungen angeboten.
„Die Bezahlung basiert vollständig auf dem durch Energieeinsparungen verbesserten Cashflow und der jeweiligen Produktionssteigerung“, so Dr. Toivonen. „Einsparungen können außerdem aus reduzierten Servicekosten und reduzierten Kosten für Flickerkompensation resultieren. Wir kümmern uns um die Wartung und entwickeln in Zusammenarbeit mit dem Kunden den Produktionsprozess weiter.“ Das System von RTS lässt sich ohne Produktionsunterbrechungen mühelos parallel zu vorhandenen Steuerungssystemen installieren.
„Die bisherige Steuerung kann umgehend wieder in Kraft gesetzt werden, indem im Steuerraum ein Schalter umgelegt wird. Dies gestattet einen einfachen Vergleich zwischen dem herkömmlichen und dem neuen System“, erklärt Dr. Toivonen. „Als Schnittstelle zum Automatisierungssystem dient die vorhandene Schnittstelle des Ofens, und der Bediener verwendet die gewohnte Prozessanzeige im Steuerraum.“
Der Prozess
Stahlschrott ist eine wichtige Rohstoffquelle für die Stahlindustrie. In einem Lichtbogenofen wird er durch leistungsstarke Lichtbögen geschmolzen, die sich zwischen den Graphitelektroden und dem aufgeladenen Stahlschrott bilden. Am Boden des Ofens befindet sich eine Messelektrode.
„Herkömmliche Steuerungssysteme basieren auf der Annahme, dass sich die Messelektrode am Punkt der elektrischen Symmetrie befindet“, führt Dr. Toivonen aus. „Aber da in Wirklichkeit alle Elektroden interagieren und die Ladung weder homogen noch symmetrisch ist, ist die Annahme eines Symmetriepunkts falsch. Daher sind die Messungen fehlerbehaftet.“
Dr. Toivonen weist darauf hin, dass mit herkömmlichen Steuerungssystemen keine optimalen Ergebnisse zu erreichen sind, da die Lichtbögen wegen der genannten Probleme keine gleichen, optimalen Längen haben.
„Dies führt in Verbindung mit Ofenauskleidung und Abgasen zu weiteren Leistungsverlusten“, so Dr. Toivonen. „Mit unserem System lassen sich die Elektroden genauestens positionieren, sodass die Lichtbögen stets dieselbe Länge haben und damit der größtmögliche Energieanteil zum Schmelzen des Metalls eingesetzt wird.“
Dr. Toivonen zufolge führen die optimale Elektrodenposition sowie die bei der Prozesssteuerung eingesetzten stabilen Prozessmengen zu geringerer Wärmebeanspruchung der Ofenauskleidung, stabileren Strömen und höherer Durchschnittsleistung. „Aufgrund der stabileren Leistung sinken auch die potenziellen Kosten für die Kompensation der Blindleistung“, erklärt er.
