SIEMENS

Der Stahlmarkt wurde von der Wirtschaftskrise mit ganzer Härte getroffen. Nach sehr erfolgreichen Jahren – getrieben durch den Boom in den Schwellenländern – brach die Nachfrage drastisch ein: So verzeichnete die deutsche Stahlindustrie im Herbst 2008 den stärksten Auftragseinbruch seit Ende des Zweiten Weltkriegs. 2009 fiel laut dem Statistischen Bundesamt die Rohstahlerzeugung in der ersten Jahreshälfte allein in Deutschland um 43,5 % gegenüber dem ersten Halbjahr 2008. In den USA ging die Produktion nach der World Steel Association im selben Zeitraum sogar um mehr als 51 % zurück.
Zudem müssen die energieintensiven Industrien immer striktere Umweltauflagen erfüllen. Eisen- und Stahlwerke verbrauchen laut der Internationalen Energie Agentur (IEA) 20 % der von der Industrie benötigten Energie und sind für 30 % der industriellen CO₂-Emissionen verantwortlich. Etwa ein Drittel der Betriebskosten eines Stahlwerks sind allein auf den Energieverbrauch zurückzuführen. Daher können mit energieeffizienteren Technologien die Wirtschafts- und die Klimakrise gleichzeitig bekämpft werden. "Umweltschutz und Kosteneinsparungen widersprechen sich nicht – ganz im Gegenteil, energieeffiziente Technologien senken sowohl die Betriebskosten wie die Umweltbelastungen", sagt Olaus Ritamäki, Produktmanager bei Siemens VAI in Oulu, Finnland.

Alles andere als altes Eisen. Zu den größten Abgas-Emittenten in integrierten Stahlwerken zählen Kokerei und Sinteranlage. Während neuere Anlagen zum Teil schon mit den Siemens-Verfahren Corex oder Finex arbeiten und ganz auf Verkokung und Sintern verzichten können, folgen viele Stahlwerke noch der traditionellen Hochofenroute. Sie brauchen Koks und Erzsinter, um aus Eisenerz Roheisen herzustellen.
Um Koks herzustellen, wird in der Kokerei Kohle unter Luftabschluss auf 1000 °C erhitzt. Im Anschluss muss der heiße Koks abgelöscht werden. Beim konventionellen Nasslösch-Verfahren geschieht dies mit Wasser: Dampfwolken steigen auf, die Umwelt wird durch Staub und Abwasser belastet, die enthaltene Energie verpufft. Vermeiden lässt sich das mit dem Trockenlösch-Verfahren (CDQ, coke dry-quenching), das Siemens VAI anbietet. Dabei wird die Wärme des glühenden Koks zur Dampfproduktion genutzt. Dieser steht dann für weitere Prozesse zur Verfügung – zum Heizen etwa oder zur Stromerzeugung. Eine typische CDQ-Anlage von Siemens mit einer Kapazität von einer Million Tonnen Koks pro Jahr besteht aus drei Kühlkammern, zwei im Vollbetrieb und eine im "hot stand-by", die nur mit etwa 10 % ihrer Kapazität beladen wird und bereit steht, sollte ein Problem auftreten. So lässt sich der Prozess des Ablöschens immer sicherstellen – auch während etwaiger Wartungsarbeiten.
In den Kühlkammern wird heißer Koks innerhalb von etwa fünf Stunden auf 180 °C heruntergekühlt. Hierzu wird der 1000 °C heiße Koks von oben in die Kühlkammer gefüllt. Ein hauptsächlich aus Stickstoff bestehendes Gas strömt am Boden der Kammer ein und nimmt die Hitze des Koks auf. Dann wird das nun etwa 800 °C heiße Gas zusammen mit Luft in einen mit Wasser gefüllten Abhitzekessel geleitet. Hier können pro Tonne Koks über 500 kg heißer Hochdruckdampf erzeugt werden. Schließt man eine Dampfturbine an, erhält man 15 bis 17 MW elektrischer Leistung – so viel, wie fünf große Windturbinen erzeugen und genug Strom für etwa 30.000 Vier-Personen-Haushalte. Zudem ist der Koks auf diese Weise trockener als nassgelöschter Koks, wodurch später im Hochofen weniger Reduktionsmittel gebraucht wird.
Zusätzlich zur Senkung der Betriebskosten in Millionenhöhe – was zu einer Amortisation in wenigen Jahren führt –, gehen die Staub- und Gas-Emissionen beim umweltfreundlichen CDQ gegen Null. Beim konventionellen Nasslöschen dagegen liegt der Staubausstoß bei etwa 500 g pro Tonne Koks – oft auch weit darüber. Viele CDQ-Systeme von Siemens VAI beweisen seit Jahren ihre Zuverlässigkeit und Effizienz . So etwa seit 2000 in einem Werk von ArcelorMittal in Krakau, Polen. Aktuell beteiligt sich Siemens an einem Projekt von Indiens Marktführer SAIL – 2011 soll die Anlage in Betrieb gehen.
Aber auch für Sinteranlagen bietet Siemens VAI innovative Lösungen, die Kosten sparen und die Umwelt entlasten. So kann mit der selektiven Gasrückführungs-Technologie das beim Sintern entstehende Abgas wieder in den Prozess rückgespeist werden. In einer Sinteranlage wird das Erz auf einem Sinterband, das einem Ofenrost ähnelt, zusammengebacken. Damit wird das feine Erzmaterial für den Hochofenprozess aufbereitet. Es wird auf dem Sinterband entzündet, Windkästen saugen von unten die Abgase an. "Wie in einer Pfeife brennt das Erz von oben nach unten", erklärt Andre Fulgencio, Produktmanager für Sinteranlagen bei Siemens VAI in Linz, Österreich.
Um einen Teil des Gases wieder rückspeisen zu können, wird es zunächst in eine Kammer geleitet und mit Abgasen aus dem Sinterkühler vermischt, um den für die Verbrennung benötigten Sauerstoffgehalt von mindestens 16 % zu gewährleisten. Dann wird das Abgas-Gemenge bei möglichst homogener Temperatur und gleichem Druck wieder auf das Sinterband geblasen. Auf diese Weise sinkt allein der CO₂-Ausstoß der Sinteranlage um bis zu 10 %; die gesamte Abgasmenge – unter anderem bestehend aus Schwefeldioxid, Stickoxiden und Staub – sogar um 40 %. Der gesunkene Verbrauch von Brennstoffen reduziert die Kosten für den Betreiber: Bis zu 10 % Koks werden eingespart und etwa 20 % des Zündgases. Die Investitionskosten amortisieren sich so meist in weniger als zwei Jahren. Weltweit ist diese Technologie bisher drei Mal im Einsatz: Neben der ersten industriellen Anlage beim österreichischen Stahlhersteller voestalpine, die seit 2005 läuft, auch bei einer Sinteranlage von Dragon Steel in Taiwan sowie bei zwei Sinteranlagen des südkoreanischem Stahlriesen Posco.
Den gesamten Energieverbrauch in einem Stahlwerk hat das von Siemens VAI entwickelte Energiemanagementsystem im Blick, um den Energieverbrauch, die Kosten und die Emissionen zu reduzieren. Hierbei wird der komplette Produktionsablauf – von den Rohmaterialien bis zu den Stahlprodukten – berücksichtigt. Das modular aufgebaute System lässt sich nach Kundenwunsch maßschneidern. Auch bei sehr alten Anlagen kann es in die bestehende Automatisierung integriert werden: "Im Idealfall muss nur die Software überspielt und konfiguriert werden", erklärt Franz Hartl, verantwortlich für den technischen Vertrieb von Automatisierungslösungen bei Siemens VAI in Linz.

Vorhersage für Energieverbrauch. Da es aber bei Stahlwerken eine sehr große Anzahl an Prozessen gibt, müssen oft auch zusätzliche Messinstrumente installiert werden, wie etwa Niveaumesser für die Tanks. Wichtige Messwerte hinsichtlich Energieverbrauch und -verteilung werden alle paar Sekunden erhoben. Wie viel Energie für einen Auftrag benötigt wird, kann dank des Energieprognose- und Optimierungsmoduls schon auf Grundlage der Produktionsplanung vorhergesagt werden. Auf diese Weise können niedrige Tarife ausgenützt und Brennstoffe günstig eingekauft werden. "Die Stahlhersteller sind durch die Prognosefunktion bestens gerüstet für die Tarifverhandlungen mit ihren Energielieferanten", erklärt Hartl.
Wegen der hohen Transparenz der Vorgänge können auch teure Belastungsspitzen frühzeitig erkannt und vermieden werden, indem ein Lastabwurf – also die Senkung des Energieverbrauchs – initiiert wird. Dies lässt sich etwa durch das Abschalten von Verbrauchern – wie Öfen, die gerade nicht genutzt werden – erreichen oder indem man den Produktionsprozess umgestaltet. Ebenso werden Fackel-Verluste – das Abfackeln von überschüssigem Gas, das später durch teure Energiezukäufe wieder ersetzt werden muss – minimiert. Meist lassen sich so etwa 3 % der Gesamtenergie einsparen und damit auch eine Menge Geld und Emissionen: Wenn der Energieverbrauch bei einer Jahresproduktion von 5 Mio. t Stahl nur um 1 % gesenkt wird, werden etwa 100.000t CO₂ pro Jahr eingespart. Je nach Werk, Automatisierungsgrad oder Jahrestonnage, können sich die Aufwendungen schon nach wenigen Monaten auszahlen.