Konzipierung eines EERZ-Modells für den EAF-Prozess mittels computergestützter Thermodynamik

Im Zuge der gegenwärtigen Dekarbonisierung der Stahlindustrie gewinnen Alternativen zur CO2-intensiven integrierten Route zunehmend an Bedeutung. Beispiele dafür umfassen die Rohstahlherstellung im Elektrolichtbogenofen mit Stahlschrott und/oder direktreduziertem Eisen als Einsatzstoffe. Der EAF nimmt als überaus flexibles Aggregat mit bis zu 100 % Feststoffeinsatz eine Schlüsselrolle in der Zukunftsgestaltung der österreichischen und europäischen Stahlproduktion ein. Die konkreten Verfahrensbedingungen variieren je nach Standort, Betreiber und sonstigen Gegebenheiten. Die Einstellung optimaler Prozessbedingungen durch Testserien am realen Aggregat erweist sich i. d. R. als kostspielig und riskant. Abhilfe hierfür schaffen Prozesssimulationen, die den metallurgischen Prozess realitätsnah digital abbilden und sich für Prognosen zu Temperaturen, Massen und Zusammensetzungen über die Prozessdauer eignen. Im Bereich der Flüssigphasenmetallurgie bietet sich die Anwendung von „Effective-Equilibrium-Reaction-Zone“-Modellen an. Auf Grundlage fundierter thermodynamischer Datenbanken ermöglichen diese eine wirklichkeitsgetreue Simulation metallurgischer Prozesse bei relativ einfacher Implementierung und kurzer Berechnungsdauer. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein kürzlich entwickeltes EERZ-Modell aus der Literatur nachgebildet und die prinzipielle Anwendbarkeit zur Prognose der Temperatur, Menge und Zusammensetzung des Abgases untersucht. Darüber hinaus fand eine Prüfung des Modells mit Prozessdaten statt. Durch Parametertests konnte zudem geklärt werden, wie eine Variation der Sauerstoffzuweisung auf verschiedene Reaktionszonen das Verschlackungsverhalten der Legierungselemente beeinflusst.