DE102022130091A1

DE102022130091A1 - Einrichtung zur herstellung eines metallischen produkts und verwendung einer einrichtung

Info

Publication number: DE102022130091A1
Application number: DE102022130091.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Feldhaus; Andrea Lanari; Marco Abram; Michael Köberich; Thomas Maßmann
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2022-11-14
Publication date: 2024-05-16
Also published as: WO2024104784A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Langprodukts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Stabs und/oder eines metallischen Drahts, insbesondere eines metallischen Produkts einer eisenbasierten Legierung, umfassend:-einen Lichtbogenofen zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls aus einem metallischen Rohmaterial;-eine Stranggussanlage zur Herstellung eines Knüppelstrangs aus dem geschmolzenen Metall; und-eine Walzanlage zum Ausbilden des Knüppelstrangs zu dem metallischen Produkt; wobei die Einrichtung eingerichtet ist, um eine Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und von Scope-2-CO2-Emissionen zu reduzieren, insbesondere die Einrichtung eine Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und von Scope-2-CO2-Emissionen von weniger als oder gleich 300 kg/t des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 275 kg/t und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 250 kg/t umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts und eine Verwendung, insbesondere eine Verwendung der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts.
Bei der Herstellung von metallischen Produkten, insbesondere bei der Herstellung von metallischen Langprodukten, wird Prozessenergie bekanntermaßen durch Verbrennen kohlenstoffhaltiger Gase bereitgestellt, was zu CO2-Emission führt.
Weiterhin wird bekanntermaßen der mindestens eine während des Stranggießens eines metallischen Produkts, insbesondere während des Stranggießens eines metallischen Langprodukts, erzeugte Knüppelstrang in einzelne Knüppel geschnitten, um diese auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen und diese unter vorherigem Wiedererwärmen in einer Walzanlage zu einer Stahlstange, einem Stahldraht und sonstigen Stahllangprodukten zu walzen.
Zum Wiedererwärmen der Knüppel werden diese bekanntermaßen durch Verbrennen eines kohlenstoffhaltigen Gases in einem Ofen erwärmt, so dass auch hierdurch CO2-Emissionen erzeugt werden.
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, den Stand der Technik mit einer Verbesserung oder einer Alternative zu versehen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Langprodukts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Stabs und/oder eines metallischen Drahts, insbesondere eines metallischen Produkts einer eisenbasierten Legierung gelöst, umfassend:

- einen Lichtbogenofen zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls aus einem metallischen Rohmaterial;
- eine Stranggussanlage zur Herstellung eines Knüppelstrangs aus dem geschmolzenen Metall; und
- eine Walzanlage zum Bilden des Knüppelstrangs zu dem metallischen Produkt;

Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Figuren wie „ein“, „zwei“ usw. in der Regel als „mindestens“-Informationen, d. h. „mindestens ein ...“, „mindestens zwei ...“ usw., zu verstehen sind, sofern es nicht ausdrücklich aus dem jeweiligen Kontext ersichtlich ist oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass nur „genau ein ...“, „genau zwei ...“ usw. gemeint sein können.

Im Rahmen dieser Patentanmeldung soll der Begriff „insbesondere“ immer so verstanden werden, dass dieser Begriff ein optionales, bevorzugtes Merkmal einbringt. Der Ausdruck ist nicht als „nämlich“ zu verstehen.
Unter einer „Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts“, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Langprodukts, wird eine Einrichtung verstanden, die zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls, zum Stranggießen eines Knüppelstrangs, auch Strangguss genannt, und Walzen des Knüppelstrangs zu dem metallischen Produkt, insbesondere einem Stahlprodukt, konfiguriert ist.
Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Nenngießgeschwindigkeit von mehr als 3 m/Min, vorzugsweise mehr als 5 m/Min und besonders bevorzugt mehr als 7 m/Min aufweisen. Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Nenngießgeschwindigkeit von weniger als 10 m/Min aufweisen.
Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Abschnittsgröße für Knüppel mit einem Querschnitt von mehr als 10.000 mm2, vorzugsweise mehr als 20.000 mm2 und besonders bevorzugt mehr als 30.000 mm2 aufweisen. Vorzugsweise kann die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts eine Abschnittsgröße für Knüppel mit einem Querschnitt von mehr als 35.000 mm2, vorzugsweise mehr als 40.000 mm2 und besonders bevorzugt mehr als 45.000 mm2 aufweisen. Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Abschnittsgröße für Knüppel mit einem Querschnitt von weniger als 50.000 mm2 aufweisen.
Vorteilhafterweise kann die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts einen Lichtbogenofen zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls aus einem metallischen Rohmaterial aufweisen.
Ein „Lichtbogenofen“ ist ein Ofen, der elektrische Energie verwendet, die von einer Energieversorgungseinrichtung bereitgestellt und/oder behandelt wird, um einen Lichtbogen zu erzeugen, um ein metallisches Rohmaterial, insbesondere Schrottmetall und/oder eine Schrottmetallmischung und/oder direkt reduziertes Eisen (Direct Reduced Iron - DRI) und/oder heißbrikettiertes Eisen (Hot Briquetted Iron HBI) und/oder Heißmetall und/oder Flussmaterialien in dem Lichtbogenofen zu schmelzen.
Insbesondere kann zur Stahlherstellung verwendet werden.
Der Lichtbogen bildet sich zwischen dem metallischen Rohmaterial und der Elektrode. Die Ladung des Lichtbogenofens wird sowohl durch den Strom, der durch das metallische Rohmaterial fließt, als auch durch die von dem Lichtbogen entwickelte Strahlungsenergie erwärmt. Die Lichtbogentemperatur kann etwa 3.000 °C oder höher erreichen.
Ein Lichtbogenofen kann eine Ladekapazität größer oder gleich 1 Tonne, vorzugsweise größer oder gleich 20 Tonnen und besonders bevorzugt größer oder gleich 50 Tonnen aufweisen. Weiterhin vorteilhafterweise kann ein Lichtbogenofen eine Ladekapazität größer oder gleich 100 Tonnen, vorzugsweise größer oder gleich 200 Tonnen und besonders bevorzugt größer oder gleich 400 Tonnen aufweisen.
Der Lichtbogenofen kann ferner ausgelegt sein, um eine gewünschte Legierung hinsichtlich sekundärer metallurgischer Behandlungsschritte herzustellen. Alternativ kann die gewünschte Legierung durch sekundäre Metallurgie in einer dem Lichtbogenofen im Materialfluss folgenden Pfanne hergestellt werden.
Nach dem Einstellen der Legierung, insbesondere durch Legieren und Entgasen, und bei der gewünschten Temperatur, ist die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts ausgelegt, um das geschmolzene Metall auf die Oberseite der Stranggussanlage zu transportieren, insbesondere durch Verwendung einer mit dem geschmolzenen Metall gefüllten Pfanne.
Unter einer „Stranggussanlage“ wird eine Vorrichtung verstanden, die eine offene Form, um einen Knüppelstrang, insbesondere einen durchgehenden Knüppelstrang, zu formen, vorzugsweise eine Wendezone zum horizontalen Umlenken des Knüppel-strangs, falls erforderlich, und eine Entnahmeeinheit zur Steuerung und/oder Regelung der Gießgeschwindigkeit aufweist.
Darüber hinaus kann die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts eine „Walzanlage“ aufweisen, die ausgelegt ist, um den Knüppelstrang zu dem metallischen Produkt zu bilden, indem er durch ein oder mehrere Walzenpaare hindurchgeführt wird, die ausgelegt sind, um die Dicke zu verringern, um die Dicke gleichmäßig zu gestalten und/oder eine gewünschte mechanische Eigenschaft zu verleihen.
Nach dem Bilden des metallischen Produkts durch die Walzanlage kann die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts einen Wickler aufweisen, der eingerichtet ist, um das metallische Produkt aufzuwickeln. Wird ein Wickler verwendet, so können CO2-Emissionen, insbesondere Scope-2-CO2-Emissionen, reduziert werden, indem der Wickler mit einem elektrischen Antrieb versehen wird, der elektrische Energie in das Versorgungsnetz rekuperieren kann, wenn der Wickler abgebremst wird.
Beim Aufwickeln des metallischen Produkts weist das metallische Produkt eine Temperatur von mehr als oder gleich 780 °C, vorzugsweise mehr als oder gleich 850 °C und besonders bevorzugt mehr als oder gleich 930 °C auf. Vorzugsweise weist das metallische Produkt eine Temperatur während der Wicklung von weniger als oder gleich 1.100 °C, vorzugsweise weniger als oder gleich 1.000 °C und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 950 °C auf. Beim Aufwickeln des metallischen Produkts zu einer Spule und/oder nach dem Aufwickeln des metallischen Produkts zu einer Spule kann die Abwärme des metallischen Produkts und/oder der Spule zurückgewonnen werden, wodurch die CO2-Emission reduziert wird.
Unter anderem wird eine Abdeckung für die Spule in Betracht gezogen, unter der sich die Abwärme ansammelt und zur Umwandlung in einem Wärmetauscher verwendet werden kann.
Unter „Scope-1-e02-Emission“ wird eine direkte CO2-Emission verstanden, die direkt mit der Verbrennung eines fossilen Brennstoffs in den Perimetern der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts verbunden ist.
Unter „Scope-2-CO2-Emission“ wird eine indirekte CO2-Emission verstanden, die mit dem Kauf von Elektrizität, Dampf, Wärme und/oder Kühlung verbunden ist.
Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann dazu ausgelegt sein, einen metallischen Stab und/oder einen metallischen Draht, insbesondere ein metallisches Produkt einer eisenbasierten Legierung, herzustellen.
Eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen von weniger als oder gleich 325 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 262 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 230 kg/Tonne des metallischen Produkts umfassen. Weiterhin vorteilhafterweise kann eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts eine Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen von weniger als oder gleich 220 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 210 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 200 kg/Tonne des metallischen Produkts umfassen.
Hier wird eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts vorgeschlagen, deren CO2-Emissionen, insbesondere die Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen, im Vergleich zu einer zuvor bekannten Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts reduziert sind, insbesondere im Vergleich zu einer herkömmlichen Mini-Mühle zur Herstellung von metallischen Langprodukten.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung eine Scope-1-CO2-Emission von weniger als oder gleich 175 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 140 kg/Tonne und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 70 kg/Tonne.
Eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Scope-1-CO2-Emission von weniger als oder gleich 160 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 120 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 100 kg/Tonne des metallischen Produkts umfassen. Weiterhin vorteilhafterweise kann eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts eine Scope-1-CO2-Emission von weniger als oder gleich 90 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 80 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 60 kg/Tonne des metallischen Produkts umfassen.
In einer optionalen Ausführungsform umfasst die Einrichtung eine CO2-Emission von weniger als oder gleich 160 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 150 kg/Tonne und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 140 kg/Tonne.
Eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann eine Scope-2-CO2-Emission von weniger als oder gleich 130 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 120 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 110 kg/Tonne des metallischen Produkts umfassen. Weiterhin vorteilhafterweise kann eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts eine Scope-2-CO2-Emission von weniger als oder gleich 100 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 90 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 80 kg/Tonne des metallischen Produkts umfassen.
Wenn der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts mittels Elektrizität anstelle fossiler Brennstoffe Energie zugeführt wird, insbesondere durch Erwärmen eines Ofens zum Schmelzen des metallischen Rohmaterials mit elektrischer Energie statt durch Verbrennen eines kohlenstoffhaltigen Gases, kann die Scope-1-CO2-Emission reduziert werden. In ähnlicher Weise kann die Scope-2-CO2-Emission jedoch zunehmen, wenn die elektrische Energie auch durch Verbrennen fossiler Brennstoffe in einer außerhalb der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts befindlichen Kraftanlage erzeugt wird.
Es gibt zwei unabhängige Ansatzpunkte zur Verringerung der Scope-2-CO2-Emissionen.
Zum einen kann die Umwandlungseffizienz der Energie innerhalb der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts durch technische Maßnahmen verbessert werden, so dass die Energie möglichst erhalten bleibt.
Andererseits kann die elektrische Energie aus Energiequellen gewonnen werden, die nur einen niedrigen CO2-Fußabdruck aufweisen, insbesondere mittels Kernenergie, oder die regenerativ sind, insbesondere Wasserkraft, Windkraft, Bio-Energie und/oder Sonnenenergie.
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts direkt über eine Stromversorgung, insbesondere ein Dreiphasen-Wechselstromversorgungsnetz und/oder über eine Gleichstromversorgung mit einem Windpark und/oder einer Biogasanlage und/oder einem Wasserkraftwerk und/oder einer Photovoltaikanlage verbunden und kann die elektrische Energie von dort erhalten.
In einer zweckdienlichen Ausführungsform umfasst der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lichtbogenofens mit elektrischer Energie;

- wobei die Energieversorgungseinrichtung mit einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem verbunden ist;
- wobei die Energieversorgungseinrichtung mit mindestens einer Anode und einer Kathode zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Gleichstrom oder mindestens zwei Elektroden zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Wechselstrom verbunden ist; und
- wobei die Energieversorgungseinrichtung einen Phasenverschiebungstransformator und eine Gleichrichterschaltung umfasst.

In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lichtbogenofens mit elektrischer Energie;

- wobei die Energieversorgungseinrichtung mit einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem verbunden ist;
- wobei die Energieversorgungseinrichtung mit mindestens zwei Elektroden zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Wechselstrom verbunden ist;
- wobei die Energieversorgungseinrichtung mindestens einen Einphasen-Leistungstransformator umfasst.

Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einer „Energieversorgungseinrichtung“ wird eine Einrichtung verstanden, die angeordnet ist, um elektrische Leistung bereitzustellen, elektrische Leistung zu konditionieren und/oder Leistungssystemstörungen abzuschwächen. Eine Energieversorgungs-einrichtung könnte elektrisch mit einem Lichtbogenofen oder mit einem Leistungstransformator verbunden sein, der mit dem Lichtbogenofen verbunden ist.

Eine Energieversorgungseinrichtung kann einen Transformator, insbesondere einen Phasenverschiebungstransformator und einen Gleichrichter, aufweisen. Zusätzlich kann eine Energieversorgungseinrichtung eine Glättungsschaltung, die ausgelegt ist, um eine Welligkeitsspannung zu begradigen, wobei die Glättungsschaltung eine Kapazitätsbank, die parallel zu einer elektrischen Last und/oder einer in Reihe mit der elektrischen Last geschalteten Induktivität-Bank verbunden ist, und einen Wechselrichter, um einen wechselstrombetriebenen Lichtbogenofen mit Strom zu versorgen, oder einen Chopper, um einen gleichstrombetriebenen Lichtbogen mit Strom zu versorgen, aufweisen kann.
In einem Lichtbogenofen, der durch Gleichstrom betrieben wird, können die Elektroden als Anode und Kathode bezeichnet werden. Eine Anode kann auch in mehrere Segmente unterteilt sein.
Eine Anode, vorzugsweise eine Bodenelektrode, ist metallisches und/oder leitfähiges Material im Boden eines Ofens, wobei Bögen zwischen dem metallischen Rohmaterial und der Kathode von oben, vorzugsweise einer Kathode aus Graphit oder Kohlenstoff, gebildet sind.
In einem durch Wechselstrom betriebenen Lichtbogenofen sind die mindestens zwei Elektroden vorzugsweise aus Graphit oder Kohlenstoff hergestellt.
Ein „Phasenverschiebungstransformator“ ist ein spezialisierter Typ von Transformator, der konfiguriert sein kann, um die Phasenbeziehung zwischen seinen Primärkreisen (Primärkreis) und seinen Sekundärkreisen (Sekundärkreis) anzupassen, was es ermöglicht, den Leistungsfluss auf einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem zu steuern.
Der Phasenwinkel eines Dreiphasen-Transformators ist eine Funktion einer Vektorgruppe des Dreiphasen-Transformators.
Eine Vektorgruppe, an anderer Stelle durch ein Verbindungssymbol definiert, ist das Verfahren der International Electrotechnical Commission (IEC) zur Kategorisierung der Primärwicklungs-, vorzugsweise Hochspannungs-(HV)-wicklungs-, und der Sekundärwicklungs-, vorzugsweise Niederspannungs-(LV)-wicklungskonfigurationen von Dreiphasen-Transformatoren. Die Vektorgruppenbezeichnung gibt die Wicklungskonfigurationen und die Differenz im Phasenwinkel zwischen ihnen an.
Eine Vektorgruppe bietet eine einfache Möglichkeit, anzuzeigen, wie die Verbindungen eines Transformators angeordnet sind. Es sind unterschiedliche Konfigurationen möglich, wie die Primärwicklungen, vorzugsweise MV-Wicklungen, und die Sekundärwicklungen, vorzugsweise LV-Wicklungen, miteinander verbunden sind. Insbesondere können sie in einer Dreieckschaltung, einer Sternschaltung oder einer Zickzackschaltung miteinander verbunden sein, wobei Primärwicklungen, vorzugsweise MV-Wicklungen, und Sekundärwicklungen, vorzugsweise LV-Wicklungen, jeweils unterschiedlich verbunden werden können, was zu einer Phasenverschiebung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Phasenverschiebungstransformators führt.
Zum Beispiel können eine Stern-MV-Wicklung und eine Dreieck-LV-Wicklung kombiniert werden, um eine Vektorgruppe zu bilden, wobei dies zu einer Phasenverschiebung von 30 Grad zwischen der Primärseite und der Sekundärseite führt.
Durch vorteilhafte Auswahl der Vektorgruppe kann die im Stromversorgungssystem injizierte Gesamtharmonikverzerrung minimiert werden.
Die Gesamtharmonikverzerrung des Dreiphasen-Stromversorgungssystems kann durch Auswählen der Vektorgruppe des Dreiphasen-Transformators beeinflusst werden. Insbesondere kann die im Dreiphasen-Stromversorgungssystem verursachte Gesamtharmonikverzerrung durch Verwenden eines Phasenverschiebungstransformators minimiert werden.
Der Phasenwinkel kann durch den Phasenverschiebungstransformator in einem Bereich der Phasenverschiebung von primär zu sekundär von weniger als oder gleich plus/minus 5°, vorzugsweise in einem Bereich von weniger als oder gleich plus/minus 10° und besonders bevorzugt in einem Bereich von weniger als oder gleich plus/minus 15° beeinflusst werden. Weiterhin kann der Phasenwinkel vorzugsweise durch den Phasenverschiebungstransformator in einem Bereich der Phasenverschiebung von primär zu sekundär von weniger als oder gleich plus/minus 20°, vorzugsweise in einem Bereich von weniger als oder gleich plus/minus 25° und besonders bevorzugt in einem Bereich von weniger als oder gleich plus/minus 30° beeinflusst werden. Weiterhin kann der Phasenwinkel vorzugsweise durch den Phasenverschiebungstransformator in einem Bereich der Phasenverschiebung von primär zu sekundär von weniger als oder gleich plus/minus 35°, vorzugsweise in einem Bereich von weniger als oder gleich plus/minus 40° und besonders bevorzugt in einem Bereich der Phasenverschiebung von primär zu sekundär von weniger als oder gleich plus/minus 45° beeinflusst werden. Die obigen Phasenverschiebungswerte sind so zu verstehen, dass sie zwischen den nächstgelegenen benachbarten oberen oder unteren Umkehrpunkten der Wechselstromwellenformen des Primärkreises und des phasenverschobenen Sekundärkreises gelesen werden.
Ein Phasenverschiebungstransformator ist eine einfache, robuste und zuverlässige Technologie.
Ein „Gleichrichter“ ist eine elektrische Vorrichtung, die Wechselstrom, der periodisch die Richtung umkehrt, in Gleichstrom umwandelt, der in nur einer Richtung fließt. Ein Gleichrichter kann ein Dreiphasengleichrichter sein.
Der Gleichrichter kann eine Topologie aufweisen, die Dioden umfasst und/oder daraus besteht. Ein Dreiphasen-Diodengleichrichter kann ein ungesteuerter n-facher 6-Pulsdiodengleichrichter sein, insbesondere ein 6-Pulsdiodengleichrichter, ein 12-Pulsdiodengleichrichter, ein 18-Pulsdiodengleichrichter und so weiter. Der Dreiphasen-Diodengleichrichter ermöglicht, dass Energie nur vom Netz in den Ofen fließt.
Der Gleichrichter kann eine Topologie aufweisen, die Thyristoren umfasst und/oder daraus besteht. Ein Dreiphasen-Thyristorgleichrichter kann ein gesteuerter Thyristorgleichrichter sein, insbesondere ein 6-Puls-Thyristorgleichrichter, ein 12-Puls-Thyristorgleichrichter, ein 18-Puls-Thyristorgleichrichter und so weiter. Der Dreiphasen-Thyristorgleichrichter ermöglicht, dass Energie nur vom Netz in den Ofen fließt.
Der Gleichrichter kann eine Topologie aufweisen, die IGBTs umfasst und/oder daraus besteht. Ein Dreiphasen-IGBT-Gleichrichter kann ein gesteuerter IGBT-Gleichrichter sein. Der Dreiphasen-IGBT-Gleichrichter ermöglicht, dass Energie vom Netz in den Ofen und in den Ofen zum Netz fließt. Der Dreiphasen-IGBT-Gleichrichter ist allgemein als reversibler Gleichrichter oder AFE (Active Front End) bekannt.
Die Verwendung eines Lichtbogenofens, insbesondere eines gleichstrombetriebenen Lichtbogenofens oder eines wechselstrombetriebenen Lichtbogenofens, kann die Scope-1-CO2-Emission im Vergleich zu einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Ofen zum Schmelzen des metallischen Rohmaterials reduzieren.
Ein Lichtbogenofen stellt eine stark nichtlineare Last dar. Eine solche nichtlineare Last kann Flicker und/oder eine harmonische Verzerrung in dem Stromversorgungssystem verursachen, das mit dem Lichtbogenofen verbunden ist.
Die Energieversorgungseinrichtung kann einen oder mehrere Sensoren einschließen, um Informationen über harmonische Verzerrungen und/oder Flicker und/oder ein Verhältnis des Wirkleistungsflusses und des Blindleistungsflusses in dem Stromversorgungssystem bereitzustellen.
Eine elektronische Steuereinheit kann mit einem oder mehreren solchen Sensoren wirkverbunden sein und Sensorsignale empfangen, verarbeiten und diese verwenden, um die Energieversorgungseinrichtung zu steuern oder zu regeln, insbesondere durch Steuer- und/oder Regelungseingriffe am Wechselrichter oder dem Chopper.
Die damit erreichbare Verringerung der harmonischen Verzerrung und/oder des Flickers kann bedeuten, dass die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts auf einen statischen Blindleistungs-(VAR)-kompensator zur Versorgung des Lichtbogenofens verzichten kann. Dies kann die Investitionskosten reduzieren und die elektrische Effizienz erhöhen, wodurch die Scope-2-CO2-Emissionen reduziert werden.
Wenn der Lichtbogenofen für Gleichstrom- oder Wechselstrombetrieb eingerichtet ist, so dass die Stromversorgungseinrichtung auf einen Wechselrichter verzichten kann, kann die elektrische Effizienz des Gesamtsystems wieder verbessert werden.
Es hat sich gezeigt, dass die hierin vorgeschlagene Energieversorgungseinrichtung in Kombination mit einem gleichstrombetriebenen Lichtbogenofen oder mit einem wechselstrombetriebenen Lichtbogenofen im Vergleich zu zuvor bekannten Systemen den notwendigen elektrischen Energieverbrauch, der dem Betrieb des Lichtbogenofens zugeordnet ist, um mehr als oder gleich 5 %, vorzugsweise um mehr als oder gleich 7 % und besonders bevorzugt um mehr als oder gleich 9 % reduzieren kann.
Wenn die notwendige elektrische Energie mindestens teilweise weiterhin durch regenerative Verfahren erhalten wird, kann die CO2-Emission weiter reduziert werden.
Hierzu kann die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts direkt sowie zur direkten Verwendung der bereitgestellten Energie an einen zugeordneten Windpark und/oder eine zugehörige Photovoltaikanlage und/oder eine zugehörige Bioenergieanlage und/oder eine Wasserkraftanlage elektrisch angeschlossen werden.
Die Scope-2-CO2-Emission kann auch durch eine elektrische Verbindung zu einer Kernkraftanlage und die Verwendung von Kernenergie weiter reduziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung weniger als einen statischen Blindleistungskompensator zur Verbindung mit einem Dreiphasenstromsystem.
Es hat sich herausgestellt, dass durch Weglassen eines statischen Blindleistungskompensators der mit dem Betrieb der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts verbundene Bedarf an elektrischer Energie um mehr als oder gleich 1 %, vorzugsweise um mehr als oder gleich 2 % und mehr bevorzugt um mehr als oder gleich 3 % reduziert werden kann.
Zweckmäßigerweise umfasst der Lichtbogenofen eine kontinuierliche Ladevorrichtung zum kontinuierlichen Laden des Lichtbogenofens mit dem metallischen Rohmaterial.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einer „kontinuierlichen Ladevorrichtung“ wird ein Mittel verstanden, das eingerichtet ist, um einen Lichtbogenofen kontinuierlich mit metallischem Rohmaterial zu füllen.

Bekannte Lichtbogenöfen werden intermittierend gefüllt, wobei der Lichtbogenofen mit einer Ladung von metallischem Rohmaterial beladen wird, das metallische Rohmaterial geschmolzen wird und das geschmolzene Material abgegeben wird, bevor die nächste Ladung von metallischem Rohmaterial in den Lichtbogenofen geladen werden kann.
Die kontinuierliche Ladevorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise, dass der Schmelzprozess im Vergleich zu einem Lichtbogenofen ohne kontinuierliches Laden kontinuierlicher erfolgt, da die Ladungsmischung vorzugsweise kontinuierlich zugeführt und geschmolzen wird.
Durch die kontinuierliche Ladevorrichtung kann ein Flachbadbetrieb des Lichtbogen-ofens erreicht werden, wodurch vermieden wird, dass das Lichtbogenofendach geöffnet werden muss, um den Lichtbogenofen mit einem Eimer zu füllen. Bei herkömmlichen Lichtbogenöfen, die über einen Eimer gefüllt werden, bewirkt jede Öffnung des Dachs einen Energieverlust zwischen 5 und 10 kWh/Tonne des metallischen Produkts. Daher kann eine Reduktion der Scope-2-CO2-Emission durch die kontinuierliche Ladevorrichtung erreicht werden.
Der erforderliche elektrische Energieverbrauch, der dem Betrieb des Lichtbogenofens zugeordnet ist, und somit die Scope-2-CO2-Emission kann um mehr als oder gleich 4 % reduziert werden, indem eine kontinuierliche Ladevorrichtung verwendet wird, vorzugsweise um mehr als oder gleich 5 % und besonders bevorzugt um mehr als oder gleich 6 %.
Darüber hinaus kann eine Scope-1-CO2-Emissionsreduktion dadurch erreicht werden, dass der Scope-1-CO2-Emissionsverbrauch der mindestens eine Elektrode durch den Flachbadbetrieb des Lichtbogenofens vorteilhaft reduziert werden kann.
Aufgrund des konstanten Schmelzprofils und einer möglichen bevorzugten Kombination einer kontinuierlichen Ladevorrichtung mit einer automatischen Schlackentür kann die in den Lichtbogenofen injizierte Kohlenstoffzufuhr im Vergleich zu einem herkömmlichen Lichtbogenofen reduziert werden, wodurch erneut die Scope-1-CO2-Emissionen reduziert werden.
Darüber hinaus kann die kontinuierliche Ladevorrichtung die Notwendigkeit eines Vorwärmsystems für den Schrott beseitigen. Dies kann die notwendige Kohlenstoffinjektion in den Lichtbogenofen im Vergleich zu einem Lichtbogenofen unter Verwendung eines Vorwärmsystems für den Schrott reduzieren, da kein überschüssiger CO für das Vorwärmen benötigt wird. Es ist zu beachten, dass das Vorwärmen des Schrotts in einem herkömmlichen Lichtbogenofen durch Nachverbrennung von CO zu CO2 erfolgt und ansonsten etwas überschüssiges CO hierfür benötigt wird. Dementsprechend kann dies wiederum die CO2-Emissionen reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Lichtbogenofen einen Wasserstoffbrenner.
Hier wird vorgeschlagen, dass der Lichtbogenofen mindestens einen Wasserstoffbrenner umfasst, wobei der Wasserstoffbrenner dazu ausgelegt ist, Wärme an ein Ofengefäß des Lichtbogenofens von seiner Außenseite zuzuführen. Mit dieser zusätzlichen Wärme kann auch das metallische Rohmaterial geschmolzen und weiter erwärmt werden.
Durch die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff zur Erzeugung von Prozesswärme können sowohl die Scope-1-CO2-Emission als auch die Scope-2-CO2-Emission reduziert werden.
Der Wasserstoff kann durch Dampfelektrolyse ausgehend von dem durch die Wärme der Abgase des Lichtbogenofens erzeugten Dampf gewonnen werden.
Weiterhin ist zu beachten, dass der Wasserstoff auch durch regenerative Verfahren erhalten werden kann. Insbesondere kann der Wasserstoff durch Elektrolyse unter Verwendung elektrischer Energie aus einem Windpark, einer Biogasanlage, einem Wasserkraftwerk oder einer Photovoltaikanlage hergestellt werden. Alternativ kann Energie aus einer Kernkraftanlage verwendet werden, um Wasserstoff herzustellen.
Durch die Verwendung eines Lichtbogenofens mit einem Wasserstoffbrenner kann erreicht werden, dass die Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts um mehr als oder gleich 10 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise um mehr als oder gleich 12 kg/Tonne des metallischen Produkts und besonders bevorzugt um mehr als oder gleich 14 kg/Tonne des metallischen Produkts reduziert werden kann.
In einer optionalen Ausführungsform umfasst der Lichtbogenofen eine automatische Schlackentür.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Eine „automatische Schlackentür“ ist eine Tür des Lichtbogenofens, die eingerichtet ist, um die Menge an Schlacke, die auf dem Bad aus flüssigem Metall innerhalb des Lichtbogenofens schwimmt, automatisch zu steuern und/oder zu regeln.

Die automatische Schlackentür kann eingerichtet sein, um den Lichtbogenofen abzudichten und/oder einen Schlackenstrom, insbesondere einen aus dem Ofen kommenden Schlackenstrom, zu regulieren.
Durch das Abdichten des Lichtbogenofens kann der Lichtbogenofen mit einer höheren Schlackenschicht betrieben werden, was zu einem längeren Bogen und einem geringeren Strom führt, der dem längeren Bogen zugeordnet ist. Da der Scope-1-CO2-Emissionsverbrauch der mindestens einen Elektrode proportional zum Strom und dem Quadrat des Stroms ist, bedeutet niedrigerer Strom einen geringeren Elektrodenver-brauch, was direkt zu einer geringeren Scope-1-CO2-Emission führt.
Gleichzeitig kann durch automatische Abdichtung des Lichtbogenofens eine Verringerung des Verlusts von nützlichem Kohlenstoff und Kalk innerhalb des Lichtbogenofens erreicht werden, wodurch die Zufuhr von für den Betrieb des Lichtbogenofens benötigtem Kohlenstoff und Kalk reduziert werden kann, die in den Lichtbogenofen injiziert werden. Dies kann wiederum die Scope-1-CO2-Emission reduzieren, die dem Betrieb des Lichtbogenofens zugeordnet ist.
Somit kann die Scope-1-CO2-Emission durch die Verwendung einer automatischen Schlackentür, insbesondere um 0,5 %, vorzugsweise um 1 % und besonders bevorzugt um 1,5 % reduziert werden.
Gleichzeitig kann durch die automatische Schlackentür ein besseres Schlackenaufschäumen erreicht werden, was die Energieeffizienz des Lichtbogenofens erhöhen kann. Insbesondere können Energieverluste in wassergekühlten Platten des Lichtbogenofens reduziert werden, wodurch der Bedarf an elektrischer Energie reduziert wird. Dadurch kann die Scope-2-CO2-Emission reduziert werden, insbesondere um 0,5 %, vorzugsweise um 1 % und besonders bevorzugt um 1,5 %.
Gemäß einer zweckdienlichen Ausführungsform umfasst die Einrichtung eine Pfanne und ein elektrisches Pfannenvorwärmsystem, welches eingerichtet ist, um eine Pfannen-beschichtung vorzuheizen, und/oder ein elektrisches Pfannentrocknungssystem, welches eingerichtet ist, um die Pfannenbeschichtung zu trocknen.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einem „elektrischen Pfannentrocknungssystem“ soll ein durch elektrische Energie erwärmtes System zum Trocknen einer Beschichtung der Pfanne verstanden werden, wobei das elektrische Pfannentrocknungssystem vorzugsweise ausgelegt ist, um die Feuerfestmaterialien der Pfanne zu trocknen und auf eine ordnungsgemäße Betriebs-temperatur zu erwärmen.

Unter einem „elektrischen Pfannenvorwärmsystem“ soll ein elektrisches Heizsystem für die Beschichtung der Pfanne verstanden werden, wobei das System vorzugsweise angeordnet ist, um die Feuerfestmaterialien der Pfanne auf die vorgesehene Betriebs-temperatur zu erwärmen.
In bekannter Weise erfolgt das Erwärmen und Trocknen der Beschichtung der Pfanne durch Verbrennen eines kohlenstoffhaltigen Gases, so dass durch das hierin vorgeschlagene System eine Reduktion der Scope-1-CO2-Emission erreicht werden kann. Vorzugsweise kann dies die Scope-1-CO2-Emission um mehr als oder gleich 5 kg/Tonne des metallischen Produkts, mehr bevorzugt um mehr als oder gleich 10 kg/Tonne des metallischen Produkts und am stärksten bevorzugt um mehr als oder gleich 15 kg/Tonne des metallischen Produkts reduzieren.
Die Einrichtung kann eine Pfanne und einen Wasserstoffbrenner, der eingerichtet ist, um die Pfannenbeschichtung zu erwärmen, umfassen.
Durch die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff, um Prozesswärme für die Pfanne zu erzeugen, können sowohl die Scope-1-CO2-Emission als auch die Scope-2-CO2-Emission reduziert werden. Unter anderem ist es möglich, die Scope-1-CO2-Emission durch Scope-2-CO2-Emission zu ersetzen.
Weiterhin ist zu beachten, dass der Wasserstoff auch durch regenerative Verfahren erhalten werden kann, die auch die Scope-2-CO2-Emissionen reduzieren können.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung eine Gießwanne und ein elektrisches Gießwannentrocknungssystem, das eingerichtet ist, um eine Gießwannenbeschichtung zu trocknen, und/oder ein elektrisches Gießwannenvorwärmsystem, das eingerichtet ist, um die Gießwannenbeschichtung vorzuheizen.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einem „elektrischen Gießwannentrocknungssystem“ soll ein durch elektrische Energie erwärmtes System zum Trocknen einer Beschichtung der Gießwanne verstanden werden, wobei das elektrische Gießwannentrocknungssystem vorzugsweise ausgelegt ist, um die Gießwannenbeschichtung so zu erwärmen, dass ein Rest einer Metalllegierung entfernt werden kann.

Eine Verringerung der Scope-1-CO2-Emission in Bezug auf eine Gießwanne hängt von der Anzahl der in einem Jahr verwendeten Gießwannen ab, die unabhängig von der Anlagenproduktivität sein kann. Eine Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts kann jeden Tag der Herstellung eine Gießwanne verwenden, so dass der Energiebedarf für das Vorwärmen und/oder Trocknen für jede verwendete Gießwanne entstehen kann.
Vorzugsweise kann eine Reduktion der Scope-1-CO2-Emission um mehr als oder gleich 0,5 kg/Tonne des metallischen Produkts erreicht werden, indem ein elektrisches Gießwannentrocknungssystem für jede verwendete Gießwanne verwendet wird, stärker bevorzugt um mehr als oder gleich 1,0 kg/Tonne des metallischen Produkts und am stärksten bevorzugt um mehr als oder gleich 1,5 kg/Tonne des metallischen Produkts.
Unter einem „elektrischen Gießwannenvorwärmsystem“ soll ein elektrisches Heizsystem für die Beschichtung der Gießwanne verstanden werden, wobei das System vorzugsweise angeordnet ist, um die Beschichtung der Gießwanne auf die vorgesehene Temperatur des geschmolzenen Metalls zu erwärmen.
Vorzugsweise kann eine Reduktion der Scope-1-CO2-Emission um mehr als oder gleich 1,5 kg/Tonne des metallischen Produkts erreicht werden, indem ein elektrisches Gießwannenvorwärmsystem für jede verwendete Gießwanne verwendet wird, stärker bevorzugt um mehr als oder gleich 3,0 kg/Tonne des metallischen Produkts und am stärksten bevorzugt um mehr als oder gleich 4,5 kg/Tonne des metallischen Produkts.
Insgesamt zeigen Testdaten, dass mit einem elektrischen Gießwannenvorwärmsystem und mit einem elektrischen Gießwannentrocknungssystem Scope-1-CO2-Emission von mehr oder gleich 100.000 kg/Jahr, vorzugsweise um mehr als oder gleich 110.000 kg/Jahr und besonders bevorzugt um mehr als oder gleich 120.000 kg/Jahr eingespart werden kann.
Für eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts, um 350.000 t/Jahr herzustellen, kann eine Scope-1-CO2-Emission von mehr oder gleich 0,25 kg/Tonne des metallischen Produkts mit einem elektrischen Gießwannenvorwärmsystem und mit einem elektrischen Gießwannentrocknungssystem, vorzugsweise mehr oder gleich 0,30 kg/Tonne und besonders bevorzugt mehr oder gleich 0,35 kg/Tonne eingespart werden.
Für eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts, um 500.000 t/Jahr herzustellen, kann eine Scope-1-CO2-Emission von mehr oder gleich 0,20 kg/Tonne des metallischen Produkts mit einem elektrischen Gießwannenvorwärmsystem und mit einem elektrischen Gießwannentrocknungssystem, vorzugsweise mehr oder gleich 0,22 kg/Tonne und besonders bevorzugt mehr oder gleich 0,24 kg/Tonne eingespart werden.
Für eine andere Ausführungsform einer Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts, um 700.000 t/Jahr zu erzeugen, kann eine Scope-1-CO2-Emission von mehr oder gleich 0,15 kg/Tonne des metallischen Produkts mit einem elektrischen Gießwannenvorwärmsystem und mit einem elektrischen Gießwannentrocknungssystem, vorzugsweise mehr oder gleich 0,16 kg/Tonne und besonders bevorzugt mehr oder gleich 0,17 kg/Tonne, eingespart werden.
Die Einrichtung kann eine Gießwanne und einen Wasserstoffbrenner, der eingerichtet ist, um die Gießwannenbeschichtung zu erwärmen, umfassen.
Durch die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff, um Prozesswärme für die Gießwanne zu erzeugen, können sowohl die Scope-1-CO2-Emission als auch die Scope-2-CO2-Emission reduziert werden. Unter anderem ist es möglich, die Scope-1-CO2-Emission durch die Scope-2-CO2-Emission zu ersetzen.
Weiterhin ist zu beachten, dass der Wasserstoff auch durch regenerative Verfahren erhalten werden kann, die die Scope-2-CO2-Emissionen ebenfalls reduzieren können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung ausgelegt, um den Knüppelstrang direkt in der Walzanlage zu walzen, wobei die Einrichtung vorzugsweise ausgelegt ist, um den Knüppelstrang kontinuierlich von der Stranggussanlage zu der Walzanlage zu überführen, wobei die Einrichtung vorzugsweise eingerichtet ist, um den Knüppelstrang mit erster Wärme zu walzen.
Hier wird vorgeschlagen, den Knüppelstrang zu walzen, während die erste Wärme aus dem Knüppelstrangmaterial bestmöglich genutzt wird. Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, den Knüppelstrang nicht zunächst in einzelne Knüppel zu schneiden, um sie abkühlen zu lassen und wieder zum Walzen zu erwärmen, sondern den Knüppelstrang direkt und kontinuierlich nach dem Gießen zu walzen, wobei der Knüppelstrang mit der Gießgeschwindigkeit auf ein erstes Walzgerüst der Walzanlage läuft. Falls erforderlich, kann der Knüppelstrang vor dem Walzen zusätzlich erwärmt werden. Das Ziel der Verwendung des Knüppelstrangs direkt in der Walzanlage besteht jedoch darin, die erste Wärme aus dem Stranggussprozess bestmöglich zu nutzen. Dementsprechend kann die Scope-1-CO2-Emission dadurch deutlich reduziert werden. Vorzugsweise kann die Scope-1-CO2-Emission um mehr als oder gleich 15 kg/Tonne, vorzugsweise um mehr als oder gleich 15 kg/Tonne und besonders bevorzugt um mehr als oder gleich 20 kg/Tonne reduziert werden.
In einer optionalen Ausführungsform umfasst die Einrichtung ein Vorwärmsystem für Knüppelstränge, um den Knüppelstrang auf eine bevorzugte Walztemperatur zu erwärmen.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einem „Vorwärmsystem für Knüppelstränge“ wird ein System verstanden, das eingerichtet ist, um die Temperatur des Knüppelstrangs vor dem Walzen vorteilhaft wieder zu erhöhen, insbesondere für einen Bereich des Knüppelstrangs, der bei einer niedrigeren Gießgeschwindigkeit oder für einen allerersten, zur Kalibrierung der Mühle verwendeten Knüppel erzeugt wurde.

Das Vorwärmsystem für Knüppelstränge kann einen Induktor umfassen und/oder aus einem oder mehreren Induktoren bestehen.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einem „Induktor“ wird eine Vorrichtung verstanden, die eine elektrisch betriebene oszillierende elektrische Schaltung umfasst, die ausgelegt ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das in eine wirksame Beziehung mit dem Knüppelstrang gebracht werden kann, so dass der Knüppelstrang erwärmt werden kann.

Auf diese Weise kann die Verwendung eines Ofens zum Erwärmen des Knüppelstrangs bei Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Gases eliminiert werden, wodurch vorteilhafterweise die Scope-1-CO2-Emissionen reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Vorwärmsystem mit einer Gleich-stromversorgung, insbesondere einer Mittelspannungsgleichstromversorgung, verbunden.
Durch elektrisches Verbinden des Vorwärmsystems, insbesondere eines Induktors, mit einer Gleichstromversorgung, insbesondere einer Gleichstromversorgung ausgehend von einem Photovoltaiksystem, kann mindestens ein Gleichrichter eingespart werden, was einerseits die Investitionskosten reduzieren kann und andererseits die elektrischen Verluste eines Gleichrichters spart, so dass die Scope-2-CO2-Emission insbesondere um mehr als oder gleich 0,5 %, vorzugsweise um mehr als oder gleich 1,0 % und besonders bevorzugt um mehr als oder gleich 1,5 % reduziert werden kann.
Optional ist die Walzanlage mit einer Gleichstromversorgung, insbesondere einer Mittelspannungs-Gleichstromversorgung, verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Einrichtung mindestens teilweise mit Energie versorgt, die durch regenerative Verfahren erhalten wird.
Die folgenden Begriffe werden näher erläutert:

Unter einem „regenerativen Verfahren“ wird ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Energiequellen verstanden, die regenerativ sind, insbesondere Wasserkraft, Windkraft, Bio-Energie und/oder Sonnenenergie.

Vorzugsweise wird die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts mit elektrischer Energie versorgt, die durch regenerative Verfahren mit einer Rate von größer als oder gleich 15 %, vorzugsweise größer als oder gleich 30 % und mehr bevorzugt größer als oder gleich 45 % erzeugt wird. Weiter bevorzugt wird die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts mit elektrischer Energie versorgt, die durch regenerative Verfahren mit einer Rate von größer als oder gleich 60 %, vorzugsweise größer als oder gleich 75 % und mehr bevorzugt größer als oder gleich 90 % erzeugt wird.
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts direkt über eine Stromversorgung, insbesondere ein Dreiphasen-Wechselstromversorgungsnetz und/oder über eine Gleichstromversorgung mit einem Windpark und/oder einer Biogasanlage und/oder einem Wasserkraftwerk und/oder einer Photovoltaikanlage verbunden und kann die elektrische Energie von dort erhalten.
Der hier vorgeschlagene Lichtbogenofen zur Verwendung innerhalb der Einrichtung beseitigt die Notwendigkeit, kohlenstoffhaltige Gase zu verbrennen, um den Lichtbogenofen zu erwärmen, was vorteilhafterweise die Scope-1-CO2-Emissionen reduzieren kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Verwendung einer Einrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Herstellung eines metallischen Produkts gelöst.
Es versteht sich, dass die Vorteile einer Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Langprodukts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Stabs und/oder eines metallischen Drahts, insbesondere eines metallischen Produkts einer eisenbasierten Legierung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, direkt auf eine Verwendung einer Einrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Herstellung eines metallischen Produkts übertragen werden.
Es ist zu beachten, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts vorteilhaft mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung kombiniert werden kann, entweder einzeln oder kumulativ in beliebiger Kombination.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen erläutert, wobei:

1: eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts zeigt.

In der folgenden Beschreibung beschreiben gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Elemente bzw. gleiche Merkmale, so dass eine Beschreibung eines Elements, die unter Bezugnahme auf eine Figur durchgeführt wird, auch für die anderen Figuren gültig ist, so dass eine Wiederholung des jeweiligen Merkmals weggelassen wird.
Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts 10 in 1 besteht im Wesentlichen aus einer Stranggussanlage 3, 6, die eine Form 3 und eine Strangumlenk-vorrichtung 6 zur Herstellung eines Knüppelstrangs 5 aus geschmolzenem Metall (nicht markiert) und eine Walzanlage 20 zum Bilden des Knüppelstrangs 5 zu dem metallischen Material umfasst.
Das geschmolzene Metall wird aus Rohmaterial (nicht dargestellt) innerhalb eines Lichtbogenofens (nicht dargestellt) hergestellt.
Insbesondere kann die Einrichtung 10 zur Herstellung von Langprodukten aus Metall verwendet werden.
Der Lichtbogenofen kann eine Energieversorgungseinrichtung (nicht dargestellt) zum Versorgen des Lichtbogenofens mit elektrischer Energie umfassen, wobei die Energieversorgungseinrichtung mit einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem (nicht dargestellt) verbunden werden kann, wobei die Energieversorgungseinrichtung mit mindestens einer Anode (nicht dargestellt) und einer Kathode (nicht dargestellt) zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Gleichstrom oder mit mindestens zwei Elektroden zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Wechselstrom verbunden sein kann, und wobei die Energieversorgungseinrichtung einen Phasenverschiebungstransformator (nicht dargestellt) und eine Gleichrichterschaltung (nicht dargestellt) umfassen kann. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Einrichtung mindestens einen Einphasen-Leistungstransformator, welcher mit mindestens zwei Elektroden verbunden ist. Die Energieversorgungseinrichtung kann die Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen der Einrichtung 10 reduzieren.
Weitere Reduktionen von Scope-1-CO2-Emissionen und/oder Scope-2-CO2-Emissionen können erreicht werden, wenn der Lichtbogenofen mit einer kontinuierlichen Ladevor-richtung (nicht dargestellt) und/oder einem Wasserstoffbrenner (nicht dargestellt) und/oder einer automatischen Schlackentür (nicht dargestellt) ausgestattet ist.
Die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts 10 umfasst ferner eine Gießwanne 2 und eine Pfanne 1.
Die Pfanne 1 und/oder die Gießwanne 2 können ein elektrisches Vorwärmsystem (nicht dargestellt) und/oder ein elektrisches Trocknersystem umfassen, die jeweils zur Verringerung der Scope-1-CO2-Emissionen der Einrichtung 10 beitragen können.
Die Einrichtung 10 ist ausgelegt, um den Knüppelstrang 5 direkt in der Walzanlage 20 zu walzen, wobei die Einrichtung 10 vorzugsweise ausgelegt ist, um den Knüppelstrang 5 kontinuierlich von der Stranggussanlage 3, 6 zu der Walzanlage 20 zu überführen, wobei die Einrichtung 10 vorzugsweise eingerichtet ist, um den Knüppelstrang 5 mit erster Wärme zu walzen. Dies ermöglicht der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts 10, eine signifikante Reduzierung von Scope-1-CO2-Emissionen und/oder von Scope-2-CO2-Emissionen zu erreichen.
Die Einrichtung 10 kann ferner ein Vorwärmsystem 5 für Knüppelstränge umfassen, um den Knüppelstrang 5 auf eine bevorzugte Walztemperatur zu erwärmen, insbesondere ein Vorwärmsystem 5 für Knüppelstränge (nicht dargestellt) mit einem Induktor (nicht dargestellt) oder mehreren Induktoren (nicht dargestellt).
Das Vorwärmsystem und/oder die Walzanlage 20 könnten ausgelegt sein, um mit einer Gleichstromversorgung verbunden zu werden, um Scope-2-CO2-Emissionen zu reduzieren.
Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts 10 direkt über eine (nicht dargestellte) Stromversorgung, insbesondere ein Dreiphasen-Wechselstromversorgungsnetz (nicht dargestellt) und/oder über eine Gleichstromversorgung (nicht dargestellt), mit einem Windpark (nicht dargestellt) und/oder einer Biogas-anlage (nicht dargestellt) und/oder einem Wasserkraftwerk (nicht dargestellt) und/oder einer Photovoltaikanlage (nicht dargestellt) und/oder einer Kernkraftanlage verbunden und ausgelegt, um die notwendige elektrische Energie oder zumindest einen Bruchteil der notwendigen elektrischen Energie von dort zu erhalten. Dadurch können die Scope-2-CO2-Emissionen der Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts 10 reduziert werden.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Pfanne
2: Gießwanne
3: Form
5: Knüppelstrang
6: Strangumlenkvorrichtung
10: Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts
20: Walzanlage

Claims

Einrichtung zur Herstellung eines metallischen Produkts (10), insbesondere zur Herstellung eines metallischen Langprodukts, insbesondere zur Herstellung eines metallischen Stabs und/oder eines metallischen Drahts, insbesondere eines metallischen Produkts einer eisenbasierten Legierung, umfassend: - einen Lichtbogenofen zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls aus einem metallischen Rohmaterial; - eine Stranggussanlage (3, 6) zur Herstellung eines Knüppelstrangs (5) aus dem geschmolzenen Metall; und - eine Walzanlage (20) zum Bilden des Knüppelstrangs (5) zu dem metallischen Produkt; dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) eingerichtet ist, um eine Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen zu reduzieren, insbesondere die Einrichtung eine Summe von Scope-1-CO2-Emissionen und Scope-2-CO2-Emissionen von weniger als oder gleich 300 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 275 kg/Tonne und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 250 kg/Tonne umfasst.
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Scope-1-CO2-Emission von weniger als oder gleich 175 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 140 kg/Tonne und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 70 kg/Tonne umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Scope-2-CO2-Emission von weniger als oder gleich 160 kg/Tonne des metallischen Produkts, vorzugsweise weniger als oder gleich 150 kg/Tonne und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 140 kg/Tonne umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lichtbogenofens mit elektrischer Energie umfasst; - wobei die Energieversorgungseinrichtung mit einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem verbunden ist; - wobei die Energieversorgungseinrichtung mit mindestens einer Anode und einer Kathode zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Gleichstrom verbunden ist oder mindestens mit zwei Elektroden zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Wechselstrom verbunden ist; und - wobei die Energieversorgungseinrichtung einen Phasenverschiebungstransformator und eine Gleichrichterschaltung umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen des Lichtbogenofens mit elektrischer Energie umfasst; - wobei die Energieversorgungseinrichtung mit einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem verbunden ist; - wobei die Energieversorgungseinrichtung mit mindestens zwei Elektroden zum Versorgen des Lichtbogenofens mit einem Wechselstrom verbunden ist; - wobei die Energieversorgungseinrichtung mindestens einen Einphasen-Leistungstransformator umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) weniger als einen statischen Blindleistungskompensator zur Verbindung mit einem Dreiphasen-Stromsystem umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen eine kontinuierliche Ladevorrichtung zum kontinuierlichen Laden des Lichtbogenofens mit dem metallischen Rohmaterial umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen einen Wasserstoffbrenner umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenofen eine automatische Schlackentür umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) eine Pfanne (1) und ein elektrisches Pfannenvorwärmsystem, das eingerichtet ist, um eine Pfannenbeschichtung vorzuheizen, und/oder ein elektrisches Pfannentrocknungssystem, das eingerichtet ist, um die Pfannenbeschichtung zu trocknen, umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) eine Pfanne (1) und einen Wasserstoffbrenner, der eingerichtet ist, um die Pfannenbeschichtung zu erwärmen, umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Gießwanne (2) und ein elektrisches Gießwannentrocknungssystem, das eingerichtet ist, um eine Gießwannenbeschichtung zu trocknen, und/oder ein elektrisches Gießwannenvorwärmsystem, das eingerichtet ist, um die Gießwannenbeschichtung vorzuheizen, umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Gießwanne (2) und einen Wasserstoffbrenner, der eingerichtet ist, um die Gießwannenbeschichtung zu erwärmen, umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) ausgelegt ist, um den Knüppelstrang (5) direkt in der Walzanlage (20) zu walzen, wobei die Einrichtung (10) vorzugsweise ausgelegt ist, um den Knüppelstrang (5) kontinuierlich von der Stranggussanlage (3, 6) zu der Walzanlage (20) zu überführen, wobei die Einrichtung (10) vorzugsweise eingerichtet ist, um den Knüppelstrang (5) mit erster Wärme zu walzen.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) ein Vorwärmsystem für Knüppelstränge (5) umfasst, um den Knüppelstrang (5) auf eine bevorzugte Walztemperatur zu erwärmen.
Einrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmsystem für Knüppelstränge einen Induktor umfasst und/oder aus einem oder mehreren Induktoren besteht.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmsystem mit einer Gleichstromversorgung, insbesondere einer Mittelspannungsgleichstromversorgung, verbunden ist.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzanlage (20) mit einer Gleichstromversorgung, insbesondere einer Mittelspannungs-gleichstromversorgung, verbunden ist.
Einrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) mindestens teilweise mit Energie versorgt wird, die durch regenerative Verfahren erhalten wird.
Verwendung einer Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung eines metallischen Produkts.