Projekt CircSmeltSteel

Die europäische Stahlindustrie arbeitet am Übergang von der CO₂-intensiven Hochofen-Konverter-Route (BF-BOF) zur elektrisch basierten Stahlherstellung. Angetrieben wird die Dekarbonisierung auch durch den EU-Green Deal, den Clean Industrial Deal und steigende CO₂-Zertifikatskosten. Dieser Wandel schafft jedoch eine kritische Lücke. Eisenreiche Nebenprodukte, die derzeit intern über Sinteranlage und Hochofen recycelt werden, müssen beim Wegfall einer Sinteranlage anderwärtig verwertet werden.

CircSmeltSteel befasst sich gezielt mit dieser Herausforderung. Das Projekt entwickelt, validiert und skaliert zwei CO₂-arme elektrische Schmelzrouten – den Electric Smelting Furnace (ESF, auch Smelter, Submerged Arc Furnace oder Open Slag Bath Furnace genannt) und den Elektrolichtbogenofen (EAF). Beide Technologien können ein breites Portfolio an metallurgischen Nebenprodukten als Sekundärrohstoff verarbeiten. Dazu werden im Projekt CircSmeltSteel Hochofenstaub, BOF-Schlacke, EAF-Staub, eisenreicher Prozessschlamm aus einer stahlwerksinternen Abwasserbehandlung sowie die eisenreiche Fraktion der Roheisen-Entschwefelungsschlacke mit mittleren Eisengehalten von rund 40 Gew.-% untersucht. Die angestrebten Nebenproduktanteile betragen bis zu 50 % im ESF und 20 % im EAF, womit eine massive CO₂-Reduktion gegenüber der konventionellen BF-BOF-Route erzielt werden kann und im Projekt demonstriert werden soll.

Was CircSmeltSteel auszeichnet, ist die durchgängige Betrachtung der gesamten Prozesskette. Das Projekt umfasst die Charakterisierung der Nebenprodukte und deren Aufbereitung (z. B. Agglomeration von Stäuben) über Schmelzversuche, Sekundärmetallurgie, Gießen, Warm- und Kaltwalzen bis hin zur Bewertung der Eigenschaften des Endprodukts. Der verstärkte Einsatz von Reststoffen als Sekundärmaterialien erhöht unweigerlich den Eintrag an sogenannten Begleitelementen wie Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kupfer, Molybdän und Zinn. CircSmeltSteel untersucht systematisch, wie sich diese Elemente auf die Bildung nichtmetallischer Einschlüsse, die Oberflächenqualität, das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften auswirken und entwickelt Prozessstrategien, um ihre Auswirkungen zu minimieren.

Die Kombination aus physikalisch basierten Modellen und Reduced-Order-Modellen soll für die Level-2-Prozessautomatisierung der beiden Anwendungsfälle Warmwalzen und Glühen nach dem Kaltwalzen genutzt werden. Alle Versuchsergebnisse und Modelle werden auf einer gemeinsamen digitalen Plattform nach FAIR-Datenprinzipien zusammengeführt, die über die Projektlaufzeit hinaus für die Stahlforschungsgemeinschaft zugänglich bleibt. Ökobilanz (LCA) und Lebenszykluskosten (LCC) quantifizieren den ökologischen und wirtschaftlichen Nutzen, wobei erste Abschätzungen auf mögliche Produktkostensenkungen von bis zu 15 % hindeuten.