Ein praktischer Leitfaden: Schlackenanalyse: Offline/At-Line/In-Line

Schlackenanalyse – Offline, At-Line, In-Line: Ein Leitfaden und Entscheidungshilfe

Die Zusammensetzung der Schlacke ist entscheidend, um Prozesse in der Stahlherstellung zu verstehen und zu optimieren. Angesichts schwankender Rohstoffströme, zunehmendem Einsatz von DRI und recycelten Materialien sowie steigenden Anforderungen an Effizienz und Produktqualität gewinnt eine schnelle, zuverlässige und unkomplizierte Schlackenanalyse zunehmend an Bedeutung.

Früher war die Schlackenanalyse ein nachgelagerter Schritt der Qualitätskontrolle – nützlich, aber zeitaufwendig. Heute entwickelt sie sich zu einem Instrument für Entscheidungen in Echtzeit. Sie ergänzt die Funken-OES-Analyse von Stahlproben und liefert wertvolle Prozessinformationen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Schlacken offline, at-line oder in-line zu analysieren.

Offline-Schlackenanalyse: Bewährt, präzise – aber nicht immer die beste Wahl

Die Offline-Analyse mit RFA ist das klassische Verfahren, besonders dort, wo Genauigkeit und Konsistenz im Vordergrund stehen. Schlackenproben werden an das zentrale Labor geschickt, wo sie unter stabilen Bedingungen – kontrollierte Temperaturen, minimale Staubbelastung und Vibrationen – analysiert werden. Hochwertige Geräte, bedient von geschultem Personal, gewährleisten zuverlässige Ergebnisse. Redundanz lässt sich einfach erreichen, und Platzprobleme treten selten auf.

Nachteilig ist die Verzögerung durch Probenversand, was logistischen Aufwand und Kosten erhöht. Auch die Verantwortung des Ofenpersonals für die Probenqualität kann geringer ausfallen. Geschichten, wie zu Beginn einer Schicht ein Eimer Schlacke gesammelt und Teilmengen davon mehrfach ins Labor geschickt wurden, kennen viele von uns. Zwar ist dies mit Verwendung der Laser OES auch heute noch möglich, aber deutlich unwahrscheinlicher, da sich jeder Mitarbeiter persönlich für das Messergebnis verantwortlich fült. Trotzdem bleibt die Offline-Analyse ideal für Werke, die detaillierte Ergebnisse benötigen und eine Laborinfrastruktur besitzen.

Vorteile:

• Hochwertige Analysen durch stabile Laborbedingungen

• Zentrale Ausstattung: nur ein Analysegerät nötig

• Geschultes Personal für konsistente Ergebnisse

• Redundanz leicht umsetzbar

• Installationsfläche selten ein Problem

Nachteile:

• Verzögerungen durch Transport, höhere Kosten

• Geringere Verantwortung der Bediener vor Ort

• Vakuumtransportsysteme kostenintensiv und wartungsaufwendig

Zur Information: Moderne Laser-OES-Systeme können Offline-Analysen erheblich beschleunigen, sodass Vorteile von At-Line- und Offline-Methoden kombiniert werden.

At-Line Schnelle Schlackenanalyse mit dem QLX9 im Schmelzofen-Leitstand

At-Line-Schlackenanalyse (neben dem Ofen) mit dem QLX9 in Kombination mit der Heavy-Duty-Option (Temperatur- und staubgeschützt)

Offline-Schlackenanalyse in einem Zentrallabor (mit einem Laser-OES-Schlackenanalysator)

EAF-Schlacke (Elektroschlacke) bereit für die Analyse in einem Laser-OES-Schlackenanalysator

Starten einer Laser-OES-Schlackenanalyse

At-Line-Schlackenanalyse: Geschwindigkeit trifft auf praktische Prozesssteuerung

At-Line-Analysen finden direkt neben dem Ofen statt, z. B. im Leitstand. Moderne Laser-OES-Systeme liefern Ergebnisse oft in weniger als einer Minute, was nahezu Echtzeitanpassungen ermöglicht. Die schnelle Rückmeldung verbessert die Prozesssteuerung und erlaubt Bedienern, effektiv auf Rohstoffschwankungen zu reagieren.

Im Vergleich zur Offline-Analyse entfallen teure Vakuumtransportsysteme. Das Ofenpersonal übernimmt automatisch mehr Verantwortung für Probenqualität. Herausforderungen bestehen in Staub, Hitze und begrenztem Platz, und die Wartung erfordert weiterhin Labor-Know-how. Bei weit verstreuten Messpunkten können mehrere Geräte nötig sein, was die Investition erhöht.

Vorteile:

• Schnelle Ergebnisse: Feedback nahezu in Echtzeit

• Keine Vakuumtransportsysteme nötig

• Verbesserung der Prozesskontrolle durch Bediener vor Ort

• Analysezeiten unter einer Minute möglich

Nachteile:

• Raue Umgebungsbedingungen können Geräte beeinträchtigen

• Begrenzter Platz erschwert Installation

• Wartung erfordert Laborwissen

• Mehrere Messpunkte erhöhen Investitionsbedarf

Inline-Schlackeanalyse: Eine Vision, die sich nicht bewährt hat

Die Inline-Schlackenanalyse gilt oft als das ultimative Ziel der Stahlprozesssteuerung: keine manuelle Probenahme, Echtzeitdaten und vollautomatischer Betrieb. Auf dem Papier verspricht sie eine Zukunft mit mannlosen Öfen und nahtloser Prozessüberwachung. In der Praxis hat sich dieses Konzept jedoch noch nicht als zuverlässige Lösung für den industriellen Einsatz etabliert.

Trotz zahlreicher Pilotprojekte bleiben Inline-Systeme teuer in der Anschaffung, komplex in der Bedienung und wartungsintensiv. Zusätzlich ist eine regelmäßige Kalibrierung und Validierung mit herkömmlichen Labormethoden erforderlich. Selbst sogenannte „Echtzeit“-Systeme benötigen aufgrund von Signalintegration, Spülung und Positionierung häufig 30 Sekunden oder länger pro Messung – von echter Echtzeit kann daher kaum die Rede sein.

Die größte Einschränkung liegt in den Ergebnissen: Aktuelle Inline-Technologien liefern meist nur begrenzte Trendinformationen und keine vollständige chemische Analyse. Sie eignen sich daher eher für akademische Studien oder spezialisierte R&D-Anwendungen als für den regulären Betrieb in einem Stahlwerk.

Obwohl die Idee attraktiv ist, bleibt der tatsächliche Nutzen im Vergleich zu modernen At-Line-Systemen gering – insbesondere angesichts der hohen Investitionskosten und der technischen Komplexität. Vorerst ist die Inline-Schlackenanalyse eher eine Vision als eine praktikable Lösung.

Vorteile:

• Vollautomatisch, keine Probenahme

• Echtzeit-Trenderkennung möglich

Nachteile:

• Noch nicht praxistauglich für industrielle Anwendungen

• Hohe Anschaffungs- und Wartungskosten

• Kalibrierung und Referenzanalyse weiterhin nötig

• Analysezeiten > 30 Sekunden

• Nur begrenzte chemische Informationen

Zusammenfassung und Empfehlung

In der Vergangenheit war die Offline-Schlackenanalyse die einzige praktikable Option, vor allem wegen der komplexen Anforderungen an die Probenvorbereitung für die RFA. Inline-Verfahren werden zwar aktuell auf Forschungsebene untersucht, sind jedoch noch nicht ausgereift für den breiten industriellen Einsatz.

Moderne Entwicklungen – insbesondere laserbasierte OES-Systeme – haben die Geschwindigkeit und Einfachheit der Schlackenanalyse deutlich verbessert. Dadurch gewinnt die At-Line-Analyse zunehmend an Attraktivität, da sie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit, Kosten und Praktikabilität bietet.

Dennoch bleiben in vielen Fällen Offline-Lösungen unverzichtbar:

• Wenn bereits eine Laborinfrastruktur und Transportsysteme vorhanden sind.

• Wenn Zeit oder Platz vor Ort begrenzt ist.

• Wenn mehrere Probenahmestellen eine zentrale Analyse erfordern.

Eine Einheitslösung gibt es nicht. Mit den heutigen Technologien können Hersteller jedoch die Methode auswählen, die am besten zu ihrer spezifischen Umgebung und ihren betrieblichen Anforderungen passt.