Schnelle Schlackenanalyse: Methoden im Geschwindigkeits-Ranking

In Stahlwerken hat die Schlacke Analyse einen zentralen Einfluss auf Prozesskontrolle, Qualität und Kosteneffizienz. Klassische Laborverfahren liefern zwar präzise Ergebnisse, doch ihre langen Analysezeiten verhindern eine prozessnahe Steuerung bei EAF-, LF- und BOF-Betrieb. Heute stehen mehrere schnelle Analysemethoden zur Verfügung, die von prädiktiven Simulationen bis hin zu direkten Messverfahren reichen. Hier stellen wir verfügbare Methoden – sortiert nach Geschwindigkeit, Genauigkeit und praktischem Einsatz – in den Kontext der realen Produktion

1. Simulation(Predictive Modeling) – Schnellste Orientierung

Prinzip: Berechnung der Zusammensetzung und Eigenschaften der Schlacke auf Basis thermodynamischer Modelle, Prozessdaten und historischer Messreihen.

Nutzen:

• Sofortige Vorhersagen ohne physische Probennahme

• Geeignet für Trendanalysen und Frühwarnindikatoren

Nachteile:

• Keine direkte chemische Analyse, sondern modellierte Werte

• Genauigkeit stark abhängig von Datenqualität und Modellgüte

Einsatz: Prozessüberblick, Ergänzung zu realen Messungen, keine Ersatzmessung für chemisch exakte Analysen.

2. Laser OES (Optical Emission Spectroscopy)

Prinzip: Bei Laser-Optical Emission Spectroscopy (OES / LIBS) erzeugt ein fokussierter Laser ein Plasma auf der Schlackenprobe. Die emittierten Spektrallinien werden analysiert und die Elementgehalte (z. B. CaO, SiO₂, MgO, Al₂O₃) bestimmt.

Vorteile:

• Sekundenschnelle Ergebnisse – geeignet für at-line Prozesssteuerung und in-situ Entscheidungen direkt am Ofen oder im Nebenraum.

• Minimale Probenvorbereitung – granulierte Schlacke kann direkt gemessen werden, ohne Pressen oder Schmelzen. 

• Hohe Reproduzierbarkeit – im realen Betrieb vergleichbar mit RFA-Schmelzperlen bei wichtigen Oxiden

Nachteile:

• (Bisher) basiert die Kalibrierung nicht auf zertifizierten Referenzmaterialien (CRM´s)

• Probenahme erforderlich

Einsatz:

At-line Laser-OES Gerät ermöglicht Analysezeiten <60 s und verringert Sicherheitszugaben von Legierungselementen durch datenbasierte Entscheidungen.

3. EAF/LF Lichtbogen‑Beobachtung

Prinzip: Analyse von Licht-Emission des EAF Lichtbogens, Schaumverhalten oder thermischen Signalen zur qualitativen Einschätzung des Schlackenzustands.

Nutzen:

• Sofortige qualitative Indikatoren ohne Probennahme

• Unterstützt Erfahrungstrends in der täglichen Ofensteuerung

Limitationen:

• Keine chemische Zusammensetzung, nur Indizien

• Geringe Präzision – dient als ergänzende Information

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Einsatz: Trendanzeige, qualitative Indikatoren; nicht geeignet als alleinige Prozesskennzahl.

4. RFA – Pressling 

Prinzip: Gemahlene (~100µm Korngröße) Schlacke wird zu einem Pressling verdichtet und mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) untersucht. Diese Methode ist im Werklabor etabliert und liefert stabile Ergebnisse für die wichtigsten Oxide, jedoch ohne vollständige Homogenisierung.

Vorteile:

• Bewährte, robuste Methode für die wichtigsten Oxide

• Traditionell etabliert im Werklabor

• Bisher die schnellstmögliche "echte" analyse

Nachteile: Partikeleffekte, die insbesondere bei leichten Elementen wie Mg, Al und Si die Präzision und Genauigkeit einschränken, da die RFA-Strahlung nur eine geringe Eindringtiefe hat. Außerdem verlängert die Probenvorbereitung die Analysezeit, sodass Pressling-Messungen langsamer als direkte In-situ-Methoden sind.

• Probenvorbereitung erforderlich

• Langsamer als In-situ-Methoden

• Eingeschränkte Genauigkeit für leichte Elemente im Vergleich zu Fusionsperlen

Einsatz: Werklaboranalytik mit ausgewogenem Verhältnis von Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kosten.

5. RFA – Fusionsperle

Prinzip: Die Schlacke wird mit Flussmittel eingeschmolzen und zu einer homogenen Glasperle geformt. Matrixeffekte werden eliminiert, was sehr hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ermöglicht.

Vorteile:

• Sehr präzise und reproduzierbar

• Eliminierung von Matrixeffekten

Nachteile:

• Längere Probenvorbereitung

• Nicht für At‑line oder In‑line Echtzeitmessungen geeignet

Einsatz: Labor Referenz für Qualitätsdokumentation, Kalibrierung und Ringversuche.

5. Visuelle Schlackenbewertung – Erfahrungen des Bedienpersonals

Prinzip: Erfahrungsbasierte Bewertung von Farbe, Schaum und Oberfläche durch Bedienpersonal.

Vorteile:

• Sofort ohne Gerät verfügbar

• Ergänzend zur analytischen Bewertung 

Nachteile:

• Subjektiv 

• Geringe quantitative Aussagekraft 

Einsatz: Sofortindikator vor analytischer Bestätigung.

Vergleich: Methodenmatrix