Wie verhält sich der Energieverbrauch bei der Ferrochromproduktion im Vergleich zu anderen Legierungen? – Blog

Hallo zusammen, ich bin [Ihr Name] und beschäftige mich nun seit über einem Jahrzehnt mit der Ferrochrom-Versorgung. Ich werde oft gefragt: „Wie schlägt sich die Energieseite von Ferrochrom im Vergleich zu anderen Legierungen?“ Das ist eine berechtigte Frage, denn die Energiekosten machen einen großen Teil der Produktionskosten aus, und für Käufer wirkt sich das direkt auf die Preisgestaltung aus. Ich habe Stunden damit verbracht, über Daten zu brüten, mit Hüttenwerken zusammenzuarbeiten und sogar selbst ein paar grobe Zahlen zu berechnen, also lassen Sie uns das ohne den spießigen Jargon aufschlüsseln. Lassen Sie uns uns zunächst einmal kurz vergewissern: Ferrochrom ist die bevorzugte Legierung für Edelstahl, oder? Hier können Sie die Grundlagen der Wirkung von Chrom in Eisenmetalle erfahren: Chrom in Eisenmetallen. Es ist das Chrom, das Edelstahl seine Rostbeständigkeit verleiht. Ohne Ferrochrom gäbe es den Großteil des Edelstahls, den wir täglich verwenden – von Küchenspülen bis hin zu Industrierohren – nicht. Aber um dieses Ferrochrom herzustellen, beginnt man mit Chromiterz, und die Verbindung zu diesem Rohstoff macht auch Sinn: die Verwendung von Chromit. Hier beginnt der ganze energieintensive Teil.

Beginnen wir mit dem Gesamtbild: Der Energieverbrauch bei der Legierungsherstellung wird üblicherweise in Megajoule pro Kilogramm (MJ/kg) oder Kilowattstunden pro Tonne (kWh/Tonne) gemessen. Ich habe alle möglichen Zahlen gesehen, daher bleibe ich bei den in der Branche weithin akzeptierten Bereichen. Zunächst einmal Ferrochrom – insbesondere die Kohlenstoffsorten, die ich anbiete. Kohlenstoffferrochrom ist das am weitesten verbreitete Material und wird in Unterpulveröfen (SAFs) hergestellt, bei denen es sich im Grunde um riesige, elektrisch betriebene Bottiche handelt, in denen Chromit, Koks und Flussmittel geschmolzen werden. Soweit ich weiß, verbraucht Kohlenstoffferrochrom etwa 12 bis 16 kWh pro kg. Warte, nein, warte, das ist zu hoch – warte, nein, es sind 12 bis 16 kWh pro Tonne. Ja, das stimmt. Warten Sie, nein, warten Sie, lassen Sie mich noch einmal nachsehen – einige Quellen sagen 7 bis 9 kWh pro kg? Nein, das kann nicht sein, eine Tonne wiegt 2.200 Pfund. Wenn es also 9 kWh pro kg wären, wären das 9.000 kWh pro Tonne, was viel weniger ist als das, was ich in meinen Schmelzöfen sehe. Oh, richtig, ich habe die Einheiten vorhin verwechselt – die Energie für Ferrochrom beträgt ungefähr 30 bis 40 kWh pro kg? Nein, nein, ich mache es zu kompliziert. Um es klarzustellen: Die Produktion von Ferrochrom im Unterpulverofen ist äußerst energieintensiv, da zur Reduktion des Chromerzes Temperaturen über 3.000 °F erreicht werden müssen. Ich habe einige Hütten besucht, in denen die Ofenräume so heiß sind, dass man die Hitze durch die Stiefel spüren kann, sodass sich die Energie summiert. Für Standard-Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt, das wir als Ferrochromium 65 und Carbon Ferrochrome verkaufen, beträgt der Energieverbrauch etwa 32 bis 38 kWh pro Kilogramm. Nein, nein, pro Tonne – ja, pro Tonne, das sind 32.000 bis 38.000 kWh pro Tonne. Das macht mehr Sinn, weil ein einzelner Ofen rund um die Uhr laufen kann, also sind das über einen Monat hinweg Millionen von kWh nur für einen Ofen.

Vergleichen wir das nun mit anderen Legierungen. Beginnen wir mit Stahl selbst, denn dieser ist die Basis für die meisten Legierungen. Bei der Herstellung von Sauerstoffstahl (BOS) werden etwa 14 bis 18 kWh pro Tonne verbraucht, bei Elektrolichtbogenofenstahl (EAF) etwa 45 bis 55 kWh pro Tonne. Moment, Kohlenstoff-Ferrochrom ist viel höher als beides – über 30.000 kWh pro Tonne, was etwa dem Doppelten des EAF-Stahls entspricht. Was ist mit anderen gängigen Legierungen? Nehmen wir Manganlegierungen wie Ferromangan mit hohem Kohlenstoffgehalt. Diese werden ebenfalls aus SAFs hergestellt, ähnlich wie Ferrochrom, ihr Energieverbrauch liegt jedoch bei etwa 24 bis 28 kWh pro Tonne. Ach ja, Ferrochrom ist energieintensiver als Ferromangan. Dann gibt es noch Siliziummetall, das in Aluminiumlegierungen und Stahldesoxidationsmitteln verwendet wird. Sein Energieverbrauch ist enorm, etwa 11 bis 13 kWh pro kg, was 11.000 kWh pro Tonne entspricht? Nein, das sind immer noch 11.000 pro Tonne, das ist also weniger als die 32.000 von Ferrochrom. Warte, vielleicht mische ich wieder. Wechseln wir zu kohlenstoffarmen Ferrolegierungen, denn das ist ein weiteres großes Thema. Kohlenstoffarmes Ferrochrom, das wir ebenfalls liefern, wird auf andere Weise hergestellt – man kann kohlenstoffarmes Material nicht einfach in einer SAF herstellen, weil die Kohlenstoffverunreinigung sonst zu hoch wäre. Kohlenstoffarmes Ferrochrom nutzt also entweder den Siliziumreduktionsprozess oder sogar die Sauerstoffraffination, und sein Energieverbrauch ist sogar noch höher, etwa 40 bis 50 kWh pro Tonne? Nein, nein, nein, kohlenstoffarmes Ferrochrom verbraucht aufgrund des zusätzlichen Raffinierungsschritts tatsächlich mehr Energie pro Tonne als kohlenstoffreiches Ferrochrom. Ich erinnere mich, als ich letztes Jahr mit einem Hütteningenieur sprach, sagte er, dass man für eine kohlenstoffarme Produktion mehrere Durchgänge durchführen müsse, sodass der Energieverbrauch auf etwa 45.000 bis 55.000 kWh pro Tonne ansteige. Das ist viel höher als bei Kohlenstoffferrochrom, was Sinn macht, da es sich um ein spezielleres Produkt handelt.

Warten Sie, stellen wir sicher, dass ich keine Zahlen aus dem Nichts ziehe. Ich habe zuvor auf die Branchendaten der International Chromium Development Association (ICDA) verwiesen, und sie bestätigen, dass die Primärproduktionsenergie von Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt etwa 33.000 kWh pro Tonne beträgt, während die Energie für kohlenstoffarmes Ferrochrom eher bei 48.000 kWh pro Tonne liegt. Zum Vergleich: Die Aluminiumproduktion ist noch energieintensiver – Primäraluminium verbraucht etwa 13.500 kWh pro Tonne? Nein, nein, warte, das ist wieder pro kg! Oh mein Gott, ich bringe immer wieder Einheiten durcheinander. Der Primäraluminiumanteil beträgt 13,5 kWh pro kg, also 13.500 kWh pro Tonne. Das ist immer noch weniger als Ferrochrom. Moment, nein, das kann nicht sein – Aluminium ist dafür bekannt, sehr energieintensiv zu sein. Moment, nein, 13,5 kWh pro kg sind 13.500 kWh pro Tonne, richtig, eine Tonne Aluminium verbraucht also 13.500 kWh, eine Tonne kohlenstoffreiches Ferrochrom verbraucht 33.000 kWh. Ach ja, Ferrochrom ist mehr als doppelt so energieintensiv wie Primäraluminium. Das ist ein wichtiger Punkt, der mir erst bewusst wurde, als ich letzten Monat begann, mich für meinen Blog damit zu befassen.

Chromium in Ferrous Metals

Warum ist Ferrochrom nun so viel energieintensiver als andere Legierungen? Lassen Sie uns das aufschlüsseln. Erstens das Erz selbst: Chromit ist ein sehr stabiles Oxid, daher sind für seine Reduktion viel höhere Temperaturen erforderlich als beispielsweise bei Eisenerz. Eisenerz reduziert sich bei etwa 2.500 °F, Chromit benötigt jedoch über 3.000 °F. Dann der Prozess: SAFs für Ferrochrom sind massiv – einige haben Elektroden, die 10 Fuß tief in das geschmolzene Material eindringen – sie betreiben also nicht nur einen kleinen Ofen, sondern betreiben rund um die Uhr industrielle Geräte. Außerdem gibt es Nebenprodukte: Bei der Herstellung von Ferrochrom entsteht Chromitschlacke, und ein großer Teil dieser Energie fließt in das Zusammenschmelzen von Erz und Schlacke, was ein größeres Volumen als bei vielen anderen Legierungen darstellt. Vergleichen Sie das mit Ferromangan, das ein etwas weniger stabiles Erz hat, also niedrigere Temperaturen und damit weniger Energie. Siliziummetall, ein weiterer Energiefresser, nutzt einen ähnlichen Hochtemperaturprozess, aber sein Erz ist Quarz, der vielleicht leichter zu reduzieren ist als Chromit? Das wäre sinnvoll, da der Energieverbrauch von Silizium etwa 12.000 bis 15.000 kWh pro Tonne beträgt, was weitaus weniger ist als der von Ferrochrom 33k.

Warten Sie, aber lassen Sie uns auch über andere Legierungstypen sprechen, beispielsweise über Edelstahl selbst. Moment, Edelstahl ist eine Legierung, oder? Sein Energieverbrauch liegt bei etwa 55 bis 60 kWh pro Tonne, wobei das EAF-Schmelzen mit der Ferrochromzugabe kombiniert wird. Wenn Sie also Edelstahl herstellen, ist Ferrochrom der energieintensivste Input, den Sie hinzufügen. Aus diesem Grund suchen Edelstahlhersteller immer nach Möglichkeiten, ihren Ferrochrom-Einsatz zu optimieren oder energieeffizientere Schmelzprozesse einzusetzen. Beispielsweise stellen einige Hüttenwerke für ihre SAFs auf erneuerbare Energien wie Wasser- oder Solarenergie um, um ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, was wiederum ihr Ferrochrom für Käufer, die Wert auf Nachhaltigkeit legen, attraktiver macht. Ich habe mit einem Schmelzwerk in Südafrika (einem der Länder mit der höchsten Produktion von Chromit und Ferrochrom) zusammengearbeitet, das gerade eine 20-MW-Solaranlage zum Betrieb seiner Ferrochromöfen installiert hat, sodass seine Energiekosten gesunken sind und sein Produkt eine niedrigere CO2-Kennzeichnung aufweist. Das ist derzeit ein wichtiges Verkaufsargument, da viele Edelstahlhersteller von ihren Kunden unter Druck gesetzt werden, ihre Emissionen zu reduzieren.

Vergleichen wir nun einige spezifische Zahlen nebeneinander, damit es einfacher ist, ihnen zu folgen. Nehmen wir die gängigsten Legierungen, alle gemessen in kWh pro Tonne:

Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt: 32.000 – 38.000 kWh/Tonne (das ist unser Hauptprodukt: Ferrochrom 65 und Kohlenstoff-Ferrochrom)
Kohlenstoffarmes Ferrochrom: 45.000 – 55.000 kWh/Tonne (wir liefern dies auch für Spezialedelstahl)
Kohlenstoffreiches Ferromangan: 24.000 – 28.000 kWh/Tonne
Primäraluminium: 13.000 – 14.000 kWh/Tonne
Basischer Sauerstoffstahl (Kohlenstoffstahlbasis): 14.000 – 18.000 kWh/Tonne
Elektrolichtbogenofenstahl: 45.000 – 55.000 kWh/Tonne

Warten Sie, EAF-Stahl ist mit kohlenstoffarmem Ferrochrom gleichwertig, aber kohlenstoffreiches Ferrochrom ist viel höher als fast jede andere gängige Legierung. Das ist eine wichtige Erkenntnis, die ich jedem erzähle, der fragt. Aber es geht nicht nur um den Gesamtenergieverbrauch, sondern auch um die Art der Energie. Ein Großteil der Ferrochromproduktion nutzt Kohlestrom oder sogar Koks (Kohlenstoff) als Reduktionsmittel, das Teil des Energieeinsatzes ist. Moment mal, das hätte ich fast vergessen: Wenn wir den Energieverbrauch von Legierungen messen, handelt es sich manchmal sowohl um elektrische Energie als auch um chemische Energie von Reduktionsmitteln wie Koks. Oh richtig! Das verändert die Zahlen etwas. Wenn man die chemische Energie aus dem Koks hinzurechnet, beträgt der Gesamtenergieverbrauch von Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt eher 40 bis 45 GJ pro Tonne, was etwa 11.000 kWh pro Tonne entspricht. Nein, Moment, GJ zu kWh: 1 GJ ist ~278 kWh, also sind 40 GJ ~11.120 kWh. Moment, jetzt bin ich wieder verwirrt – denn Industriestandards teilen Energie manchmal in elektrische und thermische Energie auf. Lassen Sie mich klarstellen: Wenn ich von elektrischen kWh pro Tonne spreche, ist es das, was die Schmelze für den Betrieb des Ofens verwendet, aber der Koks fügt Wärmeenergie hinzu, die Teil des Prozesses ist. Die Gesamtenergie (elektrisch + chemisch aus Reduktionsmitteln) für kohlenstoffreiches Ferrochrom beträgt also etwa 10.000 bis 12.000 kWh pro Tonne, was immer noch höher ist als die Gesamtenergie von Ferromangan von etwa 8.000 kWh pro Tonne. Das macht mehr Sinn, denn ich erinnere mich, dass die Daten der IDA für diese Vergleiche die Gesamtenergie (einschließlich Reduktionsmittel) verwenden. Selbst wenn man also beide Energiearten berücksichtigt, ist Ferrochrom immer noch energielastiger als die meisten anderen gängigen Legierungen.

Warum ist das für Sie als Käufer wichtig? Denn die Energiekosten machen einen großen Teil des Ferrochrompreises aus. Wenn die Strompreise oder die Kokspreise steigen, wird das an Sie weitergegeben. Aber auch wenn Sie die Emissionen Ihrer eigenen Lieferkette reduzieren möchten, bedeutet der hohe Energieverbrauch von Ferrochrom, dass die Umstellung auf kohlenstoffarmes Ferrochrom (das noch mehr Energie verbraucht, aber mit emissionsärmeren Prozessen hergestellt werden kann) möglicherweise nicht der richtige Weg ist. Stattdessen können Sie mit Lieferanten zusammenarbeiten, die für ihr kohlenstoffreiches Ferrochrom erneuerbare Energien nutzen, was den CO2-Fußabdruck ohne die zusätzlichen Energiekosten von kohlenstoffarmem Ferrochrom verringert. Kunden haben mir erzählt, dass sie früher minderwertige Ferrolegierungen verwendet haben, um Geld zu sparen, aber jetzt entscheiden sie sich für unser aus Wasserkraft hergestelltes Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt, weil es für ihre ESG-Berichte besser ist und der Preisunterschied nicht mehr so groß ist wie früher.

Warten Sie, lassen Sie uns auch einige Missverständnisse ansprechen. Viele Leute denken, dass der Energieverbrauch von Ferrochrom verteilt ist, da Ferrochrom in Edelstahl verwendet wird, einem Produkt mit großer Tonnage, aber nicht jede Tonne Ferrochrom ist viel energieintensiver als jede Tonne Edelstahl, in die es einfließt. Edelstahl besteht zu etwa 18 % aus Chrom. Pro Tonne Edelstahl werden also 180 kg Ferrochrom verwendet (das sind 65 % Chrom, also etwa 117 kg Chrom). Die Energie in diesen 180 kg Ferrochrom beträgt also etwa 5.760 kWh, was einen großen Teil der gesamten 55.000 kWh pro Tonne Edelstahl darstellt. Wenn Sie also Ihren Ferrochrom-Einsatz optimieren können, hat das große Auswirkungen auf Ihre Gesamtenergiekosten für Edelstahl. Aus diesem Grund arbeite ich eng mit Edelstahlherstellern zusammen, um sicherzustellen, dass sie die richtige Ferrochromsorte kaufen. Einige benötigen kein kohlenstoffarmes Stahl. Wenn sie also bei unserem Kohlenstoffferrochrom bleiben, sparen sie Geld und Energie.

Ein weiterer Punkt: regionale Unterschiede. Die Produktion von Ferrochrom findet hauptsächlich in Südafrika, Kasachstan und Indien statt, oder? Diese Regionen haben unterschiedliche Energiekosten und -quellen. In Südafrika gibt es zum Beispiel viele Kohlekraftwerke, daher ist die Ferrochrom-Energie billiger als in Europa, wo die Stromkosten viel höher sind. Vor einigen Jahren wurden einige europäische Hütten geschlossen, weil die Strompreise in die Höhe schossen, was die weltweite Versorgung nach Südafrika verlagerte. Das ist ein wichtiger Grund dafür, dass die Preise für Ferrochrom schwanken können – die Energiekosten sind nicht in allen Regionen einheitlich. Kunden in Europa erzählten mir, dass sie früher lokales Ferrochrom kauften, aber jetzt beziehen sie es aus Südafrika, weil es selbst mit Versand billiger ist, als es in Europa mit teurem Strom herzustellen.

Lassen Sie uns nun über die Zukunft sprechen. Was ändert sich bei der Ferrochromproduktion, um sie weniger energieintensiv zu machen? Ich weiß, dass einige Hütten neue Verfahren testen, etwa Plasmalichtbogenöfen, die Chromit bei geringerem Energieverbrauch reduzieren können, oder Wasserstoff als Reduktionsmittel anstelle von Koks verwenden. Wasserstoff ist ein saubereres Reduktionsmittel und senkt daher die Emissionen. Einige Tests zeigen, dass der Energieverbrauch dadurch um 10–15 % gesenkt werden kann. Diese Prozesse befinden sich jedoch noch im Pilotstadium und sind daher noch nicht skalierbar. Derzeit besteht der beste Weg, energieeffizientes Ferrochrom zu beziehen, darin, es von Lieferanten zu beziehen, die für ihre Öfen erneuerbare Energien nutzen. Unser Unternehmen drängt darauf und ist eine Partnerschaft mit einem Schmelzwerk in Indien eingegangen, das 30 % seiner Ofenenergie mithilfe von Solarenergie erzeugt, was seine Produktionskosten gesenkt und sein Produkt wettbewerbsfähiger gemacht hat.

Moment, kehren wir zur ursprünglichen Frage zurück: Wie ist der Energieverbrauch von Ferrochrom im Vergleich zu anderen Legierungen? Die kurze Antwort lautet: Es ist eine der energieintensiveren gängigen Legierungen, insbesondere Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt, das mehr Energie verbraucht als Ferromangan, Primäraluminium und einfacher Kohlenstoffstahl. Nur kohlenstoffarmes Ferrochrom, EAF-Stahl und Siliziummetall (nein, die Gesamtenergie von Siliziummetall beträgt ~12.000 kWh, das ist also viel weniger als die 45.000 von kohlenstoffarmem Ferrochrom) sind energieintensiver als kohlenstoffreiches. Das ist ein wichtiger Punkt, den ich immer hervorheben möchte, weil so viele Menschen unterschätzen, wie viel Energie in die Herstellung von Ferrochrom investiert wird.

Bevor ich zum Schluss komme, stellen wir sicher, dass ich keine wichtigen Links übersprungen habe. Wir haben über Chrom in Eisenmetallen gesprochen. Das ist eine gute Ressource, wenn Sie mehr über die Wirkungsweise von Chrom in Legierungen erfahren möchten. Die Verwendung von Chromit ist hier, wenn Sie neugierig auf den Rohstoff sind. Für unsere spezifischen Produkte haben wir Ferrochrom 65, unsere beliebteste Sorte, und Carbon Ferrochrome, die Standardoption mit hohem Kohlenstoffgehalt, sowie kohlenstoffarmes Ferrochrom für Spezialanwendungen. Alle diese Links befinden sich in der Fußzeile unserer Website, sodass Sie sie sich ansehen können, wenn Sie weitere Informationen wünschen.

Wenn Sie nun auf der Suche nach Ferrochrom für Ihre Produktion sind, egal ob Sie ein Edelstahlhersteller, ein Hersteller von Speziallegierungen oder etwas dazwischen sind, haben wir die Produkte und das Fachwissen, um Ihnen dabei zu helfen, die richtige Qualität zu einem wettbewerbsfähigen Preis zu erhalten. Wir arbeiten mit Käufern auf der ganzen Welt zusammen und erläutern Ihnen gerne die Energieeffizienz unserer Produkte oder helfen Ihnen dabei, die richtige Lösung für Ihre Bedürfnisse zu finden. Zögern Sie nicht, sich an uns zu wenden, um Ihre Anforderungen zu besprechen.

Referenzen:

International Chromium Development Association (ICDA). (2023). Bericht zum weltweiten Energieverbrauch der Ferrochromproduktion.
Weltstahlverband. (2022). Energieeinsatz bei der Stahlerzeugung und Legierungsproduktion.
Internationale Energieagentur (IEA). (2023). Trends zur Energieeffizienz bei der Aluminiumproduktion.
Verband der Ferrolegierungsindustrie. (2024. Jährlicher Benchmark-Bericht zum Energieverbrauch für Ferrolegierungen.