DE102021122350A1 - Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze Download PDF

Info

Publication number
DE102021122350A1
DE102021122350A1 DE102021122350.4A DE102021122350A DE102021122350A1 DE 102021122350 A1 DE102021122350 A1 DE 102021122350A1 DE 102021122350 A DE102021122350 A DE 102021122350A DE 102021122350 A1 DE102021122350 A1 DE 102021122350A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
iron
gas
sponge iron
temperature
sponge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021122350.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Nils Jäger
Daniel Schubert
Frank Ahrenhold
Matthias Weinberg
Roswitha Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to DE102021122350.4A priority Critical patent/DE102021122350A1/de
Priority to PCT/EP2022/073421 priority patent/WO2023030956A1/de
Priority to EP22768748.0A priority patent/EP4396383A1/de
Publication of DE102021122350A1 publication Critical patent/DE102021122350A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C21B13/143—Injection of partially reduced ore into a molten bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/26—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by adding additional fuel in recirculation pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
    • C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/64—Controlling the physical properties of the gas, e.g. pressure or temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/527—Charging of the electric furnace

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze, umfassend die Schritte: - Reduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, - Erschmelzen des Eisenschwamms zu einer Eisenschmelze in einem Elektroofen. Erfindungsgemäß wird der Eisenschwamm außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze, umfassend die Schritte: - Reduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, - Erschmelzen des Eisenschwamms zu einer Eisenschmelze in einem Elektroofen.
  • Beim Direktreduktionsverfahren findet eine Feststoffreaktion statt, bei der Sauerstoff aus dem Eisenerz entfernt wird. Hierzu werden vergaste Kohle und/oder Erdgas bzw. kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen sowie Mischungen aus den genannten Einsatzstoffen, insbesondere mit Wasserstoff und/oder Verbindungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff als Reduktiongas verwendet. Der Trend in letzter Zeit geht dahin, dass häufiger auch Wasserstoff als Reduktionsgas vorgeschlagen wird. Die Reaktion findet unterhalb des Schmelzpunktes des Eisenerzes im festen Zustand statt, sodass insbesondere die innere Form im Weitesten Sinne unverändert bleibt. Bei der Reduktion des Eisenerzes hin zum metallischen Produkt wird im Grunde nur der im Erz befindliche Sauerstoff entfernt. Da es bei der Entfernung von Sauerstoff zu einer Gewichtsreduktion von etwa 1/4 bis 1/3 kommt, ergibt sich eine wabenförmige Mikrostruktur des Reaktionsproduktes (festes poröses Eisen mit vielen luftgefüllten Zwischenräumen). Daher wird das direktreduzierte Eisen („direct reduced iron“) häufig auch als Eisenschwamm („sponge iron“) bezeichnet.
  • Es ist ferner bekannt, Eisenschwamm im warmen Zustand aus dem Reduktionsprozess zu entnehmen, als sogenanntes hot DRI (HDRI), und einem Elektroofen zum Erschmelzen des warmen Eisenschwamms zuzuführen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren weiterzuentwickeln, mit welchem die zum Erschmelzen des Eisenschwamms benötigte Energie im Elektroofen weiter reduziert und sowohl Kosten als auch Emissionen gesenkt, sowie des Weiteren Lastspitzen vermieden werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze, umfassend die Schritte: - Reduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, - Erschmelzen des Eisenschwamms in einem Elektroofen, wobei der Eisenschwamm außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt wird.
  • Die Eisenschmelze wird im Wesentlichen aus dem Eisenschwamm im Elektroofen erzeugt. Je nach Verwendung können dem Elektroofen auch Zusätze bzw. Zuschlagstoffe, insbesondere in Form von Schrott, Kalk, Kies etc. zugeführt werden. Bei Bedarf können auch weitere Zusätze zulegiert werden, um die gewünschte Zielzusammensetzung der Eisenschmelze erreichen zu können. Die weiteren Elemente können bewusst, quasi gezielt, als Legierungselemente zulegiert werden, oder aber als ungewollte Elemente, quasi als erschmelzungs- bzw. herstellungsbedingte Verunreinigung eingebracht werden.
  • Die Erzeugung von Eisenschwamm umfasst im Wesentlichen die Reduktion des Eisenerzes zu Eisenschwamm und wird in einer oder mehreren Reduktionszone(n) mit einem geeigneten heißen Reduktionsgas durchgeführt. Typischerweise umfasst das Reduktionsgas im Wesentlichen Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff (beispielsweise CH4), Verbindungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff (beispielsweise CO) und/oder Wasserstoff (H2), welche auf Temperaturen im Bereich von 500 °C bis 1200 °C erwärmt wird. Vor dem Einspeisen in die Reduktionszone(n) wird das Reduktionsgas in einem (oder mehreren) Gaserwärmer auf die erforderliche Temperatur erwärmt, um die Reduktion des Eisenerzes zu bewirken.
  • Zum Reduzieren kann das Reduktionsgas Methan (CH4) und/oder Wasserstoff (H2) als Hauptbestandteil aufweisen oder jeweils aus den einzelnen Komponenten bzw. einer Mischung daraus bestehen. Dazu kann Erdgas (NG), welches im Wesentlichen Methan umfasst, verwendet werden. Alternativ, insbesondere um natürliche Ressourcen zu schonen und/oder den CO2-Ausstoß in der gesamten betrachteten Prozesskette zu reduzieren, kann Methan auch aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden, beispielsweise aus Biomasse respektive Biogaserzeugung, somit quasi Biomethan. Wasserstoff kann unterschiedlich erzeugt werden, beispielsweise durch Reformierungsverfahren oder Wasser-Elektrolyse. Die industrielle Erzeugung von Wasserstoff ist energieintensiv, so dass bevorzugt erneuerbare Energien (Wind, Wasser, Sonne) zur Anwendung kommen und/oder CO2-reduzierte Technologien, wie zum Beispiel Kernenergie und nicht bzw. nicht ausschließlich mittels fossiler Energie.
  • Bei einem Einspeisen von (im Wesentlichen 100 %) Wasserstoff kann eine Einspeisung ohne insbesondere zusätzliche Beaufschlagung und somit Nachverbrennung mit Sauerstoff erfolgen, sprich, dass dadurch die vollständige Nutzung des Wasserstoffs für die Reduktion des Eisenerzes gewährleistet werden kann. Sehr hohe Wasserstoffanteile müssen nicht auf so hohe Prozesstemperaturen erwärmt werden, da die Reduktion des Eisenerzes, vgl. Baur-Glässner-Diagramm, bei niedrigen Temperaturen stattfinden kann.
  • Bevorzugt kommen zum Reduzieren wasserstoffhaltige Reduktionsgase zur Anwendung, welche Kohlenstoff-Sauerstoff-haltige Anteile (CO, CO2) im Wesentlichen ausschließen. Durch die Verwendung eines wasserstoffhaltigen Reduktionsgases kann die Reduktionsarbeit zum Austreiben von Sauerstoff aus dem Eisenerz effektiv verrichtet werden und insbesondere dadurch auch der Austrag von Kohlenstoffdioxid reduziert werden. Das wasserstoffhaltige Reduktionsgas kann weitere Bestandteile wie Wasserdampf und unvermeidbare Verunreinigungen, wie beispielsweise Schwefelverbindungen und/oder Stickstoff, enthalten.
  • Das Erwärmen des Eisenschwamms außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 801 °C findet insbesondere in einer eigenständigen Erwärmungszone statt, welche weitestgehend von der Reduktionszone entkoppelt ist, so dass der aus dem Stand der Technik bekannte Heißeinsatz des Eisenschwamms quasi aus der Hitze der Reduktionszone entnommen und zum Erschmelzen in einem Elektroofen eingesetzt wird. Das Erwärmen des Eisenschwamms in der Erwärmungszone kann durch apparative Erwärmungsmittel (Induktion, Strahlung, etc.) oder durch Einspeisen eines heißen Gases erfolgen.
  • Durch das Erwärmen des Eisenschwamms auf eine Temperatur von mindestens 801 °C außerhalb des Elektroofens kann die benötigte Energie zum Erschmelzen des Eisenschwamms weiter reduziert, da die Differenz zur Schmelztemperatur, welche abhängig ist vom Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm, und beispielsweise aus dem Eisen-Kohlenstoffdiagramm ableitbar ist, im Vergleich zum konventionellen Einsatz geringer ist.
  • Um die Effizienz zu erhöhen, kann gemäß einer Ausführung des Verfahrens der Eisenschwamm außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 850 °C, insbesondere von mindestens 900 °C, vorzugsweise von mindestens 950 °C, bevorzugt von mindestens 1000 °C erwärmt werden. Je höher die Temperatur des Eisenschwamms gewählt wird, umso besser die Reaktionskinetik des Eisenschwamms. Um ein unproblematisches Chargieren des heißen Eisenschwamms in den Elektroofen gewährleisten zu können und ein Aufschmelzen des Eisenschwamms zu vermeiden, darf die Schmelztemperatur des Eisenschwamms beim Erwärmen nicht überschritten werden, so dass die Temperatur maximal 1500 °C, insbesondere maximal 1400 °C, vorzugsweise 1300 °C betragen sollte.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird zum Erwärmen ein kohlenstoffhaltiges Gas verwendet. Das kohlenstoffhaltige Gas kann Kohlenstoff-Sauerstoff-haltige Verbindungen (CO, CO2) als Hauptbestandteil aber auch optional Anteile an Wasserstoff (H2), insbesondere eine Mischung daraus, enthalten. Dadurch kann neben der Erwärmung auf die gewünschte Erwärmungstemperatur des Eisenschwamms durch Durchströmung des Eisenschwamms auch effektiv Einfluss auf den Kohlenstoffgehalt des Eisenschwamms durch Ablagerung von Kohlenstoff auf dem Eisenschwamm genommen werden, so dass der Eisenschwamm mit Kohlenstoff angereichert werden kann. Das kohlenstoffhaltige Gas kann Anteile oder insgesamt, entweder jeweils einzeln oder eine Kombination aus Hütten-Prozessgasen enthalten, beispielsweise aus mindestens einem der folgenden Aggregate stammend: - Elektroofen; - Hochofen; - Koksofen; - Direktreduktionsanlage; - Konverter.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Erschmelzen in einem Elektroreduktionsofen durchgeführt. Elektroreduktionsöfen (engl. Submerged Electric Arc Furnace, kurz: SAF) sind Schmelzöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung, die Lichtbögen zwischen der Elektrode und/oder der Charge oder der Schlacke bilden oder welche die Charge und/oder die Schlacke mittels Joule-Effekt erwärmen. Beim SAF ist die Elektrode (bzw. sind die Elektroden, wenn mehrere vorhanden sind) in die Charge und/oder Schlacke eingetaucht. Je nach Funktionsprinzip/Betriebsweise können die Elektroreduktionsöfen als Wechselstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFac) oder Gleichstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFdc) ausgeführt sein. Hiervon weicht das Funktionsprinzip/Betriebsweise zu den Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung (engl. Electric Arc Furnace EAF) ab, die Lichtbögen zwischen der Elektrode und dem Metall bilden. Dies umfasst den Wechselstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFac), den Gleichstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFdc) und den Pfannenofen (engl. Ladle Furnace LF).
  • Der Vorteil bei der Verwendung von Elektroreduktionsöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung (SAF) ist, dass diese mit einer reduzierenden Atmosphäre betrieben werden, wohingegen Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung (EAF) mit einer oxidierenden Atmosphäre betrieben werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens durchläuft das Eisenerz einen Schachtofen in vertikaler Richtung. Das Eisenerz durchläuft dann den Schachtofen in vertikaler Richtung von oben nach unten. Derartige Schachtöfen ermöglichen eine gute Durchströmung des Eisenerzes mit Reduktionsgas aufgrund des zugrundeliegenden Kamineffektes. Insbesondere durchströmt das Reduktionsgas das Eisenerz entgegen einer Bewegungsrichtung des Eisenerzes. Bei einer besonderen Variante des Verfahrens ist die Reduktionszone oberhalb der Erwärmungszone im Schachtofen angeordnet, wobei die Erwärmungszone mit einem heißen Gas durchströmt wird. Die Erwärmungszone ist zwar Teil des Schachtofens aber doch als eigenständige, weitestgehend von der Reduktionszone entkoppelte Zone zu sehen. Dadurch wird bevorzugt der Eisenschwamm im unteren Teil des Schachtofens und somit innerhalb des Schachtofens auf die Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt.
  • So kann bei Verwendung eines Schachtofens das Reduzieren in einer Reduktionszone im oberen Teil des Schachtofens und das Erwärmen in einer Erwärmungszone im unteren Teil des Schachtofens erfolgen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Eisenschwamm auf die Temperatur von mindestens 801 °C in einem separaten Reaktor erwärmt. So kann dieser separate Reaktor insbesondere auch apparativ als Erwärmungszone vom Schachtofen als Reduktionszone entkoppelt werden, wodurch beispielsweise im Vergleich zu einer Anordnung der Erwärmungszone im unteren Teil des Schachtofens der Eisenschwamm auf höhere Temperaturen erwärmt werden kann, da bei der separaten Ausführung nicht unbedingt auf die Heißdruckfestigkeit des Eisenschwamms geachtet werden müsste. Die Heißdruckfestigkeit sinkt mit steigender Temperatur und könnte beispielsweise verfahrensbedingt bei der Verwendung der Erwärmungszone im unteren Teil des Schachtofens aufgrund der über der Erwärmungszone bestehenden Schüttung des Eisenerzes in der Reduktionszone innerhalb des Schachtofens zu einem unkontrollierten Absacken und/oder Verbacken (Agglomerieren) des Eisenschwamms führen, so dass ein gewisser Schwellwert der Heißdruckfestigkeit nicht unterschritten werden sollte. Die Heißdruckfestigkeit, gemessen in kg/cm2, hängt von der Zusammensetzung und der Größe des Eisenschwamms ab und kann im Labor ermittelt werden, beispielsweise in Anlehnung an die DIN EN 993-5. So kann auch die maximale Temperatur für die Erwärmungszone, welche innerhalb des Schachtofens angeordnet ist, bestimmt werden.
  • Gemäß einer alternativen Variante des Verfahrens kann das Reduzieren des Eisenerzes in einem oder mehreren Wirbelschichtreaktoren durchgeführt werden. In einem Wirbelschichtreaktor wird eine feinkörnige Feststoffaufschüttung durch das kontinuierlich über einen Gasverteiler von unten einströmende Gas aufgewirbelt. Dies ermöglicht gleichfalls eine effiziente Reaktion zwischen den Gasen und den Feststoffen. Anschließend kann der Eisenschwamm in einem oder mehreren nachfolgenden Wirbelschichtreaktoren auf die Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt werden.
  • Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail näher erläutert. Die Zeichnung und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.
  • Die Zeichnung zeigt in
    • 1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand einer schematischen Skizze und
    • 2 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand einer schematischen Skizze.
  • Die Erfindung wird am Beispiel eines Schachtofens (10) erläutert. Eisenerz (FeO), beispielsweise in Pelletform umfassend Fe2O3 und/oder Fe3O4 und Gangart, wird am oberen Ende des Schachtofens (10) eingebracht. Im Schachtofen (10) ist eine Reduktionszone (11) und gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Erwärmungszone (12) im unteren Teil des Schachtofens (10) und somit innerhalb des Schachtofens (10) angeordnet, s. 1. Die Reduktionszone (11) ist dabei oberhalb der Erwärmungszone (12) angeordnet. Die Erwärmungszone (12) kann gemäß einer zweiten Ausführungsform auch als separater Reaktor außerhalb des Schachtofens (10) vorgesehen sein, s. 2.
  • Das zum Reduzieren verwendete Reduktionsgas (40) durchströmt das Eisenerz in der Reduktionszone (11) im Gegenstromprinzip, somit entgegen der Bewegungsrichtung des Eisenerzes. Das vorzugsweise wasserstoffhaltige Reduktionsgas (40) wird vor dem Einschleusen durch einen Gaserwärmer (30) durchgeleitet und auf eine Temperatur von bis zu 1200 °C erwärmt. Das wasserstoffhaltige Reduktionsgas (40) umfasst ein Frischgas (FG), entweder Erdgas (natürliche Gasmischung mit einem hohen Anteil an Methan, CH4), oder Wasserstoff (H2) oder eine Mischung daraus. Auch der Einsatz von biogenen Gasen ist denkbar, wie z. B. Biomethan und/oder Biowasserstoff. Das Frischgas (FG) kann mit einem rezykliertem aufbereiteten Gas (RG), welches aus dem aus der Reduktionszone (11) des Schachtofens (10) ausgeschleusten Prozessgas (40) aufbereitet wird, gemischt werden. Dabei kann sich das ausgeschleuste Prozessgas (40) aus unverbrauchtem Reduktionsgas aus etwaigen gasförmigen Reaktionsprodukten zusammensetzen. Das ausgeschleuste Prozessgas (40) kann Wasserstoff (H2), mindestens eine Verbindung oder Mischung aus Kohlenstoff und Sauerstoff (CO, CO2) und/oder mindestens eine wasserstoffhaltige Verbindung (H2O) und unvermeidbare Verunreinigungen umfassen. Das ausgeschleuste Prozessgas (40) kann einem ersten Prozessschritt zugeführt werden, in welchem mindestens eine Verbindung oder Mischung des Prozessgases und/oder zumindest Teile der unvermeidbaren Verunreinigungen abgeschieden und/oder abgetrennt werden, beispielsweise in einer Einheit zur Prozessgasreinigung und Entstaubung, in welcher zumindest ein Teil der unvermeidbaren Verunreinigungen aus dem ausgeschleusten Prozessgas (40) abgetrennt werden. In einem weiteren Prozessschritt kann das Prozessgas durch eine Einheit durchgeleitet werden, beispielsweise durch einen Kondensator und entsprechend abgekühlt, so dass der im Prozessgas befindliche Wasserdampf (H2O) kondensiert und somit vom Prozessgas abgetrennt wird. Durch das Kondensieren und Ableiten des Kondensats wird das Prozessgas „entfeuchtet“. Ein Teil des „entfeuchteten“ Prozessgases oder das vollständige „entfeuchtete“ Prozessgas, strichliniert dargestellt, kann als (Teil-)Gas a) zur Befeuerung des Gaserwärmers (30, 31) verwendet werden. Sollte nicht genug „entfeuchtetes“ Prozessgas zur Verfügung stehen, wird ein entsprechendes Brenngas zum Teil oder vollständig zur Befeuerung des Gaserwärmers (30, 31) bereitgestellt. Wird ein Teil des „entfeuchteten“ Prozessgases oder das vollständige „entfeuchtete“ Prozessgas nicht zur Befeuerung des Gaserwärmers (30, 31) bereitgestellt, kann aus dem „entfeuchteten“ Prozessgas in einem weiteren Prozessschritt, falls vorhanden, Kohlenstoffdioxid (CO2) abgeschieden werden, beispielsweise in einem Wäscher. Das von Kohlenstoffdioxid befreite Prozessgas kann zum Teil oder vollständig, strichliniert dargestellt, als (Teil-)Gas b) zur Befeuerung des Gaserwärmers (30, 31) verwendet werden. Sollte nicht genug (Teil-)Gas b) zur Verfügung stehen, wird ein entsprechendes Brenngas zum Teil oder vollständig zur Befeuerung des Gaserwärmers (30, 31) bereitgestellt. Das von Kohlenstoffdioxid befreite Prozessgas respektive rezyklierte aufbereitete Gas (RG) kann auch zusätzlich oder alternativ in einem weiteren Prozessschritt der Direktreduktion wieder zu geführt werden, indem es mit dem Frischgas (NG) gemischt wird, insbesondere bevor die Mischung im Gaserwärmer (30) auf eine Temperatur zwischen 500 und 1200 °C erwärmt wird. Optional, daher strichliniert dargestellt, kann dem heißen Reduktionsgas (41) zusätzlich Sauerstoff (O2) zugeführt werden, um das Reaktionsvermögen des wasserstoffhaltigen Reduktionsgases (41) in der Reduktionszone (11) und damit den Wärmeeintrag zu erhöhen.
  • Nach dem Verlassen der Reduktionszone (11) tritt das reduzierte Eisenerz als Eisenschwamm (Fe) in die Erwärmungszone (12) ein. Dabei kann das reduzierte Eisenerz eine Temperatur im Bereich von 500 bis 800 °C aufweisen. Bevorzugt wird in der Erwärmungszone (12) wird der Eisenschwamm mit einem heißen Gas (42) entgegen der Bewegungsrichtung des Eisenschwamms durchströmt. Das vorzugsweise kohlenstoffhaltige Gas wird vor dem Einschleusen durch einen Gaserwärmer (31) durchgeleitet und auf eine Temperatur von mindestens bis zu 801 °C erwärmt. Optional, daher strichliniert dargestellt, kann dem heißen Gas (42) zusätzlich Sauerstoff (O2) zugeführt werden, um das Reaktionsvermögen des kohlenstoffhaltigen Gases (42) in der Erwärmungszone (12) und damit den Wärmeeintrag zu erhöhen. Unverbrauchtes Gas tritt zusammen mit etwaigen gasförmigen Reaktionsprodukten als Prozessgas (43) wieder aus. Der mit dem vorzugsweise kohlenstoffhaltigen Gas erwärmte Eisenschwamm kann als aufgekohlter Eisenschwamm (Fe3C) am Ausgang der Erwärmungszone (12) entnommen werden und einem Elektroofen, vorzugsweise einem Elektroreduktionsofen (20) zugeführt werden.
  • In dem Elektroreduktionsofen (20) wird der heiße Eisenschwamm (Fe) mit der Gangart bzw. heiße aufgekohlte Eisenschwamm (Fe3C) mit der Gangart beispielsweise zu einer flüssigen metallischen und einer flüssigen oxidischen Phase erschmolzen, wobei da die Differenz bis zur Schmelztemperatur des Eisenschwamms im Vergleich zum Stand der Technik kleiner ist und somit die benötigte elektrische Energie geringer ausfällt. Insbesondere wird das Erschmelzen in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt. Zusätzlich können Zusätze bzw. Zuschlagstoffe (X) eingebracht werden, je nach gewünschter Zusammensetzung der zu erzeugenden Eisenschmelze (Fe, liq). Der Elektroreduktionsofen (20) ist besonders bevorzugt als Schmelzofen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung des Typs SAF ausgeführt. Dieser umfasst beispielsweise drei nicht gezeigte Elektroden, welche insbesondere mit Wechselstrom betrieben werden und in die Charge bestehend aus Zusätzen und Eisenschwamm eintauchen. Im Zuge des Erschmelzens bildet sich auf der Schmelze eine Schicht aus Schlacke aus. Die Elektroden können weiterhin in die Schlacke hineinragen, um durch Widerstandserwärmung den Erschmelzungsbetrieb aufrecht zu halten und eine Erstarrung zu vermeiden. Diese Erwärmung wird somit von der Schlackeschicht auf die Schmelze übertragen. Die nicht dargestellten Elektroden können als sogenannte Söderberg-Elektroden ausgeführt sein.
  • Nicht dargestellt ist, wie die Eisenschmelze (Fe, liq) entnommen und einem Weiterverarbeitungsschritt zugeführt wird, beispielsweise einer sekundärmetallurgischen Bearbeitung.
  • Die besonders bevorzugte Fahrweise zur Direktreduktion von Eisenerz (FeO) zu Eisenschwamm (Fe) sieht Wasserstoff (H2) und/oder Erdgas (CH4) als Frischgas (FG) und somit als wasserstoffhaltiges Reduktionsgas (41) vor, welches beispielsweise keine Mischung mit einem reformierten Gas (RG) erfährt und nach Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 500 und 1200 °C in die Reduktionszone (11) des Schachtofens (10) eingeschleust wird. Zur Erwärmung des Eisenschwamms (Fe) wird kohlenstoffhaltiges Gas als Kohlenstoff-Sauerstoff-haltige Verbindungen (CO, CO2) als Hauptbestandteil, welches optional mit Anteilen an Wasserstoff (H2) gemischt sein kann, nach Erwärmung auf eine Temperatur von mindestens 801 °C als heißes Gas (42) in die Erwärmungszone (12) eingeschleust. Das kohlenstoffhaltige Gas kann als Hütten-Prozessgas bereitgestellt werden.
  • Das aus dem Schachtofen (10) oberhalb der Reduktionszone (11) ausgeschleuste Prozessgas (40) kann, wie in den 1 und 2 dargestellt, nach seiner „Entfeuchtung“ vollständig als Brenngas (als Gas a)) dem Gaserwärmer (30, 31) zugeführt, strichliniert dargestellt, und wird nicht dem Frischgas (FG) zugeführt und mit diesem gemischt.
  • Alternativ und hier nicht dargestellt kann die Erfindung auch in einer Kaskade von Wirbelschichtreaktoren durchgeführt werden. Dabei bildet mindestens ein Wirbelschichtreaktor eine Reduktionszone und mindestens ein weiterer Wirbelschichtreaktor in der Kaskade eine Erwärmungszone. So würde das Eisenerz einen ersten Wirbelstromreaktor evtl. auch einen zweiten Wirbelschichtreaktor sukzessive durchlaufen und dabei schrittweise in Eisenschwamm umwandeln. In einem weiteren, beispielsweise letzten Wirbelschichtreaktor wird der Eisenschwamm auf die Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt. Das Prinzip entspricht im Wesentlichen dem eines Schachtofens, jedoch auf mehrere Wirbelschichtreaktoren anstelle eines Schachtes verteilt. Die Anzahl der Wirbelschichtreaktoren kann je nach Bedarf zusammengeschaltet werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze, umfassend die Schritte: - Reduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, - Erschmelzen des Eisenschwamms zu einer Eisenschmelze in einem Elektroofen, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenschwamm außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Eisenschwamm außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 900 °C erwärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Eisenschwamm außerhalb des Elektroofens vor dem Erschmelzen auf eine Temperatur von mindestens 1000 °C erwärmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zum Reduzieren des Eisenerzes ein wasserstoffhaltiges Gas verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zum Erwärmen des Eisenschwamms ein kohlenstoffhaltiges Gas verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Erschmelzen in einem Elektroreduktionsofen durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Eisenerz einen Schachtofen in vertikaler Richtung durchläuft.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Eisenschwamm im unteren Teil des Schachtofens und somit innerhalb des Schachtofens auf die Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Eisenschwamm auf die Temperatur von mindestens 801 °C in einem separaten Reaktor erwärmt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Reduzieren des Eisenerzes in einem oder mehreren Wirbelschichtreaktoren durchgeführt wird und anschließend der Eisenschwamm in einem oder mehreren Wirbelschichtreaktoren auf die Temperatur von mindestens 801 °C erwärmt wird.
DE102021122350.4A 2021-08-30 2021-08-30 Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze Pending DE102021122350A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021122350.4A DE102021122350A1 (de) 2021-08-30 2021-08-30 Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze
PCT/EP2022/073421 WO2023030956A1 (de) 2021-08-30 2022-08-23 Verfahren zur herstellung einer eisenschmelze
EP22768748.0A EP4396383A1 (de) 2021-08-30 2022-08-23 Verfahren zur herstellung einer eisenschmelze

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021122350.4A DE102021122350A1 (de) 2021-08-30 2021-08-30 Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021122350A1 true DE102021122350A1 (de) 2023-03-02

Family

ID=83280068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021122350.4A Pending DE102021122350A1 (de) 2021-08-30 2021-08-30 Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4396383A1 (de)
DE (1) DE102021122350A1 (de)
WO (1) WO2023030956A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024037943A1 (de) 2022-08-19 2024-02-22 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur herstellung einer eisenschmelze und flüssigschlacke in einem elektrischen einschmelzer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1925473C3 (de) 1969-05-20 1978-08-17 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm
DE19928935A1 (de) 1998-08-12 2000-02-17 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm
AT406272B (de) 1997-11-10 2000-03-27 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur herstellung von direkt reduziertem eisen, flüssigem roheisen und stahl sowie anlage zur durchführung des verfahrens
DE102019217631A1 (de) 2019-11-15 2021-05-20 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB373298A (en) * 1930-03-06 1932-05-26 Emil Gustaf Torvald Gustafsson Improvements in or relating to processes for producing metal sponge
US2650160A (en) * 1949-02-05 1953-08-25 Koppers Co Inc Production of iron sponge from iron ore
DE2401909C3 (de) * 1974-01-16 1985-06-27 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Herstellung von Stahl
US4251267A (en) * 1979-08-24 1981-02-17 Midrex Corporation Method for direct reduction of metal oxide to a hot metallized product in solid form
US4834792A (en) * 1986-08-21 1989-05-30 Hylsa S.A. De C.V. Method for producing hot sponge iron by introducing hydrocarbon for carburizing into reduction zone
WO2002000944A1 (de) * 2000-06-28 2002-01-03 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co Verfahren und anlage zur direktreduktion von teilchenförmigen oxidhältigen erzen
AT410221B (de) * 2001-05-18 2003-03-25 Voest Alpine Ind Anlagen Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von roheisen und/oder stahlvorprodukten
IT201900002089A1 (it) * 2019-02-13 2020-08-13 Danieli Off Mecc Impianto di riduzione diretta e relativo processo

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1925473C3 (de) 1969-05-20 1978-08-17 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm
AT406272B (de) 1997-11-10 2000-03-27 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur herstellung von direkt reduziertem eisen, flüssigem roheisen und stahl sowie anlage zur durchführung des verfahrens
DE19928935A1 (de) 1998-08-12 2000-02-17 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur Herstellung von Eisenbriketts und/oder kaltem Eisenschwamm
DE102019217631A1 (de) 2019-11-15 2021-05-20 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024037943A1 (de) 2022-08-19 2024-02-22 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur herstellung einer eisenschmelze und flüssigschlacke in einem elektrischen einschmelzer
DE102022120981A1 (de) 2022-08-19 2024-02-22 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze und Flüssigschlacke in einem elektrischen Einschmelzer

Also Published As

Publication number Publication date
EP4396383A1 (de) 2024-07-10
WO2023030956A1 (de) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2401909C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Stahl
EP2297365B1 (de) Verfahren und system zur energieoptimierten eisenherstellung mit optimiertem co2-ausstoss
DE3216019C3 (de) Verfahren zum Erzeugen von Roheisen und Nutzgas und Verwendung eines Schmelz/Vergasungs-Ofens zu dessen Durchführung
DE69914777T2 (de) Direktschmelzverfahren und -vorrichtung
DE1783180B2 (de) Verfahren zur gasfoermigen reduktion von eisenerzen und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens
WO2009146982A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
WO2013030057A1 (de) Verfahren zur aufbereitung von abgasen aus anlagen zur roheisenherstellung und/oder von synthesegas
DE2403780C3 (de) Verfahren zum Verhütten von Metalloxyd
EP4396383A1 (de) Verfahren zur herstellung einer eisenschmelze
DE102009015027A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von grünem Petrolkoks während seiner Calcinierung in Vertikalschachtöfen
EP2714942B1 (de) Reduktion von metalloxiden unter verwendung eines sowohl kohlenwasserstoff als auch wasserstoff enthaltenden gasstromes
DE102020116425A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Rohstahl mit niedrigem N-Gehalt
DE60004049T2 (de) Verfahren zur fertigung einer roheisenschmelze
EP3469107B1 (de) Verfahren zur direktreduktion unter ventgasnutzung
EP4237587A1 (de) Stahlherstellung aus eisenschmelze
DE102004053676A1 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung von Titanschlacke aus Ilmenit
EP3074540B1 (de) Verfahren zum bearbeiten von entschwefelungsschlacke
DE68909259T2 (de) Verfahren zum Einschmelzen von kaltem Eisen.
DE102021122351A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze
DE102021122230A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer manganhaltigen Schmelze
DE2628972C2 (de) Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von Stahl
DE2710106A1 (de) Verfahren zur erzeugung von fluessigem roheisen
WO2024074375A1 (de) Eisenschmelze aus sinter
WO2022253683A1 (de) Verfahren zur direktreduktion von eisenerz
DE102022120981A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze und Flüssigschlacke in einem elektrischen Einschmelzer

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication