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WO2022229084A1 - Verfahren zum erzeugen von schlacke mit einer gewünschten beschaffenheit - Google Patents

Verfahren zum erzeugen von schlacke mit einer gewünschten beschaffenheit Download PDF

Info

Publication number
WO2022229084A1
WO2022229084A1 PCT/EP2022/060867 EP2022060867W WO2022229084A1 WO 2022229084 A1 WO2022229084 A1 WO 2022229084A1 EP 2022060867 W EP2022060867 W EP 2022060867W WO 2022229084 A1 WO2022229084 A1 WO 2022229084A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slag
iron
reactor
additive
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/060867
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Baur
Matthias Weinberg
Georg LOCHER
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 EP22725429.9A priority Critical patent/EP4330438A1/de
Priority to KR1020237036618A priority patent/KR20230160380A/ko
Priority to CN202280031113.0A priority patent/CN117441031A/zh
Priority to JP2023565921A priority patent/JP2024515791A/ja
Publication of WO2022229084A1 publication Critical patent/WO2022229084A1/de

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    • C21B5/04—Making slag of special composition
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    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags

Definitions

  • the invention relates to a method for the production and targeted adjustment of the loading quality of slag, for example for use as a mineral building material.
  • the nature of the slag includes both the material and chemical composition as well as the mineralogical properties of the slag.
  • Iron is only found in nature in the form of iron oxide.
  • pig iron is produced in blast furnaces. These are shaft furnaces that work according to the countercurrent principle, with so-called burden, i.e. lump ore, pellets or sinter together with coke as a reducing agent and limestone and possibly other additives, being fed in on the top side and hot gases from the bottom side of this burden flows through.
  • burden i.e. lump ore, pellets or sinter together with coke as a reducing agent and limestone and possibly other additives
  • the feed material is continuously heated during the throughput time.
  • the reducible gas carbon monoxide (CO) Due to the sub-stoichiometric combustion of the coke, the reducible gas carbon monoxide (CO) is formed, which reduces the iron oxides contained in the burden to iron, whereby the CO can oxidize to carbon dioxide (CO2).
  • CO2 carbon dioxide Due to the prevailing temperatures at the bottom of the blast furnace, the iron is in the liquid state,
  • Pig iron and slag are tapped off at periodic intervals in the lower part of the smelting furnace.
  • the blast furnace slag can be used to produce blast furnace slag by rapid cooling, which can lead to a glassy solidification.
  • By grinding cement its properties can be positively influenced.
  • the C0 2 footprint of cement can also be improved by substituting cement clinker with blast furnace slag.
  • composition of the slag is essentially determined by the gangue of the iron ore, limestone content and accompanying and additives in the feed material.
  • EP 1 354 969 B1 and EP 632 791 B1 now show methods for adding additives to the slag after cutting, in order to optimize the composition of the slag for the blast furnace sand.
  • this method has the disadvantage that the slag can cool down more quickly by adding the additives and the additives can therefore no longer optimally combine with the slag.
  • An inhomogeneous composition of the slag can occur with an accumulation of additives in one area and a lack of additives in another area.
  • DE 197 08 034 A1 discloses a method for producing liquid pig iron or liquid steel precursors.
  • EP 1 198 599 B1 discloses a method for slag conditioning with the introduction of metallurgical residues.
  • EP 1 627 084 B1 discloses a method for utilizing slag.
  • DE 103 40 880 A1 discloses a method and a device for atomizing slag.
  • DE 10 2020 205 493 A1 discloses a method for setting a targeted slag phase in a melting unit.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept for a method for producing slag and for adjusting the nature of the slag produced in the melting furnace.
  • a method for producing slag of a desired quality in the production of pig iron is disclosed with the following steps: a) heating of iron oxide in a first reactor, so that when a reducing agent is present, the iron oxide is mostly reduced to iron and an iron-containing intermediate product is formed. A direct reduction system is used for this purpose. The end product of the direct reduction plant is then the iron-containing intermediate product, which can also be referred to as sponge iron. b) Thereafter, the iron-containing intermediate product is heated in a second reactor to obtain pig iron and the slag. The heating preferably takes place in a melter in a reducing atmosphere.
  • the iron-containing intermediate product and/or the slag which separates out during further heating of the iron-containing intermediate product is analyzed.
  • the ferrous intermediate product is taken for analysis at the end of the direct reduction plant, between the direct reduction plant and the melter (ie in both cases before heating in the melter) or in the melter (ie during heating).
  • a sample of the slag heated to the final temperature can be taken from the melter.
  • dl a property of an additive to be added to the ferrous intermediate product in order to change the composition of the slag is determined. That is, a sample is taken from the iron-containing intermediate product or the slag. Since the iron oxide in the iron-containing intermediate product has already been greatly reduced, the composition of the later slag can be determined very well from this. The analysis reflects the actual condition of the slag.
  • the intermediate product can contain, for example, gravel, dolomite, ilmenite or bauxite, or the basic form of the oxidic compounds, or any combination of the substances mentioned. These substances are also referred to as additives and influence the properties of the slag. So it is advantageous that the slag has a good absorption capacity for foreign substances, has a suitable viscosity (preferably between 1.05 Pa * s and 1.15 Pa * s (Pascal times a second)) and has a temperature at which the Solidified slag breaks down into the appropriate grain fraction and sufficient glass phase is formed, as well as having good binding capacity for cement production.
  • the good absorption capacity of the slag ensures good absorption of the additives and thus good homogeneity of the slag.
  • the viscosity allows the slag to flow through the tap hole.
  • the temperature and the composition as well as the binding capacity are relevant for the quality of the end product, for example blast furnace slag, Portland cement or similar.
  • the additive determined in this way is added during the heating of the slag in the second reactor, eg the melter, in order to obtain the slag in the desired condition.
  • the desired texture is also referred to as the target texture.
  • a control unit can, for example, recognize from the analysis that the slag requires thermal treatment in order to obtain the slag with the desired composition and initiate the thermal treatment.
  • the liquid metal and the slag can be tapped through tap holes in the melter. After the slag has exited the taphole, it is quenched and atomized, preferably with water, and thus granulated. The aim is to obtain more than 90% glassy solidification. The granules are then ready for further use. To check and to be able to correct any incorrect assumptions, the finished granulate can also be analyzed to determine whether it has the desired properties.
  • the analysis carried out in dl can also be used to derive a thermal treatment of the slag, in particular a defined cooling rate, in order to obtain the desired properties of the slag
  • a smelting furnace for producing pig iron and slag having a desired condition includes a direct reduction plant, which is designed to heat iron oxide, so that when a reducing agent is present, the iron oxide is mostly reduced to iron and an iron-containing intermediate product is formed.
  • the iron oxide is heated, for example, to a temperature between 900°C and 1100°C.
  • the reducing agent preferably hydrogen, which is obtained, for example, from water electrolysis using regenerative energies (wind, water, sun) to provide the necessary electricity can be, to reduce the C0 2 emissions, can be heated to the necessary reaction temperature to operate the direct reduction plant before it is introduced into the direct reduction plant ge.
  • the iron-containing intermediate product is also known as sponge iron.
  • the reactor assembly Downstream of the direct reduction plant is a reactor arrangement.
  • the reactor assembly receives the intermediate iron-bearing product and heats it to obtain pig iron and slag.
  • the reactor assembly may include one reactor or a plurality of reactors.
  • the reactor or one of the plurality of reactors for heating the intermediate iron-containing product may be an electric arc furnace or a melter or an induction furnace.
  • An electric arc furnace is understood to be an electric furnace that heats a substance in an oxidizing atmosphere, typically discontinuously. Discontinuous means that a quantity of substance is heated and the substance is removed after heating before a new quantity of substance is heated.
  • a melter is understood to be an electric furnace that heats a substance, typically continuously, in a reducing atmosphere. Continuous means that a portion of the material in the melter is regularly tapped off while new material is added to the melter.
  • melter is also referred to as a melting reduction furnace, low-shaft furnace or submerged are furnace (SAF).
  • SAF Open Slag Bath Furnace
  • the temperature up to which the heating takes place is, for example, 1500° C. to 1600° C. if the slag is used for the production of blast furnace sand. This is the temperature at which the slag is tapped off.
  • the maximum slag temperature can also be higher, since in this case the eutectic of the slag is no longer reached.
  • the temperature at which the iron is tapped is somewhat lower and is between 1400°C and 1500°C, for example.
  • the tapping temperature of the pig iron is thus, for example, between 80° C. and 120° C. lower than the tapping temperature of the slag.
  • the iron is further reduced by heating the melt and the presence of the reducing agent, such as carbon and/or hydrogen, so that the proportion of sen in the slag is reduced.
  • the particularly reducing atmosphere in the melter is obtained, for example, in that, for example, in the melt sufficient amounts of dissolved carbon react with oxidic components of the intermediate product to form a reducing gas due to the prevailing chemical/physical conditions. If carbon is not present in the melt in sufficient quantity, this reducing atmosphere can be generated by supplying a reducing gas or substance that forms reducing gas.
  • the melting furnace includes an analysis unit which is designed to analyze the iron-containing intermediate product and/or the slag.
  • the analysis can be carried out during tapping or by sampling before tapping or in situ.
  • the analysis can preferably be carried out online.
  • the bottom ash can be used for the production of mineral building materials, for example for the production of blast furnace slag or Portland cement, by analyzing the concentration ratio of calcium, silicon, aluminum and iron.
  • the production of any mineral building materials is possible by means of the presented melting furnace and the corresponding manufacturing process.
  • the mineral building materials can differ in their composition and properties from blast furnace slag.
  • the mineral building material can differ from conventional slag sand in its chemical and/or physical and/or mineralogical properties.
  • the analysis unit can be a laboratory located near the melting furnace, in particular to use the laboratory results to quickly influence the product.
  • the melting furnace has a control unit which is designed, depending on an analysis result, to determine a property of the added additive in order to change a composition of the slag (actual composition) and to provide the slag with a desired composition (target composition). to obtain.
  • the control unit can also recognize whether the slag requires thermal treatment in order to obtain the slag with the desired quality.
  • a mixture of different substances is understood as an additive.
  • Materials that can be used include gravel, dolomite, ilmenite and bauxite.
  • the selection of substances for example, is then regarded as a property of the additive.
  • the proportion of the selected substances in the total amount of the additive can be considered as a property of the additive.
  • the total quantity of the additive or the quantity of the selected substances can also be considered as a property of the additive.
  • the property of the additive includes both the selection of the substances and their respective proportions, ie the composition of the additive, as well as the amount of the additive.
  • the thermal treatment can result from the analysis of the actual condition of the slag or the desired condition of the slag.
  • Thermal treatment is understood to mean, for example, running a specific temperature curve of the reactor arrangement for heating or cooling the slag. So it is necessary for the production of blast furnace slag to cool the slag very quickly in order to obtain at least 90% glassy solidification.
  • other mineral building materials may have different requirements for a temperature profile.
  • a further control or regulation option in addition to adding the additive, consists in introducing or dissipating heat in a targeted manner into the reactor arrangement on the basis of the measurement results obtained with the analysis unit.
  • This input or output may be variable over time, i. H. she can e.g. B. have the aim of following a temperature profile of slag and/or melt, for which it is necessary to supply heat at certain times, to remove heat at other times and to leave the thermal process to itself at other times.
  • a target temperature for slag and/or melt can be set in order to influence the properties of slag and/or melt in a targeted manner.
  • a target temperature for slag and/or melt can be set in order to influence the properties of slag and/or melt in a targeted manner.
  • the cooling of the melt phase in the rotary kiln in cement clinker production should be mentioned, which must take place so quickly that the tricalcium silicate does not break down into dicalcium silicate and free lime and the tricalcium aluminate crystallizes finely, but at the same time not so quickly that the melt phase solidifies in glass form.
  • the desired quality of the slag is understood to mean the quality in which a mineral building material, which is produced after the granulation of the slag, has a desired chemical composition and/or a desired physical property and/or a mineralogical property.
  • granulation includes, for example, rapid cooling (quenching) and atomization of the slag after tapping.
  • rapid cooling quenching
  • atomization of the slag after tapping.
  • the desired quality of the slag in particular with regard to mineralogical phase formation, elution behavior etc., can therefore be selected in such a way that, for example, blast furnace slag or Portland cement or any other mineral building material is produced.
  • the disclosed melting furnace thus counteracts the concern that the current efforts to replace coke as a reducing agent with hydrogen due to the high CO 2 emissions of steel production lead to the production of blast furnace slag being eliminated as a result of the process conversion to the direct reduction process , which accounts for around six million tons a year in Germany alone.
  • the melting furnace described, more precisely the first reactor, is therefore already designed for the direct reduction process and can be operated with (natural) gas or advantageously with hydrogen as the reducing agent.
  • the smelting furnace makes it possible to produce other mineralogical building materials in addition to the classic blast furnace slag.
  • the idea is to use a direct reduction plant and a reactor arrangement with, for example, a melter.
  • the iron oxide is reduced using the direct reduction process.
  • the iron can then be present at the end of the direct reduction plant as an intermediate product containing iron in a solid form, e.g. as so-called sponge iron.
  • the reactor arrangement e.g. the melter, the iron-containing intermediate product is then heated to the preset temperature at which the liquid iron is tapped.
  • the melter As (part of) the reactor arrangement.
  • no further iron-containing intermediate product is added to the reactor arrangement, in particular the melter.
  • the composition of the future slag can then be determined by analyzing the ferrous intermediate product. From this, for example, it can be determined what composition of substances the additive should have and what quantity of the additive should be added to the reactor arrangement in order to obtain a desired slag composition.
  • only part of the iron or slag can also be tapped off cyclically, while new iron-containing intermediate product is also added cyclically and thus part of the slag or iron always remains in the reactor arrangement, in particular the melter.
  • the additive can also be determined on the basis of the analysis of the ferrous intermediate product. This means that only the composition of the newly added slag portion needs to be adjusted. Furthermore, however, the condition of the slag in the melter can also be determined for checking and, if there are deviations from the desired condition, adjusted by adding the additive.
  • the analysis unit can determine an actual condition of the iron-containing intermediate product and/or the slag during the analysis and compare it with a desired target condition of the slag and, depending on the difference between the actual composition and the target composition, the properties of the additive or the thermal treatment.
  • the additives are heated with the iron-containing intermediate product and can thus completely mix or combine with the slag.
  • the result is a homogeneous slag with the desired properties.
  • the reactor arrangement has a first reactor, preferably the melter, and a second reactor.
  • the first reactor receives the ferrous intermediate and heats it to obtain the iron and slag.
  • the second reactor receives the liquid slag and subjects it to further treatment by means of the control unit in order to obtain the desired slag quality.
  • the further treatment by means of the control unit has already been described comprehensively and includes adding the additive whose properties have been adjusted. Additionally or alternatively, the further treatment includes a thermal treatment of the slag. In this case, the adjustment of the slag to the desired quality is done only after the iron has been tapped, so that the process of pig iron production does not have to be changed.
  • the reactor arrangement preferably the first reactor or the melter, has an opening in order to introduce raw material, in particular top dust, into the reactor unit.
  • raw material in particular top dust
  • the blast dust that is whirled up in the direct reduction plant and captured can be introduced, but also any other raw materials, especially airworthy raw materials.
  • These raw materials do not necessarily have to be produced during iron production, but (airborne) raw materials from other industries, such as clay production, can also be added.
  • the raw material can be processed before being introduced into the reactor arrangement, for example dried and/or granulated. The nature of the slag is thereby changed and analyzed by the analysis unit after the raw material has been added.
  • top dust is that a not inconsiderable part of iron (in the small single-digit percentage range) is bound in the top dust, which is currently lost during iron production. By introducing the top dust into the reactor unit, the iron contained therein is also melted and is therefore not lost.
  • any raw material can generally be introduced into the reactor arrangement. If the raw material is too small, it can be granulated for easier introduction into the reactor assembly. The granulation or pelletization of raw material is advantageous when it is airworthy. A material is considered airworthy if its grain size is less than 5 mm, preferably less than 3 mm or less than 1.5 mm. Airborne raw materials can also be introduced into the reactor arrangement, but only by means of a carrier gas, which, however, is typically not desired in the reactor arrangement.
  • fine-grain input materials raw material
  • fine-grained input materials are carried along by the gas flow in the bulk material and therefore do not get into the melt. Accordingly, this dust is lost for production.
  • he can now e.g. B. bypassing the passage through the upper part of the process can be introduced directly into the melting furnace, possibly mixed with other Stof fen and / or already generally pretreated, z. B. but not exclusively by means of heat, Zer reduction or agglomeration.
  • the selection of such dusts is fundamentally only limited by the fact that they do not degrade the quality of the melt and/or slag to the point of being unusable.
  • control unit is designed to select the amount of the additive in such a way that the slag has a basicity of 1 to 5.5, preferably 1.13 to 2. This is advantageous for the production of mineral building materials.
  • the second reactor is designed to atomize the slag in order to obtain atomized slag, the atomized slag having a particle size of 1 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 40 ⁇ m. Spraying allows the slag to cool down quickly, for example to obtain the glassy solidification required for the production of blast furnace slag. The atomization can take place in the second reactor as part of the thermal treatment.
  • the second reactor produces a mineral building material, for example a binder.
  • the control unit it is possible for the control unit to add cement to the second reactor as an additive or as part of the additive, with the second reactor being designed to mix the atomized slag and the cement with one another, with the atomized slag in a ratio of 36:64 to 95:5, preferably 60:40 to 80:20, is mixed with cement so that the mineral building material is formed, the 28-d standard strength of which is at least 30 N/mm 2 .
  • Fig. 1 shows a comparison of the classic blast furnace (Fig. La) compared to an embodiment of the melting furnace (Fig. Lb), each in a schematic sectional representation development;
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the melting furnace from FIG. 1b;
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the melting furnace from FIG. 1b, which can also be combined with the exemplary embodiment from FIG. 2;
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a triangular diagram of the most important components of slag for the cement industry.
  • Fig. 1 shows a comparison of a classic blast furnace 20a (Fig. La) compared to a melting furnace 20b (Fig. lb), which includes a direct reduction plant 21a and a reactor arrangement 21b, shown here as a melter. Both plants each have a material feed 22a, 22b through which, among other things, the iron oxide to be melted reaches the blast furnace. In the case of the blast furnace, the coke can also be added here.
  • the melting process is divided into different zones.
  • a preheating zone 24a, 24b is followed by a reduction zone 26a, 26b in which the main part of the reduction of the iron oxide to iron takes place.
  • the carburizing zone 28a, 28b part of the iron is enriched with carbon.
  • the zones described up to this point are located in the direct reduction plant 21a of the smelting furnace.
  • the blast furnace below the carburizing zone and in the smelting furnace in the melter there is also the smelting zone, in which the temperature is so high that the iron liquefies and separates from the slag, which is also liquid.
  • the liquid iron and liquid slag can be taken out through tap holes 32a, 32b, 32b'.
  • the blast furnace 20a also has a feed 34 for hot blasts, while the direct reduction plant 21a has a feed 36a, 36b for a reducing gas, for example hydrogen or carbon monoxide.
  • the melter 21b includes a main opening 38 through which an iron-containing intermediate product 39 from the direct reduction plant enters the melter 21b.
  • the melter 21b includes an opening 40 through which an additive can be added to the melter. If the additive is to contain different substances, one opening can be provided for each substance. Alternatively, the substances can be mixed beforehand to form the additive and then enter the melter through an opening as a mixed additive. Furthermore, a lake of slag 42 and iron 44 is shown on the bottom of the melter.
  • the openings are advantageously designed in such a way that the melter 21b carries out the heating in the absence of air.
  • the direct reduction plant can be permanently connected to the melter, so that the ferrous intermediate product can reach the melter without any contact with air.
  • the melter is a separate unit from the direct reduction plant, it is now possible, in contrast to the blast furnace, to take a sample of the slag or the ferrous intermediate product 39 directly in the melter before removing the slag.
  • the sample can also be taken from the direct reduction plant.
  • the sample can be analyzed in an analysis unit 43 for its nature. Based on the analysis result, a control unit 45 determines the property of the additive.
  • the control unit can create the additive by means of the signal line 51a and put it into the reactor arrangement, in particular the melter.
  • the control unit 45 can also set a temperature of the melter by means of a further signal line 51a.
  • thermal treatment of the melt can be carried out by following a predetermined temperature curve.
  • the smelting furnace 20b has the advantage, for example, in contrast to a direct reduction plant in combination with an arc furnace that works under an oxidizing atmosphere, that the further processing of an ironworks, which is connected to the blast furnace, can also be used for the smelting furnace. In this way, the iron can be refined into steel in a converter.
  • the liquid steel can be desulfurized in a ladle furnace and its quality can be adjusted and then shaped using a continuous casting plant.
  • FIG. 2 shows the depiction of the melting furnace 20b from FIG. 1b in an exemplary embodiment.
  • the exemplary embodiment also includes a supply 52 for raw material in the melter.
  • the feed 52 can be designed as a return 52a from the direct reduction furnace 21a in order to conduct the raw material from the direct reduction furnace into the melter. If the raw material is not directly suitable for being fed into the melter, it is also possible to subject it to post-treatment beforehand. Blowing in the reducing gas whirls up blast dust in particular. This can be collected and optionally pre-processed (e.g. pressed into pellets or filtered) and sent to the melter.
  • the feed has an external feed 52b for raw material. There, for example, blast dust collected on the premises of the ironworks, but also raw material from other industries, can be brought into the melter.
  • FIG. 3 shows an alternative exemplary embodiment of the melting furnace 20b from FIG. 1b.
  • the reactor arrangement 21b is constructed in two stages.
  • a first reactor 54a here the melter, which is already shown in FIG. 1b and FIG. 2, is supplemented by a second reactor 54b.
  • the second reactor 54b then receives the liquid slag from the first reactor and can be further processed in the second reactor 54b. This allows the slag with larger Degrees of freedom to process further, since no consideration is given to the liquid iron.
  • FIG. 4 shows a schematic triangular diagram, which only outlines the concentrations of the main parts of the slag for the cement industry.
  • the proportion of CaO (calcium oxide) and MgO (magnesium oxide) is plotted on the lower leg.
  • the proportion of Si0 2 (silicon oxide) is plotted on the left leg.
  • the proportion of Al 2 0 3 (aluminum oxide) and Fe 2 0 3 (iron oxide) is plotted on the right leg.
  • the gangue 46 contained in the iron oxide can have a wide range of material fractions.
  • the CaO+MgO content can vary between about 10% and about 30%, while the Si0 2 content varies between about 30% and about 70%, and the Al 2 0 3 and Fe 2 0 3 content between about 5% and about 55% varied.
  • the aim is now to analyze what the actual composition of the gangue looks like and which substances of the gangue have to be added in order to obtain a defined slag.
  • Compositions for flue sand 48 and Portland cement 50 are shown as examples. This means that by adding an additive, which can include a number of substances in different concentrations, a homogeneous slag is produced based on the gangue as a basis, which slag has, for example, the substance composition of flooded sand or Portland cement.
  • other physical properties of the slag such as viscosity or the formation of a sufficient glass phase during solidification, are retained.
  • An advantage of the disclosed melting furnace and the corresponding method is that the previous limitation of the slag composition to that which is characterized by a particularly low melting temperature no longer applies. It is now possible to operate the melting furnace in principle without limiting its degrees of freedom, in particular, but not limited to the chemical, physical and mineralogical properties of the slag, both in the temporally stationary and in the course of time. In this respect, the arrows in FIG. 4 indicate that, starting from the gangue 46, any composition of the slag can be obtained.
  • aspects are described in the context of a device. However, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device can also be used as a corresponding method. is to be understood as a process step or as a feature of a process step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Control unit signal line 52 Feeder for raw material

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum Erzeugung von Schlacke (42) mit einer gewünschten Beschaffenheit offenbart.

Description

Verfahren zum Erzeugen von Schlacke mit einer gewünschten Beschaffenheit
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung und zur gezielten Einstellung der Be schaffenheit von Schlacke, beispielsweise zur Verwendung als mineralischem Baustoff. Die Be schaffenheit der Schlacke umfasst sowohl die stoffliche und chemische Zusammensetzung als auch die mineralogischen Eigenschaften der Schlacke.
Eisen liegt in der Natur nur in Form von Eisenoxid vor. Roheisen wird z.B. in Hochöfen herge stellt. Dies sind Schachtöfen, die nach dem Gegenstromprinzip arbeiten, wobei an der Ober seite sogenannter Möller, also Stückerz, Pellets oder Sinter gemeinsam mit Koks als Redukti onsmittel und Kalkstein und ggf. weiteren Zusatzstoffen aufgegeben wird und von der Unter seite aus dieser Möller mit heißen Gasen durchströmt wird. Auf diese Weise wird das Aufgabe material während der Durchlaufzeit stetig erwärmt. Aufgrund der unterstöchiometrischen Ver brennung des Koks bildet sich das reduktionsfähige Gas Kohlenstoffmonoxid (CO), das die im Möller enthaltenen Eisenoxide zu Eisen reduziert, wobei das CO zu Kohlenstoffdioxid (C02) oxi dieren kann. Das Eisen liegt aufgrund der vorherrschenden Temperaturen am Boden des Hoch ofens im flüssigen Zustand vor,
Im unteren Teil des Schmelzofens werden in periodischen Abständen Roheisen und Schlacke abgestochen. Aus der Schmelzofenschlacke kann durch schnelle Abkühlung, die bis zu einer glasigen Erstarrung führen kann, Hüttensand hergestellt werden. Durch Zumahlen von Zement können dessen Eigenschaften positiv beeinflusst werden. Ferner kann auch durch die Substi tution von Zementklinker durch den Hüttensand der C02-Fußabdruck von Zement verbessert werden.
Die Zusammensetzung der Schlacke ist dabei im Wesentlichen durch Gangart des Eisenerzes, Kalksteinanteil und Begleit- und Zusatzstoffe im Aufgabematerial vorgegeben.
Es besteht jedoch die Problematik, dass sich die Zusammensetzung der Schlacke und somit auch die des Hüttensands prinzipiell bei jedem Abstich anders sein kann, wenn sich die Aufga bematerialien verändern. Hierbei können der Kalksteinanteil und die Begleit- und Zusatzstoffe noch beeinflusst werden, die Menge und natürliche Zusammensetzung der Gangart im Eisen oxid jedoch nicht. So ist die exakte finale Zusammensetzung der Schlacke unbekannt, bis sie abgestochen wird. Da die Materialien über viele Stunden im Schmelzofen verbleiben, ist eine kurzfristige Anpassung der Zusammensetzung der Schlacke über das Aufgabematerial nicht oder nur bedingt möglich. Ferner ist die Erzeugung von Hüttensand in dem Hochofen der Tat- Sache geschuldet, dass während des Einschmelzvorgangs ein Eutektikum entsteht, das einen geringen Schmelzpunkt aufweist und somit schneller abgestochen werden kann.
EP 1 354 969 Bl und EP 632 791 Bl zeigen nunmehr Verfahren, die Schlacke nach dem Ab stechen mit Zusatzstoffen zu versetzen, um die Zusammensetzung der Schlacke für den Hüt tensand zu optimieren. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Schlacke durch das Zugeben der Zusatzstoffe schneller auskühlen kann und sich die Zusatzstoffe daher nicht mehr optimal mit der Schlacke verbinden können. Je größer die Menge an Zusatzstoffen ist, die der Schlacke hinzugemischt werden, desto schneller kühlt die Schlacke ab. Es kann eine inhomo gene Zusammensetzung der Schlacke entstehen mit einer Häufung der Zusatzstoffe in einem Bereich und einem Mangel der Zusatzstoffe in einem anderen Bereich.
DE 197 08 034 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssi gen Stahlvorprodukten. EP 1 198 599 Bl offenbart ein Verfahren zur Schlackenkonditionierung mit Einbringen von Hüttenreststoffen. EP 1 627 084 Bl offenbart ein Verfahren zum Verwerten von Schlacke. DE 103 40 880 Al offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdüsen von Schlacke. DE 10 2020 205 493 Al offenbart ein Verfahren zur Einstellung einer gezielten Schlackenphase in einem Einschmelzaggregat.
Ferner sind auch Direktreduktionsanlagen und Lichtbogenöfen bzw. Einschmelzer prinzipiell be kannt. Eine Analyse der Schlacke bzw. der Zwischenprodukte zur optimierten Einstellung der Beschaffenheit der Schlacke ist jedoch nicht bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für ein Verfahren zum Erzeugen von Schlacke und zur Einstellung der Beschaffenheit der im Schmelzofen entstehenden Schlacke zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Erzeugen von Schlacke in einer gewünschten Beschaf fenheit bei der Roheisenherstellung mit folgenden Schritten offenbart: a) Erhitzen von Eisenoxid in einem ersten Reaktor, so dass bei Vorliegen eines Reduktionsmittels das Eisenoxid mehr heitlich zu Eisen reduziert und ein eisenhaltiges Zwischenprodukt entsteht. Hierzu wird eine Di rektreduktionsanlage verwendet. Als Endprodukt der Direktreduktionsanlage liegt dann das ei senhaltige Zwischenprodukt vor, das auch als Eisenschwamm bezeichnet werden kann. b) Danach wird das eisenhaltige Zwischenprodukt in einem zweiten Reaktor erhitzt, um Rohei sen und die Schlacke zu erhalten. Das Erhitzen erfolgt bevorzugt in einem Einschmelzer in re duzierender Atmosphäre. So ist es möglich, eine Schlacke mit einem Eisenanteil von weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 7 %, weiter bevorzugt weniger als 4 % zu erhalten, die für die Zementindustrie verwendet werden kann. Schlacke mit einem höheren Eisenanteil ist für die Ze mentindustrie aus Qualitätsgründen nicht verwendbar. c) In einem weiteren Schritt, der auch vor oder parallel zu Schritt b) erfolgen kann, wird das ei senhaltige Zwischenprodukt und/oder die Schlacke, die sich während des weiteren Erhitzens des eisenhaltigen Zwischenprodukts abscheidet, analysiert. Das eisenhaltige Zwischenprodukt wird am Ende der Direktreduktionsanlage, zwischen Direktreduktionsanlage und Einschmelzer (d.h. in beiden Fällen vor dem Erhitzen in dem Einschmelzer) oder in dem Einschmelzer (d.h. während des Erhitzens) zur Analyse entnommen. Ergänzend oder alternativ kann auch eine Pro be der auf die Endtemperatur erhitzten Schlacke aus dem Einschmelzer entnommen werden. dl) In Abhängigkeit von der Analyse wird eine Eigenschaft eines zu dem eisenhaltigen Zwi schenprodukt hinzuzugebenden Zusatzstoffes bestimmt, um die Zusammensetzung der Schla cke zu verändern. D.h., es wird aus dem eisenhaltigen Zwischenprodukt bzw. der Schlacke ei ne Probe entnommen. Da das Eisenoxid in dem eisenhaltigen Zwischenprodukt bereits sehr weit reduziert ist, lässt sich die Beschaffenheit der späteren Schlacke hieraus bereits sehr gut bestimmen. Die Analyse spiegelt den Ist-Zustand der Schlacke wider.
Das Zwischenprodukt kann beispielsweise Kies, Dolomit, llmenit oder Bauxit oder die Grund form der oxidischen Verbindungen oder eine beliebige Kombination der genannten Stoffe ent halten. Diese Stoffe werden auch als Additive bezeichnet und beeinflussen die Eigenschaften der Schlacke. So ist es vorteilhaft, dass die Schlacke eine gute Aufnahmefähigkeit für Fremd stoffe hat, eine geeignete Viskosität aufweist (bevorzugt zwischen 1,05 Pa*s und 1,15 Pa*s (Pascal mal Sekunde)) und eine Temperatur aufweist, bei welcher die Schlacke durch die Er starrung in die passende Kornfraktion zerfällt und sich ausreichend Glasphase bildet, sowie für die Zementherstellung eine gute Bindefähigkeit aufweist. Die gute Aufnahmefähigkeit der Schlacke sorgt für eine gute Aufnahme der Zusatzstoffe und somit eine gute Homogenität der Schlacke. Die Viskosität ermöglicht das Fließen der Schlacke durch das Abstichloch. Die Tem peratur bzw. die Zusammensetzung als auch die Bindefähigkeit sind für die Qualität des End produkts, beispielsweise Hüttensand, Portlandzement o.ä. relevant. Der so bestimmte Zusatzstoff wird während des Erhitzens der Schlacke in den zweiten Reaktor, z.B. den Einschmelzer, hinzugegeben, um die Schlacke in der gewünschten Beschaffenheit zu erhalten. Die gewünschte Beschaffenheit wird auch als Soll-Beschaffenheit bezeichnet. d2) Ergänzend oder alternativ kann beispielsweise eine Steuereinheit aus der Analyse erken nen, dass die Schlacke eine thermische Behandlung benötigt, um die Schlacke mit der ge wünschten Beschaffenheit zu erhalten und die thermische Behandlung einleiten.
Das flüssige Metall und die Schlacke können durch Abstichlöcher in dem Einschmelzer abge stochen werden. Nach dem Austritt der Schlacke aus dem Abstichloch wird diese, vorzugsweise mit Wasser, abgeschreckt und zerstäubt und somit granuliert. Ziel ist es, mehr als 90 % glasi ge Erstarrung zu erhalten. Danach steht das Granulat für eine weitere Verwendung bereit. Zur Kontrolle und um eventuell vorliegende Fehlannahmen korrigieren zu können, kann auch das fertige Granulat dahingehend analysiert werden, ob dieses die gewünschten Eigenschaften auf weist.
Beispielsweise kann mittels der in dl) durchgeführten Analyse auch eine thermische Behand lung der Schlacke abgeleitet werden, insbesondere eine definierte Abkühlgeschwindigkeit, um die gewünschte Eigenschaft der Schlacke zu erhalten
Weder ist die Entnahme von einem eisenhaltigen Zwischenprodukt aus einem klassischen Hochofen noch das Hinzugeben des Zusatzstoffs zu dem eisenhaltigen Zwischenprodukt in den klassischen Hochofen möglich. Im klassischen Hochofen gibt es nur die Möglichkeit, zu Anfang Material hinzuzugeben und am Ende die Schlacke und das Roheisen zu entnehmen. Stellt man fest, dass die Schlacke nicht die richtige Zusammensetzung aufweist, kann die Zusammenset zung erst dann verändert werden, wenn der zu Beginn hinzugegebene Zusatzstoff am Ende an gelangt ist. Dies kann zwischen einem halben Tag und einem Tag dauern. Insoweit ist das vor geschlagene Verfahren nicht auf den Hochofen übertragbar.
Es ist ein Schmelzofen zur Erzeugung von Roheisen und Schlacke mit einer gewünschten Be schaffenheit offenbart. Der Schmelzofen umfasst eine Direktreduktionsanlage, die ausgebildet ist, Eisenoxid zu erhitzen, so dass bei Vorliegen eines Reduktionsmittels das Eisenoxid mehr heitlich zu Eisen reduziert und ein eisenhaltiges Zwischenprodukt entsteht. Das Eisenoxid wird z.B. auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1100°C erhitzt. Das Reduktionsmittel, bevorzugt Wasserstoff, welcher beispielsweise aus der Wasserelektrolyse unter Anwendung regenerati ven Energien (Wind, Wasser, Sonne) zur Bereitstellung des notwendigen Stroms gewonnen werden kann, zur Reduktion der C02-Emission, kann zum Betrieb der Direktreduktionsanlage auf die notwendige Reaktionstemperatur erhitzt werden, bevor es in die Direktreduktionsanla ge eingeleitet wird. Das eisenhaltige Zwischenprodukt wird auch als Eisenschwamm bezeich net.
Der Direktreduktionsanlage nachgelagert ist eine Reaktoranordnung. Die Reaktoranordnung nimmt das eisenhaltige Zwischenprodukt auf und erhitzt dieses, um Roheisen und Schlacke zu erhalten.
Die Reaktoranordnung kann einen Reaktor oder eine Mehrzahl von Reaktoren umfassen. Der Reaktor oder ein Reaktor der Mehrzahl von Reaktoren zum Erhitzen des eisenhaltigen Zwischen produkts kann ein Lichtbogenofen oder ein Einschmelzer oder ein Induktionsofen sein. Als Licht bogenofen wird ein elektrischer Ofen verstanden, der in oxidierender Atmosphäre, typischer weise diskontinuierlich, einen Stoff erhitzt. Diskontinuierlich bedeutet, dass eine Menge des Stoffs erhitzt wird und der Stoff nach dem Erhitzen entnommen wird, bevor eine neue Menge des Stoffs erhitzt wird. Als Einschmelzer wird ein elektrischer Ofen verstanden, der in reduzie rende Atmosphäre, typischerweise kontinuierlich, einen Stoff erhitzt. Kontinuierlich bedeutet, dass regelmäßig ein Teil des Stoffs in dem Einschmelzer abgestochen wird, während dem Ein schmelzer neuer Stoff hinzugegeben wird. D.h., es wird regelmäßig eisenhaltiges Zwischenpro dukt in den Einschmelzer hinzugegeben und ebenfalls regelmäßig Teile des Roheisens und der Schlacke abgestochen. Beispielsweise kann in einem Einschmelzer eine Restschmelze verblei ben, welche wiederum als Ausgangspunkt für das Erschmelzen von weiterem Stoff gesehen werden kann. Der Einschmelzer wird auch als Schmelz-Reduktionsofen, Niederschachtofen oder Submerged Are Furnace (SAF) bezeichnet. Insbesondere sind ebenso Bezeichnungen wie Open Slag Bath Furnace (OSBF) gebräuchlich.
Wird das eisenhaltige Zwischenprodukt in einem Einschmelzer erhitzt, liegt die Temperatur, bis zu der das Erhitzen erfolgt beispielsweise bei 1500°C bis 1600°C wenn die Schlacke zur Hüt tensandherstellung verwendet wird. Dies ist die Temperatur, bei der die Schlacke abgestochen wird. Für die Herstellung von anderen mineralischen Baustoffen kann die maximale Schlacken temperatur auch höher liegen, da in diesem Fall das Eutektikum der Schlacke nicht mehr er reicht ist. Die Temperatur, bei der das Eisen abgestochen wird, ist etwas geringer und liegt bei spielsweise zwischen 1400°C und 1500°C. Insbesondere liegt somit die Abstichtemperatur des Roheisens beispielsweise zwischen 80°C und 120°C niedriger als die Abstichtemperatur der Schlacke. Durch das Erhitzen der Schmelze und das Vorhandensein des Reduktionsmittels, wie zum Beispiel Kohlenstoff und/oder Wasserstoff, wird das Eisen weiter reduziert, so dass der Ei- senanteil in der Schlacke verringert wird. Die insbesondere reduzierende Atmosphäre in dem Einschmelzer wird beispielsweise dadurch erhalten, dass beispielsweise in der Schmelze in aus reichender Menge gelöster Kohlenstoff mit oxidischen Bestandteilen des Zwischenproduktes auf Grund der chemisch/physikalischen vorherrschenden Bedingungen miteinander zu einem reduzierenden Gas reagiert. Sollte Kohlenstoff nicht in ausreichender Menge in der Schmelze vorhanden sein, kann diese reduzierende Atmosphäre durch Zuführen eines Reduktionsgases bzw. reduktionsgasbildenden Stoffes erzeugt werden.
Ferner umfasst der Schmelzofen eine Analyseeinheit, die ausgebildet ist, das eisenhaltige Zwi schenprodukt und/oder die Schlacke zu analysieren. Insbesondere kann das Analysieren beim Abstich oder durch Probenahme vor dem Abstich oder in-situ erfolgen. Vorzugsweise kann das Analysieren online erfolgen. Die Schlacke kann für die Herstellung von mineralischen Baustof fen, beispielsweise für die Herstellung von Hüttensand oder Portlandzement, durch die Analy se des Konzentrationsverhältnisses von Calcium, Silizium, Aluminium und Eisen bestimmt wer den. Darüber hinaus ist jedoch mittels des vorgestellten Schmelzofens und des entsprechen den Herstellungsverfahrens die Herstellung von beliebigen mineralischen Baustoffen möglich. Die mineralischen Baustoffe können sich in ihrer Zusammensetzung und in ihren Eigenschaf ten von Hüttensand unterscheiden. Beispielsweise, aber nicht ausschließlich, kann der minera lische Baustoff sich in seinen chemischen und/oder physikalischen und/oder mineralogischen Eigenschaften vom herkömmlichen Hüttensand unterscheiden. Die Analyseeinheit kann ein La bor sein, das in der Nähe des Schmelzofens angeordnet ist, um insbesondere die Laborergeb nisse für eine schnelle Einflussnahme auf das Produkt zu verwerten.
Weiterhin weist der Schmelzofen eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, abhängig von ei nem Analyseergebnis, eine Eigenschaft des hinzugegebenen Zusatzstoffes zu bestimmen, um eine Zusammensetzung der Schlacke (Ist-Zusammensetzung) zu verändern und die Schlacke mit einer gewünschten Zusammensetzung (Soll-Zusammensetzung) zu erhalten. Ergänzend oder alternativ kann die Steuereinheit auch erkennen, ob die Schlacke eine thermische Behand lung benötigt, um die Schlacke mit der gewünschten Beschaffenheit zu erhalten.
Als Zusatzstoff wird insbesondere eine Mischung verschiedener Stoffe verstanden. Als Stoffe können u.a. Kies, Dolomit, llmenit und Bauxit verwendet werden. Als Eigenschaft des Zusatz stoffs wird dann z.B. die Auswahl der Stoffe angesehen. Ferner kann der Anteil der ausgewähl ten Stoffe an der Gesamtmenge des Zusatzstoffs als Eigenschaft des Zusatzstoffs betrachtet werden. Weiter können auch die Gesamtmenge des Zusatzstoffs bzw. die Menge der ausge wählten Stoffe als Eigenschaft des Zusatzstoffs betrachtet werden. Als Menge wird z.B. die Mas- se oder das Volumen des Stoffs bezeichnet. Typischerweise umfasst die Eigenschaft des Zu satzstoffs jedoch sowohl die Auswahl der Stoffe als auch deren jeweilige Anteile, d.h. die Zu sammensetzung des Zusatzstoffs, sowie die Menge des Zusatzstoffs.
Die thermische Behandlung kann sich aus der Analyse des Ist-Zustands der Schlacke ergeben oder aber der gewünschten Beschaffenheit der Schlacke. Als thermische Behandlung wird bei spielsweise das Fahren einer bestimmten Temperaturkurve der Reaktoranordnung zum Erhit zen oder auch Abkühlen der Schlacke verstanden. So ist es für die Erzeugung von Hüttensand notwendig, die Schlacke sehr schnell abzukühlen, um zumindest 90 % glasige Erstarrung zu er halten. Andere mineralische Baustoffe können jedoch andere Anforderungen an einen Tempe raturverlauf aufweisen.
In anderen Worten besteht eine weitere Steuerungs- bzw. Regelungsmöglichkeit, neben dem Zugeben des Zusatzstoffs, darin, aufgrund der mit der Analyseeinheit gewonnenen Messergeb nisse zielgerichtet Wärme in die Reaktoranordnung einzubringen oder aber abzuführen. Diese Zu- oder Abführung kann über die Zeit hinweg variabel sein, d. h. sie kann z. B. das Ziel haben, einen Temperaturverlauf von Schlacke und / oder Schmelze zu verfolgen, für den es nötig ist, zu bestimmten Zeiten Wärme zuzuführen, zu anderen Zeiten Wärme abzuführen und zu noch anderen Zeiten den Prozess thermisch sich selbst zu überlassen.
Mittels einer solchen Vorgehensweise kann z. B. eine Zieltemperatur für Schlacke und/oder Schmelze eingestellt werden, um zielgerichtet Eigenschaften von Schlacke und / oder Schmel ze zu beeinflussen. Neben dieser Einstellung einer einzelnen Zieltemperatur ist bekannt, dass nicht nur einzelne Temperaturen die Eigenschaften von Schlacken und Schmelzen beeinflussen können, sondern auch das Durchlaufen von Temperaturverläufen, um bestimmte Materialpha sen zu erzielen oder zu vermeiden. Im Bereich der Schlacke sei die Kühlung der Schmelzphase im Drehrohrofen bei der Zementklinkerherstellung genannt, die so schnell ablaufen muss, dass das Tricalciumsilicat nicht in Dicalciumsilicat und Freikalk zerfällt und das Tricalciumaluminat feinkörnig kristallisiert, gleichzeitig jedoch nicht so schnell, dass die Schmelzphase glasförmig erstarrt.
Als gewünschte Beschaffenheit der Schlacke wird die Beschaffenheit verstanden, bei der ein mineralischer Baustoff, der nach dem Granulieren der Schlacke entsteht, eine gewünschte che mische Zusammensetzung und/oder eine gewünschte physikalische Eigenschaft und/oder eine mineralogische Eigenschaft aufweist. Das Granulieren umfasst im Fall von Hüttensand z.B. das schnelle Abkühlen (Abschrecken) und Zerstäuben der Schlacke nach dem Abstechen. Für an- dere mineralische Baustoffe kann sich eine andere thermische Behandlung ergeben, um das Granulat zu erhalten. Die gewünschte Beschaffenheit der Schlacke, insbesondere hinsichtlich mineralogischer Phasenausbildung, Elutionsverhalten etc. kann demnach so gewählt werden, dass z.B. Hüttensand oder Portlandzement oder ein beliebiger anderer mineralischer Baustoff entsteht.
Der offenbarte Schmelzofen tritt somit der Sorge entgegen, dass die aktuell bestehenden Be strebungen, aufgrund der hohen C02-Emissionen der Stahlherstellung, Koks als Reduktions mittel durch Wasserstoff zu ersetzen, dazu führen, dass durch die Prozessumstellung auf das Direktreduktionsverfahren die Produktion von Hüttensand entfällt, die alleine in Deutschland ca. sechs Millionen Tonnen jährlich ausmacht. Der beschriebene Schmelzofen, präziser der erste Reaktor, ist daher auch bereits für das Direktreduktionsverfahren ausgelegt, und kann mit (Erd-) Gas oder vorteilhafterweise mit Wasserstoff als Reduktionsmittel betrieben werden. Ferner er möglicht es der Schmelzofen, neben dem klassischen Hüttensand auch andere mineralogische Baustoffe herzustellen.
Idee ist es, eine Direktreduktionsanlage und eine Reaktoranordnung mit beispielsweise einem Einschmelzer einzusetzen. In dem ersten Reaktor wird das Eisenoxid mittels Direktreduktions verfahren reduziert. Das Eisen kann dann am Ende der Direktreduktionsanlage als eisenhalti ges Zwischenprodukt in fester Form, z.B. als sogenannter Eisenschwamm, vorliegen. In der Re aktoranordnung, z.B. dem Einschmelzer, wird das eisenhaltige Zwischenprodukt dann bis zur voreingestellten Temperatur erhitzt, bei der das flüssige Eisen abgestochen wird.
Die Trennung des Gesamtprozesses in zwei Verfahrensabschnitte mit zwei oder mehr Einzel schritten (im Wesentlichen der Schachtofen mit einem porösen Schüttgut im oberen Teil und dem Schmelzbereich mit flüssigen Phasen im unteren Teil) erhöht ebenfalls die Anzahl der Frei heitsgrade für die Gestaltung der Atmosphäre im Schmelzofen. Während sie im herkömmlichen Prozess durch die enge Verbindung in der Praxis nicht oder nur wenig unabhängig voneinan der gewählt werden kann, besteht für sie im hier offengelegten Prozess die Möglichkeit, sie frei zu wählen. Entsprechend kann prinzipiell eine beliebige Gaszusammensetzung gewählt werden, um insbesondere optimale Bedingungen für die zielgerichtete Herstellung von Produkten aus der Schlacke zu gewährleisten, insbesondere aber nicht ausschließlich hinsichtlich ihrer chemi schen, physikalischen und mineralogischen Eigenschafen.
Hinsichtlich der Analyse bestehen vielfältige Möglichkeiten, die beispielhaft anhand des Ein schmelzers als (Teil der) Reaktoranordnung beschrieben werden. Beispielsweise wird während des Erhitzens kein weiteres eisenhaltiges Zwischenprodukt in die Reaktoranordnung, insbeson dere den Einschmelzer, hinzugefügt. Dann kann mittels Analyse des eisenhaltigen Zwischen produkts die Beschaffenheit der zukünftigen Schlacke ermittelt werden. Daraus kann z.B. er mittelt werden, welche Stoffzusammensetzung der Zusatzstoff haben sollte und welche Menge des Zusatzstoffes der Reaktoranordnung hinzugefügt werden sollten, um eine gewünschte Be schaffenheit der Schlacke zu erhalten. Es kann jedoch auch zyklisch nur ein Teil des Eisens bzw. der Schlacke abgestochen werden, während ebenfalls zyklisch neues eisenhaltiges Zwischen produkt hinzugegeben wird und somit immer ein Teil der Schlacke bzw. des Eisens in der Re aktoranordnung, insbesondere dem Einschmelzer, verbleibt. Unter der Annahme, dass die Schlacke in dem Einschmelzer bereits die gewünschte Beschaffenheit aufweist, kann der Zu satzstoff ebenso auf Basis der Analyse des eisenhaltigen Zwischenprodukts bestimmt werden. D.h., es ist nur die Beschaffenheit des neu hinzukommenden Schlackenanteils einzustellen. Ferner kann jedoch zur Überprüfung auch die Beschaffenheit der Schlacke in dem Einschmel zer bestimmt werden und bei Abweichungen von der gewünschten Beschaffenheit durch Zuga be des Zusatzstoffs angepasst werden.
In anderen Worten kann die Analyseeinheit bei der Analyse eine Ist-Beschaffenheit des eisen haltigen Zwischenprodukts und/oder der Schlacke bestimmen und mit einer gewünschten Soll- Beschaffenheit der Schlacke vergleichen und in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist- Zusammensetzung und Soll-Zusammensetzung, die Eigenschaften des Zusatzstoffes oder die thermische Behandlung einzustellen.
In der Reaktoranordnung werden die Zusatzstoffe mit dem eisenhaltigen Zwischenprodukt er hitzt und können sich somit vollständig mit der Schlacke vermischen bzw. verbinden. Es ent steht eine homogene Schlacke mit der gewünschten Beschaffenheit.
In Ausführungsbeispielen weist die Reaktoranordnung einen ersten Reaktor, bevorzugt den Ein schmelzer, und einen zweiten Reaktor auf. Der erste Reaktor nimmt das eisenhaltige Zwischen produkt auf und erhitzt dieses, um das Eisen und die Schlacke zu erhalten. Der zweite Reaktor nimmt die flüssige Schlacke auf und unterzieht dieser mittels der Steuereinheit einer Weiterbe handlung, um die gewünschte Beschaffenheit der Schlacke zu erhalten. Die Weiterbehandlung mittels der Steuereinheit wurde bereits umfassend beschrieben und umfasst das Hinzugeben des in seinen Eigenschaften eingestellten Zusatzstoffs. Ergänzend oder alternativ umfasst die Weiterbehandlung eine thermische Behandlung der Schlacke. In diesem Fall erfolgt das Ein stellen der Schlacke auf die gewünschte Beschaffenheit erst nachdem das Eisen abgestochen worden ist, so dass der Prozess der Roheisenherstellung nicht verändert werden braucht. In weiteren Ausführungsbeispielen weist die Reaktoranordnung, bevorzugt der erste Reaktor bzw. der Einschmelzer, eine Öffnung auf, um Rohmaterial, insbesondere Gichtstaub, in die Re aktoreinheit zu geben. Hierüber kann der in der Direktreduktionsanlage aufgewirbelte und auf gefangene Gichtstaub eingeleitet werden aber auch beliebige weitere, insbesondere flugfähi ge, Rohmaterialien. Diese Rohmaterialien müssen nicht zwangsläufig bei der Eisenherstellung anfallen, sondern es können auch (flugfähige) Rohmaterialien aus anderen Industrien, bei spielsweise der Tonherstellung, hinzugegeben werden. Insbesondere kann das Rohmaterial vor dem Einleiten in die Reaktoranordnung aufbereitet, beispielsweise getrocknet und/oder granu liert, werden. Die Beschaffenheit der Schlacke wird dadurch verändert und nach dem Hinzuge ben des Rohmaterials durch die Analyseeinheit analysiert. Der Vorteil der Hinzugabe von Gicht staub liegt darin, dass in dem Gichtstaub ein nicht unerheblicher Teil Eisen (im kleinen einstel ligen Prozentbereich) gebunden ist, der aktuell bei der Eisenherstellung verloren geht. Durch das Einleiten des Gichtstaubs in die Reaktoreinheit wird das darin enthaltene Eisen ebenfalls geschmolzen und geht somit nicht verloren.
Statt Gichtstaub kann generell auch ein beliebiges Rohmaterial in die Reaktoranordnung einge leitet werden. Ist das Rohmaterial zu klein, kann dieses zur einfacheren Einleitung in die Reak toranordnung granuliert werden. Die Granulation oder Pelletierung von Rohmaterial ist dann vorteilhaft, wenn es flugfähig ist. Als flugfähig wird ein Material angesehen, dessen Korngröße weniger als 5 mm, bevorzugt weniger als 3 mm oder weniger als 1,5 mm aufweist. Auch flug fähige Rohmaterialien sind in die Reaktoranordnung einleitbar, allerdings nur mittels eines Trä gergases, das jedoch typischerweise nicht in der Reaktoranordnung erwünscht ist.
In anderen Worten besteht ein weiterer Vorteil des Verfahrens darin, auch feinkörnige Einsatz stoffe (Rohmaterial) im neuen Prozess zu verwenden. Beim derzeitig üblichen Prozess werden feinkörnige Einsatzstoffe durch den Gasstrom im Schüttgut mitgetragen und gelangen somit nicht in die Schmelze. Entsprechend geht dieser Staub für die Produktion verloren. Im hier vor gestellten Prozess kann er nunmehr z. B. unter Umgehung des Durchlaufens des oberen Teils des Prozesses direkt in den Schmelzofen eingebracht werden, ggf. gemischt mit anderen Stof fen und / oder bereits generell vorbehandelt, z. B. aber nicht ausschließlich mittels Wärme, Zer kleinerung oder Agglomeration. Die Auswahl solcher Stäube ist grundsätzlich lediglich dadurch beschränkt, dass sie die Qualität von Schmelze und / oder Schlacke nicht bis zur Unbrauchbar keitverschlechtert. So können z.B. Stäube aus dem unmittelbaren Umfeld der Eisen- und Stahl herstellung sowie der Herstellung von mineralischen Baustoffen aus logistischen Gründen prak tischerweise verwendet werden. Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Menge des Zusatzstof fes so auszuwählen, dass die Schlacke eine Basizität von 1 bis 5.5, vorzugsweise von 1.13 bis 2, aufweist. Dies ist für die Erzeugung von mineralischen Baustoffen von Vorteil.
In weiteren Ausführungsbeispielen ist der zweite Reaktor ausgebildet, die Schlacke zu verdü- sen, um verdüste Schlacke zu erhalten, wobei die verdüste Schlacke eine Korngröße von 1 bis 100 pm, vorzugsweise 1 bis 40 gm, aufweist. Durch das Verdüsen wird eine schnelle Abküh lung der Schlacke ermöglicht, um beispielsweise zur Hüttensandherstellung die erforderliche glasige Erstarrung zu erhalten. Das Verdüsen kann in dem zweiten Reaktor als Teil der thermi schen Behandlung erfolgen.
Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass der zweite Reaktor einen mineralischen Baustoff, beispielsweise ein Bindemittel, erzeugt. Beispielsweise ist es möglich, dass die Steuereinheit als Zusatzstoff oder als Teil des Zusatzstoffs Zement in den zweiten Reaktor gibt, wobei der zwei te Reaktor ausgebildet ist, die verdüste Schlacke und den Zement miteinander zu vermischen, wobei die verdüste Schlacke im Verhältnis 36:64 bis 95:5, vorzugsweise 60:40 bis 80:20, mit Zement gemischt wird, so dass der mineralische Baustoff entsteht, dessen 28-d Normfestig keit mindestens 30 N/mm2 beträgt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug neh mend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: zeigt eine Gegenüberstellung des klassischen Hochofens (Fig. la) gegenüber einem Ausführungsbeispiel des Schmelzofens (Fig. lb) jeweils in einer schematischen Schnittdarstel lung;
Fig. 2: zeigt ein Ausführungsbeispiel des Schmelzofens aus Fig. lb;
Fig. 3: zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schmelzofens aus Fig. lb, das auch mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 kombiniert werden kann;
Fig. 4: zeigt eine schematische Darstellung eines Dreiecksdiagramms der wichtigsten Inhaltss toffe der Schlacke für die Zementindustrie. Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsglei che oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figu ren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausfüh rungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Gegenüberstellung eines klassischen Hochofens 20a (Fig. la) gegenüber ei nem Schmelzofen 20b (Fig. lb), der eine Direktreduktionsanlage 21a und eine Reaktoranord nung 21b, hier als Einschmelzer dargestellt, umfasst. Beide Anlagen weisen jeweils eine Ma terialzufuhr 22a, 22b auf, durch die u.a. das zu schmelzende Eisenoxid in den Hochofen ge langt. Im Falle des Hochofens kann hierüber auch das Koks hinzugegeben werden. Der Schmelzprozess wird in verschiedene Zonen aufgeteilt. Nach einer Vorheizzone 24a, 24b folgt eine Reduktionszone 26a, 26b in der der Hauptteil der Reduktion des Eisenoxids zu Eisen er folgt. In der Aufkohlungszone 28a, 28b reichert sich ein Teil des Eisens mit Kohlenstoff an. Die bis hierhin beschriebenen Zonen befinden sich in der Direktreduktionsanlage 21a des Schmelzofens. In dem Hochofen unterhalb der Aufkohlungszone und im Schmelzofen in dem Einschmelzer befindet sich ferner die Schmelzzone, in der die Temperatur so hoch ist, sich das Eisen verflüssigt und sich von der ebenfalls flüssigen Schlacke trennt. Das flüssige Eisen und die flüssige Schlacke können durch Abstichlöcher 32a, 32b, 32b‘ entnommen werden.
Der Hochofen 20a weist ferner eine Zufuhr 34 für heiße Winde auf, während die Direktredukti onsanlage 21a eine Zufuhr 36a, 36b für ein Reduktionsgas, beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenstoffmonoxid, aufweist. Der Einschmelzer 21b umfasst eine Hauptöffnung 38, durch die ein eisenhaltiges Zwischenprodukt 39 aus der Direktreduktionsanlage in den Einschmelzer 21b gelangt. Weiterhin umfasst der Einschmelzer 21b eine Öffnung 40, durch die ein Zusatzstoff in den Einschmelzer gegeben werden kann. Soll der Zusatzstoff verschiedener Stoffe enthalten, kann pro Stoff eine Öffnung vorgesehen sein. Alternativ können die Stoffe vorab zu dem Zu satzstoff vermischtwerden und dann als gemischter Zusatzstoff durch eine Öffnung in den Ein schmelzer gelangen. Weiterhin ist auf dem Boden des Einschmelzers ein See aus Schlacke 42 und Eisen 44 dargestellt. Die Öffnungen sind jedoch vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass der Einschmelzer 21b das Erhitzen unter Luftabschluss durchführt. D.h., die Direktreduktions anlage kann fest mit dem Einschmelzer verbunden sein, damit das eisenhaltige Zwischenpro dukt ohne Luftkontakt in den Einschmelzer gelangt. Dadurch, dass der Einschmelzer ein von der Direktreduktionsanlage getrenntes Aggregat ist, ist es im Gegensatz zu dem Hochofen nun möglich, direkt im Einschmelzer vor der Entnahme der Schlacke eine Probe von der Schlacke bzw. dem eisenhaltigen Zwischenprodukt 39 zu ent nehmen. Alternativ kann die Probe auch bereits aus der Direktreduktionsanlage entnommen werden. Die Probe kann in einer Analyseeinheit 43 auf ihre Beschaffenheit analysiert werden. Basierend auf dem Analyseergebnis ermittelt eine Steuereinheit 45 die Eigenschaft des Zusatz stoffs. Mittels Signalleitung 51a kann die Steuereinheit den Zusatzstoff erstellen und in die Re aktoranordnung, insbesondere den Einschmelzer, geben. Ergänzend oder alternativ kann die Steuereinheit 45 auch mittels einer weiteren Signalleitung 51a eine Temperatur des Einschmel zers einstellen. So kann eine thermische Behandlung der Schmelze beispielsweise durch Ab fahren einer vorgegebenen Temperaturkurve durchgeführt werden.
Der Schmelzofen 20b hat den Vorteil, beispielsweise im Gegensatz zu einer Direktreduktions anlage in Kombination mit einem Lichtbogenofen, der unter oxidierender Atmosphäre arbeitet, dass der weitere Verarbeitungsprozess einer Eisenhütte, die dem Hochofen angeschlossen ist, auch für den Schmelzofen verwendbar ist. So kann das Eisen in einem Konverter zu Stahl ge frischt werden. Der flüssige Stahl kann in einem Pfannenofen entschwefelt und in seiner Güte eingestellt werden und anschließend mittels einer Stranggussanlage in Form gebracht werden.
Fig. 2 zeigt die Darstellung des Schmelzofens 20b aus Fig. lb in einem Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel umfasst ergänzend eine Zufuhr 52 für Rohmaterial in den Einschmel zer. Die Zufuhr 52 kann als Rückführung 52a aus dem Direktreduktionsofen 21a ausgebildet sein, um das Rohmaterial aus dem Direktreduktionsofen in den Einschmelzer zu leiten. Wenn das Rohmaterial nicht direkt dazu geeignet ist, in den Einschmelzer eingebracht zu werden, ist es auch möglich, dieses vorab einer Nachbehandlung zu unterziehen. Durch das Einblasen des Reduktionsgases wird insbesondere Gichtstaub aufgewirbelt. Dieser kann aufgefangen und op tional vorverarbeitet (z.B. zu Pellets verpresst oder gefiltert) und in den Einschmelzer geleitet werden. Ergänzend oder alternativ weist die Zufuhr eine externe Zufuhr 52b für Rohmaterial auf. Dort kann beispielsweise auf dem Gelände der Eisenhütte gesammelter Gichtstaub aber auch Rohmaterial aus anderen Industrien in den Einschmelzer eingebracht werden.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Schmelzofens 20b aus Fig. lb. Hier ist die Reaktoranordnung 21b zweistufig aufgebaut. Ein erster Reaktor 54a, hier der Einschmelzer, der bereits in Fig. lb und Fig. 2 gezeigt ist, wird ergänzt durch einen zweiten Reaktor 54b. Der zweite Reaktor 54b nimmt dann die flüssige Schlacke aus dem ersten Reaktor auf und kann in dem zweiten Reaktor 54b weiterverarbeitet werden. Dies ermöglicht es, die Schlacke mit größeren Freiheitsgrade weiterzuverarbeiten, da keine Rücksicht auf das flüssige Eisen genommen wer den braucht.
Weiterhin ist es auch möglich, die Zufuhr für das Rohmaterial aus Fig. 2 mit der Aufteilung der Reaktoranordnung aus Fig. 3 zu kombinieren.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Dreiecksdiagramm, das nur skizzenhaft die Konzentrationen der Hauptanteile der Schlacke für die Zementindustrie darstellt. Auf dem unteren Schenkel ist der Anteil an CaO(Calciumoxid) und MgO (Magnesiumoxid) aufgetragen. Auf dem linken Schenkel ist der Anteil an Si02 (Siliziumoxid) aufgetragen. Auf dem rechten Schenkel der Anteil an Al203 (Aluminiumoxid) und Fe203 (Eisenoxid) aufgetragen. Die in dem Eisenoxid enthaltene Gangart 46 kann eine große Bandbreite an Stoffanteilen aufweisen. So kann beispielhaft der CaO+MgO Anteil zwischen ca. 10 % bis ca. 30 % variieren während der Si02 Anteil zwischen ca. 30 % und ca. 70 % variiert sowie der Al203 und Fe203 Anteil zwischen ca. 5 % und ca. 55 % variiert. Ziel ist es nun, zu analysieren, wie die tatsächliche Zusammensetzung der Gangart aussieht und welche Stoffe der Gangart hinzugefügt werden müssen, um eine definierte Schlacke zu erhal ten. Beispielhaft sind Zusammensetzungen für Flüttensand 48 und Portlandzement 50 gezeigt. Das heißt, durch Beimischung eines Zusatzstoffs, der eine Mehrzahl von Stoffen in verschiede nen Konzentrationen umfassen kann, wird basierend auf der Gangart als Grundlage, eine ho mogene Schlacke erzeugt, die beispielsweise die Stoffzusammensetzung von Flüttensand oder Portlandzement aufweist. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass auch weitere physikali schen Eigenschaften der Schlacke wie z.B. Viskosität oder die Bildung einer ausreichenden Glasphase bei der Erstarrung erhalten bleiben.
Ein Vorteil des offenbarten Schmelzofens und des entsprechenden Verfahrens besteht darin, dass die bisherige Beschränkung der Schlackenzusammensetzung auf diejenige, die durch ei ne besonders niedrige Schmelztemperatur gekennzeichnet ist, entfällt. Es ist nunmehr möglich, den Schmelzofen grundsätzlich ohne Begrenzung seiner Freiheitsgrade zu betreiben, insbeson dere, aber nicht beschränkt auf chemische, physikalische und mineralogische Beschaffenheit der Schlacke sowohl im zeitlich stationären als auch im zeitlichen Verlauf. Insoweit deuten die Pfeile in Fig. 4 an, dass ausgehend von der Gangart 46 eine beliebige Zusammensetzung der Schlacke erhalten werden kann.
Manche Aspekte sind im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstel len, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Ver- fahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stel len Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wur den, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variatio nen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, be schränkt sei.
Bezugszeichenliste:
20a Hochofen
20b Schmelzofen 21a Direktreduktionsanlage
21b Reaktoranordnung
22 Materialzufuhr
24 Vorheizzone
26 Reduktionszone 28 Aufkohlungszone
32 Abstichlöcher
34 Zufuhr für Winde
36 Zufuhr für Reaktionsgas
38 Hauptöffnung der Reaktoranordnung 39 eisenhaltiges Zwischenprodukt
40 Öffnung für die Zugabe des Zusatzstoffs
42 Schlacke
43 Analyseeinheit
44 Eisen 45 Steuereinheit
46 Gangart
48 Hüttensand
50 Portlandzement
51 Signalleitung der Steuereinheit 52 Zufuhr für Rohmaterial
54a erster Reaktor
54b zweiter Reaktor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen von Schlacke (42) in einer gewünschten Beschaffenheit bei der Roheisenherstellung mit folgenden Schritten: a) Erhitzen von Eisenoxid in einer Direktreduktionsanlage (21a), so dass bei Vorliegen ei nes Reduktionsmittels das Eisenoxid mehrheitlich zu Eisen reduziert und ein eisenhaltiges Zwischenprodukt (39) entsteht; b) Erhitzen des eisenhaltigen Zwischenprodukts (39) in einer Reaktoranordnung (21b, 54a), um Roheisen (44) und die Schlacke (42) zu erhalten; c) Analysieren des eisenhaltigen Zwischenprodukts (39) und/oder der Schlacke (42) mit tels einer Analyseeinheit (43), die sich während des weiteren Erhitzens des eisenhaltigen Zwischenprodukts (39) abscheidet; dl) Bestimmen einer Eigenschaft eines während des Erhitzens zu dem eisenhaltigen Zwi schenprodukt (39) hinzuzugebenden Zusatzstoffes in Abhängigkeit von der Analyse, um die Zusammensetzung der Schlacke (42) zu verändern und Hinzugeben des Zusatzstof fes während des Erhitzens um die Schlacke (42) in der gewünschten Beschaffenheit zu erhalten; und/oder d2) Erkennen, dass die Schlacke (42) eine thermische Behandlung benötigt, um die Schlacke (42) mit der gewünschten Beschaffenheit zu erhalten und Einleiten der thermi schen Behandlung.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Direktreduktionsanlage (21a) mit einer Zufüh rung für Wasserstoff als Reduktionsmittel aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Reaktoranordnung einen Einschmelzer (21b, 54a) mit einer reduzierenden Atmosphäre aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Direktreduktionsanlage (21a) ausgebildet ist, das Eisenoxid bis zu einer Temperatur zwischen 900°C und 1100°C zu erhitzen.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine Analyseeinheit (43) ver wendet wird, die ausgebildet ist, bei der Analyse eine Ist-Zusammensetzung des eisen haltigen Zwischenprodukts und/oder der Schlacke (42) in die Reaktoreinheit (21b, 54b) zu bestimmen und mit einer gewünschten Soll-Zusammensetzung der Schlacke (42) zu vergleichen und in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Zusammensetzung und Soll-Zusammensetzung, die Eigenschaften des Zusatzstoffes einzustellen.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (45) ver wendet wird, die ausgebildet ist, als Eigenschaft des Zusatzstoffs eine Menge des Zusatz stoffs und eine Zusammensetzung des Zusatzstoffs zu bestimmen.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (45) ver wendetwird, die ausgebildet ist, bei der Soll-Beschaffenheit der Schlacke (42) eine belie bige Auswahl aus folgenden Merkmalen zu berücksichtigen, um die Ist-Beschaffenheit der Schlacke (42) zu verändern: einer gewünschten chemischen Zusammensetzung der granulierten Schlacke, einer gewünschten physikalischen Eigenschaft der granulierten Schlacke, einer mineralogischen Eigenschaften der granulierten Schlacke.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Einschmelzer (21b) eine Öffnung aufweist, um Rohmaterial (38) in den Einschmelzer (21b) zu geben; wobei eine Analyseeinheit (43) verwendet wird, die ausgebildet ist, die Schlacke (42) nach dem Hin zugeben des Rohmaterials zu analysieren.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (45) ver wendet wird, die ausgebildet ist, die Menge des Zusatzstoffes so auszuwählen, dass die Schlacke (42) eine Basizität von 1 bis 5.5 aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Reaktoranordnung (21b) einen ersten Reaktor (54a) aufweist, der ausgebildet ist, das eisenhaltige Zwischenpro dukt (39) aufzunehmen und zu erhitzen, um das Eisen (44) und die Schlacke (42) zu er halten und wobei die Reaktoranordnung (21b) einen zweiten Reaktor (54b) aufweist, der ausgebildet ist, die Schlacke (42) aus dem ersten Reaktor (54a) aufzunehmen; wobei ei ne Steuereinheit (45) verwendet wird, die ausgebildet ist, den Zusatzstoff in den zweiten Reaktor (54b) hinzuzugeben und/oder die thermische Behandlung der Schlacke (42) in dem zweiten Reaktor (54b) einzuleiten, um die Schlacke (42) mit der gewünschten Be schaffenheit zu erhalten.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der zweite Reaktor (54b) ausgebildet ist, die Schla cke zu verdüsen, um verdüste Schlacke zu erhalten, wobei die verdüste Schlacke eine Korngröße von 1 bis 100 pm aufweist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der zweite Reaktor (54b) ausgebildet ist, einen mi neralischen Baustoff, insbesondere ein Bindemittel; wobei die Steuereinheit (45) ausge bildet ist, als Teil des Zusatzstoffs Zement in den zweiten Reaktor (54b) zu geben; wobei der zweite Reaktor (54b) ausgebildet ist, die verdüste Schlacke und den Zement mitein ander zu vermischen, wobei die verdüste Schlacke im Verhältnis 36:64 bis 95:5 mit Ze ment gemischt wird, so dass der mineralische Baustoff entsteht, dessen 28-d Normfes tigkeit mindestens 30 N/mm2 beträgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023105797A1 (de) 2023-03-09 2024-09-12 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Einschmelzers

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397376A (en) * 1992-10-06 1995-03-14 Bechtel Group, Inc. Method of providing fuel for an iron making process
EP0632791B1 (de) 1993-01-26 1997-04-23 "HOLDERBANK" Financière Glarus AG Verfahren zur herstellung von zement aus metallurgischen schlacken
DE19708034A1 (de) 1996-03-05 1997-10-30 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder zumindest teilreduziertem Nichteisen-Erz sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens
EP1198599B1 (de) 1999-06-08 2004-02-11 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh Verfahren zur schlackenkonditionierung mit einbringen von hüttenreststoffen sowie anlage hierzu
DE10340880A1 (de) 2003-09-04 2005-03-31 Polysius Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verdüsen von Schlacke
US20050179174A1 (en) * 2002-05-15 2005-08-18 Iakov Gordon Plant for use in continuous steelmaking process
EP1354969B1 (de) 2002-04-10 2005-11-30 ThyssenKrupp Stahl AG Verfahren zur Konditionierung von flüssiger Hochofenschlacke
US20110094336A1 (en) * 2007-12-14 2011-04-28 Salzgitter Flachstahl Gmbh Method for producing a steel melt containing up to 30% manganese
EP1627084B1 (de) 2003-05-16 2019-10-09 Primetals Technologies Austria GmbH Verfahren zum verwerten von schlacke
DE102020205493A1 (de) 2020-04-30 2021-11-04 Sms Group Gmbh Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen aus einem DRI-Produkt

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397376A (en) * 1992-10-06 1995-03-14 Bechtel Group, Inc. Method of providing fuel for an iron making process
EP0632791B1 (de) 1993-01-26 1997-04-23 "HOLDERBANK" Financière Glarus AG Verfahren zur herstellung von zement aus metallurgischen schlacken
DE19708034A1 (de) 1996-03-05 1997-10-30 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder zumindest teilreduziertem Nichteisen-Erz sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens
EP1198599B1 (de) 1999-06-08 2004-02-11 Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh Verfahren zur schlackenkonditionierung mit einbringen von hüttenreststoffen sowie anlage hierzu
EP1354969B1 (de) 2002-04-10 2005-11-30 ThyssenKrupp Stahl AG Verfahren zur Konditionierung von flüssiger Hochofenschlacke
US20050179174A1 (en) * 2002-05-15 2005-08-18 Iakov Gordon Plant for use in continuous steelmaking process
EP1627084B1 (de) 2003-05-16 2019-10-09 Primetals Technologies Austria GmbH Verfahren zum verwerten von schlacke
DE10340880A1 (de) 2003-09-04 2005-03-31 Polysius Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verdüsen von Schlacke
US20110094336A1 (en) * 2007-12-14 2011-04-28 Salzgitter Flachstahl Gmbh Method for producing a steel melt containing up to 30% manganese
DE102020205493A1 (de) 2020-04-30 2021-11-04 Sms Group Gmbh Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen aus einem DRI-Produkt

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIRSCHEN MARCUS ET AL: "Process Improvements for Direct Reduced Iron Melting in the Electric Arc Furnace with Emphasis on Slag Operation", PROCESSES, vol. 9, no. 2, 23 February 2021 (2021-02-23), pages 402, XP055942698, Retrieved from the Internet <URL:https://epub.uni-bayreuth.de/5309/1/2021-processes-09-00402.pdf> [retrieved on 20220714], DOI: 10.3390/pr9020402 *

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