DE102021112781A1 - Verfahren zum Herstellen von Stahl in einem integrierten Hüttenwerk - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Stahl in einem integrierten Hüttenwerk Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stahl in einem integrierten Hüttenwerk (1) umfassend mindestens einen Direktreduktionsreaktor (2) zum Direktreduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, mindestens einen Elektroofen (3) zum Einschmelzen des Eisenschwamms zu Roheisen oder Rohstahl, mindestens einen Hochofen (4) zum Erschmelzen von Eisenerz zu Roheisen und mindestens einen Konverter (5) zum Raffinieren von Roheisen zu Rohstahl. Erfindungsgemäß wird das aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführte Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil einem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt, welcher und/oder welches in den Hochofen (4) eingeblasen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stahl in einem integrierten Hüttenwerk.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Stahlherstellung in einem integrierten Hüttenwerk ist beispielhaft in der EP 1 641 945 B1 offenbart. Der Einsatz eines zusätzlichen Einschmelzers in einem integrierten Hüttenwerk ist auf der Homepage der Anmelderin https://www.thyssenkrupp-steel.com/de/unternehmen/ nachhaltigkeit/klimastrategie/ „Zwei Technologiepfade - ein Ziel“ gezeigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass die in einem bestehenden integrierten Hüttenwerk vorhandenen energetisch und stofflich wertvollen Prozessgase wirtschaftlich optimiert genutzt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Stahl in einem integrierten Hüttenwerk, umfassend mindestens einen Direktreduktionsreaktor zum Direktreduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, mindestens einen Elektroofen zum Einschmelzen des Eisenschwamms zu Rohstahl bzw. Roheisen, mindestens einen Hochofen zum Erschmelzen von Eisenerz zu Roheisen und mindestens einen Konverter zum Raffinieren des Roheisens zu Rohstahl, wobei erfindungsgemäß das aus dem Direktreduktionsreaktor abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil dem Heißwind und/oder zumindest zu einem Teil einem optionalen Beschickungsstoff beigemengt wird, welcher und/oder welches in den Hochofen eingeblasen wird.
  • In mindestens einem Direktreduktionsreaktor wird aus Eisenerz mittels eines Reduktionsgases, welches aus Wasserstoff und/oder Methan (Erdgas) bestehen kann, Eisenschwamm erzeugt und welches in mindestens einem Einschmelzer zu Rohstahl bzw. Roheisen eingeschmolzen wird. Des Weiteren wird in mindestens einem Hochofen Eisenerz und Koks, welcher aus Kohle in einer Kokerei hergestellt wird, zu Roheisen erschmolzen, welches wiederrum in einem Konverter, insbesondere Sauerstoffkonverter, durch Raffinieren, somit durch Entziehen von insbesondere Kohlenstoff, Schwefel und/oder Phosphor in Rohstahl überführt wird. Die einzelnen genannten Aggregate und entsprechenden Verfahren sind Stand der Technik und in der Praxis etablierte Prozesse.
  • Es wurde überraschend erkannt, dass das aus dem Direktreduktionsreaktor abgeführte Prozessgas energetisch und stofflich hochwertig ist und daher in einem integrierten Hüttenwerk wirtschaftlich und ökologisch im Hochofenprozess optimal über die Blasformen, insbesondere über die Einblaslanzen, in den Hochofen verwerten werden kann.
  • Das abgeführte Prozessgas aus dem Direktreduktionsreaktor kann zumindest zu einem Teil einem optionalen Beschickungsstoff beigemengt werden oder ersetzen. Dadurch können insbesondere hochpreisige Komponenten zur Beschickung, wie zum Beispiel Wasserstoff, oder CO2-intensive Komponenten, wie zum Beispiel Kohle und/oder Erdgas, zum Teil oder vollständig substituiert werden und dadurch die Kosten und der CO2-Footprint der Einsatzstoffe reduziert werden.
  • Als Kaltwind wird standardmäßig Luft verwendet, welches, bevor es in den Hochofen in Form von Heißwind über die Blasformen eingeblasen wird, in einem Winderhitzer (Cowper) auf die notwendige Temperatur erwärmt wird. Bei Bedarf kann vor und/oder nach der Erwärmung zusätzlich Sauerstoff beigemengt werden. Auch kann vor und/oder nach der Erwärmung der Druck erhöht werden. Je nach Kapazität des Hochofens sind zwei oder mehrere Winderhitzer vorhanden, welche im Wechselbetrieb arbeiten (Funktionsweise ist bekannt). Das abgeführte Prozessgas aus dem Direktreduktionsreaktor kann alternativ oder zusätzlich zumindest zu einem Teil dem Heißwind beigemengt werden.
  • Ob der Heißwind und/oder der optionale Beschickungsstoff vollständig durch das aus dem Direktreduktionsreaktor abgeführte Prozessgas ersetzt werden kann, hängt von der Auslegung und der Betriebsweise der entsprechenden Aggregate im integrierten Hüttenwerk ab. Es wird zumindest ein Teil des abgeführten Prozessgases dem Hochofen über die Blasformen zugeführt, so dass ein Mischgas aus Prozessgas, Heißwind und optionalem Beschickungsstoff eingeblasen wird.
  • Unter zumindest ein Teil des abgeführten Prozessgases ist zu verstehen, dass entweder nur ein Teil des abgeführten Prozessgases dem Hochofen zugeführt wird und der Rest außerhalb des Hochofenprozesses verwertet wird oder vollständig dem Hochofenprozess zugeführt werden kann.
  • Beimengen kann auch als Zuführen verstanden werden.
  • Das aus dem Direktreduktionsreaktor abgeführte Prozessgas enthält, je nach Zusammensetzung des eingesetzten Reduktionsgases, noch nicht abreagierte Anteile, welche im Hochofenprozess wirtschaftlich zur Reduktion und zum Erschmelzen von Eisenerz, Koks und weiteren Zusatzstoffen verwendet werden können, insbesondere Verbindungen oder Mischungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff (CO, CO2), Methan (CH4), Wasserstoff (H2) und/oder Wasserdampf (H2O) sowie prozessbedingte unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil direkt dem Heißwind und/oder zumindest zu einem Teil direkt dem optionalen Beschickungsstoff beigemengt. Soll heißen, dass das Prozessgas, so wie es aus dem Direktreduktionsreaktor abgeführt wird, direkt, insbesondere über entsprechende Versorgungsleitungen, dem Hochofenprozess zugeführt wird, vorzugsweise ohne eine Stufe zur Aufbereitung des Prozessgases durchlaufen zu müssen.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird das abgeführte Prozessgas zunächst entfeuchtet und anschließend als entfeuchtetes Prozessgas zumindest zu einem Teil dem Heißwind und/oder zumindest zu einem Teil dem optionalen Beschickungsstoff beigemengt. Das abgeführte Prozessgas wird durch eine Einheit durchgeleitet, beispielsweise durch einen Kondensator, und entsprechend abgekühlt, so dass der im Prozessgas befindliche Wasserdampf kondensiert und somit vom Prozessgas abgetrennt wird. Durch das Kondensieren und Ableiten des Kondensats wird das Prozessgas „entfeuchtet“. Dadurch kann die Qualität des Prozessgases erhöht werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der abgeführten im Prozessgas oder im entfeuchteten Prozessgas enthaltene CO2-Anteil abgetrennt wird und anschließend als kohlenstoffdioxidfreies Prozessgas zumindest zu einem Teil dem Heißwind und/oder zumindest zu einem Teil dem optionalen Beschickungsstoff dem Hochofen beigemengt wird. Das Prozessgas wird durch eine Einheit durchgeleitet, in welcher Verbindungen oder Mischungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid (CO2) abgeschieden wird, beispielsweise durch eine CO2-Abtrennung in Form einer Aminwäsche, Carbonatwäsche, Membranabtrennungstechnologie, wie zum Beispiel selektive Membranen, oder einer PSA (Pressure Swing Absorption). Um die Klimabilanz weiter zu verbessern, kann das aus dem Prozessgas abgeschiedene Kohlenstoffdioxid beispielsweise in einer geeigneten Umgebung gespeichert werden, mittels CCS (Carbon Capture and Storage) oder stofflich im Rahmen eines CCU (Carbon Capture and Utilization)-Verfahrens genutzt werden. Des Weiteren kann das Kohlenstoffdioxid (CO2) auch als mögliches Kühlgas oder Teil eines möglichen Kühlgases in einer optionalen Kühlzone im Direktreduktionsprozess stofflich genutzt werden.
  • In dem Direktreduktionsreaktor wird zum Reduzieren des Eisenerzes zu Eisenschwamm ein Reduktionsgas eingespeist, welches vor dem Einspeisen in die Reduktionszone des Direktreduktionsreaktors zunächst in einem Reduktionsgaserwärmer auf eine entsprechende Temperatur erwärmt wird.
  • Hierfür kann als Brenngas oder als Zusatzgas zum Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung das aus dem Elektroofen abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil als Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers des Direktreduktionsreaktors bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das aus dem Elektroofen abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil in den Hochofen über die Blasformen eingeblasen werden.
  • Das integrierte Hüttenwerk umfasst des Weiteren eine Kokerei, welche den Koks für den Hochofenprozess in unmittelbarer Nähe aus Kohle erzeugt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann das aus der Kokerei abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil als Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers des Direktreduktionsreaktors bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das aus der Kokerei abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil in den Hochofen über die Blasformen eingeblasen werden.
  • Das integrierte Hüttenwerk umfasst des Weiteren ein Stahlwerk mit mindestens einem Konverter, beispielsweise LD-Konverter (oder auch BOF-Konverter genannt), in welchem das Roheisen zu Rohstahl zur Weiterverarbeitung optimiert wird, wobei gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung das aus dem Konverter abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil als Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers des Direktreduktionsreaktors bereitgestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das aus dem Konverter abgeführte Prozessgas zumindest zu einem Teil in den Hochofen über die Blasformen eingeblasen werden.
  • Auch kann das aus dem Hochofen abgeführte Prozessgas gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung zumindest zu einem Teil als Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers des Direktreduktionsreaktors bereitgestellt werden.
  • Die Verwendung des abgeführten Prozessgases aus Elektroofen, Kokerei, Konverter oder Hochofen kann die Energiebilanz eines integrierten Hüttenwerks im Wesentlichen verbessern.
  • Eine weitere Verbesserung der Energiebilanz kann dadurch erzielt werden, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei abgeführte Prozessgase aus Elektroofen, Kokerei, Konverter und Hochofen zusammengeschaltet werden und zumindest zu einem Teil als Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers des Direktreduktionsreaktors bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei abgeführte Prozessgase aus Elektroofen, Kokerei und Konverter zusammengeschaltet werden und zumindest zu einem Teil in den Hochofen über die Blasformen eingeblasen werden.
  • Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der 1. Dabei zeigt die 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens an einer schematischen Darstellung eines integrierten Hüttenwerks zum Herstellen von Stahl bzw. Roheisen.
  • Das integrierten Hüttenwerk (1) umfasst mindestens einen Direktreduktionsreaktor (2) zum Direktreduzieren von Eisenerz (io) zu Eisenschwamm, mindestens einen Elektroofen (3) zum Einschmelzen des Eisenschwamms zu Rohstahl bzw. Roheisen, mindestens einen Hochofen (4) zum Erschmelzen von Eisenerz (io), mit insbesondere Koks, Einblaskohle und weiteren Zuschlagstoffen, zu Roheisen und mindestens einen Konverter (5) zum Raffinieren von Roheisen zu Rohstahl. Des Weiteren umfasst das integrierte Hüttenwerk (1) mindestens eine Kokerei (6) zum Verkoken von Kohle zu Koks.
  • Eisenerz (io) wird sowohl in den Direktreduktionsreaktor (2), welcher beispielsweise als Schachtofen ausgebildet sein kann und somit am oberen Ende entsprechend bestückt wird, und in den Hochofen (4) zusammen mit Koks aus der Kokerei (6) und weiteren Zuschlagsstoffen, wie zum Beispiel Kalkstein, insbesondere schichtweise über den Möller eingebracht. Am unteren Ende des Direktreduktionsreaktors (2) wird der erzeugte Eisenschwamm entnommen und einem Elektroofen (3) zum Einschmelzen des Eisenschwamms insbesondere mit Zugabe von weiteren Zusätzen wie zum Beispiel Stahlschrott zugeführt. Das aus dem Hochofen (4) gewonnene Roheisen muss in einem Konverter (5) zu Rohstahl raffiniert werden. Sowohl der Rohstahl bzw. Roheisen aus der Direktreduktions- und Einschmelzeranlage wie auch aus dem Hochofenprozess werden im integrierten Hüttenwerk (1) auf schnellstem Weg der Sekundärmetallurgie zugeführt, um den gewünschten Stahl aufzubereiten und zu Halbzeugen, wie zum Beispiel zu Flach- oder Langprodukten, zu vergießen.
  • Neben Eisenerz (io) muss der Direktreduktionsreaktor (2) auch mit einem Reduktionsgas zum Austreiben des Sauerstoffs aus dem Erz beschickt werden, welches aus Wasserstoff und/oder kohlenwasserstoffhaltigen und/oder kohlestoffhaltigen Verbindungen oder Mischungen (2.7) bestehen kann und im Gegenstromprinzip den Reaktor (2) von unten nach oben durchströmt. Das Reduktionsgas (2.1) wird vor dem Beschicken in einem Reduktionsgaserwärmer (20) auf eine erforderliche Betriebstemperatur erwärmt, beispielsweise zwischen 600 und 1300 °C.
  • Unverbrauchtes Reduktionsgas wird zusammen mit etwaigen gasförmigen Reaktionsprodukten als Prozessgas (2.2) aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführt. Das abgeführte Prozessgas (2.2) kann Wasserstoff (H2), eine Verbindung oder Mischung aus Kohlenstoff und Sauerstoff (CO, CO2) und/oder mindestens eine wasserstoffhaltige Verbindung (H2O) und unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Im Standardprozess würde das abgeführte Prozessgas (2.2) im Kreislauf dem Direktreduktionsreaktor (2) wieder zugeführt werden, wobei Frischgas (2.7) zur Verbesserung des Reduktionspotentials zusätzlich beigemengt werden würde.
  • Erfindungsgemäß wird das aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführte Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil einem optionalen Beschickungsstoff (4.2) beigemengt, welcher und/oder welches in den Hochofen (4) eingeblasen wird. Das aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführte Prozessgas (2.2) ist energetisch und stofflich besonders hochwertig und lässt sich daher wirtschaftlich und ökologisch im Hochofenprozess stofflich verwerten.
  • Der Kaltwind (4.1) wird vor dem Einblasen in den Hochofen (4) in einem Winderhitzer (10) auf die notwendige Temperatur erwärmt, und dann als Heißwind (4.1*) über die Blasformen eingeblasen. Das abgeführte Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) aus dem Direktreduktionsreaktor (2) kann zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) beigemengt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das abgeführte Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) aus dem Direktreduktionsreaktor (2) zumindest zu einem Teil einem optionalen Beschickungsstoff (4.5) beigemengt werden. Als (weiterer) Beschickungsstoff (4.5) können zum Beispiel Wasserstoff, Öl, Erdgas und/oder Kohlepulver (Einblaskohle) verwendet werden, was dann insbesondere als Mischung (4.2) zusätzlich neben dem Heißwind (4.1*) eingeblasen werden kann. Der Heißwind (4.1*) kann bei Bedarf zusätzlich mit Sauerstoff (4.9) angereichert werden.
  • Es gibt somit mehrere Varianten, das energetisch und stofflich hochwertige Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) aus dem Direktreduktionsreaktor (2) wirtschaftlich und ökologisch in den Hochofen (4) einzubringen, welche insbesondere von der Betriebsweise (Teil-/Volllast) der einzelnen Aggregate (2, 4) und von den vorhandenen oder nicht vorhandenen Einheiten (H2O-, CO2-Abtrennung) abhängen.
  • So kann beispielsweise der optionale Beschickungsstoff (4.5) vollständig durch das aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführte Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5) ersetzt werden. In der Regel wird aber nur ein Teil des abgeführten Prozessgases (2.2, 2.3, 2.4, 2.5) dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt, so dass ein Mischgas aus Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5) optionalem Beschickungsstoff (4.3) und Heißwind (4.1*) in den Hochofen (4) eingeblasen wird.
  • In der einfachsten Variante wird das abgeführte Prozessgas (2.3, 2.9) zumindest zu einem Teil direkt dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil direkt dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt. Damit erfolgt eine direkte Zurverfügungstellung über entsprechende Versorgungsleitungen, ohne eine Stufe zur Aufbereitung des Prozessgases (2.3, 2.9) durchlaufen zu müssen.
  • In einer weiteren Variante wird das abgeführte Prozessgas (2.2) durch eine Einheit zur Wasser/Wasserdampf-Abscheidung durchgeleitet, beispielsweise durch einen Kondensator und entsprechend abgekühlt, so dass der im Prozessgas (2.2) befindliche Wasserdampf (H2O) kondensiert und somit abgeschieden wird. Durch das Kondensieren und Ableiten des Kondensats wird das Prozessgas (2.2) „entfeuchtet“ und anschließend als entfeuchtetes Prozessgas (2.4, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt.
  • In einer weiteren Variante wird das abgeführte Prozessgas (2.2) durch eine Einheit zur Kohlenstoffdioxid-Abscheidung durchgeleitet, beispielsweise durch einen Amin-Wäscher, um den CO2-Anteil abzutrennen, so dass anschließend als kohlenstoffdioxidfreie Prozessgas (2.5, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt werden kann.
  • Wird nur ein Teil des abgeführten Prozessgases (2.2) aus dem Direktreduktionsprozess entweder über eine der Varianten (2.3, 2.9), (2.4, 2.9) oder (2.5, 2.9) kann der Rest (2.6) im Kreislauf dem Direktreduktionsreaktor (2) insbesondere mit Frischgas (2.7) vermengt als Mischgas (2.8) dem Reduktionsgaserwärmer (20) und anschließend als warmes Reduktionsgas (2.1) dem Direktreduktionsreaktor (2) zugeführt werden. Bei Bedarf kann das warme Reduktionsgas (2.1) zusätzlich mit Sauerstoff (2.10) angereichert werden.
  • Des Weiteren kann auch durch Verwendung respektive Verwertung des abgeführten Prozessgases (3.1, 4.4, 5.1, 6.1) aus Elektroofen (3), Kokerei (6), Konverter (5) und/oder Hochofen (4) die Energiebilanz des integrierten Hüttenwerks (1) im Wesentlichen verbessert werden. So kann beispielsweise als Brenngas (4.6, 4.7) oder als Zusatzgas (4.6, 4.7) zum Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) das aus dem Elektroofen (3) abgeführte Prozessgas (3.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) und/oder das aus dem Konverter (5) abgeführte Prozessgas (5.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) und/oder das aus dem Hochofen (4) abgeführte Prozessgas (4.4, 4.5) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) und/oder das aus der Kokerei (6) abgeführte Prozessgas (6.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) des Direktreduktionsreaktors (2) bereitgestellt werden. Je nach Betriebsweise kann das abgeführt Prozessgas (3.1, 4.4, 5.1, 6.1) von nur einem Aggregat (3, 4, 5, 6) zum Befeuern genutzt werden oder von mehreren Aggregaten (3, 4, 5, 6). Es kann bei Bedarf zusätzliches Brenngas (4.8) beigemischt respektive zugeführt werden.
  • Das aus dem Hochofen (4) abgeführte Prozessgas (4.4), auch Gichtgas genannt, wird standardmäßig u. a. zum Befeuern der Winderhitzer (10) verwendet, so dass durchaus ein Teil (4.5) zum Befeuern der Reduktionsgaserwärmer (20) abgezweigt werden kann und der Rest (4.4) insbesondere mit weiterem Brenngas (nicht dargestellt) zum Befeuern der Winderhitzer (10) verwendet wird.
  • Das Prozessgases (4.6) kann durch eine Einheit zur Kohlenstoffdioxid-Abscheidung durchgeleitet werden, um den CO2-Anteil abzutrennen, so dass anschließend ein kohlenstoffdioxidfreies Prozessgas (4.7) mit verbessertem Wirkungsgrad im Vergleich zu (4.6) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) bereitgestellt werden kann.
  • Des Weiteren ist es auch möglich (nicht in 1 dargestellt), das abgeführte Prozessgas (3.1, 5.1, 6.1) aus Elektroofen (3), Kokerei (6) und/oder Konverter (5) nicht nur als Brenngas (4.6, 4.7) oder als Zusatzgas (4.6, 4.7) zum Brenngas zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) bereitzustellen, sondern zusätzlich oder sogar alternativ dem Hochofen (4) über die Blasformen zusammen mit dem Heißwind (4.1*), dem aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführten Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) und dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) zuzuführen, um die insbesondere stickstoffarmen Prozessgas (3.1, 5.1, 6.1) stofflich wirtschaftlich zu verwerten. Je nach Betriebsweise kann das abgeführt Prozessgas (3.1, 5.1, 6.1) von nur einem Aggregat (3, 5, 6) zum Einblasen in den Hochofen (4) genutzt werden oder von mehreren Aggregaten (3, 5, 6).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1641945 B1 [0002]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen von Stahl in einem integrierten Hüttenwerk (1), umfassend mindestens einen Direktreduktionsreaktor (2) zum Direktreduzieren von Eisenerz zu Eisenschwamm, mindestens einen Elektroofen (3) zum Einschmelzen des Eisenschwamms zu Roheisen oder Rohstahl, mindestens einen Hochofen (4) zum Erschmelzen von Eisenerz zu Roheisen und mindestens einen Konverter (5) zum Raffinieren von Roheisen zu Rohstahl, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Direktreduktionsreaktor (2) abgeführte Prozessgas (2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil einem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt wird, welcher und/oder welches in den Hochofen (4) eingeblasen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Prozessgas (2.3, 2.9) zumindest zu einem Teil direkt dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil direkt dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Prozessgas (2.2) zunächst entfeuchtet wird und anschließend als entfeuchtetes Prozessgas (2.4, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der im Prozessgas (2.2) oder im entfeuchteten Prozessgas (2.2) enthaltene CO2-Anteil abgetrennt wird und anschließend als kohlenstoffdioxidfreies Prozessgas (2.5, 2.9) zumindest zu einem Teil dem Heißwind (4.1*) und/oder zumindest zu einem Teil dem optionalen Beschickungsstoff (4.3) beigemengt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das aus dem Elektroofen (3) abgeführte Prozessgas (3.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) des Direktreduktionsreaktors (2) bereitgestellt wird und/oder zumindest zu einem Teil dem Hochofen (4) zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das integrierte Hüttenwerk (1) eine Kokerei (6) umfasst und wobei das aus der Kokerei (6) abgeführte Prozessgas (6.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) des Direktreduktionsreaktors (2) bereitgestellt wird und/oder zumindest zu einem Teil dem Hochofen (4) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das aus dem Konverter (5) abgeführte Prozessgas (5.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) des Direktreduktionsreaktors (2) bereitgestellt wird und/oder zumindest zu einem Teil dem Hochofen (4) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das aus dem Hochofen (4) abgeführte Prozessgas (4.4) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) des Direktreduktionsreaktors (2) bereitgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei mindestens zwei abgeführte Prozessgase (3.1, 4.4, 5.1, 6.1) zumindest zu einem Teil als Brenngas (4.6, 4.7) zum Befeuern des Reduktionsgaserwärmers (20) des Direktreduktionsreaktors (2) bereitgestellt wird und/oder mindestens zwei abgeführte Prozessgase (3.1, 5.1, 6.1) zumindest zu einem Teil dem Hochofen (4) zugeführt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023101121A1 (de) 2023-01-18 2024-07-18 Salzgitter Flachstahl Gmbh Direktreduktionsvorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm und Verfahren zum Zuführen von Eisenerz enthaltenen Partikeln in den Reaktor einer derartigen Direktreduktionsvorrichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT385051B (de) 1986-08-07 1988-02-10 Voest Alpine Ag Huettenwerk und verfahren zur erzeugung von stahl
EP1285096B1 (de) 2000-05-15 2003-11-05 Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co. Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten aus eisenerzhältigen einsatzstoffen
EP1641945B1 (de) 2003-05-15 2018-12-12 HYLSA, S.A. de C.V. Verfahren und vorrichtung zur verbesserten verwendung von primärenergiequellen in integrierten stahlwerken

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0257173B1 (de) * 1986-08-12 1990-03-14 VOEST-ALPINE INDUSTRIEANLAGENBAU GESELLSCHAFT m.b.H. Hüttenwerk sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Hüttenwerkes
EP2794932B1 (de) * 2011-12-21 2019-05-01 HYL Technologies, S.A. de C.V. Verfahren und anlage zur herstellung von direkt reduziertem eisen mithilfe eines koksofengases
KR101406503B1 (ko) * 2012-12-21 2014-06-13 주식회사 포스코 고정형 전기로 및 용강 제조 방법
DE102013113913A1 (de) * 2013-12-12 2015-06-18 Thyssenkrupp Ag Anlagenverbund zur Stahlerzeugung und Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT385051B (de) 1986-08-07 1988-02-10 Voest Alpine Ag Huettenwerk und verfahren zur erzeugung von stahl
EP1285096B1 (de) 2000-05-15 2003-11-05 Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co. Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten aus eisenerzhältigen einsatzstoffen
EP1641945B1 (de) 2003-05-15 2018-12-12 HYLSA, S.A. de C.V. Verfahren und vorrichtung zur verbesserten verwendung von primärenergiequellen in integrierten stahlwerken

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023101121A1 (de) 2023-01-18 2024-07-18 Salzgitter Flachstahl Gmbh Direktreduktionsvorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm und Verfahren zum Zuführen von Eisenerz enthaltenen Partikeln in den Reaktor einer derartigen Direktreduktionsvorrichtung

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