EP4674989A1 - Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage - Google Patents

Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage

Info

Publication number
EP4674989A1
EP4674989A1 EP24186647.4A EP24186647A EP4674989A1 EP 4674989 A1 EP4674989 A1 EP 4674989A1 EP 24186647 A EP24186647 A EP 24186647A EP 4674989 A1 EP4674989 A1 EP 4674989A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dri
temperature
heating
frequency
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24186647.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Ennen
Franz Hauzenberger
Robert Millner
Marco Rische
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
ABP Induction Systems GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
ABP Induction Systems GmbH
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 Primetals Technologies Austria GmbH, ABP Induction Systems GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to EP24186647.4A priority Critical patent/EP4674989A1/de
Priority to PCT/EP2025/065788 priority patent/WO2026008244A1/de
Publication of EP4674989A1 publication Critical patent/EP4674989A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/527—Charging of the electric furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0086—Conditioning, transformation of reduced iron ores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C21B13/143—Injection of partially reduced ore into a molten bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5241—Manufacture of steel in electric furnaces in an inductively heated furnace
    • C21C5/5247—Manufacture of steel in electric furnaces in an inductively heated furnace processing a moving metal stream while exposed to an electromagnetic field, e.g. in an electromagnetic counter current channel

Definitions

  • the invention relates to a method for heating DRI (abbreviation for "Direct Reduced Iron”, also known as sponge iron) between a direct reduction plant and a further processing plant.
  • DRI abbreviation for "Direct Reduced Iron”, also known as sponge iron
  • DRI is briquetted using hot briquetting machines for transport, especially by sea. If the briquetting temperature is at least 650°C, the briquetted product is called HBI, short for "Hot Briquetted Iron".
  • HBI hot briquetting temperature
  • the temperature of the DRI during briquetting is crucial for the quality of the HBI produced, which is characterized by the apparent density (also called “bulk density”), which should be at least 5.0 g/ cm3 , as well as the strength and the abrasion/fines generation behavior (tumbler index).
  • the reduction temperature is limited to prevent sticking of the DRI (due to the risk of defluidization). Therefore, the DRI temperature is even lower than in shaft-based direct reduction processes.
  • Inductive heating is a contactless heating method based on the transformer principle: A conductor or inductor carrying alternating current generates a magnetic field oscillating at the same frequency, which, according to Faraday's law of induction, induces a voltage in a workpiece with weak to strong conductivity (e.g., made of metal). This voltage generates an electrical conduction current, also known as an eddy current or induced current, which, due to the electrical resistance of the material, creates Joule heating elements directly within the workpiece.
  • Induction is accompanied by two essential electrical effects that are characteristic of the heating principle: firstly, the skin effect (current displacement effect), and secondly, the proximity effect. Together, these two effects cause the induced current, and thus the heat sources, to closely follow the contours of the inductor. This allows the heating profile to be directly influenced via the inductor geometry.
  • f is the current frequency with which the inductor is powered
  • ⁇ 0 is the magnetic constant
  • ⁇ 0 is the relative magnetic permeability
  • ⁇ is the specific electrical conductivity of the workpiece to be heated.
  • the ratio of penetration depth ⁇ to workpiece diameter d (here, the mean diameter of the DRI) provides information about the efficiency and type of heating process.
  • d/5 3.5
  • both the volume power density and the electrical efficiency are high, enabling rapid and efficient heating of the workpiece.
  • the skin effect becomes more pronounced, resulting in increasing absorption of the field and thus near-surface heating of the workpiece. Heating then occurs predominantly by thermal conduction.
  • the US 2021/0301360 A1 stipulates that the induction coils are powered by special inverters set to a frequency optimal for heating. No further details regarding this optimal frequency are provided.
  • the invention is based on the objective of providing an improved method for heating the DRI between the direct reduction plant and the further processing plant by means of one or more induction coils, in particular a method in which a frequency setting for the alternating current for operating the induction coils is specified, with which a desired heating of the DRI results.
  • the method according to the invention is a method for heating DRI between a direct reduction plant and a further processing plant.
  • the DRI produced from the direct reduction plant is available, for example, in the form of individual DRI components such as DRI pellets, DRI fines, reduced sinter, and/or reduced lump ore.
  • the iron ore from which the DRI is produced is available, for example, in the form of pellets, lump ore, sinter, and/or fine ore (e.g., sinter feed and/or pellet feed). DRI is produced from this without remelting. Therefore, the DRI can also exist in these forms and/or configurations.
  • the processing plant could be, for example, a hot briquetting machine or an electric arc furnace, as described earlier. It could also be other compaction or melting plants.
  • the invention provides that the DRI is conveyed as a DRI current from the direct reduction plant to the downstream processing plant via a conductor arrangement.
  • the conductor arrangement includes one or more induction coils as heating elements for the contactless heating of the DRI current conveyed through the conductor arrangement.
  • the induction coil(s) are operated with alternating current. The heating of the DRI thus occurs through electric current and induction, and therefore through contactless energy transfer.
  • the conduit arrangement includes one or more conductors for the DRI current.
  • These conductors can be pipes and/or ducts, where pipes and ducts can have any cross-sectional area, for example, a
  • the DRI can have a round or rectangular cross-section, for example, a square one.
  • the transport of the DRI through the pipes can be achieved by gravity, with the pipes being arranged at a suitable incline for this purpose.
  • the conductor arrangement can be configured as follows, for example: One or more induction coils are attached to each conductor, i.e., the pipe or duct, particularly along its outer circumference.
  • the conductor itself is made of a non-conductive material.
  • the conductor is, in turn, surrounded by an outer sheath, such as an outer tube.
  • the induction coil(s) can be embedded in the space between the conductor and the outer sheath. Additionally, thermal and/or magnetic insulation can be provided in this space, which may also be achieved by an air gap.
  • the outer sheath serves for mechanical stability and/or shielding against magnetic fields and/or for the targeted guidance of the external magnetic field to improve the electrical efficiency of the induction coil and increase the energy input into the DRI, and/or for thermal insulation.
  • outer casing is electrically conductive
  • magnetic flux conductors for example made of highly permeable material such as laminated ferrite sheet, can be installed inside it. This prevents the magnetic field lines from passing through the outer casing, which would otherwise cause undesirable heating of the casing. Additionally, this extra flux conductor increases the efficiency of the induction coil(s).
  • the method according to the invention is characterized in that the frequency of the alternating current with which the induction coil or coils are operated is specified and/or set to a frequency of at least 10 kHz.
  • the background of the invention is that the frequency of the alternating current of the induction coil(s) is adjustable. According to the invention, this frequency is thus set to at least 10 kHz.
  • the selection and setting of the frequency is carried out taking into account the (in particular average) diameter of the DRI, which is passed through the conductor arrangement as DRI current.
  • the power with which the induction coil(s) are operated can also be taken into account when selecting and setting the frequency, whereby the frequency is selected in particular such that the desired heating is achieved with the lowest possible power.
  • the preset frequency can remain constant for each heating cycle. However, it is also possible for the frequency to be changed during heating, for example by a control and/or regulation system, as explained below.
  • the invention is based on the understanding that the penetration depth of the magnetic field and its coupling to the DRI can be varied by adjusting the frequency. For example, a higher frequency results in a shallower penetration depth. Higher frequencies couple better to finer-grained DRI. Low frequencies significantly below 10 kHz, such as typical mains and medium frequencies, exhibit weak coupling and prevent the eddy currents induced in the DRI from closing within the individual DRI components. This results in uneven heating and lower energy efficiency compared to higher frequencies.
  • the advantages of the invention lie particularly in the fact that the process specification of setting a comparatively high frequency of at least 10 kHz leads to a forced heating of the individual DRI component. This results in a very effective coupling of the magnetic field to the DRI, and the heating occurs with a relatively high efficiency.
  • a further advantage is a higher electrical efficiency compared to lower frequencies, for example, mains and medium frequencies.
  • a further development of the invention addresses the problem that, at least for some further processing of the DRI, the temperature of the DRI must not become too high due to heating, as this can lead to undesirable effects such as sticking, the adhesion of the individual DRI parts, and the occurrence of from liquid phases, i.e., the at least partial melting of the DRI components.
  • the optimal briquetting temperature of a hot briquetting machine is in the range of 650°C to 750°C. Higher temperatures result in significantly higher maintenance requirements for the hot briquetting machine.
  • cementite iron carbide
  • HBI for steel production, is a metastable compound that is quite stable up to about 750°C and thus remains well preserved, but decomposes rapidly into iron and carbon at higher temperatures.
  • the Curie temperature is the temperature at which a material's ferromagnetic properties completely disappear, leaving it only as paramagnetic above this temperature.
  • the Curie temperature thus marks the reversible phase transition of ferromagnetic materials into their paramagnetic high-temperature form.
  • This phase transition causes the heating process to self-regulate and, upon reaching the Curie temperature, to largely stagnate. This is because the penetration depth of the magnetic fields decreases upon reaching the Curie temperature due to the aforementioned phase transition. and the associated demagnetization of the material increases abruptly, thus making the ratio between the diameter of the individual DRI components and the penetration depth very small. This ratio is an indicator of the expected efficiency between the induction coil(s) and the DRI to be heated, and ultimately means that when the Curie temperature is reached, hardly any energy is converted into heat within the DRI.
  • the Curie temperature of iron is 768°C.
  • the aforementioned further development is based on the understanding that limiting the heating of the DRI to the Curie temperature of iron, i.e., 768°C, results in a maximum DRI temperature that is desirable for the respective subsequent processing. It should be taken into account, however, that the DRI temperature may drop again after heating before being used in the further processing plant.
  • the advanced training is based on the understanding that the following physical effect can be used to prevent the temperature of the DRI from rising above the Curie temperature:
  • the induced current in the DRI decreases when the DRI reaches the Curie temperature. This is because the magnetic permeability of the material decreases upon reaching the Curie temperature, consequently increasing the electromagnetic penetration depth. Additionally, the magnetic field weakens, which also reduces the induced current in the DRI. A lower induced current in the DRI results in less heat generation, which is either insufficient to further increase the temperature of the DRI or, at most, leads to a significantly slower further temperature increase.
  • this ensures that the temperature of the DRI does not increase further, or only increases minimally, after reaching the Curie temperature. increased, thus ensuring that the temperature of the DRI is within the desired temperature range for the respective further processing.
  • the frequency must be increased while maintaining the same power output. As the frequency increases, the electromagnetic penetration depth decreases, thereby increasing the energy input into the DRI.
  • the frequency must be selected such that, after reaching the Curie temperature, the electromagnetic penetration depth is sufficiently small to induce enough energy into the DRI for the heating process. The higher frequency results in pronounced surface layer heating below the Curie temperature, which becomes more uniform with increasing temperature.
  • the available power is a crucial component of this approach. If more power is available than is necessary for the desired temperature rise, the DRI can overheat. Therefore, the described method requires only the minimum necessary power. This minimum power is calculated as the quotient of the mass-flow-dependent enthalpy requirement of the DRI and the product of its electrical and thermal efficiencies.
  • the aforementioned dip in inductive energy transfer upon reaching the Curie temperature is thus used to avoid undesirably high temperatures of the DRI.
  • the frequency and power are selected so that the heating of the DRI beyond the Curie temperature occurs only slowly, if at all.
  • One embodiment of the invention provides that the frequency of the alternating current is set to less than 40 kHz.
  • This embodiment builds in particular on the further development described above. It has been shown that typical DRI components, which, for example, have a diameter in the order of 12 mm, at frequencies between 10 and 40 kHz, as they pass through the conductor arrangement with the induction coil(s), they heat up to the Curie temperature, but then the explained kink in the inductive energy transfer ensures that no or at most a slightly further temperature increase occurs and thus the DRI components have a temperature in the desired temperature range when entering the further processing plant.
  • An alternative embodiment of the invention involves further processing of the DRI in which a higher temperature of the DRI, exceeding the Curie temperature, is desired while minimizing the power consumption of the induction coil(s).
  • the previously described limitation of the temperature to the order of the Curie temperature is therefore undesirable here.
  • this alternative embodiment provides that the frequency of the alternating current with which the induction coil(s) are operated is set to at least 40 kHz, and in particular to at least 60 kHz. At higher frequencies, the kink in the inductive energy transfer is less pronounced, so that at correspondingly high frequencies, the heating of the DRI continues rapidly even after reaching the Curie temperature.
  • DRI Direct Resonance Inductor
  • the inductor efficiency that is, the coupling between the generated magnetic field and the induced energy in the DRI—increases.
  • a measure of this is the ratio of DRI diameter to electromagnetic penetration depth.
  • a common guideline for frequency selection is a ratio of three or greater.
  • the invention and the described further developments are based on the understanding that the choice of frequency plays a crucial role in the heating of the DRI, both with regard to the temperature of the DRI itself and with regard to the temperature distribution across the multitude of individual DRI components, which should be as uniform as possible even for DRI components with different diameters.
  • high frequencies above 60 kHz couple well to very well into a wide range of diameters of the individual DRI components.
  • larger DRI components may already be partially melted due to high temperatures, while smaller DRI components remain at their Curie temperature.
  • the frequency of the alternating current is set to a maximum of 100 kHz.
  • One embodiment of the inventive method provides that a target temperature of the DRI, which the DRI after the The desired temperature is set, the temperature of the DRI is measured after heating to determine the current temperature, and the power of the induction coil(s) and/or the frequency of the alternating current are regulated and/or controlled based on the difference between the current and target temperatures, with the aim of reaching the target temperature. For example, it can be stipulated that – in comparison to the target temperature – the frequency of the alternating current is set higher when the current temperature is lower and lower when the current temperature is higher.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that a target differential temperature of the DRI is defined before and after heating, the temperature of the DRI before and after heating is measured, and an actual differential temperature is determined from this measurement.
  • the power of the induction coil(s) and/or the frequency of the alternating current are then regulated and/or controlled as a function of the difference between the actual differential temperature and the target differential temperature, with the aim of achieving the target differential temperature.
  • the frequency of the alternating current is set higher at a lower actual differential temperature and lower at a higher actual differential temperature.
  • the same control and/or regulation can be achieved by adjusting the power while maintaining a constant frequency.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that a target temperature of the DRI, which the DRI is to reach after heating, and/or a target differential temperature of the DRI before and after heating is determined, the mass flow rate of the DRI through the conductor arrangement is determined, and the power of the induction coil or The induction coils and/or the frequency of the alternating current are regulated and/or controlled depending on the determined mass flow rate, with the aim of providing the heating power required to reach the target temperature and/or the target differential temperature, calculated from the determined mass flow rate.
  • the mass flow rate can be determined, for example, from the rotational speed of a briquetting machine or a rotary feeder of an electric arc furnace.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the conductor arrangement comprises several induction coils as heating elements for contactless heating of the DRI current conducted through the conductor arrangement, wherein the induction coils are arranged successively in the direction of the DRI current, each induction coil being independently supplied with alternating current, and wherein the frequency of the alternating current of each induction coil is individually predetermined and/or set for each induction coil.
  • the conductor arrangement comprises two or more individual conductors and the DRI current is divided into a corresponding number of DRI partial currents, each individual conductor having one or more of the induction coils for heating the respective partial current.
  • the partial currents can be combined again to form a DRI current after heating.
  • a further development of the invention provides that, to assist in heating the DRI, at least one susceptor is integrated into the conductor arrangement such that the DRI current flows past the susceptor, wherein the susceptor is inductively heated by means of one or more induction coils and transfers its heat to the flowing DRI current by means of thermal conduction and/or thermal radiation.
  • the susceptor can be made of or comprise iron or steel or other ferro- or ferrimagnetic materials, and/or the susceptor can be rod-shaped or tubular, for example, it can be an iron rod or an iron tube.
  • the diameter of the susceptor is selected such that, at the set frequency of the alternating current, the susceptor reaches the Curie temperature of iron, and either a further temperature increase beyond the Curie temperature is largely prevented, or at least a further temperature increase does not lead to the susceptor melting.
  • the susceptor serves to support the heating and homogenization of the DRI pellets.
  • the one or more induction coils have a cooling system, in particular a fluid cooling system, for example, a water cooling system.
  • the cooling temperature is set depending on the cooling medium.
  • the induction coil or coils can, for example, be operated such that the outlet temperature is at a maximum of 90°C, for example, at 80°C.
  • Typical inlet temperatures for water cooling of inductors are around 40°C.
  • the electrical resistance of the copper increases almost abruptly, which increases copper losses and reduces the energy input into the DRI.
  • the aforementioned limitation of the outlet temperature This reduces wear and tear and maintenance costs, and increases the stability of the cable arrangement with the induction coil(s).
  • the conductor arrangement in particular an optionally internal conductor of the conductor arrangement, is thermally insulated.
  • the proposed method can be used, for example, to heat DRI from a direct reduction plant, both from direct reduction plants with shaft furnaces and from direct reduction plants operated with fluidized bed, fluidized bed processes, rotary kilns, rotary hearth furnaces or similar units and/or processes.
  • the proposed method can be used to heat DRI, which is then used in a hot briquetting machine, an electric arc furnace, or another melting unit.
  • the conduit arrangement for carrying out the method can consist of one or more feedlegs through which the DRI is fed to a hot briquetting machine.
  • the one or more induction coils can then be integrated into these feedlegs.
  • the pipe arrangement provided for carrying out the process may also include one or more discharge pipes for discharging DRI from one or more DRI accumulators located upstream of an electric arc furnace or other melting unit.
  • the pipe arrangement may, for example, consist of the pipes downstream of the DRI accumulators and upstream of a control device such as a rotary feeder.
  • the pipe arrangement may include one or more feed pipes through which a The DRI is fed to an electric arc furnace or other melting unit. The one or more induction coils can then be integrated into these one or more discharge lines and/or into these lines upstream of the control device and/or into these one or more feed lines.
  • DRI 2 in the form of individual DRI components, for example DRI pellets which can vary in size, is conveyed as DRI stream 3 from a direct reduction plant to a further processing plant.
  • the DRI stream 3 is indicated by arrows; it originates from the direct reduction plant on the left side of the figures and is conveyed to the further processing plant on the right side of the figures.
  • the transport of the DRI 2 through the conduit arrangement 1 occurs by gravity; that is, in practice, the conduit arrangement 1 is... arranged with a corresponding inclination from left to right or vertically.
  • the conductor arrangement 1 includes a conductor 5.
  • This conductor 5 can be a pipe or a channel, which, for example, can have a round, oval, or rectangular (e.g., square) cross-section in a plane perpendicular to the plane of the drawing.
  • the conductor 5 is made of a non-electrically conductive material.
  • the conductor arrangement 1 includes an induction coil 4 as a heating element for contactless heating of the DRI current 3 conducted through the conductor arrangement 1.
  • the induction coil 4 is operated with alternating current, the frequency of which is set between 10 kHz and 100 kHz.
  • the heating of the DRI 2 thus occurs by electric current and via induction, and therefore by contactless energy transfer.
  • the conductor 5 is surrounded by an outer casing 6, for example, an outer tube, with the induction coil 4 arranged in a space 8 between the conductor 5 and the outer casing 6.
  • the induction coil 4 can, for example, be cast into the space 8. Additionally, thermal and/or magnetic insulation can be arranged in this space 8, whereby the insulation can also be provided by an air gap, i.e., an air-filled space 8.
  • the outer casing 6 serves for mechanical stability, for shielding against magnetic fields, for the targeted guidance of the external magnetic field to improve the electrical efficiency of the induction coil 4 and increase the energy input into the DRI, and for thermal insulation.
  • FIG 2 is different from FIG 1
  • the induction coil 4 is not located in the space 8, but outside the outer shell 6 around its outer circumference.
  • FIG 3 is different from FIG 1 and FIG 2 No outer casing 6 is provided; rather, the induction coil 4 is arranged on the conductor 5, around its outer circumference.
  • FIG 4 shows a FIG 2 A corresponding configuration of the conductor arrangement, in which a susceptor 7 is additionally arranged inside the conductor 5.
  • the susceptor 7 is, for example, an iron rod or an iron tube.
  • the induction coil 4 inductively heats the susceptor 7.
  • the DRI current 3 flows past the susceptor 7.
  • the susceptor 7 transfers its heat to the flowing DRI current 3 by means of thermal conduction and/or thermal radiation.
  • the susceptor serves to support the heating and homogenization of the temperature of the DRI 2.
  • FIG 5 and FIG 6 Two further embodiments of the design of the conductor arrangement 1 are shown. In the examples shown, only a conductor 5 and no outer sheath 6 are provided, although this outer sheath could easily be provided, for example in arrangements according to FIG 1, FIG 2 and FIG 4
  • the DRI current 3 flows through line 5, with the direction of flow indicated by the arrow.
  • FIG 5 Only one induction coil 4 is provided, which is arranged around the conductor 5.
  • the supply of alternating current to the induction coil 4 from an alternating current source is shown schematically.
  • the frequency of the alternating current is adjustable; the adjustment is made according to the method according to the invention.
  • the induction coil 4 is operated with a power of 2 MW and a frequency of 40 kHz.
  • induction coils 4 specifically four in this example, are provided and arranged around the conductor 5.
  • the induction coils 4 are arranged sequentially along the conductor 5.
  • Each of the induction coils 4 is supplied with alternating current from an alternating current source. is shown schematically.
  • the frequency of the alternating current is adjustable, individually for each induction coil 4. The adjustment is made according to the method according to the invention.
  • all four induction coils 4 are operated with a power of 500 kW and a frequency of 40 kHz, that is, the sum of the powers of the four induction coils 4 corresponds to the power of the single induction coil 4 in the example according to FIG 5 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von DRI (Abkürzung für "Direct Reduced Iron", auch als Eisenschwamm bezeichnet) zwischen einer Direktreduktionsanlage und einer Weiterverarbeitungsanlage, wobei das DRI (2) mittels einer Leitungsanordnung (1) als DRI-Strom (3) von der Direktreduktionsanlage zur Weiterverarbeitungsanlage geleitet wird und die Leitungsanordnung (1) eine oder mehrere Induktionsspulen (4) als Heizelement zum kontaktlosen Erwärmen des durch die Leitungsanordnung (1) geleiteten DRI-Stroms (3) aufweist, wobei die Induktionsspule (4) oder die Induktionsspulen (4) mit Wechselstrom betrieben werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Frequenz des Wechselstroms eine Frequenz mit mindestens 10 kHz vorgegeben und/oder eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von DRI (Abkürzung für "Direct Reduced Iron", auch als Eisenschwamm bezeichnet) zwischen einer Direktreduktionsanlage und einer Weiterverarbeitungsanlage.
  • Bei der Direktreduktion von Eisenerzen entsteht Eisenschwamm, sogenanntes DRI (Abkürzung für "Direct Reduced Iron"). Dabei werden eisenhaltige Einsatzstoffe, beispielsweise Stückerze, Pellets und Feineisenerze (typischerweise Sinterfeed bis Pelletfeed), durch Kontakt mit Reduktionsgasen, beispielsweise Kohlenmonoxid CO und/oder Wasserstoff H2, typischerweise bei Temperaturen von etwa 550°C bis 1100°C reduziert. Durch die Reduktionsgase wird aus den festen, nicht aufgeschmolzenen Eisenerzen Sauerstoff entfernt und es entsteht das vorgenannte DRI. Dieses DRI ist ein Vorprodukt, das Weiterverarbeitungsanlagen zugeführt wird. Als Beispiele seien die Weiterverarbeitung für den Transport und die Rohstahlherstellung in einem Lichtbogenofen (EAF, Abkürzung für "Electric Arc Furnace") oder Konverter (BOF, Abkürzung für "Basic Oxygen Furnace") genannt.
  • Beispielsweise wird das DRI für den Transport, insbesondere den Seetransport, mittels Heißbrikettiermaschinen brikettiert. Wenn die Brikettiertemperatur mindestens 650°C beträgt, wird das brikettierte Produkt HBI genannt, Abkürzung für "Hot Briquetted Iron". Für die Qualität des erzeugten HBI, die durch die Scheindichte bzw. Rohdichte, die auch "Apparent Density" genannt wird und bei mindestens 5,0 g/cm3 liegen sollte, sowie die Festigkeit und das Abrieb-/Fineserzeugungsverhalten (Tumbler Index) charakterisiert ist, ist die Temperatur des DRI bei der Brikettierung von entscheidender Bedeutung.
  • Bei der Weiterverarbeitung in einem Lichtbogenofen können Energie und damit Stromkosten eingespart werden, wenn das DRI in heißer Form in den Lichtbogenofen eingesetzt wird. Ferner lässt sich dadurch die Zykluszeit zwischen zwei Abstichen, die sogenannte Tap-to-Tap-Time (Abkürzung TTT), reduzieren und damit die Produktivität des Lichtbogenofens erhöhen. Beispielsweise können durch das Chargieren von heißem DRI im Lichtbogenofen bis zu 140 kWh pro Tonne Stahl an elektrischer Energie und somit die hiermit verbundenen Stromkosten eingespart werden.
  • Diese Beispiele zeigen, dass es von wesentlicher Bedeutung ist, dass das DRI in möglichst heißer Form der jeweiligen Weiterverarbeitungsanlage zugeführt wird, also beispielsweise möglichst heiß der Heißbrikettiermaschine oder dem Lichtbogenofen zugeführt wird.
  • Allerdings ist es häufig nicht möglich, das DRI direkt der Heißbrikettier-Maschine mit der erforderlichen minimalen Brikettier-Temperatur von 650°C oder dem Lichtbogenofen das DRI direkt mit einer gewünschten hohen Temperatur, die zu einer deutlichen Einsparung an elektrischer Energie führt, zuzuführen. Dies liegt daran, dass die Reduktion von Eisenoxiden bei der Direktreduktion in einem Temperaturbereich von 550 - 1100°C stattfindet. Durch die endotherme Aufkohlung des DRI und durch die In-situ-Reformierung sowie Wärmeverluste (beispielsweise durch gekühlte Schachteinbauten bei schachtbasierten Verfahren) im Reduktionsaggregat sinkt die Temperatur des DRI, welches aus dem Reduktionsaggregat der Direktreduktionsanlage ausgetragen wird.
  • Besonders bei Wirbelschichtprozessen bei der Direktreduktion ist die Reduktionstemperatur begrenzt, um Sticking, also das Verkleben, des DRI zu vermeiden (wegen der Gefahr von Defluidisierung). Daher ist die DRI-Temperatur sogar niedriger als in schachtbasierten Verfahren zur Direktreduktion.
  • Um die Temperatur des DRI vor der Weiterverarbeitung auf die gewünschten Temperaturen zu bringen oder die gewünschten Temperaturen zu halten, ist aus US 2021/0301360 A1 bekannt, das DRI zwischen der Direktreduktionsanlage und der Weiterverarbeitungsanalage zu erwärmen. Hierzu wird zwischen der Direktreduktionsanlage und der Weiterverarbeitungsanlage eine DRI-Leitung bereitgestellt, die mit einer Induktionsheizeinrichtung ausgestattet ist. Die DRI-Leitung nimmt das DRI aus der Direktreduktionsanlage auf und leitet es zur Weiterverarbeitungsanlage weiter. Als Heizelemente werden Induktionsspulen eingesetzt, die einen magnetischen Fluss bereitstellen, durch den das DRI sich bewegt. Dadurch wird elektrischer Strom im DRI induziert, der wiederum aufgrund des elektrischen Widerstands des DRI Wärme erzeugt, so dass das DRI durch die Induktionsspulen kontaktlos erwärmt wird.
  • Die induktive Erwärmung ist ein kontaktloses Erwärmungsverfahren und basiert auf dem Transformatorprinzip: Ein mit Wechselstrom durchflossener Leiter bzw. Induktor erzeugt ein mit derselben Frequenz schwingendes Magnetfeld, das nach dem Induktionsgesetz eine Spannung in einem schwach bis gut leitfähigen Werkstück (beispielsweise aus Metall) induziert. Diese Spannung erzeugt einen elektrischen Leitungsstrom bzw. Wirbelstrom oder Induktionsstrom, der aufgrund des elektrischen Widerstandes des Materials Joulesche Wärmequellen direkt im Werkstück bildet.
  • Mit der Induktion gehen zwei wesentliche elektrische Effekte einher, die charakteristisch für das Erwärmungsprinzip sind: zum einen der Skin- bzw. Stromverdrängungs-Effekt und zum anderen der Proximity- bzw. Nähe-Effekt. Zusammengefasst führen diese beiden Effekte dazu, dass der induzierte Strom und somit die Wärmequellen dem Induktor konturnah folgen. Dadurch kann über die Induktorgeometrie direkt Einfluss auf das Erwärmungsprofil genommen werden.
  • Neben den geometrischen Größen spielen die elektrischen Größen des Induktorstroms und dessen Frequenz eine wesentliche Rolle bei der Prozessauslegung. Eine wichtige Auslegungsgröße ist dabei die elektromagnetische Eindringtiefe δ: δ = 1 / √ π ⋅ μ 0 ⋅ μ r ⋅ κ ⋅ f
  • Hierin sind f die Stromfrequenz, mit der der Induktor gespeist wird, µ0 die magnetische Feldkonstante, µr die relative magnetische Permeabilität und κ die spezifische elektrische Leitfähigkeit des zu erwärmenden Werkstücks. Das Verhältnis aus Eindringtiefe δ und Werkstückdurchmesser d (hier der mittlere Durchmesser des DRI) gibt Aufschluss über die Effizienz und Art des Erwärmungsvorgangs. Für das homogene Erwärmen von rotationssymmetrischen Werkstücken gilt die Forderung, dass d/5 = 3,5 sein muss. Dann sind sowohl die Volumenleistungsdichte als auch der elektrische Wirkungsgrad hoch und ermöglichen eine schnelle und effiziente Durchwärmung des Werkstücks. Mit zunehmender Frequenz prägt sich der Skineffekt immer stärker aus und es resultiert eine zunehmende Absorption des Feldes und somit eine oberflächennahe Erwärmung des Werkstücks. Die Durchwärmung erfolgt dann überwiegend durch Wärmeleitung.
  • Die US 2021/0301360 A1 sieht vor, dass die Induktionsspulen durch spezielle Umrichter mit Strom versorgt werden, die auf eine für die Erwärmung optimale Frequenz eingestellt sind. Weitere Angaben zu dieser optimalen Frequenz werden nicht genannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erwärmung des DRI zwischen Direktreduktionsanlage und Weiterverarbeitungsanlage mittels einer oder mehrere Induktionsspulen anzugeben, insbesondere ein Verfahren, bei dem eine Frequenzeinstellung für den Wechselstrom zum Betreiben der Induktionsspulen vorgeben wird, mit der sich eine erwünschte Erwärmung des DRI ergibt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Erwärmen von DRI zwischen einer Direktreduktionsanlage und einer Weiterverarbeitungsanlage.
  • Das aus der Direktreduktionsanlage stammende DRI liegt beispielsweise in Form von DRI-Einzelteilen wie DRI-Pellets, DRI-Fines, reduziertem Sinter und/oder reduziertem Stückerz vor. Das Eisenerz, aus dem das DRI gewonnen wird, liegt beispielsweise in Form von Pellets und/oder Stückerz und/oder Sinter und/oder als Feinerz (beispielsweise Sinterfeed und/oder Pelletfeed) vor. Hieraus wird ohne Aufschmelzen DRI gebildet. Somit kann auch das DRI in diesen Formen und/oder Ausbildungen vorliegen.
  • Die Weiterverarbeitungsanlage kann beispielsweise eine Heißbrikettiermaschine oder ein Lichtbogenofen sein, wie sie eingangs erläutert wurden. Es kann sich auch um andere Kompaktierungsanlagen oder Schmelzanlagen handeln.
  • Die Erfindung sieht vor, dass das DRI mittels einer Leitungsanordnung als DRI-Strom von der Direktreduktionsanlage zur Weiterverarbeitungsanlage geleitet wird. Die Leitungsanordnung weist eine oder mehrere Induktionsspulen als Heizelement zum kontaktlosen Erwärmen des durch die Leitungsanordnung geleiteten DRI-Stroms auf. Die Induktionsspule oder die Induktionsspulen werden mit Wechselstrom betrieben. Die Erwärmung des DRI erfolgt somit durch elektrischen Strom und über Induktion und daher durch eine kontaktlose Energieübertragung.
  • Die Leitungsanordnung weist eine oder mehrere Leitungen für den DRI-Strom auf. Bei diesen Leitungen kann es sich um Rohre und/oder Kanäle handeln, wobei Rohre und Kanäle einen beliebigen Querschnitt aufweisen können, also beispielsweise einen runden Querschnitt oder einen rechteckigen, beispielsweise quadratischen, Querschnitt. Der Transport des DRI durch die Leitungen kann mittels Schwerkraft erfolgen, wobei die Leitungen hierzu mit entsprechender Neigung angeordnet sind.
  • Die Ausbildung der Leitungsanordnung kann beispielsweise folgendermaßen erfolgen: An jeder der Leitungen, also beispielsweise an dem Rohr oder Kanal, insbesondere an deren Außenumfang, sind eine oder mehrere Induktionsspulen angebracht. Die Leitung selbst ist aus einem nicht elektrisch leitenden Material hergestellt. Die Leitung ist wiederum von einer Außenhülle, beispielsweise einem Außenrohr umgeben. In den Zwischenraum zwischen Leitung und Außenhülle können die Induktionsspule oder die Induktionsspulen beispielsweise eingegossen sein. Zusätzlich kann eine thermische und/oder magnetische Isolierung in diesem Zwischenraum angeordnet sein, wobei die Isolierung auch durch einen Luftspalt bewirkt sein kann. Die Außenhülle dient zur mechanischen Stabilität und/oder zur Abschirmung von magnetischen Feldern und/oder zur gezielten Führung des äußeren Magnetfeldes, um den elektrischen Wirkungsgrad der Induktionsspule zu verbessern und den Energieeintrag in das DRI zu erhöhen, und/oder zur Wärmeisolierung.
  • Wenn die Außenhülle elektrisch leitend ausgebildet sein sollte, dann können innerhalb der Außenhülle noch magnetische Flussleiter, beispielsweise aus hochpermeablem Material, beispielsweise kann es sich um lamelliertes Ferritblech handeln, angebracht sein, damit die magnetischen Feldlinien kaum oder nicht in der Außenhülle verlaufen, was eine unerwünschte Erwärmung der Außenhülle zur Folge hätte. Zusätzlich erhöht dieser zusätzliche Flussleiter die Effizienz der Induktionsspule oder der Induktionsspulen.
  • Beispiele für Leitungsanordnungen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, werden in US 2021/0301360 A1 beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Frequenz des Wechselstroms, mit dem die Induktionsspule oder die Induktionsspulen betrieben werden, eine Frequenz mit mindestens 10 kHz vorgegeben und/oder eingestellt wird.
  • Hintergrund der Erfindung ist, dass die Frequenz des Wechselstroms der Induktionsspule oder der Induktionsspulen einstellbar ist. Erfindungsgemäß wird diese Frequenz somit auf mindestens 10 kHz eingestellt. Beispielsweise erfolgt die Auswahl und Einstellung der Frequenz unter Berücksichtigung des (insbesondere durchschnittlichen) Durchmessers des DRI, das als DRI-Strom durch die Leitungsanordnung geleitet wird. Ferner kann bei der Auswahl und Einstellung der Frequenz auch die Leistung, mit der die Induktionsspule oder die Induktionsspulen betrieben werden, berücksichtigt werden, wobei die Frequenz insbesondere derart gewählt wird, dass die gewünschte Erwärmung mit möglichst geringer Leistung erreicht wird.
  • Die vorgegebene, eingestellte Frequenz kann für die jeweilige Erwärmung konstant bleiben. Es ist aber auch möglich, dass die Frequenz während der Erwärmung verändert wird, beispielsweise durch eine Steuerung und/oder Regelung, wie sie untenstehend erläutert wird.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass über die Einstellung der Frequenz die Eindringtiefe des magnetischen Feldes und die Kopplung des magnetischen Feldes an das DRI variiert werden kann. Beispielsweise führt eine höhere Frequenz zu einer geringeren Eindringtiefe. Höhere Frequenzen koppeln besser an feinkörnigeres DRI an. Niedrige Frequenzen deutlich kleiner 10 kHz, beispielsweise übliche Netz- und Mittelfrequenzen, weisen eine schwache Kopplung auf und führen dazu, dass die in dem DRI induzierten Wirbelströme sich nicht innerhalb der DRI-Einzelteile schließen. Eine ungleichmäßige Erwärmung und eine geringere Energieeffizienz als bei höheren Frequenzen ist die Folge.
  • Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Verfahrensvorgabe, mindestens eine vergleichsweise hohe Frequenz von 10 kHz einzustellen, zu einer Forcierung einer DRI-Einzelteil-Erwärmung führt. Dadurch koppelt das magnetische Feld sehr effektiv an das DRI an und die Erwärmung erfolgt mit einem relativ hohen Wirkungsgrad. Ein weiterer Vorteil ist ein höherer elektrischer Wirkungsgrad im Vergleich zu niedrigeren Frequenzen, beispielsweise Netz- und Mittelfrequenzen.
  • Die Forcierung der DRI-Einzelteil-Erwärmung ist verbunden mit einer Reduzierung des Induzierens globaler Wirbelströme im DRI-Strom. Auf Grund der hohen Kontaktwiderstände der DRI-Einzelteile untereinander innerhalb des DRI-Stroms gegenüber dem spezifischen elektrischen Widerstands des DRI selbst sind induzierte Wirbelströme, die sich über den gesamten Durchmesser des DRI-Stroms schließen (globale Wirbelströme) nur sehr ungleichmäßig (entsprechend der Lage der Einzelteile) über den Umfang geschlossen. Dies begründet sich in dem Vorschub des DRI-Stroms, die fortlaufend eine neue Verteilung der DRI-Einzelteile im DRI-Strom mit sich bringt. Darüber hinaus können im Falle globaler Wirbelströme Funken und/oder Lichtbögen auftreten, die einerseits die DRI-Einzelteile oberflächig erodieren und andererseits zu Beschädigungen an der Leitungsanordnung führen können, was zu einer reduzierten Standzeit und hohem Verschleiß, beispielsweise eines Feuerfest-Materials, führen kann. Daher ist die Vermeidung oder zumindest Reduzierung der globalen Wirbelströme zugunsten der DRI-Einzelteil-Erwärmung durch die vorgesehenen hohen Frequenzen von mindestens 10 kHz ein weiterer Vorteil der Erfindung.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung beschäftigt sich mit der Problematik, dass zumindest für einige Weiterverarbeitungen des DRI die Temperatur des DRI durch die Erwärmung nicht zu groß werden darf, da dies zu unerwünschten Effekten wie dem Sticking, dem Verkleben der DRI-Einzelteile, und dem Auftreten von Flüssigphasen, also dem zumindest teilweisen Schmelzen der DRI-Einzelteile führen kann. Beispielsweise liegt die optimale Brikettiertemperatur einer Heißbrikettiermaschine im Bereich von 650°C bis 750°C. Höhere Temperaturen führen zu einem deutlich höheren Wartungsaufwand bei der Heißbrikettiermaschine. Hinzu kommt, dass Zementit (Eisencarbid) als gewünschte Form des Kohlenstoffgehalts in HBI für die Stahlherstellung eine metastabile Verbindung ist, die bis etwa 750°C recht stabil ist und somit gut erhalten bleibt, bei höheren Temperaturen aber schnell in Eisen und Kohlenstoff zerfällt.
  • Dieser Problematik begegnet eine Weiterbildung des Verfahrens dadurch, dass die Frequenz des Wechselstroms zum Betreiben der Induktionsspulen so eingestellt wird, dass die Temperatur des DRI nach dem Erwärmen die Curie-Temperatur von Eisen erreicht und eine weitere Temperaturerhöhung über die Curie-Temperatur hinaus zumindest weitgehend unterbleibt. Hierunter wird verstanden, dass bei unveränderter Frequenz die Temperatur des DRI sich nach Erreichen der Curie-Temperatur nicht mehr oder allenfalls deutlich langsamer weiter erhöht. Bei Erreichen der Curie-Temperatur ergibt sich somit ein Knick in der induktiven Energieübertragung von den Induktionsspulen auf das DRI.
  • Die Curie-Temperatur bezeichnet die Temperatur, bei deren Erreichen ferromagnetische Eigenschaften eines Materials vollständig verschwunden sind, so dass sie oberhalb nur noch paramagnetisch sind. Die Curie-Temperatur markiert somit den reversiblen Phasenübergang ferromagnetischer Materialien in ihre paramagnetische Hochtemperaturform.
  • Dieser Phasenübergang führt dazu, dass sich bei der Erwärmung der Erwärmungsprozess selbst reguliert und bei Erreichen der Curie-Temperatur zumindest weitgehend stagniert. Das liegt daran, dass die Eindringtiefe der Magnetfelder bei Erreichen der Curie-Temperatur auf Grund des vorgenannten Phasenübergangs und der damit verbundenen Entmagnetisierung des Materials schlagartig zunimmt und somit das Verhältnis zwischen Durchmesser der DRI-Einzelteile und Eindringtiefe sehr klein wird. Dieses Verhältnis ist ein Indikator für den zu erwartenden Wirkungsgrad zwischen Induktionsspule oder Induktionsspulen und dem zu erwärmenden DRI und bedeutet letztlich, dass bei Erreichen der Curie-Temperatur kaum noch Energie im DRI in Wärme umgesetzt wird.
  • Die Curie-Temperatur von Eisen liegt bei 768°C. Der vorgenannten Weiterbildung liegt die Erkenntnis zu Grunde, das Begrenzen der Erwärmung des DRI auf die Curie-Temperatur von Eisen, also 768°C, zu einer maximalen Temperatur des DRI führt, die für die jeweilige Weiterverarbeitung gewünscht ist. Dabei ist gegebenenfalls zu berücksichtigen, dass erneut ein Temperaturabfall des DRI nach dem Durchlaufen der Erwärmung bis zum Einsatz in der Weiterverarbeitungsanlage erfolgen kann.
  • Weiter liegt der Weiterbildung die Erkenntnis zu Grunde, dass sich folgender physikalische Effekt bei Erreichen der Curie-Temperatur dazu nutzen lässt, dass sich die Temperatur des DRI nicht über die Curie-Temperatur hinaus erhöht: Der Induktionsstrom im DRI erniedrigt sich, wenn das DRI die Curie-Temperatur erreicht. Dies liegt daran, dass die magnetische Permeabilität des Materials bei Erreichen der Curie-Temperatur abnimmt und infolgedessen die elektromagnetische Eindringtiefe zunimmt. Weiter wird das magnetische Feld zunehmend schwächer abgebaut, wodurch der Induktionsstrom im DRI ebenfalls abnimmt. Ein geringerer Induktionsstrom im DRI führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung, die entweder nicht ausreicht, um die Temperatur des DRI weiter zu erhöhen, oder die allenfalls zu einer deutlich langsameren weiteren Temperaturerhöhung des DRI führt. Unter Berücksichtigung der Durchlaufzeit des DRI durch die Leitungsanordnung ist damit sichergestellt, dass sich die Temperatur des DRI nach Erreichen der Curie-Temperatur nicht mehr oder allenfalls geringfügig erhöht und somit die Temperatur des DRI im gewünschten Temperaturbereich der jeweiligen Weiterverarbeitung liegt.
  • Soll eine Überhitzung des DRI über die Curie-Temperatur erzielt werden, dann muss die Frequenz bei gleicher Leistung erhöht werden. Mit zunehmender Frequenz nimmt die elektromagnetische Eindringtiefe ab, wodurch der Energieeintrag in das DRI zunimmt. Die Frequenz ist so zu wählen, dass nach Erreichen der Curie-Temperatur eine ausreichend kleine elektromagnetische Eindringtiefe resultiert und somit ausreichend Energie für den Erwärmungsprozess in das DRI induziert wird. Die höhere Frequenz führt dazu, dass unterhalb der Curie-Temperatur eine stark ausgeprägte Randschichterwärmung stattfindet, die sich mit zunehmender Temperatur vergleichmäßigt.
  • Neben der Frequenz ist die zur Verfügung stehende Leistung ein wichtiger Bestandteil dieses Ansatzes. Steht mehr Leistung als für den gewünschten Temperaturhub notwendig zur Verfügung, dann kann das DRI überhitzt werden. Demnach muss bei dem beschriebenen Verfahren nur die minimal notwendige Leistung aufgebracht werden. Die minimal notwendige Leistung ergibt sich aus dem Quotienten des masseflussabhängigen Enthalpiebedarfs des DRI und des Produkts aus elektrischem und thermischem Wirkungsgrad.
  • Der vorgenannte Knick in der induktiven Energieübertragung bei Erreichen der Curie-Temperatur wird somit dazu genutzt, unerwünscht hohe Temperaturen des DRI zu vermeiden. Die Frequenz und die Leistung werden so gewählt, dass die Erwärmung des DRI über die Curie-Temperatur hinaus allenfalls langsam von statten geht.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Frequenz des Wechselstroms auf weniger als 40 kHz eingestellt wird. Diese Ausgestaltung setzt insbesondere an der vorstehend beschriebenen Weiterbildung an. Es hat sich gezeigt, dass sich typische DRI-Einzelteile, die beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 12 mm aufweisen, bei Frequenzen zwischen 10 und 40 kHz beim Durchlaufen der Leitungsanordnung mit der oder den Induktionsspulen auf die Curie-Temperatur erwärmen, dann aber der erläuterte Knick in der induktiven Energieübertragung dafür sorgt, dass keine oder allenfalls eine geringfügig weitere Temperaturerhöhung eintritt und somit die DRI-Einzelteile beim Eintritt in die Weiterverarbeitungsanlage eine Temperatur im gewünschten Temperaturbereich aufweisen.
  • Eine alternative Weiterbildung der Erfindung geht aus von einer Weiterverarbeitung des DRI, bei der eine höhere Temperatur des DRI über die Curie-Temperatur hinaus bei möglichst geringer Leistung der Induktionsspule oder Induktionsspulen gewünscht wird. Die vorstehend beschriebene Begrenzung der Temperatur auf die Größenordnung der Curie-Temperatur ist hier somit nicht erwünscht. Vor diesem Hintergrund sieht diese alternative Weiterbildung vor, dass die Frequenz des Wechselstroms, mit der die Induktionsspule oder die Induktionsspulen betrieben werden, auf mindestens 40 kHz, insbesondere auf mindestens 60 kHz, eingestellt wird. Bei zunehmenden Frequenzen ist der Knick in der induktiven Energieübertragung weniger ausgeprägt, so dass bei entsprechend hohen Frequenzen die Erwärmung des DRI auch bei Erreichen der Curie-Temperatur zügig weitergeht und somit beim Durchlaufen der Leitungsanordnung mit der oder den Induktionsspulen auch deutlich höhere Temperaturen des DRI erreicht werden können, bei weiterhin möglichst geringer Leistung der Induktionsspulen. Es hat sich gezeigt, dass bei typischen DRI-Einzelteilen, die beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 12 mm aufweisen, bei Frequenzen über 40 kHz auch bei geringer Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen deutlich höhere Temperaturen erreichbar sind als bei niedrigeren Frequenzen. Die Auswirkung der Frequenz auf die induktive Energieübertragung wurde vorstehend bereits erläutert.
  • Als weiteres Ziel des Verfahrens kann somit sowohl bei der vorstehenden Weiterbildung als auch generell bei allen erfindungsgemäßen Verfahren angestrebt werden, durch geeignete Auswahl und Einstellung der Frequenz eine möglichst kleine, insbesondere eine kleinstmöglich notwendige Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und damit des oder der hiermit verbundenen Umrichter zu erreichen und damit die Leistung entsprechend zu minimieren.
  • Grundsätzlich gilt, dass mit zunehmender Frequenz und gleichen Durchmessern des DRI eine Zunahme des Induktorwirkungsgrades, also der Kopplung zwischen erzeugtem Magnetfeld und induzierter Energie im DRI, einhergeht. Ein Maß hierfür ist das Verhältnis aus DRI-Durchmesser und elektromagnetischer Eindringtiefe. Ein üblicher Richtwert für die Frequenzwahl soll ein Verhältnis von drei oder größer ergeben.
  • Generell liegt der Erfindung und den beschriebenen Weiterbildungen die Erkenntnis zu Grunde, dass die Wahl der Frequenz eine entscheidende Rolle für die Erwärmung des DRI hat, und zwar sowohl hinsichtlich der Temperatur des DRI als auch hinsichtlich der Temperaturverteilung in der Vielzahl an DRI-Einzelteilen, die auch bei DRI-Einzelteilen mit unterschiedlichen Durchmessern möglichst gleichmäßig sein sollte. Beispielsweise koppeln hohe Frequenzen über 60 kHz in eine große Bandbreite an Durchmessern der DRI-Einzelteile gut bis sehr gut ein. Allerdings können nach Durchlaufen der Leitungsanordnung bei sehr hohen Frequenzen größere DRI-Einzelteile bereits aufgrund hoher Temperaturen partiell aufgeschmolzen sein, während kleinere DRI-Einzelteile noch in der Curie-Temperatur verharren.
  • Vor diesem Hintergrund kann vorgesehen werden, dass die Frequenz des Wechselstroms auf maximal 100 kHz eingestellt wird.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Ziel-Temperatur des DRI, die das DRI nach der Erwärmung erreichen soll, festgelegt wird, die Temperatur des DRI nach der Erwärmung gemessen und damit eine Ist-Temperatur ermittelt wird und die Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und/oder die Frequenz des Wechselstroms in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Temperatur und Ziel-Temperatur geregelt und/oder gesteuert wird mit dem Ziel, die Ziel-Temperatur zu erreichen. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass - jeweils im Vergleich zur Ziel-Temperatur - bei einer niedrigeren Ist-Temperatur die Frequenz des Wechselstroms höher und bei einer größeren Ist-Temperatur die Frequenz des Wechselstroms niedriger eingestellt wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Ziel-Differenztemperatur des DRI vor und nach der Erwärmung festgelegt wird, die Temperatur des DRI vor und nach der Erwärmung gemessen wird und hieraus eine Ist-Differenztemperatur ermittelt wird und die Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und/oder die Frequenz des Wechselstroms in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Differenztemperatur und Ziel-Differenztemperatur geregelt und/oder gesteuert wird mit dem Ziel, die Ziel-Differenztemperatur zu erreichen. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass - jeweils im Vergleich zur Ziel-Differenztemperatur - bei einer niedrigeren Ist-Differenztemperatur die Frequenz des Wechselstroms höher und bei einer größeren Ist-Differenztemperatur die Frequenz des Wechselstroms niedriger eingestellt wird. Selbige Steuerung und/oder Regelung kann bei gleichbleibender Frequenz durch Anpassung der Leistung erfolgen.
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Ziel-Temperatur des DRI, die das DRI nach der Erwärmung erreichen soll, und/oder eine Ziel-Differenztemperatur des DRI vor und nach der Erwärmung festgelegt wird, der Massestrom des DRI durch die Leitungsanordnung ermittelt wird und die Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und/oder die Frequenz des Wechselstroms in Abhängigkeit vom ermittelten Massestrom geregelt und/oder gesteuert wird mit dem Ziel, die aus dem ermittelten Massestrom berechnete erforderliche Heizleistung zum Erreichen der Ziel-Temperatur und/oder der Ziel-Differenztemperatur bereitzustellen. Der Massestrom lässt sich beispielsweise aus der Drehzahl einer Brikettiermaschine oder eines Rotary Feeder eines Lichtbogenofens ermitteln. Die erforderliche Heizleistung (ohne Verluste) berechnet sich aus diesem Massestrom multipliziert mit der erforderlichen Temperaturerhöhung zum Erreichen der Ziel-Temperatur oder der Ziel-Differenztemperatur und weiter multipliziert mit der spezifischen Wärmekapazität cp des DRI: Heizleistung ohne Verluste = Massestrom x Temperaturerhöhung x cp
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Leitungsanordnung mehrere Induktionsspulen als Heizelemente zum kontaktlosen Erwärmen des durch die Leitungsanordnung geleiteten DRI-Stroms aufweist, wobei die Induktionsspulen in Richtung des DRI-Stroms aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei jede Induktionsspule eigenständig mit Wechselstrom versorgt wird, und wobei die Frequenz des Wechselstroms jeder Induktionsspule individuell für jede Induktionsspule vorgegeben und/oder eingestellt wird. Dadurch ist es möglich, dass die Induktionsspulen mit der gleichen Frequenz oder auch mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, wobei jede Frequenz mindestens 10 kHz beträgt.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Leitungsanordnung zwei oder mehrere Einzelleitungen aufweist und der DRI-Strom in eine entsprechende Anzahl an DRI-Teilströmen aufgeteilt wird, wobei jede Einzelleitung eine oder mehrere der Induktionsspulen zur Erwärmung des jeweiligen Teilstroms aufweist. Gegebenenfalls können die Teilströme nach der Erwärmung wieder zu einem DRI-Strom zusammengeführt werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Unterstützung der Erwärmung des DRI mindestens ein Suszeptor derart in die Leitungsanordnung integriert ist, dass der DRI-Strom an dem Suszeptor vorbeiströmt, wobei der Suszeptor mittels der einen oder mehreren Induktionsspulen induktiv erwärmt wird und seine Wärme mittels Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an den verbeiströmenden DRI-Stroms abgibt. Der Suszeptor kann aus Eisen oder Stahl oder anderen ferro- oder ferrimagnetischen Materialien bestehen oder Eisen oder Stahl oder anderen ferro- oder ferrimagnetischen Materialien umfassen und/oder der Suszeptor kann stangenförmig oder rohrförmig ausgebildet sein, beispielsweise kann es sich um eine Eisenstange oder ein Eisenrohr handeln. Insbesondere wird der Durchmesser des Suszeptors hierbei so gewählt, dass der Suszeptor bei der eingestellten Frequenz des Wechselstroms die Curie-Temperatur von Eisen erreicht und entweder eine weitere Temperaturerhöhung über die Curie-Temperatur hinaus zumindest weitgehend unterbleibt oder zumindest eine weitere Temperaturerhöhung nicht zu einem Aufschmelzen des Suszeptors führt. Der Suszeptor dient zur Unterstützung der Durchwärmung und Homogenisierung der Temperatur der DRI-Pellets.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die eine oder mehreren Induktionsspulen eine Kühlung, insbesondere eine Fluidkühlung, beispielsweise eine Wasserkühlung aufweisen. Die Kühltemperatur wird in Abhängigkeit vom Kühlmedium eingestellt. Die Induktionsspule oder die Induktionsspulen können im Fall der Wasserkühlung beispielsweise so betrieben werden, dass die Auslauftemperatur bei maximal 90°C, beispielsweise bei 80°C liegt. Übliche Einlauftemperaturen der Wasserkühlung von Induktoren liegen bei etwa 40°C. Bei höheren Auslauftemperaturen besteht die Gefahr der Filmverdampfung am Kupferprofil und gleichzeitig nimmt der elektrische Widerstand des Kupfers nahezu sprunghaft zu, wodurch die Kupferverluste steigen und der Energieeintrag in das DRI abnimmt. Die vorgenannte Begrenzung der Auslauftemperatur reduziert somit den Verschleiß und den Wartungsaufwand und erhöht die Stabilität der Leitungsanordnung mit der oder den Induktionsspulen.
  • Zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Erwärmungsverfahrens kann vorgesehen werden, dass die Leitungsanordnung, insbesondere eine gegebenenfalls innenliegende Leitung der Leitungsanordnung, thermisch isoliert ausgebildet wird.
  • Das vorgeschlagene Verfahren kann beispielsweise zum Erwärmen von DRI aus einer Direktreduktionsanlage verwendet werden, und zwar sowohl aus Direktreduktionsanlagen mit Schachtofen als auch aus Direktreduktionsanlagen, die mit Wirbelschicht, Fließbettprozessen, Drehrohröfen, Drehherdöfen oder ähnlichen Aggregaten und/oder Prozessen betrieben werden.
  • Das vorgeschlagene Verfahren kann zum Erwärmen von DRI eingesetzt werden, das anschließend in einer Heißbrikettiermaschine oder in einem Lichtbogenofen oder einem sonstigen Schmelzaggregat eingesetzt wird. Bei der Leitungsanordnung, die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist, kann es sich um einen oder mehrere sogenannte Feedlegs handeln, über die das DRI einer Heißbrikettiermaschine zugeführt wird. Die eine oder mehreren Induktionsspulen können dann in diese Feedlegs integriert sein.
  • Bei der Leitungsanordnung, die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist, kann es sich auch um einen oder mehrere Austragungsleitungen zum Austragen von DRI aus einem oder mehreren DRI-Speichern, die einem Lichtbogenofen oder einem sonstigen Schmelzaggregat vorgeschaltet sind, handeln. Bei mehreren DRI-Speichern kann es sich bei der Leitungsanordnung beispielsweise um die den DRI-Speichern nachgelagerten und einem Regelorgan wie einem Rotary Feeder vorgelagerten Leitungen handeln. Ferner kann es sich bei der Leitungsanordnung um eine oder mehrere Zuführleitungen handeln, über die einem Lichtbogenofen oder sonstigen Schmelzaggregat das DRI zugeführt wird. Die eine oder mehreren Induktionsspulen können dann in diese eine oder mehreren Austragungsleitungen und/oder in diese dem Regelorgan vorgelagerten Leitungen und/oder in diese eine oder mehreren Zuführleitungen integriert sein.
  • Insgesamt wird somit ein Verfahren vorgeschlagen, das durch entsprechende Einstellung der Frequenz der Wechselspannung, mit der die Induktionsspule oder die Induktionsspulen betrieben werden, wobei vergleichsweise hohe Frequenzen von mindestens 10 kHz eingestellt werden, die DRI-Einzelteil-Erwärmung, beispielsweise die Einzel-Pellet-Erwärmung, forciert und gemäß den beschriebenen Weiterbildungen die Curie-Temperatur von Eisen und der damit verbundene Knick in der induktiven Energieübertragung zur Begrenzung der durch die Erwärmung erreichten Temperatur des DRI genutzt wird.
  • Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Leitungsanordnung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • FIG 1
    in einer Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung,
    FIG 2
    in einer Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung,
    FIG 3
    in einer Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung,
    FIG 4
    in einer Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung,
    FIG 5
    in einer Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung, und
    FIG 6
    in einer Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung.
  • Einander entsprechende Teile und Komponenten sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • FIG 1 bis FIG 4 zeigen jeweils in einer schematischen Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Leitungsanordnung 1.
  • Mittels der Leitungsanordnung 1 wird DRI 2 in Form von DRI-Einzelteilen, beispielsweise DRI-Pellets, die sich hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden können, als DRI-Strom 3 von einer Direktreduktionsanlage zu einer Weiterverarbeitungsanlage geleitet. Der DRI-Strom 3 ist durch Pfeile angedeutet, er kommt auf der linken Seite der Figuren von der Direktreduktionsanlage und wird auf der rechten Seite der Figuren zur Weiterverarbeitungsanlage weitergeleitet. Der Transport des DRI 2 durch die Leitungsanordnung 1 erfolgt mittels Schwerkraft, das heißt die Leitungsanordnung 1 wird in der Praxis mit entsprechender Neigung von links nach rechts oder senkrecht angeordnet.
  • Für die Führung des DRI-Stroms 3 weist die Leitungsanordnung 1 eine Leitung 5 auf. Bei dieser Leitung 5 kann es sich um ein Rohr oder um einen Kanal handeln, wobei das Rohr oder der Kanal beispielsweise in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene einen runden, ovalen oder rechteckigen, beispielsweise quadratischen, Querschnitt aufweisen kann. Die Leitung 5 ist aus einem nicht elektrisch leitenden Material hergestellt.
  • Die Leitungsanordnung 1 weist eine Induktionsspule 4 als Heizelement zum kontaktlosen Erwärmen des durch die Leitungsanordnung 1 geleiteten DRI-Stroms 3 auf. Die Induktionsspule 4 wird mit Wechselstrom betrieben, dessen Frequenz zwischen 10 kHz und 100 kHz eingestellt wird. Die Erwärmung des DRI 2 erfolgt somit durch elektrischen Strom und über Induktion und daher durch eine kontaktlose Energieübertragung.
  • In FIG 1 ist die Leitung 5 von einer Außenhülle 6, beispielsweise einem Außenrohr, umgeben, wobei die Induktionsspule 4 in einem Zwischenraum 8 zwischen Leitung 5 und Außenhülle 6 angeordnet ist. Die Induktionsspule 4 kann beispielsweise in den Zwischenraum 8 eingegossen sein. Zusätzlich kann eine thermische und/oder magnetische Isolierung in diesem Zwischenraum 8 angeordnet sein, wobei die Isolierung auch durch einen Luftspalt, also einen luftgefüllten Zwischenraum 8, bewirkt sein kann. Die Außenhülle 6 dient zur mechanischen Stabilität, zur Abschirmung von magnetischen Feldern, zur gezielten Führung des äußeren Magnetfeldes um den elektrischen Wirkungsgrad der Induktionsspule 4 zu verbessern und den Energieeintrag in das DRI zu erhöhen und zur Wärmeisolierung.
  • In FIG 2 ist im Unterschied zu FIG 1 die Induktionsspule 4 nicht im Zwischenraum 8, sondern außerhalb der Außenhülle 6 um deren Außenumfang herum angeordnet.
  • In FIG 3 ist im Unterschied zu FIG 1 und FIG 2 keine Außenhülle 6 vorgesehen, vielmehr ist die Induktionsspule 4 an der Leitung 5, um deren Außenumfang herum, angeordnet.
  • FIG 4 zeigt eine FIG 2 entsprechende Ausgestaltung der Leitungsanordnung, bei der zusätzlich im Inneren der Leitung 5 ein Suszeptor 7 angeordnet ist. Bei dem Suszeptor 7 handelt es sich beispielsweise um eine Eisenstange oder ein Eisenrohr. Die Induktionsspule 4 erwärmt den Suszeptor 7 induktiv. Der DRI-Strom 3 strömt an dem Suszeptor 7 vorbei. Dabei gibt der Suszeptor 7 seine Wärme mittels Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an den verbeiströmenden DRI-Strom 3 ab. Der Suszeptor dient zur Unterstützung der Durchwärmung und Homogenisierung der Temperatur des DRI 2.
  • FIG 5 und FIG 6 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Leitungsanordnung 1. In den dargestellten Beispielen ist lediglich eine Leitung 5 und keine Außenhülle 6 vorgesehen, wobei diese Außenhülle problemlos vorgesehen sein könnte, beispielsweise in Anordnungen entsprechend FIG 1, FIG 2 und FIG 4. Durch die Leitung 5 strömt der DRI-Strom 3, wobei die Strömungsrichtung durch den Pfeil angegeben ist.
  • In FIG 5 ist lediglich eine Induktionsspule 4 vorgesehen, die um die Leitung 5 herum angeordnet ist. Die Versorgung der Induktionsspule 4 durch Wechselstrom einer Wechselstromquelle ist schematisch angedeutet. Die Frequenz des Wechselstroms ist einstellbar, die Einstellung wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommen. Im dargestellten Beispiel wird die Induktionsspule 4 mit einer Leistung von 2 MW und einer Frequenz von 40 kHz betrieben.
  • In FIG 6 sind mehrere, im Beispiel konkret vier Induktionsspulen 4 vorgesehen, die um die Leitung 5 herum angeordnet sind. Die Induktionsspulen 4 sind aufeinanderfolgend entlang der Leitung 5 angeordnet. Jede der Induktionsspulen 4 wird durch Wechselstrom einer Wechselstromquelle versorgt, dies ist schematisch angedeutet. Die Frequenz des Wechselstroms ist einstellbar, und zwar individuell für jede Induktionsspule 4. Die Einstellung wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommen. Im dargestellten Beispiel werden alle vier Induktionsspulen 4 mit einer Leistung von 500 kW und einer Frequenz von 40 kHz betrieben, das heißt die Summe der Leistungen der vier Induktionsspulen 4 entspricht der Leistung der einen Induktionsspule 4 im Beispiel nach FIG 5.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leitungsanordnung
    2
    DRI
    3
    DRI-Strom
    4
    Induktionsspule
    5
    Leitung
    6
    Außenhülle
    7
    Suszeptor
    8
    Zwischenraum zwischen Leitung 5 und Außenhülle 6

Claims (15)

  1. Verfahren zum Erwärmen von DRI zwischen einer Direktreduktionsanlage und einer Weiterverarbeitungsanlage, wobei das DRI (2) mittels einer Leitungsanordnung (1) als DRI-Strom (3) von der Direktreduktionsanlage zur Weiterverarbeitungsanlage geleitet wird und die Leitungsanordnung (1) eine oder mehrere Induktionsspulen (4) als Heizelement zum kontaktlosen Erwärmen des durch die Leitungsanordnung (1) geleiteten DRI-Stroms (3) aufweist, wobei die Induktionsspule (4) oder die Induktionsspulen (4) mit Wechselstrom betrieben werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Frequenz des Wechselstroms eine Frequenz mit mindestens 10 kHz vorgegeben und/oder eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Frequenz des Wechselstroms so eingestellt wird, dass die Temperatur des DRI (2) nach dem Erwärmen die Curie-Temperatur von Eisen erreicht und eine weitere Temperaturerhöhung über die Curie-Temperatur hinaus zumindest weitgehend unterbleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Frequenz des Wechselstroms auf weniger als 40 kHz eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Frequenz des Wechselstroms auf mindestens 40 kHz eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Frequenz des Wechselstroms auf maximal 100 kHz eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Ziel-Temperatur des DRI (2), die das DRI (2) nach der Erwärmung erreichen soll, festgelegt wird, die Temperatur des DRI nach der Erwärmung gemessen und damit eine Ist-Temperatur ermittelt wird und die Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und/oder die Frequenz des Wechselstroms in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Temperatur und Ziel-Temperatur geregelt und/oder gesteuert wird mit dem Ziel, die Ziel-Temperatur zu erreichen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Ziel-Differenztemperatur des DRI (2) vor und nach der Erwärmung festgelegt wird, die Temperatur des DRI vor und nach der Erwärmung gemessen wird und hieraus eine Ist-Differenztemperatur ermittelt wird und die Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und/oder die Frequenz des Wechselstroms in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Differenztemperatur und Ziel-Differenztemperatur geregelt und/oder gesteuert wird mit dem Ziel, die Ziel-Differenztemperatur zu erreichen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Ziel-Temperatur des DRI (2), die das DRI (2) nach der Erwärmung erreichen soll, und/oder eine Ziel-Differenztemperatur des DRI (2) vor und nach der Erwärmung festgelegt wird, der Massestrom des DRI durch die Leitungsanordnung (1) ermittelt wird und die Leistung der Induktionsspule oder der Induktionsspulen und/oder die Frequenz des Wechselstroms in Abhängigkeit vom ermittelten Massestrom geregelt und/oder gesteuert wird mit dem Ziel, die aus dem ermittelten Massestrom berechnete erforderliche Heizleistung zum Erreichen der Ziel-Temperatur und/oder der Ziel-Differenztemperatur bereitzustellen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leitungsanordnung (1) mehrere Induktionsspulen (4) als Heizelemente zum kontaktlosen Erwärmen des durch die Leitungsanordnung (1) geleiteten DRI-Stroms (3) aufweist, wobei die Induktionsspulen (4) in Richtung des DRI-Stroms (3) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei jede Induktionsspule (4) eigenständig mit Wechselstrom versorgt wird, und wobei die Frequenz des Wechselstroms jeder Induktionsspule individuell für jede Induktionsspule vorgegeben und/oder eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leitungsanordnung (1) zwei oder mehrere Einzelleitungen aufweist und der DRI-Strom (3) in eine entsprechende Anzahl an DRI-Teilströmen aufgeteilt wird, wobei jede Einzelleitung eine oder mehrere der Induktionsspulen (4) zur Erwärmung des jeweiligen Teilstroms aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Teilströme nach der Erwärmung wieder zu einem DRI-Strom (3) zusammengeführt werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Unterstützung der Erwärmung des DRI (2) mindestens ein Suszeptor (7) derart in die Leitungsanordnung (1) integriert ist, dass der DRI-Strom (3) an dem Suszeptor (7) vorbeiströmt, wobei der Suszeptor (7) mittels der einen oder mehreren Induktionsspulen (4) induktiv erwärmt wird und seine Wärme mittels Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung an den verbeiströmenden DRI-Strom (3) abgibt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Suszeptor (7) aus Eisen oder Stahl oder anderen ferro- oder ferrimagnetischen Materialien besteht oder Eisen oder Stahl oder anderen ferro- oder ferrimagnetischen Materialien umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Suszeptor (7) stangenförmig oder rohrförmig ausgebildet ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der Durchmesser des Suszeptors (7) so gewählt wird, dass der Suszeptor (7) bei der eingestellten Frequenz des Wechselstroms die Curie-Temperatur von Eisen erreicht und entweder eine weitere Temperaturerhöhung über die Curie-Temperatur hinaus zumindest weitgehend unterbleibt oder zumindest eine weitere Temperaturerhöhung nicht zu einem Aufschmelzen des Suszeptors (7) führt.
EP24186647.4A 2024-07-04 2024-07-04 Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage Pending EP4674989A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24186647.4A EP4674989A1 (de) 2024-07-04 2024-07-04 Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage
PCT/EP2025/065788 WO2026008244A1 (de) 2024-07-04 2025-06-06 Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24186647.4A EP4674989A1 (de) 2024-07-04 2024-07-04 Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4674989A1 true EP4674989A1 (de) 2026-01-07

Family

ID=91853341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24186647.4A Pending EP4674989A1 (de) 2024-07-04 2024-07-04 Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4674989A1 (de)
WO (1) WO2026008244A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3918956A (en) * 1966-11-04 1975-11-11 Jesse J Baum Reduction method
US20210301360A1 (en) 2020-03-24 2021-09-30 Midrex Technologies, Inc. Method and system for heating direct reduced iron (dri) between a dri source and processing equipment for the dri
DE102016116473B4 (de) * 2016-09-02 2023-01-05 Gottlob Thumm Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Isolieren von Wicklungen tragenden elektrischen Bauteilen
EP4163402A1 (de) * 2021-10-07 2023-04-12 voestalpine Texas LLC Induktionsheizung von dri

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3918956A (en) * 1966-11-04 1975-11-11 Jesse J Baum Reduction method
DE102016116473B4 (de) * 2016-09-02 2023-01-05 Gottlob Thumm Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Isolieren von Wicklungen tragenden elektrischen Bauteilen
US20210301360A1 (en) 2020-03-24 2021-09-30 Midrex Technologies, Inc. Method and system for heating direct reduced iron (dri) between a dri source and processing equipment for the dri
EP4163402A1 (de) * 2021-10-07 2023-04-12 voestalpine Texas LLC Induktionsheizung von dri

Also Published As

Publication number Publication date
WO2026008244A1 (de) 2026-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2420579B2 (de) Verfahren zur elektroinduktiven Erwärmung eines aus Schüttgut bestehenden Festbettes
KR20100098410A (ko) 플럭스 보상기로 솔레노이드 코일에서 전도성 워크피스를 제어 전기 유도 가열하는 방법 및 장치
EP2032726B1 (de) Verfahren und ofen zum schmelzen von stahlschrott
CA3171717A1 (en) A method and system for heating direct reduced iron (dri) between a dri source and processing equipment for the dri
AT526239B1 (de) Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas
EP4314357A1 (de) Heizvorrichtung für ein stangenartiges werkstück
EP1841699B1 (de) Verfahren zum reduzieren von metalloxidhaltigen schlacken bzw. glaesern und/oder entgasen von mineralischen schmelzen sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens
EP4674989A1 (de) Verfahren zum erwärmen von eisenschwamm (dri) zwischen einer direktreduktionsanlage und einer weiterverarbeitungsanlage
DE2712728A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erhitzen von gasen oder daempfen
DE10392661T5 (de) Kontinuierliches Stahlherstellungsverfahren in einem Elektro-Lichtbogenofen und dazu vorgesehene Anlage sowie Schlackezusammensetzung zur dortigen Verwendung
EP0755741A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Aufheizen eines feuerfesten Formteils
DE19902002A1 (de) Induktionstiegelrinnenofen
DE2628657C2 (de) Temperatur-Ausgleichsofen für im Durchlaufverfahren zu erwärmende metallische Werkstücke
DE2840945C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärmen von wenigstens 0,5 Prozent Kohlenstoff enthaltendem Eisenschwamm
WO1998005452A1 (de) Verfahren, vorrichtung und feuerfester ausguss zum angiessen und/oder vergiessen von flüssigen metallen
DE102023106881A1 (de) Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens und elektrischer Ofen zum Schmelzen von Schmelzmaterial
DE19651534C2 (de) Verfahren, Vorrichtung und feuerfester Ausguß zum Angießen und/oder Vergießen von flüssigen Metallen
EP2255139A1 (de) Elektrisch beheizter schachtofen
EP4569284A1 (de) Einrichtung zur thermischen behandlung eines stoffes
EP2937431A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Metallschmelze
AT526238A4 (de) Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas
DE202021106375U1 (de) Heizvorrichtung für ein stangenartiges Werkstück
DE2946588C2 (de) Dreiphasen-Lichtbogenschmelz- oder Reduktionsofen
DE542538C (de) Elektrischer Induktionsofen
DE3105129A1 (de) Ausruestung des abstichlochs eines schmelzofens fuer nichtmetallische stoffe

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR