Einblasen von Heissreduktionsgas und Reststoffen in den Hochofen

Weltweit werden etwa 6% des anthropogenen Energieverbrauchs der Stahlindustrie zugeschrieben, in einigen Ländern sogar bis zu 12% /1,2/. Zur Erzeugung von Rohstahl werden hauptsächlich zwei Verfahrensvarianten angewendet: - In der Elektrostahlerzeugung wird mit elektrischer Energie Schrott zu Rohstahl erschmolzen; - bei der Oxygenstahl-Route wird im Hochofen mittels Koks aus eisenhaltigen Stoffen Roheisen gewonnen, um dieses im Konverter zu Rohstahl zu entkohlen. Mit diesen beiden Verfahren werden etwa 95% des weltweiten Rohstahls erzeugt /3/. Von den rund 45 Millionen t Rohstahl, die im Jahr 2002 in Deutschland produziert wurden, gingen ca. 70% auf die Oxygenstahl-Route mit Hochöfen zurück. Innerhalb dieser Verfahrensroute verbrauchten allein der Hochofen zusammen mit der Sinteranlage und der Kokerei etwa 75% der Gesamtenergie /4/. So wird z. B. bei der Erzeugung von Roheisen in einem modernen Hochofen täglich so viel Energie verbraucht, wie 275.000 Bundesbürger jeden Tag konsumieren /5/. Aus Sicht des Umweltschutzes ist die Stahlerzeugung so bedeutsam, weil bei den metallurgischen Prozessen überwiegend fossile Brennstoffe eingesetzt werden, deren Umsetzung das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) bildet. Ein Schwerpunkt der Forschungstätigkeiten ist daher, den Einsatz fossiler Brennstoffe und damit die Erzeugung von CO2 zu reduzieren. Die Gesellschaft legt immer mehr Wert auf Umweltschutz und ökologische Nachhaltigkeit. In der deutschen Stahlindustrie zeigt sich dieses Umdenken in der freiwilligen Selbstverpflichtung zur Reduzierung der CO2-Emissionen. Die Unternehmen haben sich darauf verständigt, die CO2-Emissionen von 1995 bis 2012 um 22% zu senken /6/. Darüber hinaus werden die deutschen wie auch die europäischen Gesetze zum Schutz der Umwelt in den kommenden Jahren restriktiver; so ist z. B. ab 2005 durch das Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen (KrW-/AbfG) /7/ die Deponierung von Reststoffen, die mehr als 5% brennbare Substanz besitzen, untersagt bzw. mit einer technisch und finanziell aufwendigen Vorbehandlung verbunden. Die Stahlerzeugung muss den aktuellen Ansprüchen des Umweltschutzes und der entsprechenden Gesetzgebung angepasst werden. Dazu ist es notwendig, den Energieverbrauch innerhalb des Hochofenprozesses weiter abzusenken und neue Verwertungsmöglichkeiten für Reststoffe, die schädliche Auswirkungen auf die Roheisenqualität oder den Prozessablauf haben können (z. B. Gichtschlamm und Walzenzunder), zu finden. Ein Ziel dieser Arbeit ist die Evaluierung neuer Wege zur Senkung des Koksund des Gesamtenergieverbrauchs. Dazu zählen die Optimierung des Kohlenstaubeinblasens durch den Einsatz von katalytisch wirkenden Stoffen sowie Konzepte zum Einblasen von heißem Reduktionsgas als Ersatzreduktionsmittel. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, die Verwertung von problematischen Reststoffen durch Einblasen in den Hochofen zu analysieren. Dabei werden zum einen im Hüttenwerk anfallende Stoffe wie Walzenzunder und getrockneter Gichtschlamm und zum anderen hüttenwerksexterne Stoffe wie Petrolkoks aus der Erdölraffination, Shredderleichtfraktion aus dem Automobilrecycling und beladene Aktivkohle aus Filteranlagen untersucht.