Direktreduktion

Bei der Direktreduktion handelt es sich um unterschiedliche Anlagen der Stahlherstellung, die zur Reduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm dienen. Der erzeugte Eisenschwamm ist ein poröses und schwammartiges Produkt mit hohem Eisenanteil, der im Anschluss in einem Elektrolichtbogenofen zu Stahl geschmolzen wird. Die Direktreduktion stellt eine Variante der Primärstahlherstellung dar.

In den Anlagen der Direktreduktion wird meist Erdgas oder Kohle als Reduktionsmittel eingesetzt, das unter Luftabschluss mit den Eisenerzen reagieren. Die Eisenerze werden häufig vor der Direktreduktion im Zuge der Erzaufbereitung von Verunreinigungen getrennt und als feine Erze direkt eingesetzt oder mittels Pelletanlagen zusätzlich aufbereitet. Ob die Erze in feiner Form oder als Pellet eingesetzt werden, hängt von der verwendetet Direktreduktionsanlage ab. Als Alternative werden Erze vereinzelt auch in Sinteranlagen aufbereitet.

Ein wesentlicher Vorteil der Direktreduktion im Vergleich zum Hochofen liegt darin, dass kein Koks benötigt wird. Somit entfällt bei dieser Variante der Stahlherstellung die Koksofenanlage, was mit einer Verringerung des Energieverbrauches verbunden ist. Abhängig vom eingesetzten Reduktionsmittel lässt sich die Direktreduktion in zwei unterschiedliche Varianten unterteilen. Bei der Feststoffreduktion dient vorwiegend Kohle als Reduktionsmittel, wohingegen bei der Gasreduktion hauptsächlich Erdgas eingesetzt wird. Erdöl kommt meist nur vereinzelt als zusätzlicher Energieträger zur Anwendung. Bei beiden Verfahrensvarianten kommen unterschiedliche Anlagenausführungen zum Einsatz. Diese unterscheiden sich hauptsächlich in der Art des Industrieofens und sind in Tabelle 1 aufgelistet.

Drehrohrofen

Das Kernstück der Anlage stellt ein Drehrohrofen dar, in dem meist Eisenpellets zusammen mit Kohle und weiteren Zuschlägen bei Temperaturen von etwa 900 bis 1.000 °C zu Eisenschwamm reduziert werden. Derzeit gängige Verfahren sind beispielsweise das SL/RN-Verfahren oder das DRC-Verfahren.

Drehherdofen

In einem Drehherdofen werden die Eisenerze zusammen mit Kohle bei Temperaturen bis etwa 1.300 °C zu Eisenschwamm reduziert. Der Drehherdofen ist ein sich drehender ringförmiger oder tellerförmiger Ofen. zum Einsatz kommen unterschiedliche Verfahren wie beispielsweise Fastmet-Verfahren, Inmetco-Verfahren, ITmk3-Verfahren oder Iron Dynamics-Verfahren.

Etagenofen

Der Etagenofen ist meist ein zylindrischer Ofen, der in mehrere übereinanderliegende Kammern unterteilt ist. Diese Kammern sind durch Öffnungen miteinander verbunden. Die Eisenerze werden zusammen mit der Kohle in die oberste Kammer eingebracht und mit Schiebern jeweils in die darunterliegende Etage befördert. Bei Temperaturen bis etwa 1.100 °C erfolgt die Reduktion der meist feinen Eisenerze zu Eisenschwamm. Das gängigste Verfahren ist hierbei das sogenannte Primus-Verfahren.

Schachtofen

Ein Schachtofen ist eine Anlage, die nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Dabei werden die Eisenpellets im oberen Teil des Schachtes eingebracht und bewegen sich nach unten durch den Ofen, während die Reduktionsgase von unten nach oben strömen. Das benötigte Reduktionsgas wird meist in einer vorgeschalteten Erdgasreformierung erzeugt und ist im Schachtofen für die Reduktion der Eisenerze zu Eisenschwamm verantwortlich. Typische Verfahren sind das Midrex-Verfahren und das HyL/Energiron-Verfahren.

Wirbelschicht

Bei einer Wirbelschicht handelt es sich um feine Feststoffpartikel, die in einem Reaktor durch einen aufwärtsgerichteten Gasstrom in Schwebe gehalten werden. Dieses Prinzip wird beispielsweise auch bei der Wirbelschichtfeuerung angewendet. Die Reduktion von Eisenerzen erfolgt meist in drei oder vier hintereinander angeordneten Wirbelschichtreaktoren. Die feinen Eisenerze durchlaufen diese Reaktoren der Reihe nach und werden dabei schrittweise zu Eisenschwamm reduziert. Derzeit finden vorwiegend das Fior-Verfahren, das Finmet-Verfahren oder das Circored-Verfahren Anwendung.

Englische Übersetzung(en):

direct reduction