Wie entsteht Eisenschwamm von Eisen mit Kohlenstoff

Wie und von was entsteht eigentlich Eisenschwamm?

Die Umwandlung von Eisenerz in metallisches Eisen, die bei einer Temperatur von etwa 1100 Grad Celsius stattfindet und eine Reaktion mit Kohlenstoff in Form von Kohle oder anderen Quellen beinhaltet, führt zur Bildung von Eisenschwamm.

Der Begriff «Eisenschwamm» bezieht sich auf eine Art Eisen, das in einem heißen Ofen direkt zerkleinert, metallisiert oder brikettiert wurde.

In der Eisen- und Stahlindustrie können Induktions- und Elektrolichtbogenöfen Eisenschwamm anstelle von Altmetall als Ersatz für letzteres verwenden.

Als direkte Folge der Knappheit teurerer Schmelzabfälle hat sich Eisenschwamm im Laufe der Jahre zu einem wichtigen Rohstoff für die Produktion von hochwertigem Stahl entwickelt.

Aufgrund der vielen Eisenerzreserven in Indien ist die Nation zum größten Eisenschwammproduzenten der Welt geworden.

Dies ist zu einem großen Teil auf die Verwendung von sowohl Erzklumpen als auch Feinerz zurückzuführen, die durch den Zugang des Landes zu einer Vielzahl von Eisenerzprodukten ermöglicht wurde.

Direkt reduziertes Eisen (DRI), auch als Eisenschwamm bekannt, wird durch direktes Reduzieren von Eisenerz (in Form von Klumpen, Pellets oder Feinteilen) zu Eisen unter Verwendung von Reduktionsgas oder elementarem Kohlenstoff, der aus Erdgas oder Kohle erzeugt wird, hergestellt.

Dieser Prozess wird als direkte Reduktion von Eisenerz zu Eisen bezeichnet.

Die beliebteste Methode zur Umwandlung von DRI in Stahl ist die Verwendung von Lichtbogenöfen.

Dadurch können Hersteller die vom DRI-Produkt erzeugte Wärme nutzen.

Da direktreduziertes Eisen ungefähr den gleichen Eisengehalt wie Roheisen hat, der typischerweise zwischen 90 und 94 % des Gesamteisens ausmacht (abhängig von der Qualität des Roherzes), ist es ein hervorragendes Ausgangsmaterial für die von verwendeten Elektroöfen Mini-Mühlen.

Dadurch können Mini-Mühlen für den Rest der Charge Schrott geringerer Qualität verwenden oder höherwertigen Stahl herstellen, als sie es sonst könnten.

Um die Probleme herkömmlicher Hochöfen zu umgehen, wurden Direktreduktionstechniken entwickelt.

Anlagen, die DRI produzieren, müssen nicht unbedingt Teil eines integrierten Stahlwerks sein, wie es bei Hochöfen üblich ist.

Sowohl die Anfangsinvestition als auch die Betriebskosten von Direktreduktionsanlagen sind niedriger als die von integrierten Stahlwerken.

Infolgedessen sind diese Anlagen besser für Entwicklungsländer geeignet, die über begrenzte Vorräte an hochwertiger Kokskohle verfügen, aber im Allgemeinen über Stahlschrott zum Recycling verfügen.

Direktreduziertes Eisen wird in Indien in der größten Menge produziert als irgendwo sonst auf der Welt.

In einer Vielzahl unterschiedlicher Nationen werden unterschiedliche Verfahren angewendet.

Da direktreduziertes Eisen ungefähr den gleichen Eisengehalt wie Roheisen hat, der typischerweise zwischen 90 und 94 % des Gesamteisens ausmacht (abhängig von der Qualität des Roherzes), ist es ein hervorragendes Ausgangsmaterial für die von verwendeten Elektroöfen Mini-Mühlen.

Dadurch können Mini-Mühlen für den Rest der Charge Schrott geringerer Qualität verwenden oder höherwertigen Stahl herstellen, als sie es sonst könnten.

Die dicht gepackte Version von DRI, bekannt als heißbrikettiertes Eisen (HBI), wurde für den bequemen Transport, die Handhabung und die Lagerung des Materials entwickelt.

Rein reduziertes Eisen (DRI) wird als heißes direkt reduziertes Eisen (HDRI) bezeichnet und entsteht, wenn DRI noch heiß direkt von einem Reduktionsofen in einen Elektrolichtbogenofen bewegt wird.

Das hilft, Strom zu sparen.

Eisenerz kann zur Verwendung im Direktreduktionsverfahren pelletisiert werden, oder es kann stattdessen natürliches «Klumpenerz» verwendet werden.

Das Fließbettverfahren ist eine Ausnahme von dieser Regel, da es die Verwendung klassierter Eisenerzpartikel erfordert.

Da die Technik der Direktreduktion die Verwendung von mit Inertgasen verunreinigtem Erdgas ermöglicht, müssen diese Gase nicht getrennt werden, um sie anderen Verwendungen zuzuführen.

Die Wirkung (Qualität) dieses Gasstroms sowie der thermische Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens werden jedoch durch das Vorhandensein von Inertgas, das das Reduktionsgas verunreinigt haben könnte, negativ beeinflusst.

In Regionen wie Nordaustralien sind sowohl Erzpulver als auch Roherdgas verfügbar, wodurch der Gastransport und die damit verbundenen Kosten entfallen.

Da es kostengünstiger ist, das Erz statt das Gas zu transportieren, befindet sich die DRI-Anlage fast immer in der Nähe einer Erdgasquelle.

Das DRI-Verfahren führt zu 97 % reinem Eisen. Syngas kann durch erneuerbares Wasserstoffgas ersetzt werden, das dann zur Herstellung von DRI verwendet werden kann.

Dadurch wird der Einsatz fossiler Brennstoffe bei der Herstellung von Eisen und Stahl überflüssig.

Das direkt reduzierte Eisen ist sehr anfällig für Oxidation und Korrosion, wenn es nicht gut geschützt ist, weshalb es oft schnellstmöglich zu Stahl weiterverarbeitet wird.

Da es pyrophor ist, kann Schütteisen auch Feuer fangen.

Im Gegensatz zu im Hochofen hergestelltem Roheisen, das fast aus reinem Metall besteht, enthält direkt reduziertes Eisen (DRI) etwas Kieselgang (bei Herstellung aus Schrott, im Gegensatz zu frischem Eisen, das durch Direktreduktion von Eisen mit Erdgas hergestellt wird), welche vor der Stahlerzeugung eliminiert werden müssen.

Der als Eisenschwamm bekannte Rohstoff ist für sich genommen nicht nutzbar, kann aber zu Schmiedeeisen und Stahl verarbeitet werden.

Nachdem der Schwamm aus dem Bloomery (ein anderer Name für den Ofen) gezogen wurde, wird er wiederholt mit schweren Hämmern geschlagen und gefaltet, um Schlacke zu entfernen, Kohlenstoff oder Karbid zu oxidieren und das Eisen zusammenzuschweißen.

Schmiedeeisen wird oft als Nebenprodukt dieses Prozesses hergestellt und enthält typischerweise etwa drei Prozent Schlacke und einen Bruchteil von einem Prozent anderer Verunreinigungen.

Eine zusätzliche Behandlung kann die Zugabe abgemessener Kohlenstoffmengen umfassen, was den Weg für andere Arten der Wärmebehandlung ebnet.

Das Reduzieren von Eisenerz ohne Schmelzen ist, wie Eisenschwamm in der heutigen Zeit hergestellt wird.

Hersteller von Spezialstahl, die bisher auf Schrott angewiesen waren, erhalten durch diese Entwicklung nun Zugang zu einem energieeffizienten Rohstoff.

Die Beteiligung von Miderx am Direktreduktionsverfahren lässt sich auf die Arbeiten zurückführen, die in den 1930er Jahren von der Surface Combustion Company durchgeführt wurden.

1959 beschloss das Unternehmen, Teil von Midland Ross zu werden, das zu dieser Zeit an der Entwicklung des schnellen Heat-Prozessors als Vorläufer der Fastnet-Technologie arbeitete.

Surface Combustion wurde zu einem späteren Zeitpunkt in Midrex umbenannt.

Jeder der beiden Vertikalöfen der ersten Midrex-Direktreduktionsanlage, die 1969 in Portland State in Oregon errichtet wurde, hatte einen Durchmesser von 3,7 Metern und sollte jährlich einhundertfünfzigtausend Tonnen Eisenschwamm produzieren.

Diese Einheit befand sich im Bundesstaat Portland.

Sie ist von 3,7 m auf 4,25 m und schließlich auf 7,5 m gestiegen und wurde im Stahlsektor eingeführt.

In den letzten vierzig Jahren hat Midrex größere Einheiten entwickelt und hergestellt und die vertikalen Midrex-Öfen aus dem Innendurchmesser schrittweise aus dem Verkehr gezogen.

Das Folgende ist eine Liste der primären Koordinaten für das Midrex-Verfahren: Eisenerz wird gelesen als das Eisenerz, das in diesem Prozess verwendet wird, liegt in Form von gekochten Pellets vor, und der Grad, in dem hochwertiges Hämatit-Eisenerz verwendet werden kann hängt von dem Zustand ab, in dem es gefunden wird.

Nach dem Reformierungsprozess wird Erdgas reduziert, das als Reduktionsmittel dient.

Im Rahmen des Midrex-Verfahrens wird das Verhältnis von Kohlenmonoxidgas zu Wasserstoffgas innerhalb der reduzierenden Gaskombination umgekehrt.

Die Art des Reduktionsofens und die Gegebenheiten darin sind wie folgt: Der Midrex-Ofen ist eine Art vertikaler Schachtofen, der mit einem geringfügig niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre arbeitet.

Der Eingang und der Ausgang dieses Geräts sind dynamisch versiegelt und werden durch den Fluss des Eingangs bzw. Ausgangs gesteuert.

Temperaturbereich für die Reduktion: ca. 850 bis 920 Grad Celsius.

Position des Prozesses: Vollständig konsolidiert und bereit für die Kommerzialisierung.

Der Durchmesser der ersten Midrex-Öfen war kleiner, aber mit fortschreitender Technologie wurden größere Öfen mit größeren Durchmessern und höheren Kapazitäten gebaut.

Dies führte zu einer Erhöhung der Prozesskapazität.

Dies zeigt die Entwicklung einer neuen Generation von Megamodularöfen, die in der Lage sind, jährlich mindestens 1,5 Millionen Tonnen zu produzieren.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die kleineren Prozessöfen von Midrex immer noch in der Produktion eingesetzt werden und mit einem kostengünstigen Tempo laufen.

Dies zeigt, dass dieser Ansatz in der Lage ist, verschiedene Fähigkeiten in einer Vielzahl von Umgebungen bereitzustellen.

Marktanteil von rund sechzig Prozent an der gesamten Eisenschwammproduktion.

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