Detaillierte Erläuterung
Die Direktreduktion stellt eine umweltfreundlichere und energieeffizientere Alternative zur herkömmlichen Hochofenroute der Stahlherstellung dar. In diesem Verfahren werden Eisenerze unter Verwendung von Reduktionsmitteln wie Erdgas oder Kohle zu Eisenschwamm reduziert. Der Eisenschwamm ist ein poröses, schwammartiges Eisenprodukt mit hohem Reinheitsgrad. Es dient in der Weiterverarbeitung als Rohstoff für die Stahlproduktion.
Der Prozess läuft unter Luftabschluss ab, wodurch das Eisenerz nicht schmilzt, sondern nur der Sauerstoff entzogen wird. Dies geschieht in verschiedenen Typen von Industrieöfen, wie Drehrohröfen, Drehherdöfen, Etagenöfen, Schachtöfen und Wirbelschichtreaktoren.
Varianten der Direktreduktion
Feststoffreduktion
Hier wird vorwiegend Kohle als Reduktionsmittel eingesetzt. Zu den gängigen Verfahren gehören das SL/RN-Verfahren und das DRC-Verfahren. Diese Verfahren verwenden Drehrohr- oder Drehherdöfen.
- In Drehrohröfen werden Eisenpellets zusammen mit Kohle und weiteren Zuschlägen zu Eisenschwamm reduziert. Dies geschieht bei Temperaturen von etwa 900 bis 1.000 °C.
- Drehherdöfen erreichen Temperaturen bis etwa 1.300 °C. Sie verwenden verschiedene Verfahren wie das Fastmet-, Inmetco-, ITmk3- oder Iron Dynamics-Verfahren.
- Etagenöfen finden hauptsächlich im Primus-Verfahren Anwendung. Sie nutzen mehrere übereinander liegende Kammern, um die Eisenerze bei Temperaturen bis zu 1.100 °C zu reduzieren.
Gasreduktion
Diese Variante nutzt hauptsächlich Erdgas, das in einer vorgeschalteten Reformierung aufbereitet wird. Zu den gängigen Verfahren gehören das Midrex-Verfahren und das HyL/Energiron-Verfahren.
In Schachtöfen wird das Reduktionsgas in die untere Ofensektion eingeführt. Währenddessen werden die Eisenpellets von oben nach unten durch den Ofen bewegt. Dadurch kommt es zu einer effektiven Gegenstromreaktion, bei der die Pellets zu Eisenschwamm reduziert werden.
Wirbelschichtreaktoren arbeiten nach dem Prinzip der Wirbelschicht, bei dem feine Feststoffpartikel durch einen Gasstrom in Schwebe gehalten werden. Bei Verfahren wie Fior, Finmet oder Circored durchlaufen die feinen Eisenerze hintereinander mehrere Wirbelschichtreaktoren. Dabei werden sie schrittweise reduziert. Wirbelschichtreaktoren sind technologisch anspruchsvoller und werden in der Industrie weniger häufig eingesetzt als Schachtöfen.
Vorteile der Direktreduktion
1. Umweltfreundlicher: Ein wesentlicher Vorteil der Direktreduktion im Vergleich zum Hochofen liegt darin, dass kein Koks benötigt wird. Somit entfällt bei dieser Variante der Stahlherstellung die Koksofen-Anlage. Das führt zu einer Verringerung des Energieverbrauchs und der CO₂-Emissionen.
Die Umweltfreundlichkeit der Direktreduktion hängt maßgeblich vom eingesetzten Reduktionsmittel ab. Während die Nutzung von Erdgas den CO₂-Ausstoß im Vergleich zum Hochofenverfahren reduziert, ermöglicht der Einsatz von grünem Wasserstoff eine nahezu emissionsfreie Produktion. Dies macht die Direktreduktion zu einer wichtigen Übergangstechnologie auf dem Weg zu klimaneutralem Stahl.
2. Flexibilität: Die Direktreduktion kann verschiedene Eisenerzformen verarbeiten, von feinen Erzen bis zu Pellets. Das macht das Verfahren anpassungsfähig und vielseitig in der Rohstoffwahl.
3. Effizienz: Der Prozess ermöglicht eine kontinuierliche Produktion und hohe Reinheit des Endprodukts. Eisenschwamm hat einen hohen Eisenanteil und enthält weniger Verunreinigungen wie Schwefel oder Phosphor. Das führt zu einer besseren Qualität des nachfolgenden Stahls.
