Verfahren und Anlage zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur Stahlerzeugung, aus feink-rnigem Metalloxid

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur direkten Stahlerzeugung, aus feinkörnigem Metalloxid (1), insbesondere eisenhaltigem Feinerz, wobei das Metalloxid in einen Reduktionsreaktor (3) eingebracht und in diesem Reduktionsreaktor durch ein überwiegend aus H₂ gebildetes, vorzugsweise zumindest zu 90Vol% H₂-haltiges, Reduktionsgas zumindest teilweise reduziert wird, und nachfolgend in einem Schmelzreaktor (4), vorzugsweise zu Stahl, geschmolzen wird. Dabei wird ein Transportreduktionsreaktor als Reduktionsreaktor verwendet, wobei der Transportreduktionsreaktor durch ein Trägergas durchströmt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur direkten Stahlerzeugung, aus feinkörnigem Metalloxid, insbesondere eisenhaltigem Feinerz, wobei das Metalloxid in einen Reduktionsreaktor eingebracht und in diesem Reduktionsreaktor durch ein überwiegend aus H₂ gebildetes, vorzugsweise zumindest zu 90 Vol% H₂-haltiges, Reduktionsgas zumindest teilweise reduziert wird, und nachfolgend in einem Schmelzreaktor, vorzugsweise zu Stahl, geschmolzen wird.

[0002] Die Fachwelt versucht seit langem die Möglichkeiten und Vorteile der Wasserstoffmetallurgie zu nützen. Weiters ist im Stand der Technik bekannt, das am Rohstoffmarkt ausreichend vorhandene Feinerz als Ersatz von Stückerz in der Roheisen- bzw. Stahlerzeugung einzusetzen. Dem Fachmann sind im speziellen verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Roheisen und/oder Stahl aus Feinerz bekannt.

[0003] In der Patentveröffentlichung EP00106747A1 wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren gelehrt, durch welches vorgewärmter Eisenerzstaub in einem im Gleichstrom geführten Gasgemisch, das überwiegend H₂ enthält, reduziert wird. In der Praxis erweist sich das gelehrte Verfahren aufgrund des hohen Energieeinsatzes als unwirtschaftlich.

[0004] Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 weiter zu entwickeln, durch welche eine kostengünstige und ressourcenschonende Erzeugung von Stahl aus Feinerz verwirklicht werden kann.

[0005] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, sowie durch eine Anlage nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 gelöst.

[0007] Die Verwendung eines Transportreduktionsreaktors zeichnet sich gegenüber dem Betrieb eines herkömmlichen Schachtofens, wie in EP00106747A1 gelehrt, vor allem dadurch aus, dass, beispielsweise durch die gleichmäßigere Verteilung der Einsatzstoffe in dem Reduktionsgas, eine energetisch und/oder kinetisch günstigerer Ablauf der Reduktion erreicht werden kann. Auf diese Weise werden wesentliche Energiekosten eingespart.

[0008] Der Betrieb eines Transportreduktionsreaktors ist nach verschiedenen Ausführungsformen vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das feinkörnige Einsatzmaterial in den gerichteten Transportgasstrom des Transportreduktionsreaktors einbracht und durch diesen transportiert wird.

[0009] Ein Transportreduktionsreaktor stellt nach einer besonderen Ausführungsform einen Reaktor zur Reduktion von Metalloxid mit einem transportierenden Trägergas dar.

[0010] Als Trägergas kann nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren jedes geeignete Gas, insbesondere ein zumindest teilweise inertes Gas verwendet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Trägergas ein zumindest teilweise reduzierenden Gas verwendet. Sollte beispielsweise die Zusammensetzung des Trägergases nicht für eine zumindest teilweise Reduktion des Metallerzes im Transportreduktionsreaktor ausreichen, ist für eine Zufuhr der ausreichenden Menge an reduzierendem Gas in den Transportreduktionsreaktor zu sorgen.

[0011] Durch die Verwendung von Wasserstoff als, bevorzugt alleinigem, Reduktionsmittel wird der CO₂-Ausstoß verringert bzw. im Idealfall gänzlich verhindert. Nach der Reduktion enthält das teilweise verbrauchte Reduktionsgas neben H₂ ausschließlich H₂O, wodurch sich die Abgasbehandlung gegenüber Anlagen, bei denen beispielsweise ein CO- und H₂-haltiges Reduktionsgas zum Einsatz gelangt, wesentlich vereinfacht.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine besonders wirtschaftliche Betriebsweise aus, da als Einsatzstoffe Feinerz und als Reduktionsmittel Wasserstoff eingesetzt werden. Wasserstoff ist derzeit kostengünstig aus Erdgas oder Kohle zu erzeugen. In Zukunft wird eine wirtschaftliche Erzeugung des Wasserstoffes mittels Elektrolyse oder in Bioreaktoren gelingen.

[0013] Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein Teil des Trägergases des Transportreduktionsreaktors, insbesondere des Reduktionsgases, im Bereich der Zufuhr des Metalloxides in den Transportreduktionsreaktor in einer, insbesondere zumindest teilweise aufwärts, gerichteten Strömung geführt, wobei mit dem, insbesondere durch das, Zusammentreffen des gerichteten Trägergasstromes mit dem zugeführten Metalloxid in dem Transportreduktionsreaktor, das Metalloxid in dem Transportreduktionsreaktor, vorzugsweise in den Trägergasstrom, fein verteilt wird.

[0014] Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metalloxidteilchen zumindest teilweise durch das Trägergas entgegen der Schwerkraft transportiert. Diese Form des Transportes führt zu einer besonders vorteilhaften Verteilung der Metalloxidteilchen, sowie zu einer besonders effizienten Reduktion derselben.

[0015] Nachdem erfindungsgemäß nach einer bevorzugten Ausführungsform eine feine Verteilung des Metalloxids in dem Trägergasstrom, insbesondere dem Reduktionsgasstrom, vorgesehen ist, kann eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich schnellere und vollständigere Reduktion der feinen Metalloxide erreicht werden.

[0016] Die Einbringung des Metalloxides in den Transportreduktionsreaktor selbst kann auf verschiedene Arten erfolgen. Diesbezüglich sind Ausführungsformen mit, an oder in dem Transportreduktionsreaktor angeordneten, Injektoren und/oder Aufgabevorrichtungen möglich, die jeweils das Metalloxid in oder gegen die Strömungsrichtung des Trägergasstromes, insbesondere des Reduktionsgasstromes, in diesen einbringen.

[0017] Die Aufgabe des Metalloxides in den Trägergasstrom kann unter verschiedenen Winkeln erfolgen, beispielsweise unter 135° (225°) oder 120° (210°) entgegen der Strömungsrichtung (0° entspricht Strömungsrichtung).

[0018] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reduktion in dem Transportreduktionsreaktor unterhalb einer Temperatur von 1000 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 500 bis 900 °C, besonders bevorzugt von 700 bis 900 °C, durchgeführt.

[0019] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das feinkörnige Metalloxid mit einem weiteren Trägergas in den Transportreduktionsreaktor eingeleitet, insbesondere unter Druck eingeblasen, wobei das weitere Trägergas vorzugsweise zumindest 50 Vol % H₂, besonders bevorzugt zumindest 75 Vol% H₂, insbesondere zumindest 90 Vol% H₂, enthält.

[0020] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das, im wesentlichen feststoffförmige. Metalloxid durch den Transportreduktionsreaktor zu einer Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung, insbesondere einem Zyklon, transportiert, bevor das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid in einem Schmelzreaktor, insbesondere zu flüssigem Stahl, geschmolzen wird.

[0021] Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist durch die feine Verteilung des Metalloxids im Trägergas, insbesondere im Reduktionsgas, des Transportreduktionsreaktors nachfolgend eine Abtrennung des Feststoffes in einer Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung vorgesehen. Nach der Abtrennung kann das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid beispielsweise in einen Schmelzreaktor eingebracht und zu flüssigem Stahl verarbeitet werden.

[0022] Durch ein Verfahren dieser Art ist eine direkte Stahlerzeugung in besonders effizienter Form, insbesondere in nur einer Prozessstufe, verwirklichbar.

[0023] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung wiederum von Feststoffpartikeln zumindest teilweise gereinigte Reduktionsgas einer Gasaufbereitung unterzogen, wobei Verunreinigungen, insbesondere H₂O, zumindest teilweise abgetrennt werden, und gegebenenfalls verbrauchtes H₂ zumindest teilweise ersetzt wird.

[0024] Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein vollständiger Ersatz des verbrauchten H₂ vorgesehen. Damit wird eine schädliche Anreicherung des Reduktionsgases an H₂O in der Anlage vermieden.

[0025] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung abgetrennte, zumindest teilweise reduzierte, Metalloxid aus der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung, insbesondere durch eine Wasserstoffströmungspumpe, abgesaugt.

[0026] Bei einer Wasserstoffströmungspumpe handelt es sich definitionsgemäß um eine Pumpe zur Einbringung von Reduktionsgas und feinem Feststoff in ein Reaktionsgefäß, die nach einer bevorzugten Ausführungsform analog wie eine Wasserstrahlpumpe arbeitet. Im einfachsten Fall ist eine solche Wasserstoffströmungspumpe beispielsweise durch eine, von Wasserstoff durchströmte, Venturidüse realisierbar, bei der durch Ausnutzung des Druckunterschiedes infolge der unterschiedlichen Strömungsquerschnitte ein Pumpeffekt erzeugt und in einfacher Weise der feine Feststoff, beispielsweise das feinteilchenförmige Metalloxid, angesaugt und in das entsprechende Gefäß und/oder in den entsprechenden Reaktor eingebracht werden kann.

[0027] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid in einen Schmelzreaktor eingeleitet, und unter Einwirkung eines Plasmabrenners und/oder eines elektrischen Lichtbogens aufgeschmolzen.

[0028] Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Schmelzreaktor ein H₂-haltiges Gas zugeführt, das im Schmelzreaktor gegebenenfalls zumindest teilweise ionisiert und gegebenenfalls nachfolgend als Reduktionsgas in den Transportreduktionsreaktor eingeleitet wird.

[0029] Dabei wird beispielsweise durch Ionisation des H₂-Gases ein heißes Plasma zum Aufschmelzen der feinkörnigen Metalloxide erzeugt.

[0030] Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, durch eine Verwendung des, vorzugsweise heißen, H₂-haltigen Abgases des Schmelzreaktors als Transportgas und Trägergas des Transportreduktionsreaktor, Energie und Kosten gespart.

[0031] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Schmelzreaktor weniger als 50 Vol%, insbesondere weniger als 10 Vol%, des, in der Reduktionskammer eingesetzten, Träger- und/oder Reduktionsgases eingebracht, und beispielsweise aus dem Schmelzreaktor in den Transportreduktionsreaktor, vorzugsweise als Trägergas und/oder Reduktionsgas übergeführt.

[0032] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Menge des Metalloxides, welches in den Transportreduktionsreaktor eingebracht wird, und/oder die Strömung und/oder Menge des Träger- und/oder Reduktionsgases in dem Transportreduktionsreaktor selbst durch eine Wasserstoffströmungspumpe, und/oder eine entsprechende aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung, geregelt.

[0033] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der flüssige Stahl kontinuierlich, beispielsweise über eine induktive Pumpe und ein Siphon, aus dem Schmelzreaktor ausgebracht.

[0034] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schlacke chargenweise aus dem Schmelzreaktor ausgebracht.

[0035] Die Erfindung ist weiters durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gekennzeichnet.

[0036] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Trägergaszufuhr und/oder der Transportreduktionsreaktor derart ausgeführt, dass in der Reduktionskammer im Bereich der Zufuhr des Metalloxides ein gerichteter Trägergasstrom einstellbar ist, und ist weiters die Feststoffzufuhr der Reduktionskammer derart ausgeführt, dass das Metalloxid zumindest teilweise durch Einleiten, insbesondere Einblasen, in den zumindest teilweise gerichteten Trägergasstrom des Transportreduktionsreaktors fein verteilbar ist. Nach einer Ausführungsform erfolgt dabei mit dem, insbesondere durch das, Zusammentreffen des Metalloxides mit der im Transportreduktionsreaktor herrschenden Trägergasströmung eine feine Verteilung des Metalloxides in dem Trägergas.

[0037] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Transportreduktionsreaktor eine Öffnung auf, über die das Reduktionsgas gemeinsam mit dem zumindest teilweise reduzierten, im wesentlichen feststoffförmigen, Metalloxid aus dem Transportreduktionsreaktor ableitbar ist.

[0038] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Feststoffzuführung in einer Weise ausgeführt, die es ermöglicht, das, im wesentlichen feststoffförmigen, Metalloxid, vorzugsweise regelbar, durch ein weiteres Trägergas, das zumindest zu 50 Vol %, vorzugsweise zumindest zu 90 Vol %, aus, gegebenenfalls heißem, H₂ besteht, in den Transportreduktionsreaktor einzubringen.

[0039] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reduktionsgas gemeinsam mit dem zumindest teilweise reduzierten, im wesentlichen feststoffförmigen, Metalloxid aus dem Transportreduktionsreaktor in eine Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung einleitbar, die eine Auskleidung aufweist, die gegenüber einem heißen Reduktionsgas, das zu mehr als 50 Vol%, insbesondere zu mehr als 90 Vol %, aus Wasserstoffgas besteht, beständig ist.

[0040] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass das feinkörnige Metalloxid zumindest teilweise durch den, in dem Transportreduktionsreaktor herrschenden, gerichteten Trägergasstrom, insbesondere Reduktionsgasstrom, in die Gas-Feststoff-Trennvorrichtung eingebracht werden kann.

[0041] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schließt die Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung als kommunizierendes Gefäß, insbesondere unmittelbar, an den Transportreduktionsreaktor an.

[0042] Nach einer besonderen Ausführungsform ist die Gas-Feststoff-Trennvorrichtung, vorzugsweise ohne Schleusen oder ähnliche Vorrichtungen, unmittelbar an dem Transportreduktionsreaktor, oder zumindest teilweise in dem Transportreduktionsreaktor angeordnet.

[0043] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nach der Gas-Feststoff-Abtrennungvorrichtung ein Schmelzreaktor zum Aufschmelzen und gegebenenfalls Fertigreduzieren, des, zumindest teilweise vorreduzierten, Metalloxides, angeordnet.

[0044] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Einbringung des in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung abgeschiedenen Metalloxides in den Schmelzreaktor eine Wasserstoffströmungspumpe, und/oder eine ähnliche Einrichtung, angeordnet.

[0045] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Schmelzreaktor ein Plasmabrenner und/oder eine Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens angeordnet.

[0046] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Transportreduktionsreaktor unmittelbar, beispielsweise als mit dem Schmelzreaktor kommunizierendes Gefäß, nach dem Schmelzreaktor angeordnet.

[0047] Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Transportreduktionsreaktor in einer Weise an dem Schmelzreaktor, insbesondere unmittelbar anschließend, angeordnet, die es ermöglicht, die, vorzugsweise zumindest teilweise thermische, Strömung des im Schmelzreaktor auftretenden Gases zumindest teilweise als gerichtete Strömung, vorzugsweise als Trägergasströmung, in dem Transportreduktionsreaktor fortzuführen.

[0048] Nach einer besonderen Ausführungsform ist der Transportreduktionsreaktor ohne Schleusen oder ähnliche Vorrichtungen unmittelbar an dem Schmelzreaktor angeordnet.

[0049] Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Schmelzreaktor und/oder an dem Transportreduktionsreaktor eine Wasserstoffströmungspumpe und/oder eine entsprechende Einrichtung angeordnet, die es ermöglicht, die Gasströmungsmenge in dem Transportreduktionsreaktor zu regeln.

[0050] Nach einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung herrscht im Bereich der Gas-Feststoff-Trennvorrichtung ein niedrigerer Druck als im Bereich des Schmelzreaktors. Somit ist der Gasfluß durch den Transportreduktionsreaktor gewährleistet.

[0051] Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren, sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch anhand einer nicht einschränkender Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur direkten Erzeugung von flüssigem Stahl aus Feinerz

[0052] Nachstehend wird ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren beschrieben, mit dem Feinerz, mit einer für Pelletanlagen üblichen Korngrößenverteilung (< 50 µm) in einer Verfahrensstufe und mit Wasserstoff als Reduktionsmittel in flüssigen Stahl umgewandelt werden kann.

[0053] Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Verfahren in einzelne Verfahrensschritte zerlegt. Diese laufen gleichzeitig in einem einzigen Reaktionsgefäß, bestehend aus einem Einschmelzteil, einem Transportreduktionsreaktor, und gegebenenfalls integrierten Gas-Feststoff-Trennvorrichtungen, ab. Das Reaktionsgefäß ist so beschaffen, dass in einzelnen Teilen desselben definierte Verfahrensschritte kontinuierlich ablaufen.

[0054] Eingangsstoffe in die Anlage zur Erzeugung von Stahl sind Feinerz 1 und Wasserstoff. Ausgangsstoffe sind flüssiger Stahl, flüssige Schlacke sowie ein Gasgemisch von H₂ und H₂O).

[0055] Verfahrensschritte:

1. In ein senkrechtes Rohr 3, welches an seinem unteren Ende mit dem Einschmelzteil 4 des Reaktionsgefäßes verbunden ist und durch welches heißes Reduktionsgas 5, das aus dem Einschmelzteil 4 kommt, strömt, wird seitlich Feinerz 1 mit heißem Wasserstoff 6 eingeblasen und durch den Gasstrom nach oben transportiert. Das heiße Reduktionsgas 5 aus dem Einschmelzteil 3 und der heiße Wasserstoff 6, der zum Einblasen des Feinerzes 1 verwendet wird, vermischen sich und werden so dosiert, dass im Rohr 3 eine Gastemperatur von 800 bis 900 C herrscht. Die Geschwindigkeit des im Rohr 3 nach oben strömenden Gases wird so bemessen, dass das eingeblasene Feinerz 1 vollständig nach oben transportiert wird. Die Länge des Rohres 3 ist so bemessen, dass auf dem Weg der Feinerzteilchen von der Einblasestelle bis zum Rohrende die Reduktion der Feinerzteilchen zu direkt reduzierten Eisenteilchen erfolgt (Prinzip des Transportreduktionsreaktors).

2. Am oberen Ende des senkrechten Rohres 3 befinden sich eine Anzahl von Abscheidezyklonen 7, in dem die direkt reduzierten Eisenteilchen abgeschieden werden. Das vom Feststoffanteil getrennte Gasgemisch (H₂,H₂O mit Verunreinigungen) 15 wird einer Gasaufbereitung 8 zugeführt. In der Gasaufbereitung wird H₂ 9 von H₂O 10 gereinigt und getrennt, sowie der im Prozess verbrauchte H₂ ergänzt. Der Wasserstoff wird dem Prozess wiederum zugeführt.

3. Das in dem Abscheidezyklon 7 abgeschiedene direkt reduzierte Eisen wird mittels Wasserstoffströmungspumpen abgesaugt und durch einen Plasmabrenner 11 oder eine Lichtbogenelektrode in den Schmelzreaktor 4 eingeblasen. Die direkt reduzierten Eisenteilchen werden im Plasma des Plasmabrenners 11 bzw. durch den Lichtbogen geschmolzen und sammeln sich mit der Schlacke am Boden des Einschmelzteiles 4. Das heiße Reduktionsgas (ca. 1600 C) 5 entweicht dem Einschmelzteil 4 über das Rohr 3 des Transportreduktionsreaktors. Die Gasströmungsmenge, die aus dem Schmelzreaktor austritt wird mittels Wasserstoffströmungspumpen eingestellt.

4. Der flüssige Stahl im Einschmelzteil kann kontinuierlich abgestochen (Kombination aus induktiver Pumpe und Siphon) werden. Die Schlacke wird chargenweise aus dem Einschmelzteil 4 über konventionelle Abstichmethoden ausgetragen.

[0056] Weiters sind eine Anzahl von Wärmetauschern 12, die für eine vorteilhafte Ausgestaltung des Wärmehaushaltes des beschriebenen Verfahrens nützlich sind, und Verdichter 13 angebracht. Weiters ist eine Bandgießanlage 14 zur vorzugsweise kontinuierlichen Verarbeitung des flüssigen Stahles, ein Ausgleichsgefäß zum Ableiten des Stahles und/oder der Schlacke aus dem Einschmelzteil 4, sowie ein Feinerzaufgabegefäß 2 skizziert.

[0057] Vorteile des Verfahrens:

• Direkte Stahlerzeugung in nur einer Prozessstufe und damit geringe Investitions- und Umwandlungskosten.
• Billige Einsatzstoffe: Feinerz (Pelletfeed) und als Reduktionsmittel Wasserstoff, der derzeit kostengünstig aus Erdgas oder Kohle und künftig eventuell mittels Elektrolyse oder Bioreaktoren erzeugt werden kann.
• Umweltfreundlich durch Verringerung des CO₂ Ausstoßes - Nebenprodukte sind lediglich Schlacke und Wasser
• Prozessgasrezyklierung und optimale Energienutzung - Kürzeste Produktionszeit

Ansprüche

1. Verfahren zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur direkten Stahlerzeugung, aus feinkörnigem Metalloxid, insbesondere eisenhaltigem Feinerz, wobei das Metalloxid in einen Reduktionsreaktor eingebracht und in diesem Reduktionsreaktor durch ein überwiegend aus H₂ gebildetes, vorzugsweise zumindest zu 90 Vol% H₂-haltiges, Reduktionsgas zumindest teilweise reduziert wird, und das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid nachfolgend in einem Schmelzreaktor, vorzugsweise zu Stahl, geschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transportreduktionsreaktor als Reduktionsreaktor verwendet wird, wobei der Transportreduktionsreaktor mit einem Trägergas durchströmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Trägergases, im Bereich der, vorzugsweise seitlichen, Einbringung des Metalloxides in den Transportreduktionsreaktor in einer, insbesondere aufwärts, gerichteten Strömung geführt wird, wobei, mit dem Zusammentreffen des gerichteten Trägergasstromes mit dem Metalloxid in dem Transportreduktionsreaktor, das Metalloxid in dem Transportreduktionsreaktor, vorzugsweise in dem Trägergas, fein verteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in dem Transportreduktionsreaktor bei einer Temperatur von 500 bis 900 °C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das feinkörnige Metalloxid mit einem weiteren Trägergas in den Transportreduktionsreaktor eingeleitet, insbesondere unter Druck eingeblasen, wird, wobei das weitere Trägergas zumindest 50 Vol% H₂, vorzugsweise zumindest 90 Vol % H₂, enthält.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das, im wesentlichen feststoffförmige, Metalloxid durch den Transportreduktionsreaktor zu einer Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung, insbesondere einem Zyklon, transportiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung wiederum von Feststoffpartikeln abgetrennte Reduktionsgas einer Gasaufbereitung unterzogen wird, wobei Verunreinigungen, insbesondere H₂O, abgetrennt werden, und gegebenenfalls verbrauchtes H₂ zumindest teilweise ersetzt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise reduzierte Metalloxid in einen Schmelzreaktor eingeleitet, und, vorzugsweise unter Einwirkung eines Plasmabrenners und/oder eines elektrischen Lichtbogens, aufgeschmolzen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmelzreaktor ein H₂-haltiges Gas zugeführt wird, das im Schmelzreaktor zumindest teilweise ionisiert und/oder nachfolgend als Träger- und/oder Reduktionsgas in den Transportreduktionsreaktor eingeleitet wird.

9. Anlage zur Metallerzeugung, vorzugsweise zur direkten Stahlerzeugung, aus feinkörnigem Metalloxid, insbesondere eisenhaltigem Feinerz, vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Reduktionsreaktor mit mindestens einer Reduktionsgaszuleitung und einer Reduktionsgasableitung, sowie mit einer Feststoffzuleitung, zur Zufuhr des Metalloxides, vorgesehen ist, und der Reduktionsreaktor eine Auskleidung aufweist, die gegenüber einem heißen Reduktionsgas, das zu mehr als 50 Vol%, insbesondere zu mehr als 90 Vol %, aus Wasserstoffgas besteht, beständig ist, und weiters ein Schmelzreaktor zur Erzeugung des flüssigen Metalls vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transportreduktionsreaktor als Reduktionsreaktor vorgesehen ist, und der Transportreduktionsreaktor mindestens eine Trägergaszuleitung aufweist.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägergaszufuhr derart ausgeführt ist, dass in dem Transportreduktionsreaktor im Bereich der, vorzugsweise seitlichen, Zufuhr des Metalloxides ein gerichteter Trägergasstrom einstellbar ist, und die Feststoffzufuhr des Transportreduktionsreaktors derart ausgeführt ist, dass das Metalloxid zumindest teilweise durch Einleiten, insbesondere Einblasen, in den gerichteten Trägergasstrom des Transportreduktionsreaktors, vorzugsweise in dem Trägergas, fein verteilbar ist.

11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffzufuhr in einer Weise ausgeführt ist, die es ermöglicht, das Metalloxid, vorzugsweise regelbar, durch ein weiteres Trägergas, das überwiegend, vorzugsweise zumindest zu 90 Vol %, aus, gegebenenfalls heißem, H₂ besteht, in den Transportreduktionsreaktor einzubringen.

12. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Transportreduktionsreaktor eine Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung vorgesehen ist, die eine Auskleidung aufweist, die gegenüber einem heißen Reduktionsgas, das zu mehr als 50 Vol%, insbesondere zu mehr als 90 Vol %, aus Wasserstoffgas besteht, beständig ist.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung als kommunizierendes Gefäß unmittelbar an den Transportreduktionsreaktor anschließt.

14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzreaktor nach der Gas-Feststoff-Abtrennvorrichtung angeordnet ist, und zur zumindest teilweisen Einschmelzung und gegebenenfalls Fertigreduktion der abgetrennten zumindest teilweise reduzierten Metalloxide dient, wobei gegebenenfalls an dem Schmelzreaktor ein Plasmabrenner und/oder eine Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Lichtbogens angeordnet ist.

15. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportreduktionsreaktor unmittelbar, vorzugsweise als mit dem Schmelzreaktor kommunizierendes Gefäß, an den Schmelzreaktor anschließt.

Zeichnung