Integriertes System zur Stahlherstellung mit Direktreduktion und Lichtbogenofen

Das integrierte System zur Stahlherstellung mit Direktreduktion und Lichtbogenofen ist eine vollständige industrielle Anlage zur Stahlproduktion aus Eisenerz ohne herkömmliche Hochöfen oder Koksöfen. Es kombiniert zwei Kernprozesse: die Direktreduktion von Eisenerz zu direktreduziertem Eisen (DRI) unter Verwendung von Reduktionsgasen und das anschließende Schmelzen und Raffinieren dieses DRI in einem Lichtbogenofen (EAF) zur Erzeugung von flüssigem Stahl. Diese Route bietet operative Flexibilität und eine geringere Umweltbelastung im Vergleich zur konventionellen integrierten Stahlherstellung, insbesondere wenn sie mit Erdgas oder erneuerbaren Energien betrieben wird. Das System ist modular aufgebaut, was skalierbare Produktionskapazitäten und die Integration erneuerbarer Energiequellen ermöglicht. Es eignet sich für Regionen mit reichlich Erdgas oder erneuerbarem Strom. Das System umfasst Materialhandhabung für Eisenerzpellets, Schrottstahl und feuerfeste Materialien sowie Gasversorgungs- und Aufbereitungssysteme. Zu den wichtigsten Parametern gehören eine DRI-Produktionsrate von 50–200 Tonnen pro Stunde, eine EAF-Kapazität von 100–300 Tonnen pro Schmelze und ein spezifischer Erdgasverbrauch von 9–12 GJ pro Tonne DRI. Die Systemfläche beträgt 5.000–15.000 Quadratmeter, das Gesamtgewicht 5.000–15.000 Tonnen. Die Betriebsverfügbarkeit liegt typischerweise bei 92–96 %, die CO2-Emissionen bei 0,6–1,0 kg pro Tonne Stahl. Das System arbeitet bei einem Druck von 1,0–1,6 MPa und einer Reduktionszonentemperatur von 850–1050 °C. Die elektrische Leistung für den EAF beträgt 80–250 MVA (IEC 60076). Der Metallisierungsgrad liegt bei 92–96 %, der Kohlenstoffgehalt im DRI bei 1,5–4,0 %. Der Wasserverbrauch beträgt 0,5–1,5 m³ pro Tonne Stahl, der Lärmpegel 85–95 dB(A) in 1 m Entfernung (ISO 11201). Alle Werte sind Referenzbereiche und müssen für das spezifische Modell und die Anwendung mit dem Hersteller oder Lieferanten bestätigt werden.

Eisenerzpellets werden in einen Schachtofen gegeben und durch einen Strom heißer Reduktionsgase, typischerweise aus Erdgas oder Wasserstoff, zu direktreduziertem Eisen (DRI) reduziert. Das DRI wird zusammen mit Schrottstahl und Zuschlagstoffen in einen Lichtbogenofen gegeben. Hochleistungs-Lichtbögen schmelzen das Einsatzmaterial, und Raffinationsreaktionen entfernen Verunreinigungen, um flüssigen Stahl mit der gewünschten Zusammensetzung zu erzeugen. Das System ist für kontinuierlichen oder chargenweisen Betrieb ausgelegt, wobei die DRI-Produktionsrate und die EAF-Kapazität aufeinander abgestimmt sind, um einen ausgewogenen Durchsatz zu erreichen. Die Zusammensetzung und Temperatur des Reduktionsgases werden gesteuert, um einen Metallisierungsgrad von 92–96 % und einen Kohlenstoffgehalt im DRI von 1,5–4,0 % zu erreichen, die die Stahlqualität und den Energieverbrauch beeinflussen. Das Abgas des EAF wird zur Entstaubung und Wärmerückgewinnung behandelt, und Wasser wird für Kühlung und Gasreinigung in einem geschlossenen Kreislauf verwendet, um den Ergänzungsbedarf zu minimieren.