Eisenrückgewinnung maximieren

Siemens Metals Technologies hat einen neuen Fliehkraftabscheider (Zyklon) zur Entstaubung von Hochofen-Gichtgas entwickelt. Mit dieser Lösung kann die Effizienz der Staubabscheidung flexibel gesteuert werden.

Dies maximiert die Rückgewinnung des eisenhaltigen Staubs. Gleichzeitig lässt sich eine übermäßige Konzentration von Zink oder anderen schweren Elementen im zurückgeführten Staub vermeiden. Der erste industrielle Prototyp wird in einem indischen Hochofen installiert, den Siemens projektiert und ausrüstet.

Um das Gichtgas in anderen Anlagenteilen zu Heizzwecken nutzen zu können, erfolgt in modernen Hochöfen eine zweistufige Reinigung des Gases. Dabei dienen Staubsack oder Zyklon zur trockenen und Wäscher zur nassen Gichtgasreinigung.

Während der in der ersten Stufe abgeschiedene Staub üblicherweise wieder der Eisenerzeugung zugeführt wird, müssen die im Wäscher anfallenden Schlämme aufwändig entsorgt werden. Bei typischen Hochöfen mit Gestelldurchmessern zwischen 8,5 und 14 Metern entstehen zwischen 250.000 und 700.000 Nm3 Gichtgas pro Stunde. Dieses Gas enthält zwischen 5 und 14 Tonnen Staub mit einem Eisengehalt von 15 bis 35 Prozent – ein wertvolles Nebenprodukt.

Zur Maximierung der Eisenrückgewinnung tendieren Hochofenbetreiber zunehmend dazu, hocheffiziente Staubabscheider-Zyklone anstelle der weniger leistungsfähigen Staubsäcke einzusetzen. Allerdings sind nicht alle Bestandteile des Gichtgasstaubs für eine Rückführung geeignet: Hohe Konzentrationen von Schwermetallen – insbesondere Zink – im Möller können die Prozessparameter so beeinflussen, dass es zu einem höheren Koksverbrauch oder zur Entstehung von Schlackenbären im oberen Teil des Schachts kommt, und die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung des Ofens reduziert wird. Während feine Staubteilchen mit erhöhtem Zink- oder Schwermetallgehalt von Staubsäcken üblicherweise nicht abgeschieden werden, führt die höhere Effizienz von Zyklonen zu einer Abscheidung eines größeren Anteils derartiger Stäube.

Werden diese anschließend wieder dem Hochofenprozess zugeführt, besteht die Gefahr, dass sich die unerwünschten Metalle durch den wiederholten Zyklus von Verdampfung, Abscheidung und Rückführung anreichern. Daher ist eine optimierte und flexible Steuerung der Staubabscheidungs-Effizienz von entscheidender Bedeutung, sowohl unter Kosten- als auch unter Betriebsaspekten.

Ausgangspunkt für die Entwicklung des neuen Zyklons war eine CFD (computer fluid dynamics)-basierte Modellierung des Verhaltens von Zyklonen mit verschiedenen Geometrien. Auf dieser Grundlage wurde ein Plexiglas-Modell im Maßstab 1:10 konstruiert, welches eine experimentelle Untersuchung der unterschiedlichen Geometrien erlaubte. Zu den getesteten Varianten gehörten Einströmkrümmer mit und ohne Leitschaufel, Veränderungen der Gefäßlänge sowie von Position und Geometrie des Tauchrohrs. Als Staubpartikel wurden Sägemehl und Glas-Mikrohohlkugeln eingesetzt. Um die Abscheidungseffizienz so zu variieren, dass eine zu hohe Rückführung des ultrafeinen zinkhaltigen Staubs unterbleibt, wurden verschiedene Designmodifikationen geprüft.

So wurden vier Kurzschlussleitungen installiert, die einen direkten Staub- und Gasstrom vom oberen Teil des Zyklons in das Tauchrohr erlauben. Dies reduzierte die Abscheidungseffizienz hauptsächlich bei der gewünschten Partikelgröße.

Für den industriellen Einsatz werden die Kurzschlussleitungen mit einem Blindflansch ausgestattet. In Abhängigkeit vom Zinkgehalt des Staubs kann dann die Anzahl der geöffneten Leitungen während geplanter Stillstände verändert werden, um die Abscheidungseffizienz zu variieren. Auf diese Weise lässt sich die Staubrückführung maximieren und gleichzeitig die Zinkkonzentration in einer akzeptablen Größenordnung halten.

Der auf Basis des Modells entwickelte Zyklon wird erstmals im neuen Hochofen No. 3 bei der JSW Steel Ltd. in Indien eingesetzt werden. Die Inbetriebnahme dieses dann größten Hochofens Indiens ist für Mitte 2008 geplant.

Weitere Informationen über Lösungen für Stahlwerke, Walzwerke und Behandlungslinien unter: http://www.siemens.de/metals