Projektmenu

Einleitung

Projekt 1.2 beschäftigt sich mit Rohstoffen zur Verwendung als alternative Reduktionsmittel. Die Verwendung von Feinkohle im Hochofen mittels direkter Eindüsung über die Wirbelzone (= Raceway; PCI = engl. für Pulverized Coal Injection, Kohlestaubeindüsung) zielt auf eine Reduktion des Koksbedarfs während des Hochofenprozesses ab. Dies ermöglicht einen kostengünstigeren Hochofenbetrieb und trägt zu einer verbesserten Wettbewerbssituation dieser Produktionsroute bei. Die Unternehmenspartner im P 1.2 betreiben bereits PCI Systeme zur Roheisenerzeugung im Hochofen.

Die PCI Technologie wird auch für Schmelzreduktionsprozesse wie FINEX® und COREX® verwendet. Jedoch ist der Einfluss der unterschiedlichen Kohlesorten auf den Produktionsprozess selbst sowie auf den erzielbaren Kohleausbrand und die Kohleumsetzung noch nicht restlos erforscht. Diese Parameter stehen in Zusammenhang mit Eigenschaften wie der Zusammensetzung, der chemischen Struktur, dem Aschegehalt sowie der Korngrößenverteilung der verwendeten Kohlen. Im Zuge des gegenständlichen Projektes 1.2 sollen geeignete Kohlesorten bewertet und identifiziert werden. Außerdem sollen die maximal mögliche Kokseinsparung sowie die geeigneten PCI-Betriebsbedingungen erarbeitet werden.

Ziele und Motivation

  • Eine Literaturrecherche bezüglich geeigneter Methoden zur Kohleanalyse
  • Die Analyse potentieller PCI-Kohlen (Bestimmung spezifischer Kohleparameter)
  • Die Implementierung eines neuen industriell einsetzbaren Konzeptes zur Bewertung von PCI-Kohlen
PCI-Anlage in linz (voestalpine Stahl GmbH)
PCI-Anlage in linz (voestalpine Stahl GmbH)

Die Technische Universität Wien (TU Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften) führt als wissenschaftlicher Projektpartner eine Literaturrecherche bezüglich eines Vergleichs bereits bekannter bzw. derzeit verwendeter Methoden zur Charakterisierung von PCI Kohlen durch. Generell werden in der Literatur bereits eine Vielzahl von Methoden zur Charakterisierung von PCI Kohlen beschrieben. Viele davon dienen zur Abschätzung der Kohlereaktivität unter Hochofenbedingungen und basieren auf den Konzepten der thermochemischen Analyse wie z.B. der Thermogravimetrie (TGA). Zusätzlich werden oftmals Röhrenöfen sowie Racewayversuchsstände im Labormaßstab zur Kohlecharakterisierung verwendet. Alle diese genannten Systeme und Verfahren besitzen Vor- und Nachteile, können jedoch die Bedingungen im Hochofen nur bis zu einem bestimmten Grad simulieren.

Daneben sind Untersuchungen unterschiedlicher PCI Kohlesorten, welche den Unternehmenspartnern zur Verfügung stehen, geplant. Diese Analysen beinhalten Zündeigenschaften, Kohlezusammensetzung, Aschegehalt sowie die chemische Struktur. Zusätzlich soll der Einfluss der Heißwindzusammensetzung im Hochofen auf den Umsatz und die Kinetik des Kohleabbrandes analysiert und berechnet werden. Derartige Informationen stellen wichtige Parameter für das generelle Zündverhalten während der Eindüsung über die Hochofenwirbelzone dar. Darüber hinaus sind für die Betreiber von PCI-Anlagen Informationen wie die maximale Menge an eingeblasener Feinkohle sowie der Austauschfaktor der untersuchten Kohlen (Koksersparnis in kg Kohle / kg Koks) wichtig, um einen wirtschaftlichen PCI-Betrieb realisieren zu können.

Spezielle Schlüsselfaktoren zur Bewertung der Kohleanalysenmethoden sind neben Reaktionstemperatur, Betriebsdruck, Aufheizrate und Zusammensetzung der umgebenden Gasatmosphäre auch die Anlagenverfügbarkeit (abhängig z.B. vom Wartungsaufwand), Analysezeiten sowie die Versuchskosten.

Basierend auf den Ergebnissen der Literaturrecherche und der Laborversuche an der TU Wien erfolgt ein Vergleich sowie eine Bewertung der Methoden zur Charakterisierung von PCI Kohlen hinsichtlich Zündung, Reaktivität und Abbrand. Letztendlich sollen die geeignetsten Methoden zu einem neuen innovativen Konzept für die Kohleanalyse zusammengefasst werden. Dokumente, welche die untersuchten Methoden sowie das neu entwickelte Konzept zusammenfassen, werden für die Projektpartner erstellt. In diesen Dokumenten sollen die verfügbaren Methoden entsprechend dem zugrundeliegenden Konzept gruppiert und miteinander verglichen werden.

Ergebnisse und Anwendung

Das primäre Ziel der geplanten Forschungsaktivitäten im Projekt 1.2 liegt in der Umsetzung und Implementierung einer standardisierten und industriell einsetzbaren Route zur Kohlecharakterisierung. Geeignete thermochemische Methoden werden ausgewählt und sollen zur Rohstoffcharakterisierung verwendet werden, um die Schlüsseleinflussfaktoren hinsichtlich der Kohlereaktivität zu identifizieren. Letztendlich soll eine Datenbank mit PCI relevanten Parametern der untersuchten Kohlen entwickelt werden. 

Die angepassten bestehenden bzw. neu entwickelten Bewertungsmethoden sollen dabei behilflich sein, Kohleanalysen qualitativ zu verbessern und außerdem geeignete Kohlesorten für die Eindüsung in den Hochofen zu identifizieren. Dadurch soll ein nachhaltiger Einsatz von Reduktionsmitteln (maximal mögliche Kokseinsparung) ermöglicht werden. Des Weiteren soll eine Vorhersage bzw. Vorschlag bezüglich einer Anpassung der Betriebsbedingungen des Hochofenprozesses gemacht werden, um einen effizienten PCI-Prozess zu erreichen.