Wissenschaftler erweitern das Verständnis von DRI in der modernen Stahlproduktion

Haben Sie sich jemals gefragt, was außer Altmetall in die Stahlproduktion einfließt? Eines der bestgehüteten Geheimnisse der Stahlindustrie ist ein bemerkenswertes Halbzeug namens Direct Reduced Iron (DRI). Dieses Material spielt eine entscheidende Rolle in der modernen Stahlherstellung und bietet eine sauberere und effizientere Alternative zu herkömmlichen Methoden.

Direktreduziertes Eisen (DRI) ist ein hochreines Eisenprodukt, das durch die Entfernung von Sauerstoff aus Eisenerz in festem Zustand gewonnen wird – ohne es zu schmelzen. Bei diesem Verfahren werden Reduktionsmittel wie Kohlenmonoxid und Wasserstoff eingesetzt, um Sauerstoffatome aus Eisenerzmolekülen zu entfernen und nahezu reines metallisches Eisen zurückzulassen. Betrachten Sie es als einen heiklen chemischen Vorgang, bei dem Sauerstoff sorgfältig extrahiert wird und nur Eisen zurückbleibt.

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung von DRI:

• Gasbasiertes DRI:Die am weitesten verbreitete Methode, die gasbasierte DRI-Produktion, wird häufig in Stahlwerke mit Elektrolichtbogenöfen (EAF) integriert und bildet kompakte „Mini-Mühlen“. Erdgas wird in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt, die dann in einem Reduktionsofen mit Eisenerz reagieren. Das resultierende DRI kann im noch heißen Zustand direkt in einen EAF eingespeist werden, wodurch Energie gespart wird. Einige Hersteller transportieren DRI auch zu anderen Stahlwerken oder verkaufen es an Dritte.
• Kohlebasiertes DRI:Diese Methode wird vorwiegend in Ländern wie Indien eingesetzt und verwendet Drehrohröfen, in denen Kohle sowohl als Brennstoff als auch als Reduktionsmittel dient. Das vor Ort als „Eisenschwamm“ bekannte Produkt wird normalerweise in kleineren Mengen hergestellt, bleibt aber eine wirtschaftliche Lösung für die regionale Stahlproduktion. Bemerkenswert ist, dass Indien etwa 57 % seines Rohstahls aus EAFs bezog (Daten von 2016), wobei Eisenschwamm eine Schlüsselrolle spielt.

DRI ist kein reines Eisen – es enthält Restverunreinigungen. Bei der Herstellung aus Eisenerz mit einem Eisengehalt von 65,5–68 % umfasst seine typische Zusammensetzung:

• Metallisierungsrate:92,0 %–96,0 %
• Gesamteisengehalt:86,1 %–93,5 %
• Gehalt an metallischem Eisen:81,0 %–87,9 %
• Kohlenstoffgehalt:1,0 %–4,5 %
• Schwefelgehalt:0,001 %–0,03 %
• Phosphorpentoxid (P₂O₅):0,005 %–0,09 %
• Gangart (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, MnO usw.):3,9 %–8,4 %
• Partikelgröße:4–20 mm
• Schüttdichte:1,6–1,9 t/m³

DRI ist hochreaktiv und neigt an der Luft zur erneuten Oxidation, was zu Hitzeentwicklung und Selbstentzündung führen kann. Um Risiken zu mindern, werden strenge Handhabungs- und Lagerungsprotokolle durchgesetzt. Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) klassifiziert DRI als Ladung der Gruppe B (chemisch gefährlich) und MHB (nur in loser Schüttung gefährliche Stoffe) und erfordert den Transport unter Inertgas (normalerweise Stickstoff), um Oxidation zu verhindern.

DRI wird hauptsächlich als Ausgangsmaterial für die Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen (EAF) verwendet. Im Vergleich zu Altmetall bietet DRI mehrere Vorteile:

• Konsistente Zusammensetzung:DRI weist weniger Verunreinigungen auf, was eine bessere Kontrolle der Stahlqualität ermöglicht.
• Geringe Restelemente:Es enthält nur minimale schädliche Elemente (z. B. Kupfer, Nickel, Chrom) und ist daher ideal für die Herstellung von Edelstahl.
• Verbesserte Effizienz:Das Hinzufügen von DRI zu EAFs beschleunigt das Schmelzen und reduziert so die Produktionszeit und den Energieverbrauch.

Über EAFs hinaus wird DRI auch in Hochöfen und Gießereien eingesetzt.

Da sich die Umweltvorschriften verschärfen, steht die Stahlindustrie unter dem Druck, den CO2-Ausstoß zu reduzieren. DRI stellt eine sauberere Alternative zur herkömmlichen Eisenherstellung dar, insbesondere wenn es mit Wasserstoff als Reduktionsmittel hergestellt wird. Dieses als wasserstoffbasierte DRI bekannte Verfahren gilt als Eckpfeiler einer nachhaltigen Stahlproduktion.

Mit seiner wachsenden Bedeutung ist DRI bereit, eine entscheidende Rolle beim Übergang der Stahlindustrie zu umweltfreundlicheren Praktiken zu spielen.

Neben DRI tragen auch andere aus Eisenerz gewonnene Metalle zur Stahlproduktion bei:

• Heißbrikettiertes Eisen (HBI):HBI ist eine dichtere, stabilere Form von DRI und lässt sich einfacher transportieren und lagern.
• Roheisen:Roheisen wird in Hochöfen hergestellt und hat einen hohen Kohlenstoffgehalt. Es ist ein wichtiger Bestandteil bei der Stahlherstellung.
• Granuliertes Roheisen (GPI):Wird als Kühlmittel in Hochöfen oder als Ausgangsmaterial in EAFs und Gießereien verwendet.