ITmk3: Kobe Steels umweltfreundliches Eisen-Nugget-Verfahren
ITmk3-Verfahren zur Eisen-Nugget-Herstellung
ITmk3 (Ironmaking Technologies Mark 3) ist eine Kohlereduktionstechnologie. IT Mark 1 = Hochofen (BF), IT Mark 2 = Direkte Reduktion (meist gasbasiert). Entwickelt von Kobe Steel, umweltfreundlich.
Entwicklungsgeschichte
- 1996–1998: Laborversuche.
- 1999–2000: Pilotanlage 3.000 t/Tag, Kakogawa Works (Kobe Steel, Japan).
- 2002–2004: Demonstrationsanlage 25.000 t/a, Minnesota (USA).
- 2007: Baubeginn erste kommerzielle Anlage 500.000 t/a, Hoyt Lakes, Minnesota.
- Januar 2010: Inbetriebnahme.
ITmk3-Prozess
Schnelles Eisenherstellungsverfahren: Reduktion, Karburieren, Schmelzen, Schlackentrennung – alles bei relativ niedrigen Temperaturen. Vier Schritte:
- Agglomeration von Eisenerz und Kohle.
- Reduktion und Schmelzen der Agglomerate.
- Trennung von metallischem Eisen und Schlacke.
- Abgasbehandlung und Wärmerückgewinnung.
Eisenerzkonzentrat, nichtkokende Kohle (Reduktionsmittel), Kalkstein (Flussmittel), Bentonit (Bindemittel) → selbstreduzierende Grünpellets. Im Drehrohrhof (Rotary Hearth Furnace, RHF) werden getrocknete Grünpellets reduziert, karburiert und geschmolzen. Produkt: granuläres Eisen (Eisen-Nuggets). Prozess im Fe-C-Phasendiagramm (Abb. 2).
ITmk3 produziert hochreine Eisen-Nuggets aus Feinerzen und nichtkokender Kohle. Einzigartig: Reduktion, Karburierung, Schmelzen, Schlackentrennung (Abb. 3) bei ~1350 °C (BF: ~1500 °C+). Reduktionszeit: 10 Min (BF: 8 h, gasbasierte DR: 6 h).
Hauptmerkmale
- Niedriggradige Feinerze → Feinkörnung + Aufbereitung → hochgradiges Konzentrat → Grünpellets.
- Nichtkokende Kohle als Reduktionsmittel.
- Pellets in RHF: 1350 °C, Reduktion, Schmelzen, Metall/Schlacke-Trennung.
- Flüssiges Eisen erstarrt im Ofen zu Nuggets, nach Kühlung Austragung und Schlackentrennung.
- Einfacher Prozess, konventionelle Ausrüstung; kurze Verweilzeit erleichtert An-/Abfahren.
- Feinerz und Kohlenstaub zu Kompositpellets agglomeriert.
Reaktionen
Allgemeine Eisenerz-Kohle-Reaktionen:
FeₓOᵧ + y CO = x Fe + y CO₂ CO₂ + C = 2 CO
Zusätzliche Reaktionen für Trennung Metall/Schlacke:
C(s) = C (karburiert) Fe(s) = Fe(l) (Schmelzen)
Produkt: Eisen-Nuggets
- Schlackenfreie Eisen-Nuggets; chemisch/physikalisch vergleichbar mit Roheisen.
- Metallischer Fe: 96–97 %; C: 1,7–3,5 %; S: ~0,5 %.
- Dichte: 6,5–7,0 g/cm³.
- Bessere Einschmelzbarkeit als BF-Roheisen (niedrigerer Schmelzpunkt, höhere Wärmeleitfähigkeit).
- Größe für einfache Handhabung/Transport; keine Reoxidation, keine Feinbildung.
- Kontinuierliche Beschickung in Lichtbogenofen (EAF) wie DRI/HBI möglich.
Spezifischer Verbrauch (pro t Nuggets)
- Eisenerzfeinst: 1,5 t
- Nichtkokende Kohle: 0,5 t
- Brenngas: 1,1 Gcal
- Strom: 200 kWh
- Wasser: 2 m³
- Druckluft: 85 m³
- Stickstoff: 12 m³
Umweltbilanz (ITmk3–EAF vs. BF–BOF)
Prozentuale Reduktion:
- CO: 96 %
- NOx: 65 %
- SO₂: 77,7 %
- VOC: 86,5 %
- CO₂: 41,1 %
- Hg: 58,0 %
Typischer Anlagenlayout
Vorteile des ITmk3-Verfahrens
- Einfacher Prozess.
- Direkte Reduktion von Feinerzen mit nichtkokender Kohle.
- Energieeffizient: ~30 % weniger Energie als BF.
- Niedrigere CO₂-Emissionen.
- Geringe Investitionskosten (entfällt Sinter/Pelletanlage, Kokerei).
- Günstigere Rohstoffe (Feinerze, nichtkokende Kohle).
- Hochwertige Nuggets mit besserer Einschmelzbarkeit als Roheisen.
- Keine Handhabung von Flüssigeisen nötig.
- Nuggets: schlackenfrei, frei von Begleitelementen, keine Reoxidation, keine Feinbildung → einfacher Transport.
- Einfache Bedienung/Regelung; flexible Produktionsanpassung durch An-/Abfahren.
- Einfache, bewährte Ausrüstung.
Herstellungsprozess
- Herstellung von Wolfram-Nickel-Eisen-Legierungen: Vom Pulvergemisch zum fertigen Sinterteil
- Eisen: Eigenschaften, Geschichte und alltägliche Anwendungen
- Sintern von Eisenerzfeinstäuben: Steigerung der Hochofeneffizienz
- FINEX-Prozess: Fortschrittliche Roheisenherstellung aus Eisenerzfeinst & Nichtkokskohle
- HIsmelt: Fortschrittliches Direktverhüttungsverfahren zur Roheisenproduktion
- Umfassender Leitfaden zum Formenbau: Von Design bis Produktion
- Maximale Fertigungseffizienz mit Eisenguss-Lieferanten
- Umfassender Überblick über Stahlerzeugungsverfahren
- Eisenerz-Verhüttung erklärt: Prozess, Prinzipien und Produktion
- Wesentliche Rohstoffe der Eisen- & Stahlproduktion