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:

1. Agglomeration von Eisenerz und Kohle.
2. Reduktion und Schmelzen der Agglomerate.
3. Trennung von metallischem Eisen und Schlacke.
4. 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.