Aluminium und Buntmetalle Drehtrommelofen Gestufte Verbrennung
Interne Abgaszirkulation
BoostAL COntrol
Aluminium Herdofen ALBATCH FC: Sauerstoffbrenner mit flacher Flamme
BoostAL COntrol
Aluminium, Kupfer Konverter Spülen mittels Lanze oder Spülstein zur Reduzierung unerwünschter Begleitstoffe (insb. Wasserstoff)
Blei, Zinn, Kupfer, Zink und Steinwolle Schachtofen Sauerstoff - Direktinjektion mittels Überschalllanzen
Roheisen Hochofen Spülen mit Stickstoff zur Entschwefelung
Rauchgasunterdrückung mit Kohlendioxid
Hoch legierter Stahl Konverter Inertisieren der Badoberfläche mit Argon
Sphäroguß Konverter Vorwärmen der Magnesiumkammer
Inertisieren der Badoberfläche mit Stickstoff
Bau-, Qualitäts- und rostfreie Stähle Lichtbogenofen PYRJET = Oxy-Fuel - Brenner, Überschall-Sauerstofflanze und Kohleeinblas-Anlage in einem Bauteil mit integrierter Prozesssteuerung
Gusseisen Kupolofen Boostal Digital ALJET = Überschall-Lanzen auch im Teillastbetrieb
Eisen und Stahl Pfannenbeheizung Komplettsystem: Sauerstoffbrenner, Regeleinheit "Skid-Control-System" und Pfannenstand
Eisen Inertisieren und Rauchgasunterdrückung mit Kohlendioxid

Tabelle 1: Oxy-Fuel Verbrennung in der Schmelzmetallurgie auf einen Blick

Drehtrommelofen

BoostAL Brenner im Drehtrommelofen

Zum Einschmelzen der Nichteisenmetalle Aluminium und Buntmetall im Drehtrommelofen hat sich die Befeuerung mit Brennstoff und technischem Sauerstoff durchgesetzt. Neben der hohen Schmelzleistung ist vor allem die größere Ausbringung von Metall vorteilhaft. 

Unsere Sauerstoffbrenner lassen sich mit verschiedenen gasförmigen und flüssigen Brennstoffen betreiben und eignen sich für unterschiedliche Ofentypen und Baugrößen. Neu entwickelte Sauerstoffbrenner minimieren die NOx-Emissionen durch Nutzung der "gestuften Verbrennung" und einer internen Abgasrezirkulation.

Schrotte mit brennbaren Anhaftungen können direkt im Ofen verarbeitet werden. Mit dem BoostAL COntrol-Verfahren wurde ein automatisiertes Verfahren zur Nachverbrennung von Pyrolysegasen aus den Einsatz-Schrotten direkt im Ofen entwickelt. Die sich bildenden Pyrolysegase verbrennen durch eine spezielle Steuerung direkt im Ofen und reduzieren damit den Brennstoffbedarf.

Bild: Drehtrommel mit Oxy-Fuel Brenner

Herdofen

Die Kombination aus Brennstoff-Sauerstoffbrenner und Nachverbrennung wird auch im Herdofen genutzt. Das BoostAL COntrol-Verfahren sorgt für die Nachverbrennung der Pyrolysegase aus dem Schrott im Ofen – das generiert “Gratis-Energie” für den Schmelzprozess. Zusätzlich zu der Energieersparnis spielt die Reduzierung der Emissionen an CO2 und NOx eine bedeutende Rolle.
 
Durch nahezu stöchiometrisches Steuern der Brennerflamme werden Aluminiumabbrände minimiert, die ALBATCH FC-Sauerstoffbrenner mit flacher Flamme gewährleisten eine optimale Wärmeübertragung auf das Schmelzbad. Die Abwesenheit von Stickstoff beim Verbrennungsprozess verringert die Abgasvolumina und somit die Abgaswärmeverluste.

Schachtofen

Als Schmelzeinheit ist der Schachtofen für Blei, Zinn, Kupfer, Zink und Steinwolle altbewährt. Durch den Einsatz von technischem Sauerstoff wird in erster Linie eine höhere Schmelzleistung und mehr Flexibilität in der Fahrweise des Schachtofens erreicht.
Zur Leistungssteigerung und Verringerung des Zuschlagstoffverbrauchs empfehlen sich die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff oder das Verfahren der Sauerstoff-Direktinjektion mittels Überschalllanzen. Dadurch kann die Schmelztemperatur schnell erhöht und somit die Effizienz des Schachtofens gesteigert werden.

Hochofen

Der Hochofen ist ein kontinuierlich arbeitender Schachtofen, der aus Eisenerzen, Zuschlagstoffen und Koks flüssiges Roheisen erzeugt. Ein Hochofen arbeitet im Gegenstromprinzip: Aufsteigendes Reduktionsgas (CO) aus der Koksverbrennung sorgt für das Schmelzen und Reduzieren der Eisenoxide in der absinkenden Möllersäule. Über eine Ringleitung und Blasdüsen wird Heißluft zur Koksverbrennung eingeblasen. Zur Effizienzsteigerung wird ein Teil des Kokses durch Einblasen von Brennstoffen mit Sauerstoff durch die Winddüsen substituiert. 

Roheisen hat oft zu hohe Schwefelgehalte. Ein Spülprozess mit Stickstoff, beispielsweise unter Zugabe von Kalk oder Calciumcarbid, sorgt für eine schnelle Entschwefelung vor der Weiterverarbeitung zu Stahl im Konverter

Beim Abgießen und Umfüllen von Roheisen entstehen insbesondere zu Beginn große Mengen des so genannten braunen Rauchs. Die Rauchgasunterdrückung (bis zu 95%) kann durch Besprühen des Roheisen-Gießstrahls mit einem Trockeneisschnee-Gas-Gemisch realisiert werden. Hierfür stehen spezielle Schneerohre zur Verfügung, welche den Gießstrahl mit einer Schutzatmosphäre umschließen. Das ermöglicht Filterwartungen am Hochofen ohne Produktionsverlust oder das Abkippen von Roheisen ins Gießbeet unter freiem Himmel.

Lichtbogenofen

Die Oxy-Fuel-Lösungen von Air Liquide maximieren die Produktivität Ihres Lichtbogenofens (EAF) – das steigert die Effizienz des gesamten Stahlwerks.
Mit PYREJET bieten wir die Funktionen von Oxy-Fuel-Brenner, Überschall-Sauerstofflanze und Kohleeinblas-Anlage in einem Bauteil mit integrierter Prozesssteuerung. Ihr Vorteil: Sie reduzieren den Verbrauch von Energie, Elektroden und Feuerfestmaterial und erhöhen gleichzeitig die Ausbringung.

Kupolofen

Wachsende Anforderungen an Eisenqualität, Leistung und Preis verlangen nach einer stetigen Verbesserung der Effizienz des Schmelzbetriebes. Neben der Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff wird in den meisten Schmelzbetrieben am Kupolofen derzeit das Verfahren der Sauerstoff-Direktinjektion eingesetzt.

Es wird reiner Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit durch mehrere Lanzen in den Ofen injiziert. Dies erhöht die Schmelzleistung und die Metalltemperatur im Kupolofen und senkt gleichzeitig den Verbrauch von Koks, Sauerstoff und Legierungselementen. 

Dank unserer speziell entwickelten Sauerstoffdüsen werden mit BoostAL-Digital Aljet von Air Liquide die Vorteile des Sauerstoffeinsatzes maximiert. Der hohe Impulsstrom des Überschallstrahles beim BoostAL Digital Aljet-Verfahren ermöglicht es dem Sauerstoff, bis in die Mitte des Kupolofens vorzudringen. Dadurch wird der komplette Ofenquerschnitt genutzt, die Verluste über die Ofenwand gesenkt und die Ausbildung eines "toten Mannes" verhindert.

Im Teillastbetrieb sinkt bei der konventionellen Überschallinjektion die hohe Effektivität deutlich, da aufgrund der geringeren Sauerstoffmenge die Überschallgeschwindigkeit verloren geht. Die taktweise Zugabe von Sauerstoff durch das BoostAL Digital ALJET-Verfahren erhält die Überschallgeschwindigkeit auch im Teillastbetrieb. Damit stehen die Vorteile in jedem Betriebszustand des Ofens voll zur Verfügung.

Pfannenbeheizung

Ab einem bestimmten Temperaturniveau ist das Aufheizen metallurgischer Pfannen mit Luftbrennern nur noch bedingt und unter hohem Zeit- und Energieaufwand möglich. Die Folge einer unzureichenden Aufheiztemperatur ist ein höherer Temperaturverlust der Schmelze während des Abgießens. In diesen Fällen bietet die Pfannenbeheizung mit technischem Sauerstoff eine gute Durchwärmung der Ausmauerung, einen geringen Temperaturverlust der Schmelze und eine erhebliche Reduktion der Abgas-Emissionen.

Unsere Sauerstoff-Technologie zur Pfannenbeheizung besteht aus einem Komplettsystem mit Sauerstoffbrenner, entsprechender Regeleinheit "Skid-Control-System" und Pfannenstand für Pfannengrößen von 500 kg bis 100 t. Der Sauerstoffbrenner wird speziell an die Pfannengeometrie angepasst, um ein optimales Temperaturprofil zu erreichen.

In einigen Fällen ist es auch möglich, vorhandene Luftsysteme mit Sauerstoff anzureichern.

Spülprozesse und Inertisierungsprozesse

Nach dem Schmelzen wird die Zusammensetzung von Metallen – und damit die metallurgischen Eigenschaften – in einem anschließenden Behandlungsprozess eingestellt.

Beim Schmelzen von Stahl finden Spülprozesse im Induktionsofen und in Pfannen statt. Durch das Einblasen von Stickstoff und Argon mittels Bodendüsen wird die Schmelze in Bewegung gehalten. Dadurch löst sich der beigefügte Schrott schneller auf und die Schmelze wird bezüglich Temperaturverteilung und Zusammensetzung homogenisiert. Im Konverter wird zum Schutz vor Oxidation von Begleitelementen durch die Luftatmosphäre bei hoch legiertem Stahl die Badoberfläche mit flüssigem Argon beaufschlagt. Das Vorinertisieren von Pfannen mit CO2 bewirkt nicht nur eine Rauchgasunterdrückung, auch der thermische Auftrieb wird unterdrückt – der Eisendampf bleibt im flüssigen Roheisen.

Bei der Herstellung von Sphäroguß wird das flüssige Eisen in einem Konverter mit Magnesium behandelt. Das Konvertergefäß und speziell die Magnesiumkammer müssen auf hohe Temperaturen vorgewärmt werden. Hier stößt die Verbrennung mit Luft schnell an ihre Leistungsgrenze, daher wird die Verbrennung mit Sauerstoff eingesetzt. Die Inertisierung der Badoberfläche wird mit flüssigem Stickstoff durchgeführt.
 
Nicht-Eisen-Werkstoffe wie Aluminium oder Kupfer enthalten nach dem Schmelzen unerwünschte Begleitstoffe, vor allem Wasserstoff. Ein Spülvorgang mit den Inertgasen Stickstoff und Argon reduziert die Konzentration dieser Stoffe deutlich. Die Gase werden mittels einer Lanze oder eines porösen Spülsteines in die Schmelze eingebracht. Gasgemische, zum Beispiel mit einigen Prozentanteilen Chlor, erhöhen die Entgasungswirkung und reduzieren unerwünschte Begleitelemente. 

DRI- Verfahren (direct reduced iron)

Um die Klimaschutzziele erreichen zu können, müssen Treibhausgas-Emissionen in der Eisen- und Stahlindustrie weitestgehend vermieden werden. Die nachhaltige Vermeidung von prozessbedingten Emissionen bei der Stahlherstellung gelingt jedoch nur durch Umstellung des konventionellen, auf Kokskohle basierenden Hochofenverfahrens. Ein neuer technologischer Pfad ist die Direktreduktion von Eisenerz. Bei diesem Verfahren kann die Direktreduktion des Eisenerzes auf Basis von Wasserstoff erfolgen. Wird auf erneuerbaren Energien basierender Wasserstoff eingesetzt, geschieht der Reduktionsprozess weitestgehend CO2-frei. 

Der so direkt reduzierte Eisenschwamm wird zur Verarbeitung entweder einem Elektrolichtbogenofen oder einem konventionellen Hochofen zugeführt, in dem durch die Nutzung des Eisenschwamms Einsparungen von Einblaskohle erreicht werden können. Je höher der Anteil von auf erneuerbaren Strom basierendem, also „grünem“ Wasserstoff am Reduktions-Gasgemisch ist, desto größer sind die Treibhausgaseinsparungen.
 

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