Influence of alkalis on the process behavior of iron carriers in different ironmaking reactors

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertationForschung

Autoren

Abstract

Bei der Herstellung von Eisen können durch die Verwendung von natürlichen Einsatzmaterialien (Erz, Kohle, Zuschlagsstoffe) unerwünschte Elemente in den Reaktor eingetragen werden. Ein Typus solcher schädlichen Substanzen sind Alkalimetalle wie Kalium und Natrium. Beide führen zu erhöhten Emissionen (z.B. Staub, Zyanide, etc. im Gichtgas) und können den Betrieb signifikant stören. Daher ist es im Interesse des Betreibers, über die Wechselwirkungen von Alkali-Elementen mit diversen Prozessparametern der Eisenerzverhüttung Bescheid zu wissen. Dies sind im Spezifischen die Reduzierbarkeit/Reaktivität, Einfluss auf mechanische Eigenschaften, Effekte auf Erweichungs- und Aufschmelzverhalten bzw. die Zirkulation und Anreicherung im Reaktor. Daraus entwickelten sich zwei wesentliche Aspekte dieser Arbeit: die makroskopische Betrachtung von Alkalien in Reaktoren der Eisenverhüttung und die mikroskopische Beurteilung des Einflusses von Alkalien auf diverse Eisenträger (Sinter, Pellets, Stückerze). Ein Alkalien-Modell für Reaktoren der Eisenverhüttung wurde entwickelt, um das Verhalten und die Verteilung unterschiedlicher Alkaliverbindungen im Hochofen und in Schmelzreduktionsprozessen abbilden zu können. Durch Verbindung eines auf Empirik basierenden Modells mit thermochemischen Kalkulationen ist es gelungen, die stabilen Alkaliverbindungen für bestimmte Reaktorregionen zu bestimmen. Die Validierung des Modells erfolgte durch Vergleich mit industriellen Daten und deren Übereinstimmungen. Mittels Variation von Prozessparameter (Temperaturprofil, Gasvolumina, etc.) können Einflüsse auf die Alkalien-Verteilungen und –Flüsse bestimmt werden. Die Untersuchung der mikroskopischen Zusammenhänge wurde durch experimentelle Simulation von Verhüttungsprozessen durchgeführt. Die Eisenträger wurden zuerst mittels wässrigen Alkali-Lösungen behandelt (Bestimmung der K/Na-Assimilation durch verschiedene morphologische Phasen) und danach Reduktions- und Trommelversuchen zugeführt. Diese dienten zur Bestimmung von mechanischen Kennwerten und der Reaktivität. Zusätzliche Erweichungs- und Schmelzversuche evaluierten das Aufschmelzverhalten. Es wurde dabei gezeigt, dass die morphologische Struktur das Verhalten gegenüber Alkalien prägt. Stückerze wurden weniger beeinflusst als Agglomerate. Vor allem Pellets zeigten bei den Reduktionstests signifikant höhere Reaktivitäten und niedrigere mechanische Festigkeiten. Die Sinterproben zeigten während der Schmelzversuche durch die Alkalienzugabe eine wesentliche Verschiebung der Phasenumwandlungstemperaturen zu niedrigern Werten.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss von Alkalien auf das Verhalten von Eisenträgern in verschiedenen Prozessen der Eisenverhüttung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Senk, Dieter, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Schenk, Johannes, Beurteiler A (intern)
StatusVeröffentlicht - 2016