Reduction of hematite using hydrogen plasma smelting reduction

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertation

Abstract

Die Wasserstoff-Plasma-Schmelzreduktion (HPSR) von Eisenerz, die eine Alternative zu herkömmlichen Eisen- und Stahlerzeugungsverfahren darstellt und den Ausstoß von Treibhausgasen reduziert, wurde 1992 an der Montanuniversität Leoben eingeführt. Bei der HPSR wird Wasserstoff in der Plasmalichtbogenzone angeregt und teilweise zerstäubt sowie ionisiert. Angeregte Wasserstoffpartikel sind starke Reduktionsmittel für Eisenoxide. HPSR bietet Vorteile im Bezug auf Thermodynamik und Kinetik gegenüber der konventionellen kohlenstoffthermischen Reduktion von Eisenerzen. Die Arbeiten zu dieser Dissertation wurde im Rahmen des SuSteel-Projekts durchgeführt mit dem Ziel, Daten und Erkenntnisse mit Hilfe von Anlagen im Labormaßstab für die Entwicklung einer HPSR-Versuchsanlage in größerem Maßstab bei der voestalpine Stahl Donawitz GmbH zu gewinnen. Diese Dissertation gibt einen Überblick über die Erzeugung von Wasserstoffplasma in einem Lichtbogenplasmareaktor durch Kollisionsprozesse und diskutiert das Reduktionsvermögen von unterschiedlichen Wasserstoffspezien in Bezug auf Kinetik und Thermodynamik. Weiter wurden thermodynamische Berechnungen durchgeführt, um die Reduktion von Eisenoxid mit Wasserstoff zu untersuchen. Das Reduktionsverhalten von Eisenoxiden wurde durch die Durchführung einer Reihe von Experimenten beurteilt. Dazu wurden die Hauptparameter der Reduktion, nämlich Reduktionsgrad, Wasserstoffausnutzungsgrad, Reduktionsrate, die Menge an erzeugten metallischen Eisen und Schlacke untersucht. Der thermodynamische Aspekt der Hämatitreduktion wurde berücksichtigt, und die entsprechenden Berechnungen wurden mit FactSageTM 7.2 durchgeführt. Der Grad der Wasserstoffausnutzung und der Reduktionsgrad wurden anhand der chemischen Zusammensetzung des Abgases berechnet. Der Kohlenstoff aus der Hohlgraphitelektrode, dem Stahltiegel und dem Zündstift wurde in die Schmelze eingebracht und trug zum Reduktionsprozess der Eisenoxide bei. Somit waren die Menge an CO und CO2 die Bestandteile des Abgases. Es wurde der Reduktionsgrad von Hämatit unter Berücksichtigung von H2O, CO und CO2 als gasförmige Reduktionsprodukte bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass zu Beginn der Experimente der Reduktions- und Wasserstoffnutzungsgrad hoch war und dann über die Betriebszeit abnahm. Denn die Konzentration von Eisenoxid wurde allmählich verringert. Die Durchführung von Experimenten mit CaO verursachte eine Abnahme der Phosphorkonzentration im erzeugten Eisen. Die Schlackenbildung während des Reduktionsprozesses und das Reduktionsverhalten von Eisenoxiden wurden untersucht. Weiterhin wurde das Reduktionsverhalten von Eisenerz bei kontinuierlicher Beschickung bewertet. Zu diesem Zweck wurden die Feinanteile von Eisenoxid und kalziniertem Kalk gemischt, um eine Basizität von 0, 0,8, 1,6, 2,3 und 2,9 zu erreichen, und dann wurden die Mischungen chargiert, geschmolzen und im Wasserstoffplasmareaktor reduziert. Die Ergebnisse zeigten, dass im Chargenprozess der Grad der Wasserstoffausnutzung und die Reduktionsrate während des Reduktionsprozesses allmählich verringert wurde. Im Gegensatz dazu konnte der Wasserstoffnutzungsgrad während des Experiments mit kontinuierlicher Beschickung annähernd konstant gehalten werden. Die höchsten Reduktions- und Wasserstoffausnutzungsgrade wurden bei der Verwendung einer Schlacke mit einer Basizität von 2,3 erreicht. Das Experiment zeigte, dass bei kontinuierlicher Beschickung mit Eisenerz die besten Bedingungen für den Reduktionsprozess mit Wasserstoff angewendet werden konnten. Die Temperatur des Wasserstoffplasmabogens wurde mit einer spektroskopischen Methode gemessen. Die Faser eines optischen Spektrometers wurde an der Seite des Plasmareaktors installiert, um den Lichtbogen zu überwachen, das Licht des Lichtbogens einzufangen und

Details

Titel in ÜbersetzungReduktion von Hämatit mittels Wasserstoffplasma-Schmelzreduktion
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020