Einfluss von kohlenstoffhaltigen Rückständen auf die Prozesse im Hochofenschacht und Unterofen

Seit den 1980er Jahren wurden zahlreiche Forschungsarbeiten mit dem Ziel durchgeführt, den in den Hochofen eingeblasenen Kohlenstaub vollständig umzusetzen. Inzwischen ist unbestritten, dass dieses Ziel insbesondere bei sehr hohen Einblasraten von ? 200 kg/tRE nahezu unmöglich ist, trotz verschiedener wirksamer Methoden zur Intensivierung der Kohleverbrennung. Die unvollständig verbrannten Partikel - auch Char genannt - verlassen nach der unvollständigen Umsetzung die Wirbelzone und sammeln sich in den verschiedenen Bereichen des Hochofens an. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass bei hohen Einblasraten bis zu 50 % der eingeblasenen Kohle die Wirbelzone als Char verlassen. Infolgedessen liegt der Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit auf der Bildung und der Verhaltensweise von Char außerhalb der Wirbelzone.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst synthetischer und hochofenähnlicher Char hergestellt und hinsichtlich der Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen und den Materialparametern untersucht. Anschließend wurden die hergestellten kohlenstoffhaltigen Rückstände nach den heute bekannten und allgemein angewandten metallurgischen Analysemethoden charakterisiert und bewertet. Daneben wurden zahlreiche hochofennahe Untersuchungen durchgeführt, um die Wirkungsweise der Charpartikel auf die Prozesse im Hochofenschacht und im Unterofen darzustellen. Mit den für diese Arbeit entwickelten und verwendeten Untersuchungsmethoden und Modellen (2D-Kaltmodell, Tropfzonenmodell und „Charschlacke“) wurden dann entsprechende Studien an den Materialien durchgeführt. Hieraus resultierten zahlreiche qualitative Aussagen, die durch entsprechende Laboruntersuchungen bestätigt und quantifiziert werden konnten. Insbesondere die unterschiedlichen Herstellungsverfahren konnten belegen, dass sowohl die Herstellungsbedingungen als auch die Materialcharakteristika einen entscheidenden Einfluss auf die Charbildung und -umsetzung haben. Weiterhin konnte die Wirkung von Char auf die Hochofenpermeabilität, die flüssigen Phasen (Roheisen und Schlacke), die Wirbelzone sowie die Wirkung von Alkalien auf die Charpartikel untersucht werden. Die Ergebnisse der Laborversuche liefern eine Reihe von Vorschlägen für Optimierungsmöglichkeiten in Bezug auf den Hochofenbetrieb und die Charbildung im Hochofen. Die Übertragbarkeit der erzielten Forschungsergebnisse auf den Hochofenbetrieb und deren großtechnische Erprobung wurde im Rahmen des RFCS-Projektes SPARERIB überprüft und verifiziert. Durch den Einsatz von Einblaskohle kann der spezifische Koksverbrauch deutlich reduziert und ein Einfluss auf die hochofenspezifischen CO2-Emissionen genommen werden.