Der Hochofenprozess stellt weltweit den Kernprozess der Roheisenherstellung dar. Mehr als 95 % des produzierten Roheisens werden im Hochofen hergestellt. Die Hauptaufgabe des Prozesses besteht in der Reduktion der Eisenerze, einer chemischen Reaktion zur Entfernung des im Erz gebundenen Sauerstoffs. Für die Reduktionsarbeit und die Bereitstellung der notwendigen Reaktionsenergie werden primär Kohlenstoff bzw. Wasserstoff benötigt. Diese werden in Form von Koks und alternativen Reduktionsmitteln wie Erdgas, Schweröl, Kohle oder auch Altkunststoff in den Prozess eingebracht. Im Vergleich zur Verbrennung, wo nur Wärme und CO2 gebildet werden, wird im Hochofen Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid vergast, das den größten Teil der Reduktionsarbeit leistet. CO2 entsteht dabei als Produkt der ablaufenden Reduktionsreaktionen.
Der Hochofenprozess ist in den letzten Jahren immer weiter optimiert worden, wodurch der aktuelle Reduktionsmittelverbrauch am thermodynamischen Minimum liegt. Ein moderner Hochofen benötigt pro Tonne Roheisen im besten Fall rund 450 Kilogramm Reduktionsmittel. Dieser Reduktionsmittelbedarf verursacht CO2-Emissionen von rund 1.450 kg pro Tonne Roheisen. Damit ist eine Grenze für die Senkung der prozessbedingten CO2-Emissionen erreicht. Die Emissionssituation kann zukünftig nur durch den Einsatz neuer Technologien noch weiter verbessert werden.
Dr. Wolfgang Eder
Vorsitzender des Vorstandes und CEO der voestalpine AG / Leitung der Steel Division
Substitution konventioneller Eisenträger durch vorreduzierte Materialien
Vorreduzierte Eisenträger werden in Direktreduktionsanlagen, hauptsächlich nach dem MIDREX- und dem ENERGIRON-Verfahren hergestellt. Das Prinzip ist die Reduktion von Eisenerzen mit einem Gasgemisch aus H2 und CO (reformiertes Erdgas), wobei als Produkt im Regelfall DRI (Direct Reduced Iron/Metallisierungsgrad von 92-96 %) anfällt. Wird dieses Material brikettiert spricht man von HBI (Hot Briquetted Iron).
Mit Unterstützung des Klima- und Energiefonds wurde vom voestalpine Konzern im Rahmen eines Forschungsprojekts der Einsatz von vorreduzierten Eisenträgern im Hochofenprozess getestet. Anhand eines thermodynamischen Bilanzmodells konnten die Auswirkungen des HBI-Einsatzes berechnet und dann in Großversuchen mit mehreren 10.000 Tonnen HBI an Hochöfen in Linz und Donawitz erprobt und ausgewertet werden. Die Einsetzbarkeit von vorreduzierten Eisenträgern im Hochofen wurde dabei erfolgreich nachgewiesen.
Erdgas als Reduktionsmittel
Der Einsatz von vorreduziertem Material im Hochofenprozess führt zu einem verringerten Reduktionsmittelbedarf, da der Hauptteil der Reduktionsarbeit für einen Teil der Eisenträger im vorgeschalteten Direktreduktionsprozess geleistet wird. Im Gegensatz zur koksbasierten Hochofenroute wird bei der Direktreduktion ausschließlich umweltfreundlicheres Erdgas als Reduktionsmittel verwendet, das zu einem hohen Wasserstoffanteil im Reduktionsgas führt. So ergibt sich eine Absenkung der spezifischen CO2-Emissionen. Beim Einsatz von 200 kg HBI pro Tonne Roheisen können rund 180 kg CO2 eingespart werden.
Anfang 2016 will die voestalpine AG am Standort Corpus Christi, Texas/USA, eine neu errichtete Direktreduktionsanlage in Betrieb nehmen. Das Werk soll jährlich zwei Millionen Tonnen DRI/HBI erzeugen, wovon die Hälfte an die voestalpine-Standorte in Linz und Donawitz geliefert wird. Die Roheisen- und Stahlproduktion in Österrreich wird damit Zugang zu kosten- und umweltfreundlichem Vormaterial bekommen, womit Konkurrenzfähigkeit und Technologieführerschaft langfristig abgesichert werden sollen.
