Use of the By-Products from the Production of Hot Metal and Steel

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Metallurgische Nebenprodukte

Use of the By-Products

from the Production of Hot Metal and Steel

Klaus-Jürgen Arlt

The article uses the example of an integrated steel mill to explain the dominant role played by the handling of by-products, circular economy and recycling in iron making and steel production.

The AG of Dillinger Hüttenwerke is presented as an example of an integrated iron and steel mill. Milestones of the long history are pointed out and the main metallurgical production line for the manufacture of heavy plate is explained. The large product range for metallurgical final product is presented.

As an example, the production lines for ironmaking slag, their specific processing into a wide variety of slag products and their applications in various branches of industry and agriculture are illustrated.

In particular, the use of secondary metallurgical steel mill slag (so-called ladle slag) as a mineral sealing material for landfill sealing systems will be discussed.

Especially the use of ladle slag as a substitute for natural clay minerals is illustrated using the example of the construction of surface sealing systems on the company’s own landfill.

In the last part of the article, the focus is on recycling management and internal recycling of ferrous dusts, sludges and worn materials.

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Nutzung der Nebenprodukte aus der Roheisen- und Stahlerzeugung

Klaus-Jürgen Arlt

1. Metallurgische Produktionskette ...250

2. Nebenprodukte ...253

2.1. Eisenhüttenschlacken ...254

2.2. Mineralischer Dichtungsbaustoff aus Stahlwerksschlacke ...257

3. Kreislaufwirtschaft/Recycling...260

3.1. Fe-haltige Stäube/Schlämme ...261

3.2. Feuerfestmaterial ...266 Der Standort der Aktien-Gesellschaft der Dillinger Hüttenwerke befindet sich im sogenannten Saar-Lor-Lux-Raum (Bild 1).

Geschichtlich wurde diese Region zwischen Lothringen/Frankreich, Luxemburg und Saarland/Deutschland aufgrund des Vorkommens von Rohstoffen wie Steinkohle und Eisenerze (Minette) stark durch die montanistische Industrie geprägt.

Bild 1: Stahlstandorte im Saar-Lor-Lux-Raum (Stand: 2005)

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Das Unternehmen wurde im Jahr 1685 durch den Marquis de Lenoncourt als Eisen- werk in Dillingen/Saar gegründet und bestand damals aus einer Frischhütte mit einem Luppenhammer, zwei Schnellhammer und einem Schmelzofen. Im Jahre 1809 wurde das Werk in eine Aktiengesellschaft (AG) umgewandelt. Sie ist damit sowohl die erste AG auf deutschem Boden, als auch die älteste, noch existierende AG.

Im Bild 2 sind einige Jahreszahlen/Meilensteine der 334-jährigen historischen Ent- wicklung zusammengefasst.

Bild 2: Historie/Meilensteine der Entwicklung

Heute bildet die AG zusammen mit den beiden Unternehmen Roheisengesellschaft Saar mbH (ROGESA) und der Zentralkokerei Saar GmbH (ZKS) im Verbund ein modernes integriertes Hüttenwerk – folgend DILLINGER genannt. Beide Firmen sind Tochtergesellschaften von DILLINGER und der Saarstahl AG, Völklingen (zu je 50 %). Die ZKS wurde 1982 gegründet und erzeugt Koks, der ausschließlich in den Hochöfen der ROGESA zum Einsatz kommt. Die ROGESA wurde 1981 gegründet und produziert heute mit zwei Hochöfen (Hochofen 4 und Hochofen 5). Das erzeugte flüssige Roheisen versorgt die beiden Stahlwerke. Bild 3 zeigt den heutigen Hütten- standort, an dem etwa 5.000 Mitarbeiter arbeiten.

Als metallurgisches Finalprodukt werden Grobbleche der verschiedensten Stahlquali- täten in unterschiedlichsten geometrischen Abmessungen erzeugt. Im Bild 4 sind ex- emplarisch verschiedene Einsatzgebiete/Anwendungen der Grobbleche wiedergegeben.

1685 Vom Marquis de Lenoncourt im Auftrag von Ludwig XIV. gegründet

1804 Das erste gewalzte Blech in Dillingen 1809 Die erste Aktiengesellschaft in Deutschland 1835 Die Dillinger Blechlehre

1948 Die Dillinger Hütte ist Mitbegründer der SOLLAC

1961 Die erste Brammenstranggussanlage der Welt geht in Betrieb

1981 Gründung der ROGESA und ZKS

1985 Inbetriebnahme einer 5,5 m Quartostraße 1991 Gründung von Europipe, gemeinsam mit

Mannesmann und GTS Industries

1992 Einbindung des Grobblechwalzwerkes GTS lndustries.

1998 Erste Stranggussanlage der Welt mit 400 mm Brammendicke und Soft-Reduction

2010 Die dickste Bramme der Welt: 450 mm 2014 GTS lndustries wird Dillinger France 2014 Gründung von Steelwind Nordenham 2016 Inbetriebnahme der Vertikal-

Stranggießanlage CC6

2016 Die dickste Bramme der Welt: 500 mm

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Metallurgische Nebenprodukte Bild 3: Übersichtsbild: Hüttenstandort des integrierten Hüttenwerkes

Die Hightech-Bleche finden bei der Realisierung außergewöhnlicher und technisch anspruchsvoller Projekte auf der ganzen Welt Verwendung, u. a. beim Einsatz in den Bereichen Stahlbau, Maschinenbau, Offshore, Offshore-Windkraft, Linepipe und Kesselbau (Bild 5 und Bild 6).

Als Grobblech werden Bleche größer 6 mm Dicke bezeichnet. Es können Grobbleche bis zu 400 mm Dicke und bis zu 52 m Länge erzeugt werden.

Insgesamt leistet Stahl einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Energieversorgung und zur nachhaltigen Verbesserung der Energieeffizienz.

Bild 4:

Verschiedene Anwendungs-/

Einsatzgebiete der erzeugten Grobbleche

• Baumaschinen

• Maschinenbau

• Offshore/Offshore-Windkraft

• Schiffbau

• Stahlbau

• Kessel- und Druckbehälterbau

• Linepipe (Erdöl- und Erdgasleitungen)

• Konstruktionsrohre

• Formenbau

• Sicherheitstechnik

• Handel und Brennschneidbetriebe

• Lohnwalzung

• Nebenprodukte

• Alle Stähle entsprechen den nationalen und internationalen Normen

Walzwerk Stahlwerk

Hochofen 4 Zentralkokerei Saar GmbH

(ZKS) Roheisengesellschaft Saar mbH

(ROGESA) AG der Dillinger Hüttenwerke

Kokerei Sinteranlagen

Gichtgaskraftwerk

Neue Mineralstoff- aufbereitungsanlage

Hochofen 5

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Bild 5: Gefertigte Großrohre aus Grobblechen für verschiedene Gasleitungen

Rohrbleche für längsnahtgeschweißte Rohre bis 56“ in der ganzen Welt

Referenzen: Nord Stream (Ostsee), Blue Stream (Schwarzes Meer), Langeled (Nordsee), Gulf Stream (Golf von Mexiko) Großrohre (LSAW) über eine 50%-Beteiligung an Europipe mit Rohrfertigung in:

• Mülheim (D)

• Panama City (USA)

• Anlagentyp: Vestas V90-3.0 MW

• Nennleistung: 3,0 Megawatt

• Anzahl: 100

• Blechdicke: bis 95 mm

• Lieferung: 46.300 t

• Stahlsorten: S355J2+N, S355ML

Bild 6:

Anwendung von Grobblechen zum Bau von Monopiles/Off- shore-Windparks

1. Metallurgische Produktionskette

Im Bild 7 ist schematisch der metallurgische Stofffluss am Hüttenstandort dargestellt.

Neben Koks, Sinter, Roheisen, Rohstahl und Grobblech werden auch Kohlewertstoffe, wie Rohbenzol, Rohteer, Schwefel sowie Koksgas, Hochofen- bzw. Gichtgas, Konver- tergas, Eisenhüttenschlacken (Hochofen-/Stahlwerksschlacke), sowie Eigen- oder Besäumschrott erzeugt.

Diese Nebenprodukte (auch als Koppelprodukte, Co-Produkte oder als By-Produkte bezeichnet) sowie die damit verbundene Kreislaufwirtschaft bzw. das Recycling werden im Punkt 2 und Punkt 3 näher beschrieben.

In den Bildern 8 bis 10 sind verschiedene Merkmale der Betriebsbereiche Kokerei, Sinteranlagen und Hochöfen sowie des LD-Stahlwerks und Grobblech-Warmwalzwerks aufgezeigt.

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Metallurgische Nebenprodukte Bild 7: Schema der metallurgischen Erzeugungskette für Grobbleche und der Nebenprodukte

sowie der Kreislauf-/Recyclingstoffe

• Koksgas

• Rohbenzol

• Rohteer

• Schwefel • Hochofenstückschlacke (HOS)

• Hüttensand (HS)

• Roheisenentschwefelungsschlacke (RES)

• LD Schlacke (LDS)

• Gießpfannenschlacke (GPS)

Eigenschrott

Deponierung Kreislaufstoffe

Recycling

Metallurgische Haupterzeugungslinie mit ihren Nebenprodukten

Vakuumanlage Entschwefelungs-

anlage Entschwefelungs-

anlage Konverterbetrieb

Stranggieß- anlage

Blockguss

Walzwerk Stahlwerk

Hochofen Kokerei

Sinter- anlage

FF-Ausbruch:

Feuerfestausmauerung metallurgischer Gefäße (z.B. Ofen, Konverter, Pfannen)

Stäube/Schlämme:

Abgasreinigungsanlagen (z.B. Hydrozyklon, Nasswäscher, Filteranlagen)

Reste aus Stahlwerksschlacken-Aufbereitung

Roheisengesellschaft Saar mbH (ROGESA)

• Anzahl Hochöfen: 2 Produktionshochöfen

• Produkte: Roheisen, Gichtgas, Stückschlacke, Schlackensand für die Bauindustrie etwa 4,6 Mio. t Roheisen/Jahr

• Batterien: Batterie 1 mit 40 Öfen, Batterie 3 mit 50 Öfen

• Verfahren: Stampf-Verfahren

• Produkte: Hochofen-Koks, Koksgas, Rohteer, Rohbenzol, Schwefel

etwa 1,2 Mio. t Gesamt-Koks/Jahr

Zentralkokerei Saar GmbH (ZKS)

• Sinteranlagen SA 2 und SA 3:

etwa 4,8 Mio. t Sinter/Jahr Sinteranlagen (ROGESA)

Bild 8: Angaben zu den Betriebsbereichen der Kokerei, Sinteranlagen und Hochöfen

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In der ZKS können in den zwei Produktionsbatterien nach dem sogenannten Stampf- verfahren etwa 1,2 Mio. t/a Koks erzeugt werden. Mit den beiden Sinteranlagen 2 und 3 der ROGESA werden etwa 4,8 Mio. t/a Sinter erzeugt, aus welchem dann in den beiden Hochöfen 4 und 5 etwa 4,6 Mio. t/a Roheisen produziert werden (Bild 4). Wie bereits erwähnt, wird das hier erzeugte flüssige Roheisen zur Hälfte im LD-Stahlwerk von DILLINGER und im LD-Stahlwerk von Saarstahl in Völklingen verarbeitet. Bild 9 zeigt ein Übersichtsbild vom LD-Stahlwerk, den Chargiervorgang des flüssigen Roheisens in den LD-Konverter und das Umlegen der noch heißen Bramme an der Senkrechtstranggießanlage.

• 2 Sauerstoffaufblaskonverter etwa 180 t (LD-Konverter)

• Sekundärmetallurgie

• Stranggießanlagen etwa 2,5 Mio t Rohstahl/Jahr

2-Strang-Vertikal-Stranggießanlage

Bild 9: Ansicht LD-Stahlwerk: Chargieren von flüssigem Roheisen in den Konverter, Senk- rechtstranggießanlage/Brammen-Schlitten

• Wiedererwärmungs-Öfen: Stoßöfen und Herdwagenöfen

• Vorgerüst: 5,5 m Ballenbreit/max. 108 MN Walzkraft

• Fertiggerüst: 4,8 m Ballenbreite/max. 90 MN Walzkraft

• ACC-Kühlstrecke

Bild 10: Ansicht Grobblech-Warmwalzwerk: Verarbeiten der Brammen/Walzgerüst; Grobbleche auf einem Abkühlbett

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Im letzten Erzeugungsschritt werden, sozusagen als metallurgisches Endprodukt, Grobbleche der verschiedensten Stahlqualitäten in unterschiedlichsten geometrischen Abmessungen im Grobblech-Warmwalzwerk produziert (Bild 10).

2. Nebenprodukte

Wie im Kapitel 1 beschrieben, werden bei der Eisen- und Stahlerzeugung neben den Hauptprodukten Roheisen und Stahl auch Eisenhüttenschlacken als mineralische Nebenprodukte erzeugt. Bild 11 gibt einen generellen Überblick der verschiedenen Erzeugungsrouten von Eisenhüttenschlacken. Unter dem Begriff Eisenhüttenschlacken werden je nach Erzeugungsroute sowohl die Hochofenschlacke (je nach Abkühlungsart wird aus der flüssigen Hochofenschlacke durch Abkühlung an der Luft Hochofen- stückschlacke oder durch Abschrecken mit Wasser Hüttensand erzeugt) als auch die Stahlwerksschlacken (Konverterschlacke – LD-Schlacke; Elektroofenschlacke – EOS;

sekundärmetallurgische Schlacke – SEKS; Gießpfannenschlacke – GPS) zusammen- fassend bezeichnet.

Hochofenschlacke

Hochofen- stück- schlacke

Hochofen

Hütten- sand

Roheisen

LD Konverter Elektroofen

Rohstahl LD-

Schlacke (LDS)

Elekro- ofen- schlacke

(EOS) Sekundär-

metall- urgie

Sekundärmetallugische Schlacke (SEKS);

Gießpfannenschlacke (GPS) Kalk, Flußmittel,

Legierungsmittel

Stahl (Vor-/Fertigprodukt) Eisenerz, Koks,

Kalkstein, Dolomit

Schrott, Kalk, Sauerstoff Eisenschwamm

Bild 11: Generelle Übersicht der Erzeugungsrouten von Eisenhüttenschlacken

In Deutschland werden etwa 14 Mio. t/a Eisenhüttenschlacken erzeugt. Sie stellen für die Stahlindustrie einen wichtigen wirtschaftlichen Faktor dar. Die Nutzung der aus den Eisenhüttenschlacken hergestellten Schlackenprodukte in der Baustoffindustrie (Straßen-/Wegebau, Zementindustrie) und in der Landwirtschaft (Kalkdüngemittel) sind dadurch ein bedeutender Beitrag zur Schonung natürlicher Ressourcen.

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2.1. Eisenhüttenschlacken

Nachfolgender Text zeigt die Gesamterzeugung an Eisenhüttenschlacken am Hütten- standort Dillingen. Bei ROGESA werden etwa 1,2 Mio. t/a Hochofenschlacke und bei DILLINGER etwa 0,4 Mio. t/a Stahlwerksschlacke (davon etwa 360.000 t/a Konverter-/

LD-Schlacke und etwa 40.000 Gießpfannenschlacke - auch als Pfannenschlacke/

Sekundärmetallurgische Schlacke bezeichnet) erzeugt.

• Eisenhüttenschlacken

jährliche Erzeugung bei ROGESA etwa 1.200.000 t jährliche Erzeugung bei DH / MSG etwa 400.000 t

g etwa 550.000 m³ Eisenhüttenschlacken

• Stahl

jährliche Stahlerzeugung bei DH etwa 2.500.000 t g etwa 320.000 m³ Stahl

Eisenhüttenschlacken haben für die effiziente und qualitätsgerechte Erschmelzung von Roheisen und Stahl eine wichtige metallurgische Funktion (sozusagen als metallurgi- sches Werkzeug). Die flüssige Schlacken sowohl aus dem Hochofenprozess, welche nicht mit Wasser granuliert wird, als auch aus dem LD-Konverterprozess (Bild 12) werden in Schlackenbeeten oder Schlackenkübel aufgenommen, in welchen die Schlacken entweder alternierend mit Wasser-Luft abgekühlt werden (z.B. Hochofenstückschlacke) oder aber nur an der Luft erstarren (z.B. LD-Schlacke).

Bild 12: Abstich der flüssigen Hochofenschlacke (links) bzw. der flüssigen LD-Konverterschlacke direkt in die jeweiligen Schlackenbeeten zum Abkühlen (rechts)

Bild 13: Räumen der erstarrten Hochofen- und LD-Schlacke aus den Schlackenfeldern und Transportieren zu den Vorlägern mittels spezieller Bagger

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Anschließend werden die abgekühlten Schlacken von speziellen Baggern aufgenommen (Bild 13) und zu getrennten Aufbereitungsanlagen transportiert (Bild 14). Die Eisenhüttenschlacken werden klassisch, mineralstofftypisch aufbereitet:

Zerkleinerung - Klassierung - Sortierung.

Bild 14: Herstellung von Bauprodukten durch Zerkleinern, Sortieren und Klassieren sowie Produktlagerhaltung; Aufbereitungsanlage für Hochofenstückschlacke (links) und für Stahlwerkschlacke (rechts)

Im Jahr 2009 investierte die MSG Mineralstoffgesellschaft Saar mbH (MSG ist eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von DILLINGER) in den Bau einer neuen Mineralstoffaufbereitungsanlage mit zugehöriger Infrastruktur als Green Field-Projekt auf einem etwa acht Hektar großen Areal. Die neue Mineralstoffaufbereitungsanlage bereitet vor allem Stahlwerksschlacken und eisenhaltige Mineralstoffe/Kreislaufstoffe für das Recycling auf.

Bild 15 zeigt im Vordergrund ein Übersichtsbild der Mineralstoffaufbereitungsanlage und im Hintergrund die Aufbereitungsanlage für Hochofenstückschlacke.

• Durchsatzleistung der Anlage: 400 t/h

• Gesamtfläche 8 ha, davon Freilagerfläche 4 ha

• Inbetriebnahme: Januar 2011

Bild 15:

Luftbildaufnahme: Aufberei- tungsanlagen – Stahlwerks- schlacken (Vordergrund: Mi- neralstoffaufbereitungsanlage), Hochofenstückschlacke (im Hintergrund)

Quelle: MSG Mineralstoffgesellschaft Saar mbH

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Bild 16: Übersicht der in der Mineralstoffaufbereitungsanlage hergestellten Produkte

Quelle: MSG Mineralstoffgesellschaft Saar mbH

Bild 17 zeigt ein Anwendungsbeispiel von aufbereiteter Stahlwerksschlacke zum Bau einer internen Schwerlaststraße.

Baustoff für Straßen -und Wegebau;

Abdichtungsbaustoff

Sinteranlage, Hochofen, Stahlwerk Düngemittel

Landwirtschaft Produkte aus Stahlwerksschlacken

eisenhaltige Bestandteile kalkhaltige

Bestandteile SCODILL

GPS 0/8

Konverterkalk feucht-körnig

baustoffliche Nutzung rohstoffliche Nutzung

Bild 16 gibt einen schematischen Überblick der in der Mineralstoffaufbereitungsanlage hergestellten Produkte und deren Einsatzgebiete.

Bild 17: Bau einer internen Schwerlaststraße zwischen Hochofenanlage und Stahlwerk Bild 18 zeigt ein Beispiel der Nutzung der aufbereiteten Stahlwerksschlacke zum Bau hochbelastbarer Forstwirtschaftswege.

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Metallurgische Nebenprodukte Bild 18: Bau forstwirtschaftlicher Wege aus aufbereiteter Stahlwerksschlacke

Die für den externen Markt hergestellten Gesteinskörnungen aus Hochofen- und Stahl- werksschlacken für den Straßen- und Wegebau sind güteüberwachte Produkte (Euro- päische Norm DIN EN 13242; sogenannte werkseigene Produktionskontrolle – WPK).

2.2. Mineralischer Dichtungsbaustoff aus Stahlwerksschlacke

Trotz aller Bemühungen zur Erhöhung des Recyclinggrads und erreichtem hohen Stand der Kreislaufwirtschaft, ist es nach wie vor für die Sicherung der Roheisen- und Stahl- produktion unabdingbar, eine umweltschonende und betriebswirtschaftlich vertretbare Ablagerung von hüttenstämmigen Reststoffen vornehmen zu können.

Die betriebseigene Deponie (Eisenhüttenmännische Halde) ist über 100 Jahre alt. In dieser Zeit wurden nicht verwertbare Hüttenreststoffe aus dem eigenen Produktionszy- klen zwischen- oder abgelagert (z. B. basische Reststoffe aus der Schlackenaufbereitung, Stäube und Schlämme aus den Gasreinigungsanlagen).

Eisenhüttenmännische Halden oder laut modernerer Bezeichnung Deponien der Stahlindustrie haben gegenüber typischen Hausmülldeponien besondere Eigenschaf- ten. (z.B. keine Gasbildungsprozesse aufgrund von Verrottungsvorgängen organischer Bestandteile). Die Deponien der Stahlindustrie sind Deponien der eigenen Art (sui generis).

Gemäß Deponieverordnung gilt auch das Minimierungsgebot hinsichtlich des Eintra- ges von Schadstoffen aus dem Haldenkörper in das Grundwasser. Durch technische Maßnahmen wie z. B. das Aufbringen von Oberflächenabdichtungen, Versiegeln neuer Untergrundflächen mit einer Basisabdichtung oder durch entsprechende Profilierung der Haldenböschungen und Aufbringen von Rekultivierungsmassen mit ausgewählter Bepflanzung, wird das Eindringen von Regenwasser in den Depo- niekörper unterbunden.

Im Oktober 1998 wurde ein Europäisches Forschungsprojekt (mit Partnern aus Luxem- burg, Frankreich und Deutschland) gestartet. Die Zielstellung des Forschungsprojekts bestand in der innovativen Verwertung von Rest- und Nebenprodukten aus der Stahlindus- trie in Oberflächen-Dichtungssysteme für Deponien in der Stahlindustrie. Dabei lag der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in der großmaßstäblichen Untersuchung der Dich- tungsfunktionen unterschiedlicher Stoffsysteme in Oberflächenabdichtungssystemen

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sowie deren Langzeitverhalten. Ein Hauptaugenmerk wurde auf die Wirkung des gesamten Oberflächenabdichtungssystems gelegt, d.h. die eigentliche Abdichtung in Kombination mit der Rekultivierungsschicht (Bild 19).

Es wurden 12 Testfelder (Großlysimeter) mit jeweils unterschiedlichem Aufbau des Oberflächenabdichtungssystems gebaut. Dabei wurde die jeweilige mineralische Ab- dichtungskomponente (z. B. Tonmineralien, wasserglasvergüteter Sand, Bentonitmatte, Gießpfannenschlacke) und die Mächtigkeit der Rekultivierungsschicht variiert.

Regelaufbau Oberflächenabdicht-System DK 1 Vegetation: erforderlich

Rekultivierung: d ≥ 100 cm

Drainage: d ≥ 30 cm, kt ≥ 1 • 10^-3 m/sec Mineral Dichtung: d ≥ 50 cm, k_t ≥ 1 • 10^-9 m/sec Gas Drainage: nicht erforderlich

Ausgleichsschicht: d ≥ 50 cm

Entwicklung innovativer Abdichtungssysteme für Monodeponien der Stahlindustrie durch Nutzung mineralischer Stoffe wie

Stahlwerksschlacken (Kalkaluminatschlacke – Gießpfannenschlacke)

• Ressourcenschonung

• Minimierung

• Wirtschaftlich - ökologische Optimierung

Substitution natürlicher Tonminerale durch gezielt hergestellte kalkaluminatischer Gießpfannen- schlacke als mineralische Dichtungskomponente

Bild 19: Blick auf die 12 Versuchsfelder der Großlysimeteranlage auf der Teilfläche A der Deponie

Testfeld Design

Großtechnische Feldversuche zur Wasserhaushaltsbilanzierung von verschiedenen Oberflächenabdich- tungssystemen (Blick auf die Großlysi- meteranlage auf der betriebseigenen Deponie)

Bild 20: Monitoring der 12 Versuchsfelder der Großlysimeteranlage

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Die hydraulisch messbare Fläche eines Testfelds beträgt 200 m². Die Böschungsneigung ist mit 1:2,5 vorgegeben. Es wurde unmittelbar an den Testfeldern eine umfangreiche zentrale Messstation und eine Wetterstation aufgebaut.

Für das Großlysimeter-Monitoring werden seit 2002 alle Parameter/Größen erfasst und ausgewertet, die für eine Wasserhaushaltsbilanzierung notwendig sind:

• meteorologische Parameter:

in der Wetterstation werden die Parameter:

– Niederschlag (Häufigkeit und Menge), – Lufttemperatur, -druck und -feuchte, – Windgeschwindigkeit und -richtung und – Bodentemperatur

gemessen.

• Abflussmessungen:

Es werden alle Abflüsse aus den jeweiligen Oberflächenschichten und die jeweiligen lateralen Abflüsse aus den unterschiedlichen Bodenschichten in der zentralen Mess- station erfasst.

• bodenhydraulische Messungen:

Zur Erfassung des jeweiligen Wasserhaushalts in den Schichten werden Druckpoten- tialmessungen mit Hilfe von Tensiometern durchgeführt. Zur Bilanzierung des Was- serhaushaltes werden weiterhin TDR-Sonden eingebracht, um ebenfalls online und in situ die entsprechenden Wassergehalte der Schichten zu bestimmen.

Bild 21: Blick auf das Baufeld der ersten Berme: oberes, rechtes Bild – eingebaute Dichtungsschicht aus Gießpfannenschlacke; untere Bildreihe: lockeres Auflegen der Rekultivierungsschicht mit einem Telebelt

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Im Ergebnis der langjährigen Bemühungen konnte nunmehr ein eigens für die betriebseigene Deponie entwickeltes Oberflächenabdichtungssystem installiert werden.

Als abdichtende Funktion wird in diesem Oberflächenabdichtungssystem eine mi- neralische Abdichtungsschicht aus Gießpfannenschlacke in Kombination mit dem Aufbringen einer 2 m mächtigen Rekultivierungsschicht angewendet.

Bild 21 und Bild 22 zeigen den ersten erbauten Bauabschnitt des Oberflächenabdich- tungssystems (abgedichtete Fläche: 10.000 m²) aus dem Jahre 2016/2017.

Bild 21 veranschaulicht die aufgebrachte Gießpfannenschlacke als mineralische Dichtungskomponente (rechtes, oberes Teilbild) und das lockere Aufbringen der 2 m mächtigen Rekultivierungsschicht (ohne Verdichtung) mit einem sogenannten Telebelt (untere Teilbildreihe). Im Bild 22 ist ein Blick auf den ersten Bauabschnitt (erste Berme der Deponie) wiedergegeben. Der Erfolg der speziellen Auflegemethode der Rekultivie- rungsschicht ist zu sehen: Der Bewuchs, die Begrünung entwickelte sich ohne Ansaat.

Bild 22: Blick auf das Baufeld der ersten Berme – Oberflächenabdichtung mit Stahlwerksschlacke und fertiger Rekultivierungsschicht (links) – erster Bewuchs; ohne Ansaat (rechts)

3. Kreislaufwirtschaft/Recycling

Fragen der Abfallvermeidung und -verwertung haben in den letzten Jahren gerade in komplexen Produktionszweigen erheblich an Bedeutung gewonnen. Nicht zuletzt durch das Inkrafttreten des Kreislaufwirtschaftsgesetzes seit Oktober 1996 hat der Gesetzgeber auf die Reststoffproblematik reglementierend reagiert. Der gesetzliche Rahmen für eine Ausgestaltung einer Kreislaufwirtschaft ist gegenwärtig durch eine Vielzahl von EU- Richtlinien, Gesetzen und Verordnungen ständigen Veränderungen unterworfen (u. a.

Umsetzung EU-Abfallrahmenrichtlinie, Kreislaufwirtschaftsgesetz, Mantelverordnung, Deponieverordnung, Ressourceneffizienzprogramm, circular economy). Nach wie vor wird das Bemühen zur effizienten Nutzung von Nebenprodukten sowie des Recyclings von mineralischen Stoffen durch z. T. vehement und konträr geführten Diskussionen zur Definition und Abgrenzung der Begriffe Produkt und Abfall überlagert.

Auf dem Gebiet der Verbesserung der Nutzung der im gesamten metallurgischen Produktionszyklus erfassten mineralischen Stoffe werden im Unternehmen Anstren- gungen unternommen, um

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• Technologien einzuführen bzw. zu entwickeln, bei denen Reststoffe vermieden werden, und um

• neue Möglichkeiten des internen/externen Wiedereinsatzes/Recyclings von Sekun- därstoffen zu erarbeiten.

Das setzt voraus, dass die bisher bestehenden Produktionsstufen in der gesamten Produktionslinie hinterfragt und kritisch aufbereitet werden. Im Bild 23 ist ein Ge- samtüberblick der Stoffkreisläufe (intern/extern) für die erzeugten Eisenhüttenschla- cken, eisenhaltigen Mineralstoffen (Schlämmen/Stäuben) und Feuerfestausbruch am Hüttenstandort wiedergegeben.

Deponie/ext. Ensorgung Int. Recycling FF-Material Verkauf

Schwefel Rohbenzol Grob-/

Feinschlamm Sek. Entst.

Fe LD-Schlacke Fe LD-Schlacke Entstaubung Feld 3

Teer Straßenbau, Wegebau, Düngemittel

FF -Material Gichtstaub

Gießhallenstaub

LD-Schlacke PF-Schlacke Schutt

Raumentst.

Abgasentst.

Gichtstaub Walzenzunder

(ölfrei)

HO - Schlacke Hüttensand

Gichtschlamm Gichtschlamm

Staub Vakuumanl.

Schutt LD-Schlamm (fein) Deponie

LD-Schlacke PF-Schlacke FF-Auf-

bereitung

FF - Material Martin-

werk

Kokerei WW II

Schlacken - produktion STW

Sinter- anlage

Hoch- ofen IV Hoch-

ofen V

Schlacken- aufber.

Gießhallenstaub FF-Material

FF-Material Walzenzunder

(Ölhaltig)

Walzenzunder (Ölhaltig) Walzenzunder

(Ölhaltig)

FF-Material FF-Material

Bild 23: Gesamtübersicht der Stoffflüsse für alle Nebenprodukte, Kreislauf- bzw. Recyclingstoffe Gegenwärtig werden alle Sekundärstoffe/Nebenprodukte kritisch hinsichtlich ihrer Nutzung und Verwertung bzw. Entsorgung aufgearbeitet. Ziel ist es, ein zugeschnittenes Nutzungs- und Recyclingkonzept umzusetzen.

Im Folgenden wird beispielhaft die Nutzung/Wiedereinsatz eisenhaltiger Stoffe (Fe- haltige Stäube/Schlämme) im metallurgischen Produktionszyklus erläutert bzw. der erreichte Stand der Verwertung von Feuerfestausbruch (FF-Material/-ausbruch) dargestellt.

3.1. Fe-haltige Stäube/Schlämme

In den Bildern 24 bis 26 ist die Situation hinsichtlich der Erfassung und Nutzung von eisenhaltigen Mineralstoffen und Feuerfestausbruch in den Produktionsstufen Sin- teranlagen, Hochöfen, Stahlwerk und Grobblech-Warmwalzwerk aufgezeigt. Hierbei handelt es sich z. B. um verschiedene Stäube und Schlämme, welche vor allem in den unterschiedlichen Abgasreinigungsprozessen (Staubabscheidung durch Hydrozyklone, Tuchfilter, Elektrofilter bzw. Nasswäscher) erfasst werden.

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Bild 24: Übersicht der im Bereich der Sinteranlagen und Hochöfen erfassten eisenhaltigen Stäube/

Schlämme und Feuerfestausbruch sowie deren weitere Nutzung

Diese Stäube weisen in der Regel u. a. hohe Gehalte an Eisenoxid sowie Kalk auf, so dass sie als interne Kreislaufstoffe unmittelbar im metallurgischen Produktionszyklus als Eisen- bzw. Kalkträger wieder eingesetzt werden können. So werden z. B. die im Stahlwerksbereich erfassten Stäube nahezu vollständig über die Sinteranlagen recycliert.

Gießhallen- staub HO 4 + HO 5 Gichtstaub

HO 4 + HO 5

Abgasent- staubung SA

E-Filter 2+3 Raum-

entstaubung SA 2 + 3

Staub Möllerung

Sinteranlage/Mischbetten

Rückgut Rückgut

Staub PAN 1+2

extern

Ent - sorgung

extern

intern

Gichtschlamm HO 4 + HO 5

Deponie DH FF-Ausbruch

Mineralwerk Sortieranlage FF-

Verkauf extern

LagerZW- LD-Fein- schlamm

Staub Se- kundärent- staubung 2

Staub Se- kundärent- staubung 1

Staub Bunkerent-

staubung VD 1/4

LagerZW-

HandlingZW - Staub

Filter VD 2/3

Sinteranlage/Mischbetten Sieblöffel

Feinkalksilo SA

Grob- abscheider-

schlamm

Zunderbox

Hochöfen

Vakuum- staub

Deponie DH FF-Ausbruch

Verkauf extern Staub

Kalkentlade- station LD-Grob-

schlamm

Bild 25: Übersicht der im Bereich des LD-Stahlwerks erfassten eisenhaltigen Stäube/Schlämme und Feuerfestausbruch sowie deren weitere Nutzung

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Ebenso werden die aus dem Hochofenbereich erfassten Stäube zu etwa zwei Drittel ihrer Gesamtmenge wieder eingesetzt.

Zur Zeit werden intensive Untersuchungen durchgeführt, um den sogenannten Gichtschlamm (entwässerte Feinststaubfraktion des bei der Nassentstaubung erfassten Staubs aus der Hochofengas-/Gichtgasreinigung) wieder einsetzbar zu machen. Der Gichtschlamm enthält noch hohe Mengen an Eisenoxid und Kohlenstoff.

Sinteranlage / Mischbetten HO /Einblaskohle

MSG Zunder-

boxen

Entsorgung extern

extern

Deponie

DH FF-

Verkauf extern Walzzunder/

ölhaltig Walzzunder, Brenn-

/Flämmschlacke/ölfrei Strahlmittel zunder

Schleif- schlamm/

ölhaltig

Wasser- schneid- anlage

FF-Ofen- ausbruch

Bild 26: Übersicht der im Grobblech-Warmwalzwerksbereich erfassten eisenhaltigen Stäube/

Schlämme und Feuerfestausbruch sowie deren weitere Nutzung

Stoßofen /Herdwagenofen Walzgerüst

Oberfläche Primärzunder - grobkörnig/porös

(<2 mm schollenfömig / Plättchen)

- Grobzunder

Oberfläche Sekundärzunder - feinkörnig/schluff

(<50-100 µm) Plättchen) - Feinstzunder Fe ²⁺/Fe ³ -oxid⁺ Fe ²⁺/Fe ³ -oxid⁺

Bedingungen:

O_{2 (Luft)}

> 570 °C (weitest- gehend FeO)

< 570 °C (Umwandlung

FeO Fe₂O₃/Fe)

Bild 27: Schematische Darstellung des Verzunderungsprozesses

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Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt zum Recycling von wertvollen Sekundär- rohstoffen ist die Aufbereitung und Nutzung von ölhaltigen Walzenzunder aus dem Grobblech-Warmwalzwerk. Der sogenannte Walzenzunder entsteht bei der Wieder- erwärmung von Stahlbrammen in den Stoßöfen bzw. Herdwagenöfen. Bei den hohen Temperaturen in den Wiedererwärmungsöfen (größer 1.200 °C) reagiert die Eisen- oberfläche der Stahlbrammen mit dem Luftsauerstoff zu Eisen (II)/(III)-oxid. Dieser Vorgang wird Verzunderung genannt. Im Bild 27 ist der Verzunderungsvorgang schematisch wiedergegeben.

Der in den Wiedererwärmungsöfen entstehende Zunder wird auch als Primärzunder bezeichnet. Der Prozess der Verzunderung findet auch während der eigentlichen Walzung der Brammen zu Grobblechen statt. Der dabei entstehende Walzenzunder wird als Sekundärzunder bezeichnet. Primär- und Sekundärzunder unterscheiden sich im Wesentlichen in ihrer Korngröße und Kornbeschaffenheit. Ist der Primärzunder grobkörnig und porös, so ist der Sekundärzunder eher feinkörnig (Bild 28, Sieblinien).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,001 0,01 0,1 1

Korngröße mm

Sieblinie von Walzzunderfeinanteil (kleiner 32 µm)

0,01 0,1 1 10

Korngröße mm Sieblinie von ölhaltigem Walzzunder

Verteilungssumme

%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Verteilungssumme

%

Primärzunder (porös/grobkörnig) Weiterverarbeitung:

Feinstzunder (Sekundärzunder)

Bild 28: Typische Sieblinien des Primär-/Sekundärzunders

Walzzunder ölhaltig ACC-Anlage

Sinterdepot ölhaltig

Verlade- boxen

ölfrei

Wasser Sinterbecken

Zentralrohr

(10-15 % des Walzen- zunderaufkommens)

3.000 m³/h Diskontinuierliche

Entleerung des separaten Beckens

16-20 m³/a bis zu 60 % separiert

(85-90 % des Walzen- zunderaufkommens)

Rollgang

Verwertung

Fertiggerüst Vorgerüst Hochdruck-

entzunderung

Stoßöfen 1,2,3

3.000 m³/h

Bild 29: Schematische Darstellung der unterschiedlichen Erfassungsorte von Primär- und Se- kundärzunder im Grobblech-Warmwalzwerk

(20)

Da der Sekundärzunder während der Walzung entsteht, ist dieser durch den Kon- takt z. B. mit der Walzemulsion ölhaltig. Im Bild 29 ist der Stofffluss im Grobblech- Warmwalzwerk dargestellt. Dort ist die Möglichkeit gegeben, örtlich den Primär- und Sekundärzunder getrennt zu erfassen.

Dadurch ist es möglich, den ölfreien Zunder direkt über die Mischbetten als eisenhaltigen Sekundärrohstoff unmittelbar in dem Sinterprozess zu recyceln.

Um den ölhaltigen Sekundärzunder wieder einsetzen zu können, wurden vielfältige Aufbereitungstechnologien getestet/untersucht. Dabei ist es wichtig, zuvor den möglichen Wiedereinsatzort/metallurgische Aggregat festzulegen (Möglichkeit des Recyclings über die Hochöfen bzw. Einsatz in die LD-Konverter). Beispielhaft ist im Bild 30 die Aufbereitung von ölhaltigem Walzenzunder in einer Walzenbrikettieranlage aufgezeigt. Die ölhaltigen Walzenzunderbriketts können dann z. B. in einem blasenden LD-Konverter eingesetzt werden.

Bild 30: Herstellung ölhaltiger Walzenzunderbriketts – intensive Eigenversuche in Labor- und Pilotanlagen

Eindüsen einer Walzenzunder-Öl Emulsion in den Hochofen

Walzenzunder

ölhaltig Altöl/

Emulsionen

Misch- behälter

Schlauch- pumpe

Bild 31:

Schematische Darstellung des Recyclings von ölhaltigen Wal- zenzunder in den Hochofen Eine andere Möglichkeit des Recyclings/Nutzung von ölhaltigem Walzenzunder ist nach entsprechender Aufbe- reitung das Einblasen in den Hochofen (Bild 31).

(21)

3.2. Feuerfestmaterial

Eine andere typische Stoffgruppe für hüttenstämmige Reststoffe ist der sogenannte Feuerfest-Ausbruch (FF-Ausbruch).

metallurgische Gefäße:

Torpedopfanne RE -Chargierpfanne Konverter Stahlpfanne Feuerfest-Zustellung

Tonnen

Torpedopfanne RE-Chargierpfanne Konverter Stahlpfanne Dauerfutter

F-Material und • Schamotte 27 t • Schamotte 12 t • Magnesit 120 t • Hochtonerdhaltige FF Stoffe 14 t

• Bauxit 4 t Verschleissfutter

FF-Material und • Bauxit 60 t

• Beton 6 t

• Schamotte 35 t • Magnesit 450 t • Dolomit 18 t

• Magnesit 13 t

• Aluminiumkarbon 1,5 t

• FF-Fertigteile 4 t (Spühler etc.)

Summe 93 t 47 t 570 t 54,5 t

Bild 32: Übersicht des Einsatzes von Feuerfeststoffen in den verschiedenen metallurgischen Gefäßen

Im Bild 32 sind schematisch einige wesentliche, in den unterschiedlichen metallurgischen Gefäßen angewendete Feuerfestwerkstoffe sowie deren Mengen dargestellt. Nach Beendigung der Lebensdauer z. B. einer feuerfesten Verschleißfutterausmauerung des Konverters (bestehend z. B. aus Magnesitsteinen) oder bei den Stahlpfannen (bestehend z. B. aus Dolomitsteinen) werden die Reste dieser Ausmauerung mechanisch ausgebrochen. Dieser Feuerfest-Ausbruch wird anschließend nach Art und Größe selektiert (Bild 33) und entweder an die Feuerfestindustrie verkauft oder im eigenen metallurgischen Produktionsprozess als Kalkträger (z. B. sogenannter Dolomitkalk) in den Sinteranlagen wieder eingesetzt.

Im Bild 34 sind die in der Aufbereitungsanlage für Feuerfestausbruchsmaterialien gewonnenen Mengen an unterschiedlichen Feuerfestwerkstoffen aufgezeigt.

So werden insgesamt etwa 85 % des gewonnenen Feuerfestausbruchs direkt wieder- verwertet.

Die noch verbleibenden Mengen von etwa 15 % bestehen hauptsächlich aus hochton- erdehaltigen Feuerfestmaterialien. Für diese Feuerfestwerkstoffe werden zur Zeit neue Einsatz-/Wiederverwertungsmöglichkeiten geprüft. Eine Einsatzmöglichkeit besteht

(22)

Metallurgische Nebenprodukte Aufgabe-

buncker Überbandmagnet

Überbandmagnet Sortierstation für FF-

Material

Vorsieb 40 mm

Doppeldecker Sieb 10/40 mm Fe zum Stahlwerk

Fe zum Stahlwerk FF verschiedener Sorten

zum Verkauf

FF verschiedener Sorten zum Verkauf

FF-Material Verkauf/Mischbetten 0/10 mm

Backen- brecher

Backen- brecher 0/40 mm Anlage zum Brechen und Klassieren von FF-Stoffen

Bild 33: Stofffluss in der am Hüttenstandort installierten Aufbereitungsanlage für Feuerfestaus- bruchsmaterialien

Bild 34: Aufteilung und Aufkommen der Feuerfestmaterialien auf die metallurgischen Gefäße

Thundish (Magnesit/Spritzmasse) 37 %

Konverter (Magnesit) 10 %

Pfannendeckel 4 % HO RE-Rinne 1 % WW/Sonstige 2 %

Stahlpfanne (Dolomit/Magnesit) 40 % Torpedo

(Bauxit) 6 %

Gesamtaufkommen:

etwa 15 bis 20 kt/a

in der Nutzung als feuerfeste Spritzmasse für die Auskleidung der Pfannendeckel im Stahlwerk. Entsprechende feuerfeste Spritzmassen wurden erfolgreich entwickelt und werden in der Produktion als FF-Recyclat eingesetzt. Bild 35 zeigt eine Übersicht der Nutzung des aufbereiteten FF-Ausbruchsmaterials.

(23)

Insgesamt kann festgehalten werden, dass DILLINGER in der Kreislaufwirtschaft einen hohen Grad sowohl bei der Nutzung von Eisenhüttenschlacken als auch beim Recyceln von eisenhaltigen Stäuben und Schlämmen sowie bei der Wiederver- wertung von hochwertigen Feuerfestaus- bruchsmaterial erreicht hat. Trotzdem sind noch große Anstrengungen notwendig, um in einem integrierten Hüttenwerk alle Stoffkreisläufe zu schließen. Hier ist die besondere Herausforderung, Wege zu finden, z. B. den abgeschiedenen Feinst- staub aus der Gichtgasreinigung (entwäs- serter Gichtschlamm) wieder einsatzfähig für den metallurgischen Stoffkreislauf zu machen.

Deponie 16 %

Recycling FF-Industrie 23 %

Gesamtnutzung 15 bis 20 kt/a

Internes Recycling 61 %

Bild 35: Übersicht der Nutzung des aufbereiteten FF-Ausbruchsmaterials

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Dipl.-Chem. Klaus-Jürgen Arlt Geschäftsführer

AG der Dillinger Hüttenwerke

MSG Mineralstoffgesellschaft Saar mbH Leiter Umweltschutz/-technik,

Immissions-/Gewässerschutzbeauftragter Werkstraße 1

66763 Dillingen/Saar, Deutschland +49 6831 47-3639

klaus.arlt@dillinger.biz

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GLOBAL RECYCLING

The Magazine for Business Opportunities

& International Markets

w

³

. global-recycling.info

RecyclingPortal

Das Fachportal für Abfall, Entsorgung, Recycling, Kreislaufwirtschaft und Märkte

w

³

.recyclingportal.eu

EU - Recycling

w

³

.eu-recycling.com

Das Fachmagazin für den europäischen Recyclingmarkt

MSV Mediaservice & Verlag GmbH • info@msvgmbh.eu • Fon: +49 (0) 81 41 / 53 00 19 • www.msvgmbh.eu

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Thomas Pretz, Dieter Georg Senk, Hermann Wotruba (Hrsg.):

Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 6 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-47-3 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH Copyright: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Stephanie Thiel Alle Rechte vorbehalten

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2019 Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dr.-Ing. Olaf Holm,

Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Claudia Naumann-Deppe, Sarah Pietsch, Janin Burbott-Seidel, Ginette Teske, Roland Richter,

Cordula Müller, Gabi Spiegel Druck: Universal Medien GmbH, München

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