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Die Erfindung betnfft ein Verfahren zum Verwerten von beim Reduzieren von Eisenerz mit einem Reduktionsgas anfallenden und hierbei in einem Wäscher In Form von Schlämmen abgeschiedenen Stäuben.
Bel einem Verfahren dieser Art, beispielsweise bekannt aus der AT 376. 241 B werden das Reduktionsgas nach einer Feststoffabscheidung sowie das aus der Direktreduktionszone austretende Topgas in Zyklonen einer Gaswäsche unterzogen. Um die bei der Gaswäsche abgeschiedenen Schlämme nutzbringend zu verwerten, werden die Schlämme mit Bindemittel gebildet von Eisenoxidstaub, Hartpech, Bitumen oder bituminöser Braunkohle, versetzt, heiss brikettiert und der Einschmelzvergasungszone zugeführt, wobei der Eisenoxidstaub aus einer Glchtgasreinigungsanlage stammt.
Die bel der Feststoffabscheidung anfallenden Feststoffe - in der Hauptsache Staubkohle - werden nahezu zur Gänze In den unteren Bereich der Einschmeizvergasungszone rückgeführt ; ein geringer Teil der Staubkohle wird mit den mit Bindemittel versetzten Schlämmen vermischt und gemeinsam mit diesen brikettiert.
Nachteilig ist jedoch hierbei, dass Infolge des erhöhten Einbringens von Eisenoxiden im Einschmeizvergaser Reduktionsarbeit geleistet werden muss, um das Eisenoxid zu reduzieren, wodurch für den Einschmelzvorgang benötigte Energie diesem entzogen wird und eine Störung des in der Einschmeizverga-
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die Investitions- und Betriebskosten eine aufwendige Lösung dar.
Aus der DE 41 23 626 A1 ist es bekannt, Hüttenreststoffe zu agglomerieren, u. zw. unter Zuhilfenahme von Bindemitteln, Schlackenbildnern und Reduktionsmitteln, und die Agglomerate in den oberen Möllerbereich eines Schmelzaggregates einzubringen, wobei die Vorwärmung und Trocknung der Agglomerate in diesem Möllerbereich des Schmelzaggregates erfolgt. Der Möller durchsetzt das Schmeizaggregat nach dem Gegenstromprinzip, wobei er zunächst in einen im Inneren des Schmeizaggregates vorgesehenen Reduktionsbereich gelangt und anschliessend im unteren Bereich des Schmelzaggregates geschmolzen wird. Dieses bekannte Verfahren ist insofern energieaufwendig, als die Abfall- bzw. Reststoffe im Schmelzaggregat getrocknet und gesintert werden müssen und so den im Schmelzaggregat stattfindenden Prozess negativ beeinflussen.
Auch hier muss infolge des Einbringens von Eisenoxiden (wie z. B. Zunder) im Einschmelzvergaser Reduktionsarbeit geleistet werden, wozu ein weiterer, erheblicher Energieaufwand notwendig ist. Weiters wird vorgeschlagen, als Bindemittel z. B. Sulfitablaugen einzusetzen, was jedoch zu einem unerwünschten Schwefeleintrag in den Prozess führt.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und stellt sich die Aufgabe, die bei einer Reduktion von Eisenerz anfallenden Schlämme ohne Störung des Prozessablaufs der Reduktion nutzbringend zu verwerten, wobei ein zusätzlicher Energieaufwand so gering wie möglich gehalten wird ! Weiters soll eine nutzbringende Verwertung auch dann möglich sein, wenn Schwermetallverbindungen in den Schlämmen vorhanden sind, wobei jedoch eine Deponielegung, die bisher bei der Verwertung solcher Schlämme bei der Herstellung von Eisenschmelzen zwecks Verhinderung der Aufschaukelung des Gehaltes an solchen Schwermetallverbindungen erforderlich war, vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schlämme entwässert und als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt werden.
Aus der EP 124 038 A2 ist es bekannt, Zementmaterial aus Industrieschlämmen hauptsächlich organischer oder anorganischer Zusammensetzung herzustellen. Hierbei werden die Schlämme nicht näher definierter Zusammensetzung (inklusive kommunaler Abwässer) mit Zementmaterial in Pulverform gemischt, anschliessend granuliert oder pelletisiert. Es werden im Hinblick auf den späteren Einsatz in der Zementindustrie die für die Zementzusammensetzung wesentlichen Zementkomponenten erst zugesetzt. Es findet also eine Beimischung von als Zementkomponenten geeignet erscheinenden Stoffen zu den verschiedensten als Zementersatz bzw. Additiv eingesetzten Schlämmen mit dem Ziel statt, ein für die Zementindustrie geeignetes Klinkerprodukt zu erhalten. Dieses wird anschliessend unter Zusatz von Kalziumkarbonat granuliert.
Demgegenüber ergibt sich durch die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Produktionsablaufes, da die erfindungsgemäss für die Zementherstellung eingesetzten Schlämme bereits die vier Grundkomponenten des Zementmaterials, nämlich Eisenoxide, Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Kaliumoxid, enthalten und nicht erst gesondert hinzugegeben werden müssen.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Schlämme vor der Weiterverarbeitung auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 40 %, entwässert werden. Hierdurch ergibt sich eine leichtere Handhabbarkeit der Schlämme für die weitere Verarbeitung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schlämme zunächst auf einen Restfeuchtegehalt entwässert werden,
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* dass die Schlämme anschliessend granuliert werden und 'dass das so gebildete Granulat als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt wird.
Hierbei werden vorteilhaft nach dem Entwässern den Schlämmen Kohlestaub und als Bindemittel Branntkalk zugesetzt und wird danach granuliert. Vorzugsweise werden hierbei die Schlämme vor einer Weiterbehandlung auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 40 %, entwässert. Hierdurch kann ein diesen Restfeuchtegehalt aufweisender Schlamm direkt in einen Mlschgranulator aufgegeben werden. Der bevorzugte Bereich des Restfeuchtegehalts hat einen mengenmässig günstigen Verbrauch an Branntkalk zur Folge. Ohne eine solche Entwässerung wäre zur Erzielung einer ausreichenden Granulatfestigkeit ein wesentlich höherer Verbrauch an Branntkalk notwendig.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere zum Aufarbeiten von Schlämmen geeignet, die beim Reduzieren von Eisenerz mit Hilfe eines durch ein Kohlevergasungsverfahren hergestellten Reduktionsgases anfallen. Bei der Aufbereitung der bei der Kohlevergasung eingesetzten Kohle fällt Kohlefilterstaub an, der dann den Schlämmen zusammen mit dem Bindemittel Branntkalk zugesetzt werden kann, so dass der Zusatz des Kohlestaubes keine Zusatzkosten verursacht, sondern, Im Gegenteil, eine kostengünstige Verwertung des sonst anderwertig zu verwertenden Kohlestaubes ermöglicht. In diesem Sinne bietet sich das erfindungsgemässe Verfahren besonders vorteilhaft zur Verwertung von Schlämmen an, wie sie beispielsweise bei Verfahren gemäss der AT 376. 241 B und der AT 370. 134 B, bei denen eine Kohlevergasung vorgesehen ist, anfallen.
Zweckmässig wird erfindungsgemäss das Granulat zu für die Zementherstellung eingesetztem Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Granulat mit für die Zementherstellung erforderlichen Mineralstoffen, wie Kalkstein, Ton, etc., vermischt und der so gebildete Klinkeransatz gemahlen, getrocknet und anschlie- ssend gebrannt wird.
Zweckmässig wird den entwässerten Schlämmen Kohlestaub in einer Menge von bis zu 30 %, vorzugsweise bis zu 25 %, der entwässerten Schlammenge zugesetzt. Kohlestaub in der genannten Menge hat einen positiven Einfluss auf die Festigkeit der Granulate. Hierbei hat die Verwendung von Kohlestaub aus Entstaubungseinrichtungen einer Kohletrocknungsanlage, welche in das vorliegende Konzept zur Herstellung einer Eisenschmelze bzw. von Roheisen und/oder Stahlvorprodukten integriert ist, einen besonderen Vorteil, u. zw. aus Gründen des Umweltschutzes und der Vermeidung von Transport- und Deponiekosten für den Kohlestaub.
Weiters hat das Beifügen des Kohlestaubs zum entwässerten Schlamm den Vorteil, dass die danach im Mischgranulator gebildeten Granulate einen beträchtlichen Kohlenstoffgehalt aufweisen, wobei der Kohlestaub einen wertvollen energetischen Beitrag beim Bremen der Granulate leistet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Schlämme nach dem Entwässern mit ihrer Restfeuchte als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt und mit zur Zementherstellung dienendem Rohmehl vermischt. Diese Variante ist insbesondere dann von Interesse, wenn die erfindungsgemäss eingesetzten Schlämme nur einen geringen Prozentsatz der Menge des weiters zur Zementherstellung dienenden Rohmehis ausmachen. Es ist dann keine besondere Trocknung der Schlämme erforderlich, da durch das Zumischen der noch eine Restfeuchte, beispielsweise in der Grössenordnung von 35 bis 40 %, aufweisenden Schlämme die Feuchte des insgesamt zur Zementherstellung eingesetzten Rohmaterials nur geringfügig erhöht wird.
Für Länder mit heissem Klima kann es von Vorteil sein, wenn die Schlämme nach dem Entwässern auf einen Restfeuchtegehalt auf Deponie gelegt oder direkt auf Deponie gepumpt werden, dort einem natürlichen Trockenvorgang unterworfen und anschliessend, so wie sie sind, d. h. ohne Zusätze, als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt werden, wobei zweckmässig von der Deponie die jeweils oberste, zumindest weitgehendst trockene Schicht abgetragen wird und als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt wird. Hierbei wird das aus dem auf Deponie gelegten Schlämmen versickernde Wasser aufgefangen und zurückgeleitet. Die jeweils oberste abgetrocknete Schicht des auf Deponie gelegten Materials kann mittels Bagger etc. abgetragen werden.
Hierbei fällt diese abgetrocknete Schicht hauptsächlich in Stückform an, so dass sie für den weiteren Transport und die weitere Verarbeitung leicht handhabbar ist.
Zweckmässig werden die entwässerten Schlämme gemeinsam mit dem zur Zementherstellung eingesetzten Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die entwässerten Schlämme mit den für die Zementherstellung
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gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zum Herstellen einer Eisenschmelze, bei dem Eisenerz in einer Direktreduktionszone zu Eisenschwamm reduziert, der Eisenschwamm in eine Einschmeizvergasungszone unter Zufuhr von kohlenstoffhältigem Material
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unter Vergasung des kohlenstoffhältigen Matenals zu Reduktionsgas und unter Bildung von Schlacke eingeschmolzen wird und das Reduktionsgas in die Direktreduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird, das Reduktionsgas und/oder das Topgas einer Wäsche unterzogen werden und die bel der Wäsche abgeschiedenen Schlämme, gegebenenfalls nach Granulieren, als Ausgangsmatenal für die Zementherstellung eingesetzt werden.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das erfindungsgemässe Verfahren auch dann zur Anwendung zu bringen, wenn das Reduktionsgas nicht durch Kohlevergasung gebildet wird, sondern beispielsweise aus Erdgas hergestellt wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 in schematischer Darstellung jeweils eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach jeweils einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Gemäss Fig. 1 werden In eine als Schachtofen 1 ausgebildete Direktredinktionseinnchtung, d. h. in deren Direktreduktionszone 2, von oben über eine Zuleitung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe 4, wie stückiges Erz, gegebenenfalls zusammen mit ungebrannten Zuschlägen 5, chargiert. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 7 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 7 eine Gasrein ! gungs- und eine Gaskühlungseinrichtung 8, die als Wäscher ausgebildet ist, vorgesehen sind.
Der Einschmelzvergaser 6 weist eine Zuführung 9 für feste, stückige Kohlenstoffträger, gegebenenfalls mehrere Zuleitungen 10, 11 für sauerstoffhältige Gase und Zuleitungen 12, 13 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 6 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 15 schmelzflüssiges Roheisen 16 und schmelzflüssige Schlacke 17, die über einen Abstich 18 abgestochen werden.
Die Im Schachtofen 1 in der Direktreduktionszone 2 zu Eisenschwamm reduzierten stückigen Einsatzstoffe werden dem Einschmelzvergaser 6 über eine oder mehrere Leitungen 20 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken. An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schliesst eine Ableitung 21 für das in der Direktreduktionszone 2 entstehende Topgas an. Dieses Topgas wird einer Gasreinigungseinrichtung 23, die ebenfalls als Wäscher ausgebildet ist, zugeleitet und steht danach über die Exportgasleitung 24 einer weiteren Verwendung zur Verfügung.
Die in den Wäschern 8 und 23 anfallenden Schlammwässer werden über Schlammwasser-Leitungen 25 und 26 einem Eindicker 27 und anschliessend einer Entwässerungseinrichtung 28, vorzugsweise einer Dekanterzentrifuge 28, zugeführt, in der die Schlämme auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise von 35 bis 40 %, entwässert werden. Der entwässerte Schlamm wird einer Granulationseinrichtung 29, wie einem Mischgranulator 29, zugeführt.
In die Granulationseinrichtung 29 münden eine Branntkalk 30 zufuhrende Leitung 31 sowie eine Kohlefilterstaub, der aus einer Kohletrocknungsanlage 32 stammt, zuführende Leitung 33. Die in der Granulationseinrichtung 29 gebildeten Granulate werden über eine Fördereinrichtung 34 ausgetragen und unter Dach 35 gelagert Die Granulate werden - vorzugsweise per Bahn 36 - zu einem Zementerzeuger transportiert und in weiterer Folge gemeinsam mit den als Zusatz-Ausgangsmaterial für die Zementherstellung dienenden Mineralstoffen 37, 38, wie Kalkstein, Ton, etc., gemischt und gemahlen. Hierzu werden vorzugsweise Walzenschüsselmühlen 39, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt.
Anschliessend wird der gemahlene Klinkeransatz 40 mit der Abluft 43 des Brennofens 41, der vorzugsweise als Drehrobrofen ausgebildet ist, in einem Trockner 42 getrocknet und im Brennofen 41 gebrannt.
Erfindungsgemäss ist der Schlamm aus den Wäschersystemen 8 und 23 der Eisenherstellungsanlage ausschliesslich anorganischer Natur. Die Trockensubstanz des Schlammes weist eine definierte Zusammensetzung auf, wobei neben Kohlenstoff als Hauptkomponenten die vier Zementklinker bildenden Oxide (CaO, Si02, Fe203, A1203) bereits vorhanden sind. Die Granulate bilden gemeinsam mit den weiters zugesetzten Mineralstoffen den Klinkeransatz, wobei die Granulate einen wesentlichen Bestandteil der Zementkomponenten bilden und nicht nur als Füllstoff bzw. Beimengung dienen.
Der leicht basische pH-Wert, die Restfeuchtigkeit von ca. 20 % und die Korngrösse der Granulate bedürfen im Hinblick auf die weiteren Verarbeitungsschritte, wie Mahlen und Vortrocknen mit Abluft des Brennofens 41, keiner Korrektur mehr.
Nachstehendes Ausführungsbeispiel erläutert die erfindungsgemässe Vorgangsweise :
In einer Anlage zum Reduzieren von Eisenerz mit Reduktionsgas fallen in Wäschern Schlämme an, welche auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt von ca. 40 % teilentwässert und nach Zugabe von Kohlenstoffstaub aus Filtern von Entstaubuungsanlagen mit Hilfe von Branntkalk granuliert werden.
Die Granulate haben einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 20 %, sie haben folgende typische Zusammensetzung (trocken) :
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<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> ca. <SEP> 40 <SEP> %
<tb> Calciumoxid <SEP> ca. <SEP> 23 <SEP> %
<tb> Eisenoxide <SEP> ca. <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Siliciumoxid <SEP> ca. <SEP> 7 <SEP> %
<tb> Aluminiumoxid <SEP> ca. <SEP> 4 <SEP> % <SEP>
<tb> Metalloxide <SEP> Rest
<tb>
Die Granulate werden erfindungsgemäss einer Drehrohrofenanlage zur Herstellung von Zementklinker zugeführt.
Bei der Zementherstellung wird die Beziehung der vier klinkerbildenden Oxide durch den hydraulischen Modul (HM) beschrieben.
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Zemente guter Festigkeit haben einen hydraulischen Modul von ca. 2.
Zemente mit HM < 1, 7 weisen meistens ungenügende Festigkeit auf, bei HM > 2, 3 sind die Zemente meist nicht volumenbeständig.
Bei einer roheisenerzeugenden Anlage mittlerer Grösse mit einer Kapazität von ca. 80 t/h Roheisen fallen ca. 8 t/h Granulate (trocken) an.
Demgegenüber werden bei der Zementherstellung in einer Drehrohrofenanlage mittlerer Grösse ca. 70 t/h Klinker gebrannt.
Ausgehend von einem hydraulischen Modul von 2 eines gegebenen Klinkeransatzes ergibt sich bei Zuführung der Granulate mit der angegebenen Zusammensetzung und in den angeführten Mengen ein hydraulischer Modul von ca. 1, 9 (innerhalb der Schwankungsbreite).
Durch erhöhte Zufuhr von CaO zum Klinkeransatz kann, wenn erforderlich, der hydraulische Modul wieder dem Wert 2 angenähert werden.
Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf eine Granulation und damit auf das Zumischen eines Bindemittels, wie Branntkalk, verzichtet. Der auf eine bestimmte Restfeuchte, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 50 %, insbesondere 35 bis 40 %, entwässerte Schlamm wird über eine Fördereinrichtung ausgetragen und gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung zu einem Zementerzeuger transportiert und in weiterer Folge gemeinsam mit den als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung dienenden Mineralstoffen 37, 38, wie Kalkstein, Ton etc., gemischt und gemahlen.
Die Zumischung des entwässerten Schlammes kann hierbei feucht, d. h. mit der beim Entwässern erreichten Restfeuchte, oder im getrockneten Zustand des Schlammes erfolgen. Eine feuchte Zumischung ist insbesondere dann in Betracht zu ziehen, wenn eine besondere Trocknung des Schlammes zu energieaufwendig und zu umständlich durchzuführen wäre und wenn weiters der entwässerte Schlamm im Verhältnis zur Gesamtmenge des bei der Zementherstellung eingesetzten Materials nur einen geringen Prozentsatz ausmacht, denn in diesem Fall wird die Feuchte der Gesamtmenge nur geringfügig verändert.
Für Länder mit heissem und trockenem Klima könnten die entwässerten Schlämme auf Deponie gelegt werden und nach einer natürlichen Trocknung abgebaggert und gemeinsam mit dem zur Zementherstellung eingesetzten Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt werden.
Eine typische Zusammensetzung der Trockensubstanz eines beim Herstellen einer Eisenschmeize in einer Direktreduktionszone mittels eines durch Kohlevergasung hergestellten Reduktionsgases anfallenden Schlammes ist nachstehend wiedergegeben :
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<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> ca. <SEP> 45 <SEP> %
<tb> Eisenoxide. <SEP> ca. <SEP> 25 <SEP> %
<tb> Siliciumoxid <SEP> ca. <SEP> 10 <SEP> %
<tb> Aluminiumoxid <SEP> ca. <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb> Calciumoxid <SEP> ca. <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Metalloxide <SEP> Rest
<tb>
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Die genannten Oxide stellen gleichzeitig die vier Hauptklinkerkomponenten dar, sodass sich die Verwendung des entwässerten Schlammes für die Zementindustne, d. h.
die Zumischung des Schlammes zum zur Zementherstellung dienenden und im Zementwerk produzierten Rohmehl, m einfacher Weise und ohne besondere Rezepturänderungen zu erfordern, verwirklichen lässt.
Ist die Menge des Schlammes im Verhältnis zur im Zementwerk produzierten Menge an Rohmehl nur genng, ist überhaupt keine Änderung der Gesamtrezeptur notwendig ; die Gehalte an den Hauptklinkerkomponenten liegen nach dem Zumischen des Schlammes In der Regel m der tolerierten Bandbreite. Sollte die Zugabe des Schlammes zum Rohmehl chargenweise, d. h. in grösseren Zeitabständen in jeweils grösseren Mengen erfolgen, ist die Zugabe von Mineralstoffen 37,38, wie Kalkstein, Ton, etc., zur Konstanthaltung des hydraulischen Moduls des Mischgutes zweckmässig.
Die Erfindung lässt sich im speziellen bei jenen Eisenherstellungsverfahren anwenden, bei denen das Reduktionsgas aus Kohlegas gebildet wird, da hierbei der für das erfindungsgemässe Verfahren notwendige Kohlestaub ohnehin als Nebenprodukt anfällt. Es ist jedoch grundsätzlich unerheblich, ob das Reduktionsgas In einem Einschmelzvergaser 6, wie oben beschrieben, oder in einem speziellen Kohlevergaser, der ausschliesslich zur Erzeugung von Reduktionsgas dient, oder aus Erdgas gebildet wird. Auch ist es unerheblich, ob die Direktreduktion des Eisenerzes 4 im Wirbelschichtverfahren in einem oder in mehreren hintereinander angeordneten Wirbelschichtreaktoren oder, wie Im Ausführungsbeispiel beschrieben, in einem Schachtofen 1 stattfindet.