RU2819943C1 - Production of steel from molten iron - Google Patents
Production of steel from molten iron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819943C1 RU2819943C1 RU2023111006A RU2023111006A RU2819943C1 RU 2819943 C1 RU2819943 C1 RU 2819943C1 RU 2023111006 A RU2023111006 A RU 2023111006A RU 2023111006 A RU2023111006 A RU 2023111006A RU 2819943 C1 RU2819943 C1 RU 2819943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- carbon
- slag
- melt
- paragraphs
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 203
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 98
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 68
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 47
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 39
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 28
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 37
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 3
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 3
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- -1 respectively Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к способу производства стали с получением расплавленного железа с использованием образованного прямым восстановлением под действием восстановительного газа губчатого железа.The invention relates to a method for producing steel with the production of molten iron using sponge iron formed by direct reduction under the action of a reducing gas.
Уровень техникиState of the art
Современное производство стали по большей части основано на применении доменного процесса с последующим сталеплавильным предприятием на основе кислородно-конвертерного способа (LD/BOF). При этом технологическом подходе может быть обработан широкий спектр железных руд, так как содержащаяся пустая порода может быть выведена в форме шлака с незначительными потерями железа в доменной печи, и в последующем процессе с использованием кислородного конвертера (BOF) может быть получена высококачественная, универсально применимая нелегированная сталь.Modern steel production is largely based on the use of a blast furnace process followed by a LD/BOF steelmaking plant. With this process approach, a wide range of iron ores can be processed, as the contained gangue can be removed in slag form with negligible iron loss in the blast furnace, and a subsequent BOF process can produce high quality, universally applicable unalloyed iron ores. steel.
Гораздо меньшая доля производства стали основана на прямом восстановлении посредством восстановительного газа с получением губчатого железа, также называемого железом прямого восстановления (DRI), с последующим получением стали с использованием электродуговой печи (EAF). При этом, по сравнению с доменным процессом, необходимо применять более высокосортные сырьевые материалы с незначительным содержанием пустой породы, чтобы ограничивать количества образованного в традиционной EAF шлака, соответственно, потери железа и затраты на энергию и сырьевые материалы. Для традиционной электродуговой печи также требуется высокая степень металлизации губчатого железа. В технологическом отношении также оказывается более низким качество нелегированной стали, соответственно, для достижения сравнимых уровней качества стали необходимо проводить дорогостоящие последующие обработки полученной в EAF нелегированной стали.A much smaller proportion of steel production is based on direct reduction by reducing gas to produce sponge iron, also called direct reduced iron (DRI), followed by electric arc furnace (EAF) steel production. In this case, compared to the blast furnace process, it is necessary to use higher-grade raw materials with a low gangue content in order to limit the amount of slag generated in traditional EAF, thereby limiting iron losses and energy and raw material costs. The traditional electric arc furnace also requires a high degree of metallization of the sponge iron. Process-wise, the quality of unalloyed steel also tends to be lower; therefore, in order to achieve comparable levels of steel quality, it is necessary to carry out expensive post-treatments on the unalloyed steel produced in the EAF.
Для сокращения промышленных выбросов СО2 желательно уменьшение доли доменного процесса в объеме всеобщего производства стали, поскольку он основывается на применении угля, соответственно, кокса. Увеличение доли прямого восстановления во всемирном производстве стали в принципе предлагается как компромисс, так как для него также может быть осуществлен подход с меньшими выбросами СО2 - например, при использовании восстановительного газа на основе природного газа или водорода. Однако, связанные с этим подходом недостатки в отношении доменного процесса ограничивают потенциал переориентации производства стали по направлению к прямому восстановлению.To reduce industrial CO 2 emissions, it is desirable to reduce the share of the blast furnace process in the volume of total steel production, since it is based on the use of coal, respectively, coke. Increasing the share of direct reduction in global steel production is in principle proposed as a trade-off since it could also be accommodated by a lower CO 2 emitting approach - for example using reducing gas based on natural gas or hydrogen. However, the disadvantages associated with this approach in relation to the blast furnace process limit the potential for reorienting steel production towards direct reduction.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Техническая задачаTechnical challenge
Задачей изобретения является создание способа и устройства, посредством которых устраняются указанные недостатки, соответственно, могут быть по меньшей мере сокращены их масштабы.The objective of the invention is to create a method and device by means of which these disadvantages are eliminated, accordingly, their scope can be at least reduced.
Техническое решениеTechnical solution
Эта задача решена посредством способа получения стали,This problem is solved by means of a method for producing steel,
включающегоincluding
- получение губчатого железа из содержащего оксиды железа исходного материала прямым восстановлением восстановительным газом, причем восстановительный газ по меньшей мере на 20 об.% состоит из водорода H2,- producing sponge iron from a starting material containing iron oxides by direct reduction with a reducing gas, wherein the reducing gas consists of at least 20 vol.% hydrogen H 2 ,
а такжеand
- получение расплавленного железа с содержанием углерода 1-5 мас.%, причем по меньшей мере часть губчатого железа, полученного прямым восстановлением восстановительным газом из содержащего оксиды железа исходного материала, подвергают обработке,- producing molten iron with a carbon content of 1-5 wt.%, and at least part of the sponge iron obtained by direct reduction with a reducing gas from a starting material containing iron oxides is subjected to processing,
причем обработка включает:wherein the processing includes:
- подвод энергии и введение добавок для создания расплава и шлака, причем подвод энергии выполняют по существу в виде электрической энергии, и причем шлак имеет основность В2 менее 1,3, предпочтительно менее 1,25, особенно предпочтительно менее 1,2,- supplying energy and introducing additives to create a melt and slag, wherein the energy supply is carried out essentially in the form of electrical energy, and wherein the slag has a B2 basicity of less than 1.3, preferably less than 1.25, especially preferably less than 1.2,
- регулирование содержания углерода в расплаве,- regulation of carbon content in the melt,
- восстановление по меньшей мере части содержащихся в губчатом железе оксидов железа,- reduction of at least part of the iron oxides contained in sponge iron,
и причем во время и/или после обработки отделяют шлак,and wherein during and/or after the treatment the slag is separated,
а такжеand
- использование расплавленного железа для получения стали.- use of molten iron to produce steel.
Способ включает прямое восстановление, которое происходит посредством восстановительного газа, который по меньшей мере на 20 об.% состоит из водорода. Тем самым получение стали может быть проведено с меньшим выделением СО2, чем когда применяют доменный процесс для восстановления содержащего оксиды железа исходного материала, или выполняют прямое восстановление с низким количеством водорода. Прямое восстановление проводят без добавления твердого углерода, соответственно, твердых углеродсодержащих материалов, в качестве восстановителя.The method involves direct reduction, which occurs through a reducing gas that is at least 20 vol.% hydrogen. Thus, steel production can be carried out with less CO 2 emissions than when using a blast furnace process to reduce the starting material containing iron oxides, or performing direct reduction with a low amount of hydrogen. Direct reduction is carried out without the addition of solid carbon, or solid carbon-containing materials, as a reducing agent.
Прямое восстановление происходит в реакторе прямого восстановления, который, например, может быть сформирован как реактор с неподвижным слоем или как реактор с псевдоожиженным слоем, или как реактор с кипящим слоем.Direct reduction occurs in a direct reduction reactor, which, for example, can be configured as a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor or a fluidized bed reactor.
Чем выше содержание водорода в восстановительном газе прямого восстановления, тем более низким становится содержание углерода в губчатом железе.The higher the hydrogen content of the direct reduction gas, the lower the carbon content of the sponge iron becomes.
Это влияет на температурный диапазон процесса плавления при обработке. Это также оказывает влияние на количество возникающих при соответствующем способе получении стали углеродсодержащих выбросов, и это также может влиять на содержание углерода в полученной стали.This affects the temperature range of the melting process during processing. This also affects the amount of carbon emissions generated by the respective steelmaking process, and this can also affect the carbon content of the resulting steel.
Обработка соответствующим изобретению способом представляет собой ванный процесс, но не процесс со стационарным слоем. Он предназначен для того, чтобы на основе губчатого железа из способа прямого восстановления получить продукт, подобный продукту доменной печи - жидкому чугуну. Этот жидкий продукт должен иметь содержание углерода между 1-5 мас.%, причем включены оба предельных значения этого диапазона. Процент по массе - мас.% - обозначает массовую долю. Для этого к губчатому железу подводят энергию и вводят добавки, что приводит к образованию шлака на основе содержащейся в губчатом железе пустой породы из исходной руды. Добавки представляют собой, например, известняк и/или доломит, причем оба могут быть необожженными или - предпочтительно - обожженными, кварц. Шлак имеет основность В2 менее 1,3, предпочтительно менее 1,25, особенно предпочтительно менее 1,2. Такого рода шлак подобен шлаку доменной печи, и может быть соответственно использован, например, в цементной промышленности. Чем ниже основность, тем меньшее количество шлака получается, благодаря чему осуществление соответствующего изобретению способа также становится энергетически более благоприятным.The processing according to the invention is a bath process and not a fixed bed process. It is designed to use sponge iron from the direct reduction method to obtain a product similar to the blast furnace product - liquid cast iron. This liquid product must have a carbon content of between 1-5% by weight, both extremes of this range being included. The percentage by weight - wt.% - denotes the mass fraction. To do this, energy is supplied to the sponge iron and additives are introduced, which leads to the formation of slag based on the gangue contained in the sponge iron from the original ore. The additives are, for example, limestone and/or dolomite, both of which can be unfired or, preferably, burnt quartz. The slag has a B2 basicity of less than 1.3, preferably less than 1.25, particularly preferably less than 1.2. This kind of slag is similar to blast furnace slag, and can accordingly be used, for example, in the cement industry. The lower the basicity, the smaller the amount of slag produced, whereby the implementation of the method according to the invention also becomes energetically more favorable.
Основность В2 означает отношение оксида кальция к диоксиду кремния CaO/SiO2 в массовых процентах.Basicity B2 means the ratio of calcium oxide to silicon dioxide CaO/SiO 2 in mass percent.
При получении расплавленного железа подвергают обработке губчатое железо.When obtaining molten iron, sponge iron is processed.
В качестве источника железа в расплавленном железе может быть использовано губчатое железо в комбинации с другими источниками железа - например, такими как скрап или чугун, или в качестве источника железа в расплавленном железе может быть использовано только губчатое железо.Sponge iron may be used as the source of iron in the molten iron in combination with other iron sources such as scrap or cast iron, or sponge iron alone may be used as the source of iron in the molten iron.
Содержание углерода в расплаве регулируют на желательный уровень - полученное согласно способу расплавленное железо должно иметь содержание углерода 1-5 мас.%, соответственно проводят регулирование;The carbon content in the melt is adjusted to the desired level - the molten iron obtained according to the method should have a carbon content of 1-5 wt.%, and adjustment is carried out accordingly;
например, введением источников углерода в расплав и/или введением средств для сокращения содержания углерода в расплаве, например, кислорода.for example, by introducing carbon sources into the melt and/or by introducing means to reduce the carbon content of the melt, such as oxygen.
Обработка также включает восстановление по меньшей мере части содержащихся в губчатом железе оксидов железа до металлического железа так, что в расплаве количество металлического железа становится бóльшим, чем в исходном для него губчатом железе; это происходит во время и/или после подведения энергии.The treatment also includes reducing at least a portion of the iron oxides contained in the sponge iron to metallic iron such that the amount of metallic iron in the melt becomes greater than that in the original sponge iron; this occurs during and/or after the application of energy.
Подвод энергии производят по существу в виде электрической энергии. При этом главным образом следует понимать так, что подводят по меньшей мере более, чем 50% подводимой энергии, предпочтительно свыше 65% подводимой энергии, особенно предпочтительно более 80% подводимой энергии.The energy supply is essentially in the form of electrical energy. In this case, it is generally understood that at least more than 50% of the input energy, preferably more than 65% of the input energy, especially preferably more than 80% of the input energy are supplied.
Более конкретно, с увеличением доли электрической энергии при выработке тока с использованием возобновляемых источников энергии тем самым улучшается СО2-баланс способа, соответственно, стали, получаемой на основе жидкого чугунного продукта.More specifically, with an increase in the proportion of electrical energy in the generation of current using renewable energy sources, the CO 2 balance of the process, respectively, of the steel produced from the liquid iron product, is thereby improved.
В доменном процессе образованный шлак отделяют от чугуна, например, для чего чугун и шлак выпускают, и разделяют под действием силы тяжести, используя их взаимную нерастворимость друг в друге и различную плотность. Согласно формуле изобретения, шлак отделяют во время и/или после обработки. Расплав получают как жидкий чугунный продукт с содержанием углерода от 1 мас.% до 5 мас.%. Удаление шлака проводят, например, сливанием при наклоне. В результате отделения шлака, который образуется из содержащихся в губчатом железе пустой породы и добавок, удаляют имеющуюся в содержащем оксиды железа исходном материале пустую породу.In the blast furnace process, the formed slag is separated from the pig iron, for example, for which the pig iron and slag are tapped, and separated by gravity, taking advantage of their mutual insolubility in each other and different densities. According to the claims, the slag is separated during and/or after processing. The melt is obtained as a liquid cast iron product with a carbon content of 1 wt.% to 5 wt.%. Slag removal is carried out, for example, by draining while tilting. By separating the slag, which is formed from the gangue and additives contained in the sponge iron, the gangue present in the iron oxide-containing raw material is removed.
Полученное согласно изобретению расплавленное железо с содержанием углерода от 1,0 мас.% до 5 мас.% состоит главным образом из железа - оно представляет собой жидкий чугунный продукт; выражение «жидкий чугунный продукт» в настоящей заявке применяют синонимично названию «расплавленное железо» для образованного согласно изобретению расплавленного железа. Жидкий чугунный продукт с содержанием углерода от 1 мас.% до 5 мас.%. с точки зрения способа получения стали - например, LD/BOF – сходен с чугуном из доменной печи, то есть, он в принципе может быть переработан так же, как чугун из доменного процесса, то есть, с последующим производством стали при исключении доменного процесса. Чем выше содержание углерода, тем больше холодного скрапа может быть использовано при последующей переработке в сталь; повышенное количество холодного скрапа сокращает СО2-выбросы в расчете на единицу количества стали, образованной из полученного согласно изобретению жидкого чугунного продукта.The molten iron obtained according to the invention with a carbon content of 1.0 wt.% to 5 wt.% consists mainly of iron - it is a liquid cast iron product; The expression "liquid iron product" in the present application is used synonymously with the name "molten iron" for the molten iron formed according to the invention. Liquid cast iron product with carbon content from 1 wt.% to 5 wt.%. from the point of view of the method of steel production - for example, LD/BOF - is similar to blast furnace cast iron, that is, it can, in principle, be processed in the same way as blast furnace cast iron, that is, with the subsequent production of steel without the blast furnace process. The higher the carbon content, the more cold scrap can be used in subsequent processing into steel; the increased amount of cold scrap reduces CO 2 emissions per unit amount of steel formed from the liquid iron product obtained according to the invention.
Содержание углерода в жидком чугунного продукте предпочтительно составляет по меньшей мере 1,25 мас.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 1,5 мас.%. Содержание углерода в жидком чугунном продукте предпочтительно составляет до 4 мас.%, особенно предпочтительно до 3,5 мас.%, наиболее предпочтительно до 3 мас.%.The carbon content of the liquid iron product is preferably at least 1.25% by weight, particularly preferably at least 1.5% by weight. The carbon content of the liquid iron product is preferably up to 4 wt%, particularly preferably up to 3.5 wt%, most preferably up to 3 wt%.
При исполнении соответствующего изобретению способа может быть предпочтительной загрузка губчатого железа в ковш, в котором уже имеется небольшое количество губчатого железа как жидкое болото (остаток); например, этот остаток при опорожнении ковша остается после предшествующего осуществления соответствующего изобретению способа, но он может происходить также из другого источника, например, чугуна, который, например, получен в доменной печи.When performing the method according to the invention, it may be preferable to load the sponge iron into a ladle in which there is already a small amount of sponge iron as a slurry (residue); for example, this residue when emptying the ladle remains after the previous implementation of the method according to the invention, but it can also come from another source, for example cast iron, which, for example, is obtained in a blast furnace.
Полезные результаты изобретенияUseful results of the invention
Изобретение открывает возможность, начиная от губчатого железа, эффективно и экономично получать сталь без применения традиционного EAF-процесса (электродугового процесса) в промышленном масштабе. При этом могут быть использованы известные для чугуна технологии получения стали.The invention opens up the possibility, starting from sponge iron, to produce steel efficiently and economically without using the traditional EAF process (electric arc process) on an industrial scale. In this case, steel production technologies known for cast iron can be used.
Традиционный EAF-процесс для получения стали осуществляется в условиях окислительной среды для снижения содержания углерода при высокой температуре и высокой основности. В губчатом железе необходима более высокая степень металлизации и меньшее содержание пустой породы, чтобы сохранять низкими потери железа с оксидами железа в шлаке. Поэтому требуется применение высококачественных источников железа при получении подаваемого в традиционный EAF-процесс губчатого железа - при этом под «высококачественными» подразумевается, что в источниках железа присутствует малое количество пустой породы; чем меньше пустой породы вносится в EAF губчатым железом, тем меньшим оказывается количество шлака в EAF. Чем меньшим является количество шлака, тем меньшее количество железа может быть потеряно в виде оксида железа. Чем выше степень металлизации, тем меньше оксидов железа содержится в губчатом железе, сообразно чему соответственно сокращается опасность потери оксидов железа со шлаком.The traditional EAF process for steel production is carried out under oxidizing conditions to reduce carbon content at high temperature and high basicity. In sponge iron, a higher degree of metallization and a lower gangue content are required to keep the loss of iron to iron oxides in the slag low. Therefore, the use of high-quality iron sources is required when producing sponge iron fed into the traditional EAF process - with "high-quality" meaning that the iron sources contain a small amount of gangue; The less waste rock is added to the EAF by sponge iron, the less slag is added to the EAF. The smaller the amount of slag, the less iron can be lost as iron oxide. The higher the degree of metallization, the less iron oxides are contained in the sponge iron, accordingly, the risk of loss of iron oxides with the slag is correspondingly reduced.
При соответствующем изобретению технологическом режиме присутствует углерод; тем самым по меньшей мере часть содержащихся в губчатом железе оксидов железа может быть восстановлена углеродом, в результате чего применяемое губчатое железо также может быть использовано при более низкой степени металлизации, по сравнению с традиционным EAF-процессом. Благодаря восстановлению оксида железа становятся меньшими потери железа из-за содержащихся в шлаке оксидов железа, по сравнению с переработкой губчатого железа в традиционном EAF.In the process mode according to the invention, carbon is present; In this way, at least part of the iron oxides contained in the sponge iron can be reduced with carbon, with the result that the sponge iron used can also be used at a lower degree of metallization compared to the conventional EAF process. Thanks to iron oxide reduction, iron losses due to iron oxides contained in the slag are reduced compared to the processing of sponge iron in traditional EAF.
В результате присутствия углерода в расплаве также может быть снижен температурный диапазон процесса плавки, то есть, тот диапазон температур, в котором чугунный продукт переходит из твердого в жидкое агрегатное состояние, благодаря чему требуется меньше энергии, подводимой для расплавления. Это значит, что при получении стали, начиная от губчатого железа с применением соответствующего изобретению способа, требуется сравнительно меньший расход энергии, чем в случае традиционного EAF-процесса.As a result of the presence of carbon in the melt, the temperature range of the smelting process, that is, the temperature range in which the iron product changes from a solid to a liquid state of aggregation, can also be reduced, thereby requiring less energy input for melting. This means that the production of steel starting from sponge iron using the process according to the invention requires comparatively less energy consumption than in the case of the traditional EAF process.
Для создания чугунного продукта нет необходимости регулировать основность шлака на столь высокое значение, как для традиционного EAF-процесса, так как основная цель способа, в отличие от традиционного EAF-процесса, не состоит в получении стали. Соответственно этому, при основанном на губчатом железе получении стали с использованием соответствующего изобретению способа образуется меньшее количество шлака, чем в традиционном EAF-процессе - соответственно, губчатое железо может быть обработано с более высоким содержанием пустой породы из менее качественных сырьевых материалов при сравнимом с традиционным EAF-процессом количестве шлака. То есть, меньшему количеству шлака сравнительно с традиционным EAF-процессом способствует то обстоятельство, что соответствующий изобретению подход осуществляется при меньшей основности шлака и тем самым с меньшим количеством добавок, поскольку, по сравнению с EAF-процессом, основное внимание уделяется больше удалению пустой породы, нежели повышению качества стали. Меньшее количество шлака также означает меньший расход энергии для нагревания, соответственно, расплавления, так как нужно нагревать меньшее количество материала. Соответствующий изобретению способ предпочтительно выполняется при основности В2 ниже 1,3, особенно предпочтительно при основности В2 ниже 1,25, наиболее предпочтительно при основности В2 1,2.To create a cast iron product, it is not necessary to adjust the slag basicity to such a high value as for the traditional EAF process, since the main purpose of the process, unlike the traditional EAF process, is not to produce steel. Accordingly, in sponge iron-based steel production using the process according to the invention, less slag is generated than in the traditional EAF process - accordingly, sponge iron can be processed with a higher gangue content from lower quality raw materials at a comparable rate to traditional EAF - process amount of slag. That is, the smaller amount of slag compared to the traditional EAF process is facilitated by the fact that the approach according to the invention is carried out with a lower slag basicity and thus with fewer additives, since, compared to the EAF process, the focus is more on waste rock removal, rather than improving the quality of steel. Less slag also means less energy required for heating and therefore melting, since less material needs to be heated. The method according to the invention is preferably carried out with a B2 basicity below 1.3, particularly preferably with a B2 basicity below 1.25, most preferably with a B2 basicity of 1.2.
При использовании соответствующего изобретению способа может быть подвергнут обработке широкий спектр железных руд, так как часть пустой породы выводится в форме шлака с меньшими потерями железа уже при получении жидкого чугунного продукта с содержанием углерода 1,0%-5%. Тем самым стадии обработки жидкого чугунного продукта при получении стали не отягощены уже удаленным шлаком. В отличие от этого, перерабатывающий губчатое железо традиционный EAF-процесс обременен явно большими количествами шлака.When using the method according to the invention, a wide range of iron ores can be processed, since part of the waste rock is removed in the form of slag with less iron loss already upon obtaining a liquid iron product with a carbon content of 1.0% - 5%. Thus, the processing stages of the liquid cast iron product when producing steel are not burdened by the already removed slag. In contrast, the traditional EAF process for recycling sponge iron is burdened with clearly large quantities of slag.
Поскольку жидкий чугунный продукт с содержанием углерода от 1,0 мас.% до 5 мас.% в последующем способе получения стали - например, LD/BOF - в основном может быть переработан так же, как чугун из доменной печи, может быть получена сталь с соответствующими качественными характеристиками и универсальными возможностями применения; тем самым могут быть преодолены относящиеся к этому ограничения, обусловленные применением традиционного EAF-процесса, соответственно, можно отказаться от дорогостоящих дополнительных обработок.Since the liquid iron product with a carbon content of 1.0 wt.% to 5 wt.% in the subsequent steelmaking process - for example, LD/BOF - can basically be processed in the same way as blast furnace iron, steel with appropriate quality characteristics and universal application possibilities; In this way, the related limitations caused by the use of the traditional EAF process can be overcome and costly additional treatments can therefore be avoided.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения способа, проводят прямое восстановление восстановительным газом, состоящим более, чем на 45 об.%, из водорода H2. Чем выше содержание водорода, тем меньшим становится СО2-баланс соответствующего изобретению способа, соответственно, стали, полученной на основе жидкого чугунного продукта.According to one preferred embodiment of the method, direct reduction is carried out with a reducing gas consisting of more than 45 vol.% hydrogen H 2 . The higher the hydrogen content, the lower the CO 2 balance of the method according to the invention becomes, respectively, of the steel obtained from the liquid cast iron product.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, прямое восстановление проводят в реакторе прямого восстановления, и обработку в обрабатывающем реакторе, причем реактор прямого восстановления и обрабатывающий реактор пространственно отделены друг от друга. Губчатое железо может быть перенесено от реактора прямого восстановления к обрабатывающему реактору посредством транспортера.According to one preferred embodiment, the direct reduction is carried out in a direct reduction reactor, and the processing in a processing reactor, the direct reduction reactor and the processing reactor being spatially separated from each other. The sponge iron can be transferred from the direct reduction reactor to the treatment reactor by means of a conveyor.
Также возможно размещение реактора прямого восстановления и обрабатывающего реактора в общем устройстве, то есть, непосредственно смежными, без пространственного отделения друг от друга.It is also possible to place the direct reduction reactor and the processing reactor in a common device, that is, directly adjacent, without spatial separation from each other.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, подвод энергии производят посредством электрической дуги.According to one preferred embodiment, the energy is supplied via an electric arc.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, подвод энергии производят посредством электрического резистивного нагрева. При этом, например, речь может идти о проведении электролиза.According to one preferred embodiment, the energy supply is via electrical resistance heating. In this case, for example, we can talk about carrying out electrolysis.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, подвод энергии производят посредством созданной электрическим током водородной плазмы.According to one preferred embodiment, the energy is supplied via an electrically generated hydrogen plasma.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, подвод энергии производят частично введением кислорода для газификации углерода, введенного в расплав в твердом или жидком состоянии, или растворенного в расплаве углерода. Практически это выполняют, например, посредством горелки или с помощью фурм для подачи кислорода.According to one preferred embodiment, the energy supply is produced in part by introducing oxygen to gasify carbon introduced into the melt in a solid or liquid state, or carbon dissolved in the melt. In practice, this is done, for example, by means of a burner or with the help of oxygen supply lances.
Предпочтительно вводят кислород, который является по меньшей мере технически чистым.Preferably, oxygen is introduced which is at least commercially pure.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, регулирование содержания углерода в расплаве выполняют посредством вводимых источников углерода.According to one preferred embodiment, the carbon content of the melt is controlled by means of input carbon sources.
При этом речь может идти о твердых источниках углерода, и/или жидких источниках углерода, и/или газообразных источниках углерода. Источники углерода могут включать, например, угольную пыль, коксовую мелочь, пылевидный графит, или природный газ. Источники углерода также частично или полностью могут происходить из источников со связанным углеродом (углеродно-нейтральных), например, из биомассы, например, таких как древесный уголь; это улучшает СО2-баланс способа. Например, источники углерода могут быть введены через подводящие трубки или сопла в дне ванны.In this case, we can talk about solid carbon sources and/or liquid carbon sources and/or gaseous carbon sources. Carbon sources may include, for example, coal dust, breeze coke, pulverized graphite, or natural gas. Carbon sources may also be partly or wholly derived from fixed carbon sources (carbon neutral), for example from biomass, such as charcoal; this improves the CO 2 balance of the process. For example, carbon sources can be introduced through supply tubes or nozzles in the bottom of the bath.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, регулирование содержания углерода в расплаве выполняют введением кислорода. Если содержание углерода должно составлять величину выше желательного значения для расплавленного железа, введением кислорода может быть достигнуто окислительное снижение содержания углерода, например, углерод в расплаве может реагировать с образованием СО и улетучиваться из расплава в газообразном состоянии.According to one preferred embodiment, the carbon content in the melt is controlled by introducing oxygen. If the carbon content is to be higher than the desired value for the molten iron, an oxidative reduction in the carbon content can be achieved by introducing oxygen, for example, the carbon in the melt can react to form CO and escape from the melt in a gaseous state.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, восстановление по меньшей мере части содержащихся в губчатом железе оксидов железа производят посредством введением источников углерода.According to one preferred embodiment, the reduction of at least part of the iron oxides contained in the sponge iron is carried out by introducing carbon sources.
Речь может идти о твердых источниках углерода, и/или жидких источниках углерода, и/или газообразных источниках углерода. Например, источники углерода могут включать угольную пыль, коксовую мелочь, пылевидный графит, или природный газ. Источники углерода также частично или полностью могут происходить из углеродно-нейтральных источников, например, из биомассы, например, таких как древесный уголь; это улучшает СО2-баланс способа.These may be solid carbon sources and/or liquid carbon sources and/or gaseous carbon sources. For example, carbon sources may include coal dust, breeze coke, pulverized graphite, or natural gas. Carbon sources may also be partly or wholly derived from carbon-neutral sources, such as biomass, such as charcoal; this improves the CO 2 balance of the process.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, восстановление по меньшей мере части содержащихся в губчатом железе оксидов железа происходит посредством присутствующего в губчатом железе углерода.According to one preferred embodiment, the reduction of at least part of the iron oxides contained in the sponge iron occurs via the carbon present in the sponge iron.
Углерод может присутствовать в губчатом железе, например, в форме цементита (Fe3C), связанным и/или растворенным, и/или в виде элементарного углерода.Carbon may be present in sponge iron, for example in the form of cementite (Fe 3 C), bound and/or dissolved, and/or as elemental carbon.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, восстановление по меньшей мере части содержащихся в губчатом железе оксидов железа производят, по меньшей мере частично, посредством электрического тока. Это может быть выполнено, например, в условиях электролиза, или с использованием водородной плазмы.According to one preferred embodiment, the reduction of at least part of the iron oxides contained in the sponge iron is carried out, at least in part, by means of an electric current. This can be done, for example, under electrolysis conditions, or using hydrogen plasma.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, при обработке происходит снижение области плавления посредством введения твердых источников углерода, и/или жидких источников углерода, и/или газообразных источников углерода. При этом речь идет, например, об угольной пыли, коксовой мелочи, пылевидном графите, природном газе. Источники углерода также частично или полностью могут происходить из углеродно-нейтральных источников, например, из биомассы, например, таких как древесный уголь; это улучшает СО2-баланс способа. Снижение следует понимать в сравнении с температурой плавления железа. Соответствующий изобретению способ предпочтительно выполняют при температуре ниже 1550ºС, предпочтительно ниже температуры 1500ºС, особенно предпочтительно при температуре ниже 1450ºС.According to one preferred embodiment, the treatment reduces the melting region by introducing solid carbon sources and/or liquid carbon sources and/or gaseous carbon sources. We are talking, for example, about coal dust, coke breeze, pulverized graphite, and natural gas. Carbon sources may also be partly or wholly derived from carbon-neutral sources, such as biomass, such as charcoal; this improves the CO 2 balance of the process. The reduction should be understood in comparison with the melting point of iron. The method according to the invention is preferably carried out at a temperature below 1550ºC, preferably below a temperature of 1500ºC, especially preferably at a temperature below 1450ºC.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, при получении стали применяют LD/BOF-способ. Это предпочтительно выполняют с добавлением скрапа в количестве по меньшей мере 10 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 15 мас.%, особенно предпочтительно по меньшей мере 20 мас.%.According to one preferred embodiment, the LD/BOF process is used to produce steel. This is preferably carried out with the addition of scrap in an amount of at least 10% by weight, preferably at least 15% by weight, particularly preferably at least 20% by weight.
Дополнительным объектом настоящей заявки является устройство обработки сигналов с машиночитаемым программным кодом, которое имеет инструкции регулирования для исполнения соответствующего изобретению способа. Дополнительный объект настоящей заявки представляет собой машиночитаемый программный код для такого устройства обработки сигналов, причем программный код имеет инструкции регулирования, которые побуждают устройство обработки сигналов к исполнению соответствующего изобретению способа. Дополнительным объектом соответствующего изобретению способа является носитель информации с сохраняемым в нем такого рода машиночитаемым программным кодом.An additional object of the present application is a signal processing device with machine-readable program code, which has control instructions for executing the method according to the invention. A further aspect of the present application is computer readable program code for such a signal processing device, wherein the program code has control instructions that cause the signal processing device to execute the method of the invention. An additional object of the method according to the invention is a storage medium with such machine-readable program code stored therein.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Теперь изобретение будет разъяснено более подробно на примерах исполнения. Чертеж является примерным, и должен представлять именно сущность изобретения, но никоим образом не ограничивать или изображать его как окончательное. Как при этом показано:The invention will now be explained in more detail using examples of execution. The drawing is exemplary and is intended to represent exactly the essence of the invention, but in no way limit or depict it as final. As shown:
Фиг. 1 представляет схематическое изображение соответствующего изобретению порядка выполнения способа.Fig. 1 is a schematic representation of the method according to the invention.
Краткое описание вариантов осуществления изобретенияBrief Description of Embodiments of the Invention
ПримерыExamples
Фиг. 1 схематически показывает соответствующий изобретению порядок осуществления способа получения расплавленного железа. Губчатое железо 10 получают из содержащего оксиды железа исходного материала 11 прямым восстановлением в реакторе 12 прямого восстановления посредством восстановительного газа 13. Восстановительный газ 13 состоит по меньшей мере из 20 об.% водорода Н2. Губчатое железо 10 вводят в обрабатывающий реактор 20. В обрабатывающем реакторе 20 его подвергают обработке. Обработка включает подвод энергии, который представлен стрелкой 30. Подвод энергии производят по существу в виде электрической энергии.Fig. 1 schematically shows the process for producing molten iron according to the invention. The sponge iron 10 is produced from the iron oxide-containing starting material 11 by direct reduction in a direct reduction reactor 12 by means of a reducing gas 13. The reducing gas 13 consists of at least 20 vol.% hydrogen H 2 . The sponge iron 10 is introduced into the treatment reactor 20. It is processed in the treatment reactor 20. The processing involves the supply of energy, which is represented by arrow 30. The supply of energy is substantially in the form of electrical energy.
Обработка включает введение добавок 40. При обработке образуются расплав 50 и шлак 60. Шлак имеет основность В2 менее 1,3.The processing includes the introduction of additives 40. During processing, a melt 50 and slag 60 are formed. The slag has a basicity B2 of less than 1.3.
Обработка включает регулирование содержание углерода в расплаве 50; к примеру, это представлено добавлением источников 70 углерода.The processing includes adjusting the carbon content in the melt 50; for example, this is represented by the addition of 70 carbon sources.
Обработка включает восстановление по меньшей мере части содержащихся в губчатом железе 10 оксидов железа.The treatment involves reducing at least a portion of the 10 iron oxides contained in the sponge iron.
Во время и/или после обработки удаляют шлак 60, что более конкретно не показано. Расплав 50 представляет собой желательное расплавленное железо с содержанием углерода 1-5 мас.%. Например, как это представлено пунктирной стрелкой, он может быть направлен в конвертер 80 для получения стали LD-способом с использованием дутьевой фурмы 90.During and/or after processing, slag 60 is removed, which is not more specifically shown. Melt 50 is a desired molten iron with a carbon content of 1-5 wt.%. For example, as represented by the dotted arrow, it may be sent to the converter 80 to produce steel using the LD process using a blow lance 90.
Губчатое железо 10 получают из содержащего оксиды железа исходного материала прямым восстановлением посредством восстановительного газа; при этом восстановительный газ состоит, например, по меньшей мере на 20 об.% из водорода.The sponge iron 10 is produced from the iron oxide-containing raw material by direct reduction through a reducing gas; wherein the reducing gas consists, for example, of at least 20 vol.% hydrogen.
Прямое восстановление проводят в реакторе прямого восстановления, и обработку в обрабатывающем реакторе 20. Реактор прямого восстановления и обрабатывающий реактор 20 могут быть пространственно отделены друг от друга, причем губчатое железо может быть передано из реактора прямого восстановления в обрабатывающий реактор посредством транспортера.The direct reduction is carried out in a direct reduction reactor, and the processing is carried out in a treatment reactor 20. The direct reduction reactor and the treatment reactor 20 can be spatially separated from each other, and the sponge iron can be transferred from the direct reduction reactor to the treatment reactor via a conveyor.
Также возможно размещение реактора прямого восстановления и обрабатывающего реактора 20 в общем устройстве, то есть, непосредственно смежными, без пространственного отделения друг от друга.It is also possible to place the direct reduction reactor and the processing reactor 20 in a common device, that is, directly adjacent, without spatial separation from each other.
Список ссылочных позицийList of reference items
10 губчатое железо10 sponge iron
11 содержащий оксиды железа исходный материал11 iron oxide containing raw material
12 реактор прямого восстановления12 direct reduction reactor
13 восстановительный газ13 reducing gas
20 обрабатывающий реактор20 processing reactor
30 подвод энергии30 power supply
40 добавки40 supplements
50 расплав50 melt
60 шлак60 slag
70 источник углерода70 carbon source
80 конвертер80 converter
90 дутьевая фурма90 blow lance
Claims (27)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20204857.5 | 2020-10-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819943C1 true RU2819943C1 (en) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1438615A3 (en) * | 1984-11-15 | 1988-11-15 | Фоест- Альпине Аг,(Фирма) | Method and apparatus for producing moltem iron or steel semi-product |
| US5259865A (en) * | 1992-10-06 | 1993-11-09 | Bechtel Group, Inc. | Very low slag iron making process |
| WO1995035394A1 (en) * | 1994-06-22 | 1995-12-28 | Zaptech Corporation | Method for producing steel |
| US6149709A (en) * | 1997-09-01 | 2000-11-21 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method of making iron and steel |
| RU2372407C2 (en) * | 2004-01-30 | 2009-11-10 | Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед | Receiving of iron and steel |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1438615A3 (en) * | 1984-11-15 | 1988-11-15 | Фоест- Альпине Аг,(Фирма) | Method and apparatus for producing moltem iron or steel semi-product |
| US5259865A (en) * | 1992-10-06 | 1993-11-09 | Bechtel Group, Inc. | Very low slag iron making process |
| WO1995035394A1 (en) * | 1994-06-22 | 1995-12-28 | Zaptech Corporation | Method for producing steel |
| US6149709A (en) * | 1997-09-01 | 2000-11-21 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method of making iron and steel |
| RU2372407C2 (en) * | 2004-01-30 | 2009-11-10 | Текнолоджикал Ресорсиз Пти. Лимитед | Receiving of iron and steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7670819B2 (en) | Steel production from iron melt | |
| Holtzer et al. | The recycling of materials containing iron and zinc in the OxyCup process | |
| AU6016801A (en) | Process for manufacturing molten metal iron | |
| KR100580347B1 (en) | Method of treating slag or slag mixture in iron bath | |
| RU2819943C1 (en) | Production of steel from molten iron | |
| JP2024524153A (en) | Iron briquette | |
| Zhang | The past, present and future of electric smelting furnaces | |
| US6314123B1 (en) | Method for continuous smelting of solid metal products | |
| JP5082678B2 (en) | Hot metal production method using vertical scrap melting furnace | |
| JPH0563541B2 (en) | ||
| US6375711B1 (en) | Steelmaking using magnesium carbonate | |
| KR101552142B1 (en) | Agent for dephosphorization and treatment method of molten metal using the same | |
| RU2805114C1 (en) | Steel melting method in electric arc furnace | |
| FI69647B (en) | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING OCH BEHANDLING AV FERROKROM | |
| JP7705450B2 (en) | Manganese alloy manufacturing method and manufacturing device thereof | |
| JPH11343514A (en) | Melting method of high carbon molten steel using bottom blowing converter | |
| JP4751010B2 (en) | Blast furnace operation method | |
| KR101677341B1 (en) | Highly efficient method for hot metal pretreatment | |
| JP3671000B2 (en) | Dephosphorization method for hot metal | |
| JPH01252715A (en) | How to operate an iron bath smelting reduction furnace | |
| KR20210142090A (en) | How to make iron in a metallurgical vessel | |
| JP3806282B2 (en) | Method of melting iron-containing cold material | |
| JPH08209228A (en) | Steel making method | |
| EA044686B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING MOLTEN STEEL | |
| US847300A (en) | Producing metallic silicid. |