CN114981454A

CN114981454A - 用于碱性氧气炉的液态进料

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Publication number: CN114981454A
Application number: CN202180008931.4A
Authority: CN
Inventors: P·G·J·博尔森; J·L·T·哈格
Original assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Current assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-08-30
Also published as: US20230032245A1; KR20220126726A; EP4090777A1; AU2021208412A1; WO2021144284A1; BR112022012223A2; CA3163853A1; MX2022008692A

Abstract

本发明涉及用于碱性氧气炉的液态进料、获取液态进料的方法和生产液态进料的炼钢设备，其中液态进料包含增碳的熔化废料的第一液态铁料流和来自炼铁工艺的第二液态铁料流，从而在制备高品质钢产品时允许最大程度地利用废料引入量。

Description

用于碱性氧气炉的液态进料

本发明涉及用于碱性氧气炉的液态进料，获得液态进料的方法和炼钢设备。

目前，在联合炼钢场地上，最大废料(scrap)使用约为总生产量的20％至25％，尽管15至20％更为常见。

此外，大多数联合场地对镀锌废料的使用有限制，该废料通常起源于高价值钢产品。镀锌钢被广泛用于各种工业应用，例如汽车行业。该产品成功防止了钢的腐蚀。但是，镀锌的废料不能在联合炼钢场地中使用，因为含锌(Zn)废料既不能在高炉中也不能在碱性氧气炉中使用。

因此，废料尤其是镀锌废料的使用对产品的循环利用提出挑战。

可以处理较高的废料量以及镀锌涂覆废料的引入的众所周知方法是，在废料熔化单元(SMU)例如电弧炉(EAF)或电感炉(IF)中将废料熔化并将其直接变成新钢。然后，对Zn载量没有真正的限制，并且可以通过一个或两个附加的加工步骤将富Zn物用于金属Zn生产，以进一步富集它。

该方法的缺点是对可以制造的钢品质的限制，原因之一是残存元素例如铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)或锡(Sn)随着循环利用增多而在钢中积聚，并且在炼钢中无法将其除去。另一个原因是EAF和IF炼钢都渴望达到钢中低氮水平，这可以通过(碱性氧气炉)BOF炼钢来实现。因此，高品质的钢产品(例如用前废料)将被加工成低品质的钢产品，这不能视为可持续和循环的工艺。

或者，已知将废物料流转换为中间产品的方法。例如，回转炉可用于将锌/铁废物料流转换为锌精选物(concentrate)和直接还原铁(DRI)。DRI和锌精选物都是中间产品。固体DRI可以例如在高炉、炼钢车间或电弧炉中加工成液态金属。

例如，US2007/0079667A1描述了一种通过再利用废物材料生产不锈钢的方法。

本发明的目的是提供用于高品质钢产品的液态进料，以及获得这种液态进料的方法。

本发明的液态进料和获取这种液态进料的方法提供了将废料(特别是镀锌废料)再回收成高品质钢产品的解决方案，同时任选地回收锌，从而在联合炼钢设备中实现可持续和循环的工艺。

在第一方面，提供了用于碱性氧气炉的液态进料，其包含碳化熔化废料的第一液态铁料流(1)，和来自炼铁工艺的第二液态铁料流(2)。通过结合各种液态铁料流，可以实现更高的废料引入量，而不会损害高品质钢产品所需的残存元素要求或氮夹杂。此外，所有液态铁料流都是在炼铁工艺的结束阶段。

可以从废料熔化单元如EAF或IF中获得增碳的熔化废料。用碳例如粉煤、焦炭或木炭对熔化废料增碳，以获得第一液态铁料流。优选地，第一液态铁料流的碳含量为至少1重量％，更优选至少2重量％，以在BOF工厂中确保受控过程。碳含量优选应为最多4重量％，以确保节能工艺。熔化废料可以是任何类型的废料，包括镀锌废料。发明人意识到，通过增碳该熔化废料，去除了废料中的氧，从而使废料成为用于BOF工厂的合适来源。通过增碳该熔化废料，确保了对BOF工厂中放热过程的充分控制。因此，可以在BOF工厂中有效去除熔化废料中固有存在的氮，并从而防止了在EAF基钢中通常存的氮夹杂物。

第二液态铁料流来自炼铁工艺，例如来自高炉或熔炼还原单元(SRU)，例如HIsarna。第二液态铁料流通常具有低量的残存元素。HIsarna炼铁工艺是用于炼铁的直接还原铁的工艺，其中将含金属材料几乎直接加工成液态铁。在EP 0726 326 A1(通过引用并入本文)中描述了HIsarna过程和设备。该含金属材料是铁矿石，任选地用热压铁块(HBI)、直接还原铁(DRI)或废料进行补充。第二液态铁料流的碳含量优选是至少2重量％，以确保在BOF工厂中的受控过程。第二液态铁料流的典型碳含量在3-5重量％的范围内，优选在3-4重量％的范围内。优选地，第二液态铁料流来自熔炼还原单元。

通过在用于BOF工厂的液态进料中结合来自增碳的熔化废料的第一液态铁料流和第二液态铁料流，可以通过选择废料混合和液态铁料流之间的比率来控制残存元素的水平。此外，通过除去BOF工厂中的氮，在最终钢产物中防止了氮夹杂物。因此，根据本发明的液态进料可用于生产高品质的钢产品，同时允许大的废料引入量。

可以在热金属包中合并液态铁料流，任选地进行再加工，例如通过脱硫或撇渣进行，且可以在BOF工厂纯化和转换成钢。

任选地，可以在液态进料中包括来自炼铁工艺的第三液态铁料流。该第三液态铁料流可能起源于高炉或熔炼还原单元。

所有液态料流都处于炼铁过程的结束阶段，并且要合并成BOF工艺用的液态进料。将液态进料加工成BOF转炉中的钢。在BOF废料中，可以添加DRI、HBI和/矿石，例如用于温度控制。高品质的钢产品可以通过本领域公知的传统技术制备。

在本发明的实施方案中，液态进料包含最多0.04重量％Cu和/或最多0.02重量％Sn和/或在0.04重量％Cr和/或最多0.04重量％Ni和/或最多0.02重量％Mo(除非另有说明，否则所有组成百分比均为重量计(重量％))。将这些残存元素或残留元素定义为不是故意添加到钢中的元素，且不能通过简单的冶金过程去除。残留元素从矿石、焦炭、溶剂和废料中的杂质中进入钢；其中，废料被认为是残留元素的主要来源。通过根据本发明将至少两种来自不同源的液态铁料流合并，可以根据最终产品的要求调整残存元素的量，同时维持包括大量废料的可能性。

在本发明的实施方案中，液态进料可包含最多0.5重量％硅(Si)，最多0.3重量％Si，最多0.1重量％Si。通过保持低量的Si，产生较少的热量，且减少了炼钢过程中渣料形成，从而减少了废物。这可以通过从熔炼还原单元中选择第二或第三液态铁料流来实现，该单元通常含有低量的Si。

在本发明的实施方案中，液态进料可包含最多0.1重量％磷(P)，优选最多0.05重量％P，更优选最多0.02重量％P。通过保持低量的P，可以得到新的高品质钢产品。此外，炼钢过程中的炉渣形成减少，从而减少废物。这可以实现，因为来自熔炼还原单元的液态铁料流通常包含低P。

在本发明的实施方案中，液态进料包含至少25体积％，优选至少30体积％，更优选至少35体积％的第一液态铁料流和至少40体积％，优选至少45体积％，更优选至少50体积％的第二铁料流。通过增加第二液态铁料流的百分比，用于第一液态铁料流的废料可具有更高的杂质，因为第二液态铁料流具有高的纯度。这允许废料选择方面的最大灵活性。

在本发明的实施方案中，第一液态铁料流的增碳的熔化废料起源于镀锌废料。SMU可以将镀锌废料熔化，同时将锌以氧化锌捕获在尘中。这具有一个优势：镀锌废料可以在第一液态铁料流中使用。与常规的SMU制钢不同，可以将用于碱性氧气炉的液体进料中的增碳熔化废料用于高品质的钢产品。

在本发明的第二方面，提供了一种获得用于碱性氧气炉的液态进料的方法，包括步骤：

-在废料熔化单元中熔化废料，

-在废料中熔化单元中增碳该熔化废料以获得第一液态铁料流，

-在炼铁过程中制备第二液态铁料流，

-任选地，在炼铁过程中制备第三液态铁料流，

-结合所述液态铁料流以获得用于碱性氧气炉的液态进料。

第一液态铁料流是通过在废料熔化单元如EAF或IF中熔化和增碳废料制备的。在SMU中填充废料。将废料加热到其熔化的温度T_熔化以上，通常在1400℃-1600℃之间。熔化废料可以通过在熔化废料中用喷枪吹出碳源来增碳。碳源可为粉末化的煤炭或木炭。优选在大气压力下熔化废料。废料可以是任何类型的废料，包括含锌的镀锌废料。

在一实施方案中，将废料熔化单元中的条件设置为获得碳含量为1-4重量％的第一液态铁料流。在常规工艺中，熔化废料未被增碳，且通常的碳含量低于0.5重量％。然而，希望至少1重量％的碳含量以使液态铁料流适合于BOF工厂，以便在BOF工厂中确保受控过程。

优选在熔炼还原单元(例如HIsarna)中制备第二液态铁料流。HIsarna炼铁过程是用于炼铁的直接还原铁过程，其中将含金属材料几乎直接加工成液态铁。含金属材料是铁矿石，任选地使用HBI、DRI或废料补充。

在一实施方案中，设置熔炼还原单元中的条件，以获得碳含量为3-4重量％的第二液态铁料流。

然后，合并第一和第二液态铁料流，和任选第三液态铁料流。选择条件和起始材料，以使产生于合并的液态铁料流的液态进料的品质适用于生产高品质的钢产品。优选地，液态进料的残存元素的量低。优选液态进料包含最多0.04重量％Cu、最多0.02重量％Sn、最多0.04重量％Cr、最多0.04重量％Ni、和最多0.02重量％Mo。

液态铁料流可以按任何顺序合并。它们可被放到容器中，例如在热金属包中。合并的液态铁料流应保持为液体，并且容器中的总体温度应高于1400℃。在容器中，可以任选进行标准操作，例如脱硫和/或撇渣。将合并的液态进料填充到转炉。任选地，在BOF转炉中将液态铁料流进行合并。

在一个实施方案中，可混合液态进料，例如通过脱硫。

在BOF中，将液态进料加工成液钢。在BOF中，废料/DRI/HBI/矿石可用于温度控制。高品质的钢产品可以通过众所周知的传统技术制备。

总体而言，可以在根据本发明的方法中加工显著更高量的废料，而不会损害钢产品的品质。

在一个实施方案中，通过在SMU中对镀锌的废料进行熔化和增碳制备第一液态铁料流，并在熔炼还原单元中制备第二液态铁料流。将源自镀锌废料的锌作为锌尘收集，通常包含约20重量％ZnO。然后，在熔炼还原单元中注入锌尘，同时产生了次级液态铁料流。为了进一步在熔炼还原单元中富含锌含量，可以任选地在熔炼还原单元中使用富含锌的铁矿石或镀锌废料。在熔炼还原单元中，将锌进一步富集以提供作为有价值副产品的锌精选物，其通常包含至少60重量％ZnO，例如如WO2019/185863中所述，将其通过引用并入本文。可以进一步加工锌精选物，例如用于镀锌钢产品。因此，本发明的实施方案将源自高品质产品的废料以及有价值的锌回收再利用为新的高品质产品，从而产生了用于镀锌钢的可持续和循环工艺。

在本发明的第三方面，提供了一种根据权利要求15所述的炼钢设备。

根据本发明的炼钢设备将具有一个优势：与常规布局相比，可以加工显著更高量的废料。此外，可以使用更广泛的废料品种，例如镀锌废料。如果使用镀锌废料，则在SMU中收集锌尘并注入SRU中。在SRU中，将锌尘富集成锌精选物，其最终可用于对钢产品镀锌。

图1中用非限制实施例进一步说明了本发明。

图1示出了提供第一液态铁料流(1)的SMU、提供第二液态铁料流(2)的SRU和提供第三液态铁料流(3)的BF。用镀锌废料填充SMU，在约1500℃熔化，并用粉末化的煤增碳，用喷枪将煤吹到熔化的废料中，以例如获得碳含量为2.5重量％的第一液态铁料流。SMU进一步捕获了锌尘，包含约15重量％的氧化锌。

HIsarna用于提供第二液态铁料流(2)，并填充铁矿石和煤以及10重量％的废料，以产生第二液态铁料流。还如WO2019/185863所述注入源自SMU的锌尘，从而获得了包含超过40重量％的氧化锌的锌精选物，并利用所有存在于锌尘的铁。

使用0％废料，高炉提供第三液态铁料流(3)。

将这些液态铁料流合并在一起以在容器例如热金属包中获得液态进料(10)，比例为50体积％的第一液态铁料流，40体积％的第二液态铁料流和10体积％的第三液态铁料流。连续地将液态铁料流从源放到包中。将液态进料(10)保持在约1400℃的温度下。获得的液态进料具有0.1重量％Si、0.01重量％P、0.03重量％Cu和0.01重量％Sn、从而允许生产高品质的钢产品。在将液态进料填充到转炉(碱性氧气炉)中之前，将液态进料脱硫以获得0.01重量％的S。脱硫也有助于液态进料的混合。在碱性氧气炉中的一级制钢过程中，N降低至10ppm的水平，并获得高品质的初级钢。在碱性氧气炉中，将10重量％的废料添加到转炉中用于温度控制。

因此，根据本发明可以在初级制钢过程中实现大于50重量％的总体废料比率，同时允许生产高品质的钢产品。如果以最大废料率运行SMU和HIsarna，则可以将废料率提高到高达75重量％，从而对循环经济产生贡献。

Claims

1.用于碱性氧气炉的液态进料(10)，包含增碳的熔化废料的第一液态铁料流(1)和来自炼铁工艺的第二液态铁料流(2)。

2.根据权利要求1所述的液态进料，进一步包含第三液态铁料流(3)。

3.根据权利要求1或2所述的液态进料，其中第二液态铁料流(2)和/或第三液态铁料流包含从高炉和/或熔炼还原单元获得的液态铁。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的液态进料，其中第二液态铁料流是从熔炼还原单元中获得的。

5.根据任一前述权利要求所述的液态进料，其中第一液态铁料流的碳含量在2-4重量％范围内和/或第二液态铁料流的碳含量在3-5重量％的范围内。

6.根据任一前述权利要求所述的液态进料，包含至少25体积％的第一液态铁料流和至少40体积％的第二液态铁料流。

7.根据任一前述权利要求所述的液态进料，包含最多0.5重量％的Si。

8.根据任一前述权利要求所述的液态进料，包含最多0.04重量％Cu和/或最多0.02重量％Sn和/或最多0.04重量％Cr和/或最多0.04重量％Ni和/或最多0.02重量％Mo。

9.根据任一前述权利要求所述的液态进料，其中增碳的熔化废料包含镀锌废料。

10.获得用于碱性氧气炉的液态进料的方法，包括以下步骤：

-在废料熔化单元中熔化废料，

-在废料熔化单元中对熔化的废料增碳以获得第一液态铁料流，

-在炼铁过程中制备第二液态铁料流，

-任选地在炼铁过程中制备第三液态铁料流，

-合并这些液态铁料流以获得用于碱性氧气炉的液态进料。

11.权利要求10的方法，其中镀锌废料包含锌。

12.根据权利要求10或11的方法，其中在熔炼还原单元中制备第二液态铁料流。

13.根据权利要求10-12中的任一项所述的方法，其中在高炉中制备第三液态铁料流。

14.根据权利要求12或13的方法，进一步包括步骤：

-在废料熔化单元中从镀锌废料中回收原生锌尘

-将回收的锌尘中注入到熔炼还原单元

-在制备第二液态铁料流时，在熔炼还原单元中将锌尘富集成锌精选物。

15.炼钢设备，包含提供第一液态铁料流和原生锌尘的废料熔化单元，提供第二液态铁料流和任选的锌精选物的熔炼还原单元，以及碱性氧气炉，其中对碱性氧气炉进料来自废料熔化单元和熔炼还原单元的合并的液态铁料流。

16.根据权利要求15的炼钢设备，其中将来自废料熔化单元中的原生锌尘进料到熔炼还原单元以获得锌精选物。