DE102007050478A1

DE102007050478A1 - Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung mit Direktreduktionsöfen für Ferrochrom und Ferronickel auf der Primärseite eines Konverters

Info

Publication number: DE102007050478A1
Application number: DE102007050478A
Authority: DE
Inventors: Johann Dr. Reichel; Lutz Rose
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-04-30
Also published as: EP2207905A1; WO2009053044A1; BRPI0818714A2; US20100288078A1; AU2008315932A1; BRPI0818714B1; TW200920852A; KR101174705B1; CN101835911A; ZA201002190B; BRPI0818714A8; KR20100056570A; JP2011500965A; JP5583585B2; TWI392742B; AU2008315932B2; EP2207905B1; ES2426455T3; US8133296B2

Abstract

Um zur Herstellung von Rostfreistahl mit den Legierungselementen Chrom und Nickel eine wesentliche Reduktion der Stahlherstellungskosten zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die erforderliche zwischenzeitliche Erzeugung von Ferrochrom und Ferronickel in zwei getrennte Direktreduktionsprozesse auf der Basis von kostengünstigem Chromerz und Nickelerz in zwei parallel auf der Primärseite eines weiterverarbeitenden Konverters (6) angeordneten SAF (3, 4) durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung auf der Basis von Chromerz und Nickelerz in mehreren über die Zwischenprodukte Ferrochrom und Ferronickel aufeinander abgestimmten Verfahrensschritten.
Die bisher weltweit etablierten Prozesslinien für Rostfreistahl bestehen fast ausschließlich aus einer Kombination von EAF-AOD-L (Duplex-Verfahren) oder EAF-AOD-L (MRP-L)-VOD (Triplex-Verfahren).
Der EAF Einsatz gestaltet sich unterschiedlich je nach Schrottverfügbarkeit bzw. Schrott- und Roheisenverfügbarkeit. Die Entwicklung des Verfahrens liegt derzeit bei der Anwendung von Roheisen bzw. Flüssigchrom nebst einem verminderten Anteil von niedrig- bzw. hochlegiertem Schrott, kombiniert mit Legierungen.
Den meisten Anteil unter den Legierungselementen bilden dabei Chrom und Nickel. Nickel stellt dabei den teuersten Bestandteil dar. Limitierte Ressourcen von Nickel angesichts des ständig wachsenden Endverbrauchermarkts und damit der Weltproduktion sind die Hauptursachen des wachsenden Bedarfs an Nickel und damit der wachsenden Nickel-Preise.
Neue Technologien sind gesucht, um den Stahl-Materialpreis kostengünstig zu gestalten.
So wird in der EP 1 641 946 B1 ein Verfahren zur Herstellung einer legierten Metallschmelze vorgeschlagen mit dem Ziel, Produktionskosten bei hoher Qualität zu minimieren und Abfallstoffe wie Cr-haltige, bzw. Cr- und Ni-haltige Stäube und Schlacken in den Erzeugungsprozess zurückzuführen. Das Verfahren besteht aus folgenden hintereinander durchgeführten Verfahrensschritten in verschiedenen Konvertern mit Auf- und Unterbadblasen, wobei in jedem Verfahrensschritt flüssiges Roheisen aus einem Roheisenmischer in den jeweiligen Konverter chargiert wird:

1. Verfahrensschritt: Herstellen einer vorlegierten Schmelze mit 20,3% Cr und 2% Ni und einer Temperatur von 1560°C in einem Recycling Konverter.
2. Verfahrensschritt: Einbringen eines Cr-Trägers und eines zusätzlichen Reduktionsmittels, eines Schlackenbildners und eines fossilen Energieträgers in die erste vorlegierte Schmelze in einen KMS-S Konverter und Herstellung einer legierten Vorschmelze für den dritten Verfahrensschritt mit 25,9% Cr und 1,38% Ni und einer Temperatur von 1500°C.
3. Verfahrensschritt: Abschließende Behandlung in einem K-OBM-S Konverter und unter Zugabe von insbesondere Ferrolegierungen mit Durchführung eines Entkohlungsprozesses und Einstellung einer legierten Stahlschmelze mit der vorbestimmten chemischen Analyse von 18,14% Cr und 8,06% Ni und einer vorbestimmten Temperatur von 1680°C.

Eine andere Technologie zur Erzeugung von Edelstahl wird in der US 5,514,331 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden folgende Verfahrensschritte mit folgenden beispielhaften Ergebnissen durchgeführt:

– Herstellen von flüssigem Ferrochrom mit einem Gehalt von 52% Cr in einem Arc Furnace,
– Chargieren des flüssigen Ferrochroms in einen Ferrochrom-Konverter, in dem unter Zugabe von stückigem Kohlenstoffstahl-Schrott (Carbon Steel Scrap) eine Stahlschmelze mit einem Chromgehalt von 35% erzeugt wird,
– Einfüllen dieser Stahlschmelze in eine Transportpfanne und Zuchargieren einer zweiten Stahlschmelze, die in einem weiteren Arc Furnace mit einem Gehalt von 13% Nickel und etwas Chrom erschmolzen wird,
– Einfüllen der in der Transportpfanne enthaltenden Mischschmelze mit einem Gehalt von 19% Cr und 6,6% Ni in einen AOD Konverter, in dem schließlich ein Endprodukt mit einem Gehalt von 18% Cr und 8% Ni erzeugt wird.

Ausgehend von diesem geschilderten Stand der Technik mit den bisher bekannten Verfahrensabläufen zur Herstellung von Rostfreistahl mit den Legierungselementen Chrom und Nickel ist es Aufgabe der Erfindung, einen Verfahrensweg aufzuzeigen, mit dem eine wesentliche Reduktion der Stahlherstellungskosten durch die Direktnutzung von Chromerz und Nickelerz ermöglicht wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass die vorstehend genannten aufeinander abgestimmten Verfahrensschritten durch den folgenden in einer Prozesslinie durchgeführten Verfahrensablauf gekennzeichnet sind:

– Erzeugung von flüssigem Stahl mit Ferrochrom und flüssigem Stahl mit Ferronickel in zwei getrennten Direktreduktionsprozessen unter Einsatz von kos tengünstigen Chromerz- bzw. Nickelerz-Rohstoffmischungen in zwei auf der Primärseite eines weiterverarbeitenden Konverters parallel angeordneten Direktreduktionsöfen, beispielsweise SAF-Öfen,
– Abstechen des flüssigen Stahls aus beiden Direktreduktionsöfen in eine Transportpfanne, wobei zunächst flüssiger Stahl mit Ferrochrom und danach flüssiger Stahl mit Ferronickel abgestochen wird,
– Chargieren der in der Transportpfanne enthaltenden Metallmischung aus flüssigem Stahl mit Ferrochrom und flüssigem Stahl mit Ferronickel in einen weiterverarbeitenden Konverter,
– Herstellung des Rostfreistahls in gewünschter Qualität im Konverter durch typisches Frischen der Metallmischung, Schlackenreduktion und Feineinstellung der chemischen Zielanalyse,
– Abstechen des erzeugten flüssigen Rostfreistahls in eine Gießpfanne und Transport des Rostfreistahls zu einer Gießmaschine.

Durch die erfindungsgemäße Auftrennung der Erzeugung von Ferrochrom und Ferronickel auf zwei in der Prozesslinie parallel vor einem weiterverarbeitenden Konverter, wobei als Konverter beispielsweise ein AOD, AOD-L bzw. MRP, MRP-L verwendet werden können, wird durch die Direktnutzung der beiden Erze von Chrom und Nickel eine deutliche Reduzierung der Stahlherstellungskosten erzielt. Zwar sind die Investitionskosten der Reduktionsöfen (Submerged Arc Furnace) mit den dazugehörigen Anlagen ca. 9× höher als die klassische Linie EAF-AOD-L, allerdings sind die Rohmaterialkosten in ca. gleichem Verhältnis günstiger. Damit ist die Investition sehr schnell amortisierbar. Darüber hinaus ist der Prozess wegen der alleinigen DRI (Direktreduktion des Eisens) bzw. Schrott-Zugabe im Konverter wesentlich einfacher zu führen.
Die auf der primären Seite der Prozesslinie stattfindenden zwei Direktreduktionsprozesse mit dem Einsatzmaterial Nickel- und Chromerz liefern in ca. einstündi gem Takt beispielsweise ca. 340 kg/t_Stahl flüssiges Ferrochrom mit ca. 55% Cr und ca. 540 kg/t_Stahl flüssiges Ferronickel mit ca. 15% Ni mit jeweils etwa ca. 1600°C. Beide Metalle werden in der Reihenfolge Ferrochrom und danach Ferronickel in eine Transportpfanne abgestochen und mit dieser zu einem weiterverarbeitenden Konverter transportiert, in dem das typische Frischen der Metallmischung mit einem Gewichtaufbau mittels Direktreduktion des Eisens (DRI) bzw. mittels Kohlenstoffschrott in einer Menge von ca. 160 kg/t_Stahl durchgeführt wird. Das DRI bzw. der Kohlenstoffschrott übernimmt hierbei auch die Funktion des Kühlens der Schmelze zur Kompensation der hohen Energieentwicklung durch die Oxidationsreaktionen von Kohlenstoff, Silizium und zum Teil von Chrom und Eisen. Der Konverter-Prozess endet mit einer Schlackenreduktion und Feineinstellung der chemischen Zielanalyse.
Phosphor tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren nur in geringeren Mengen auf, so dass dieses Element unproblematisch für die Rostfreistähle zu betrachten ist, und höhere Schwefelgehalte werden im Konverter Prozess mit ausreichender Effizienz entfernt.
Nachfolgend wird an einem Aufführungsbeispiel einer beispielhaften, schematisch dargestellten Prozesslinie das Verfahren der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnungsfigur ist eine Prozesslinie 10 mit beispielhaft ausgewählten Einzelkomponenten, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, schematisch dargestellt. Die Materialflussrichtung zwischen den Einzelkomponenten, die durch jeweils einen Doppelpfeil eingezeichnet ist, beginnt in der Zeichnungsfigur oben links und verläuft nach unten rechts.
Den Anfang der Prozesslinie 10 bilden zwei Direktreduktionsöfen, ein SAF 3 zur Ferrochromerzeugung und ein SAF 4 zur Ferronickelerzeugung. Neben jedem dieser Direktreduktionsöfen sind die zum Einsatz kommenden Rohstoffmischungen 1, 2 in Form unterschiedlich großer Anhäufungen eingezeichnet.
Die Durchschnittszusammensetzungen der Rohstoffmischungen 1, 2 zur Durchführung der erfindungsgemäßen primären Direktreduktion sind wie folgt:

– Chromerz-Rohstoffmischung 1 = Koks, Chromerz mit 24–37% Cr, ca. 30% Fe
– Nickelerz-Rohstoffmischung 2 = Koks, Nickelerz mit 1,2–1,5% Ni, ca. 15% Fe.

Die mit diesen Rohstoffmischungen 1, 2 in den SAF 3, 4 durchgeführten Reduktionsprozesse liefern in ca. einstündigem Takt beispielsweise:

SAF 3 ca. 340 kg/t_Stahl flüssiges Ferrochrom mit ca. 55% Cr mit ca. 1600°C sowie

SAF 4 ca. 540 kg/t_Stahl flüssiges Ferronickel mit ca. 15% Ni mit etwa gleicher Temperatur von ca. 1600°C.
Nach dem Abstechen dieser Schmelzen in eine Charging Ladle 5, wobei zunächst das Ferrochrom und darauf das Ferronickel in die Transportpfanne 5 eingefüllt werden, ergibt sich beispielhaft für die erhaltene Metallmischung folgende typische Zusammensetzung:

C % Si % P % S % Cr % Ni % Temperatur °C

2,92 1,36 0,032 0,035 21,31 9,2 1600
Die Metallmischung wird nun mit der Transportpfanne 5 in den weiterverarbeitenden Konverter 6 chargiert, im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ein AOD-L, in dem die erforderlichen letzten Prozessschritte zur Erzeugung des Rostfreistahls mit der vorgegebenen chemischen Zielanalyse durchgeführt werden. Den Abschluss der Prozesslinie 10 bildet dann eine hinter dem AOD-L 6 angeordnete Stranggießanlage (CCM) 8 mit einer zwischengeschalteten Ladle Treatment Station (LTS) 7.

1: Chromerz-Rohstoffmischung
2: Nickelerz-Rohstoffmischung
3: Ferrochrom-Direktreduktionsofen (SAF)
4: Ferronickel-Direktreduktionsofen (SAF)
5: Transportpfanne (Charging Ladle)
6: AOD-L Konverter
7: Gießpfanne (LTS)
8: Gießmaschine (CCM)
10: Prozesslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1641946 B1 [0006]
- US 5514331 [0007]

Claims

Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung auf der Basis von Chromerz und Nickelerz in mehreren über die Zwischenprodukte Ferrochrom und Ferronickel aufeinander abgestimmten Verfahrensschritten, gekennzeichnet durch den folgenden in einer Prozesslinie (10) durchgeführten Verfahrensablauf: – Erzeugung von flüssigem Stahl mit Ferrochrom und flüssigem Stahl mit Ferronickel in zwei getrennten Direktreduktionsprozessen unter Einsatz von kostengünstigen Chromerz- (1) bzw. Nickelerz-Rohstoffmischungen (2) in zwei auf der Primärseite eines weiterverarbeitenden Konverters (6) parallel angeordneten Direktreduktionsöfen (3, 4), beispielsweise SAF-Öfen, – Abstechen des flüssigen Stahls aus beiden Direktreduktionsöfen (3, 4) in eine Transportpfanne (5), wobei zunächst flüssiger Stahl mit Ferrochrom und danach flüssiger Stahl mit Ferronickel abgestochen wird, – Chargieren der in der Transportpfanne (5) enthaltenden Metallmischung aus flüssigem Stahl mit Ferrochrom und flüssigem Stahl mit Ferronickel in einen weiterverarbeitenden Konverter (6), – Herstellung des Rostfreistahls in gewünschter Qualität im Konverter (6) durch typisches Frischen der Metallmischung, Schlackenreduktion und Feineinstellung der chemischen Zielanalyse, – Abstechen des erzeugten flüssigen Rostfreistahls in eine Gießpfanne (7) und Transport des Rostfreistahls zu einer Gießmaschine (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Direktreduktionsöfen (3, 4) chargierten Rohstoffmischungen (1, 2) folgende Durchschnittszusammensetzungen aufweisen: – Chromerz-Rohstoffmischung (1) = Koks, Chromerz mit 24–37% Cr, ca. 30% Fe – Nickelerz-Rohstoffmischung (2) = Koks, Nickelerz mit 1,2–1,5% Ni, ca. 15% Fe.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Rohstoffmischungen (1, 2) in den Direktreduktionsöfen (3, 4) durchgeführten Reduktionsprozesse in ca. einstündigem Takt beispielsweise liefern: ca. 340 kg/t_Stahl flüssiges Ferrochrom mit ca. 55% Cr mit ca. 1600°C. und ca. 540 kg/t_Stahl flüssiges Ferronickel mit ca. 15% Ni mit etwa gleicher Temperatur von ca. 1600°C.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Transportpfanne (5) aus den beiden Direktreduktionsöfen (3, 4) zusammengeführte Metallmischung folgende typische Zusammensetzung aufweist: C % Si % P % S % Cr % Ni % Temperatur °C 2,92 1,36 0,032 0,035 21,31 9,2 1600
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterverarbeitender Konverter (6) ein AOD, AOD-L bzw. ein MRP, MRP-L verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das typische Frischen der Metallmischung im Konverter (6) mit einem Gewichtaufbau mittels Direktreduktion des Eisens (DRI) bzw. mittels Kohlenstoffschrott in einer Menge von ca. 160 kg/t_Stahl durchgeführt wird mit gleichzeitiger Kühlung der Schmelze zur Kompensation der hohen Energieentwicklung durch die Oxidationsreaktionen von Kohlenstoff, Silizium und zum Teil von Chrom und Eisen.