DE102020116425A1 - Process for the production of crude steel with a low N content - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohstahl (11) unter Verwendung eines Elektrolichtbogenofens (9) mit den folgenden Schritten: - Erzeugen von Eisenschwamm (7) in einer Direktreduktionsanlage (5), - Zuführen des Eisenschwamms (7) zu dem Elektrolichtbogenofen (9) zumindest als teilweiser Eisenträger. Um niedrige Stickstoffgehalte im Rohstahl zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass der Direktreduktionsanlage (5) und/oder dem Eisenschwamm (7) ein kohlenstoffhaltiges Medium (8, 13) in einer vorgewählten Menge zugeführt wird, um mit dem Elektrolichtbogenofen (9) einen Rohstahl (11) mit einem N-Gehalt von < 60 ppm, vorzugsweise < 35 ppm, herzustellen.The invention relates to a method for producing crude steel (11) using an electric arc furnace (9) with the following steps: - producing sponge iron (7) in a direct reduction system (5), - feeding the sponge iron (7) to the electric arc furnace (9) ) at least as a partial iron girder. In order to achieve low nitrogen contents in the crude steel, it is proposed that the direct reduction system (5) and / or the sponge iron (7) be supplied with a pre-selected amount of a carbon-containing medium (8, 13) in order to use the electric arc furnace (9) to produce crude steel ( 11) with an N content of <60 ppm, preferably <35 ppm.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohstahl unter Verwendung eines Elektrolichtbogenofens mit den Schritten: Erzeugen von Eisenschwamm in einer Direktreduktionsanlage und Zuführen des Eisenschwamms zu dem Elektrolichtbogenofen zumindest als teilweiser Eisenträger.The invention relates to a method for producing crude steel using an electric arc furnace with the following steps: generating sponge iron in a direct reduction system and feeding the sponge iron to the electric arc furnace at least as a partial iron support.
In jüngster Zeit ist das Interesse groß, Stahl möglichst ressourceneffizient und mit verminderten CO2-Emissionen zu produzieren. Dabei werden nicht nur Materialkreisläufe geschlossen, in dem Reststoffe und Koppelprodukte innerbetrieblich oder sektorenübergreifend wiederverwendet werden, sondern auch neue Prozessrouten entwickelt. Neben der klassischen Stahlerzeugung, die über die Erzeugung von Roheisen aus Eisenerz im Hochofen und Konverter erfolgt, hat sich im Zuge der steigenden Nachhaltigkeits- und Umweltanforderungen auch zunehmend der Elektrolichtbogenofenprozess etabliert, im englischen „Electric Arc Furnace (EAF)“ Prozess genannt. Im EAF-Prozess wird als Einsatzmaterial zumeist Stahlschrott oder auch Eisenschwamm als Produkt eines Direktreduktionsverfahrens in der Form von DRI (direct reduced iron), HDRI (hot direct reduced iron), CDRI (cold direct reduced iron) oder HBI (hot briquette iron) verwendet.There has recently been a great deal of interest in producing steel in the most resource-efficient way possible and with reduced CO 2 emissions. Not only are material cycles closed, in which residues and by-products are reused internally or across sectors, but new process routes are also developed. In addition to the classic steel production, which takes place via the production of pig iron from iron ore in the blast furnace and converter, the electric arc furnace process has also increasingly established itself in the course of increasing sustainability and environmental requirements, known in the English "Electric Arc Furnace (EAF)" process. In the EAF process, scrap steel or sponge iron as a product of a direct reduction process in the form of DRI (direct reduced iron), HDRI (hot direct reduced iron), CDRI (cold direct reduced iron) or HBI (hot briquette iron) is mostly used as input material .
Aus der Offenlegungsschrift
Die Patentschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Rohstahl unter Verwendung eines Elektrolichtbogenofens bereit zu stellen, bei dem niedrige Stickstoffgehalte im Rohstahl erzielt werden können.The invention is based on the object of providing a method for producing crude steel using an electric arc furnace in which low nitrogen contents can be achieved in the crude steel.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen von Stahl im Elektrolichtbogenofenprozess mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.This object is achieved by a method for producing steel in the electric arc furnace process with the features of
Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren zum Herstellen von Rohstahl unter Verwendung eines Elektrolichtbogenofens mit den Schritten: Erzeugen von Eisenschwamm in einer Direktreduktionsanlage, Zuführen des Eisenschwamms zu dem Elektrolichtbogenofen zumindest als teilweiser Eisenträger, niedrige Stickstoffgehalte im Rohstahl dadurch erreicht, dass der Direktreduktionsanlage und/oder dem Eisenschwamm ein kohlenstoffhaltiges Medium in einer vorgewählten Menge zugeführt wird, um mit dem Elektrolichtbogenofen einen Rohstahl mit einem N-Gehalt von < 60 ppm, vorzugsweise < 35 ppm, herzustellen. Somit kann bereits im Zusammenhang mit der Rohstahlherstellung ein niedriger N-Gehalt erreicht und auf entsprechende sekundärmetallurgische Maßnahmen verzichtet werden. Dieser Rohstahl mit einem niedrigen N-Gehalt eignet sich besonders für Stähle in Tiefziehgüte, die beispielsweise in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Auch wird hierbei vermieden, dass höhere Stickstoff-Gehalte zu einem unerwünschten Altern der hieraus hergestellten Stahlprodukte führen.According to the invention, in a method for producing crude steel using an electric arc furnace with the following steps: generating sponge iron in a direct reduction plant, supplying the sponge iron to the electric arc furnace at least as a partial iron carrier, low nitrogen contents in the crude steel are achieved by using the direct reduction plant and / or the sponge iron a carbon-containing medium is supplied in a preselected amount in order to use the electric arc furnace to produce crude steel with an N content of <60 ppm, preferably <35 ppm. Thus, in connection with the production of crude steel, a lower N content can be achieved and corresponding secondary metallurgical measures can be dispensed with. This crude steel with a low N content is particularly suitable for steels in deep drawing quality, which are used, for example, in the automotive industry. This also prevents higher nitrogen contents from leading to undesirable aging of the steel products made from them.
Im Zusammenhang mit der Erfindung und dem Ausführungsbeispiel wird unter dem verwendeten Begriff „Eisenschwamm“, Eisenschwamm als Produkt eines Direktreduktionsverfahrens in Form von DRI (direct reduced iron), HDRI (hot direct reduced iron), CDRI (cold direct reduced iron) oder HBI (hot briquette iron) verstanden. In connection with the invention and the exemplary embodiment, the term "sponge iron" used, sponge iron as a product of a direct reduction process in the form of DRI (direct reduced iron), HDRI (hot direct reduced iron), CDRI (cold direct reduced iron) or HBI ( hot briquette iron) understood.
Der Einfachheit halber wird nur der Begriff „Eisenschwamm“ verwendet.For the sake of simplicity, only the term “sponge iron” is used.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass der Eisenschwamm nach der Direktreduktionsanlage und vor dem Elektrolichtbogenofen mit dem kohlenstoffhaltigen Medium auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 6 Gewichts-% aufgekohlt wird. Hierbei wird bevorzugt der Eisenschwamm mit dem kohlenstoffhaltigen Medium beschichtet. Das kohlenstoffhaltige Medium ist wiederum möglichst biogenem oder regenerativem Ursprungs wie beispielsweise mit biogenen, festen, flüssigen oder gasförmigen Kohlenstoffquellen (Biokohle, Biogas usw.) oder kohlenstoffhaltigen Reststoffen als Nebenprodukt aus anderen Prozessen. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter möglichst biogenem oder regenerativem Ursprungs verstanden, dass das kohlenstoffhaltige Medium bevorzugt biogenem oder regenerativem Ursprungs ist, aber auch fossilem Ursprungs sein kann. Bevorzugt ist das kohlenstoffhaltige Medium überwiegend und besonders bevorzugt vollständig biogenem oder regenerativem Ursprungs.As an alternative or in addition, provision can be made for the sponge iron to be carburized to a carbon content of 0.1 to 6% by weight with the carbon-containing medium after the direct reduction system and before the electric arc furnace. In this case, the sponge iron is preferably coated with the carbon-containing medium. The carbon-containing medium is, in turn, of biogenic or regenerative origin as far as possible, such as with biogenic, solid, liquid or gaseous carbon sources (biochar, biogas, etc.) or carbon-containing residues as a by-product from other processes. In connection with the invention, the term biogenic or regenerative origin as possible is understood to mean that the carbon-containing medium is preferably of biogenic or regenerative origin, but can also be of fossil origin. The carbon-containing medium is preferably predominantly and particularly preferably of completely biogenic or regenerative origin.
Auch ist zusätzlich möglich, dem Elektrolichtbogenofen ein kohlenstoffhaltiges Medium zuzuführen. Dies erfolgt üblicherweise durch Einblasen in Pulverform oder durch Zugabe in stückiger Form. Auch hier ist das kohlenstoffhaltige Medium wiederum möglichst biogenem oder regenerativem Ursprungs wie zuvor beschrieben.It is also possible to supply a carbon-containing medium to the electric arc furnace. This is usually done by blowing in powder form or by adding in lump form. Here, too, the carbon-containing medium is, if possible, of biogenic or regenerative origin, as described above.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass nach einem Abstich des Rohstahls aus dem Elektrolichtbogenofen das kohlenstoffhaltige Medium einem im Elektrolichtbogenofen verbleibendem Rohstahl zugeführt wird und dann in der Folgeschmelze wirksam wird.It is particularly advantageous that after the raw steel has been tapped from the electric arc furnace, the carbon-containing medium is fed to a raw steel remaining in the electric arc furnace and then becomes effective in the subsequent melt.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der Direktreduktionsanlage das kohlenstoffhaltige Medium zumindest teilweise als kohlenstoffhaltiger Feststoff zugeführt wird und/oder dass der kohlenstoffhaltige Feststoff in die Direktreduktionsanlage zumindest teilweise als Pulver eingeblasen wird. Das Pulver weist hierbei bevorzugt eine Partikelgröße kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm auf. Hierdurch wird jeweils eine gleichmäßige Verteilung des Kohlenstoffs am Eisenschwamm erreicht.Particularly advantageous embodiments of the invention provide that the carbon-containing medium is at least partially fed to the direct reduction system as a carbon-containing solid and / or that the carbon-containing solid is at least partially blown into the direct reduction system as a powder. The powder here preferably has a particle size smaller than 5 mm, preferably smaller than 2 mm. In this way, a uniform distribution of the carbon on the sponge iron is achieved in each case.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der kohlenstoffhaltige Feststoff, insbesondere mit mehr als 30 Gewichts-% Kohlenstoffanteil, in einem unteren Teil der Direktreduktionsanlage bei etwa 600 bis 750 °C eingeblasen wird. Hierdurch entstehen fein verteilte Zementit- und Kohlenstoff-Abscheidungen am Eisenschwamm.It is advantageously provided that the carbon-containing solid, in particular with more than 30% by weight of carbon, is blown into a lower part of the direct reduction plant at around 600 to 750.degree. This creates finely distributed cementite and carbon deposits on the sponge iron.
Zusätzlich oder alternativ vorgesehen ist, dass als kohlenstoffhaltiges Medium neben dem kohlenstoffhaltigen Feststoff der Direktreduktionsanlage zusätzlich ein kohlenstoffhaltiges Gas zugeführt wird. Hierbei ist auch vorteilhaft in Hinblick auf eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks, dass das kohlenstoffhaltige Gas zumindest teilweise als biogenes Gas und/oder zumindest teilweise als ein CO- bzw. CO2-haltiges Abgas aus anderen Produktionsprozessen zugeführt wird.In addition or as an alternative, it is provided that, in addition to the carbon-containing solid, a carbon-containing gas is also fed to the direct reduction plant as the carbon-containing medium. With regard to a reduction in the CO 2 footprint, it is also advantageous that the carbon-containing gas is supplied at least partially as a biogenic gas and / or at least partially as a CO or CO 2 -containing exhaust gas from other production processes.
Um die gewünschte Reduzierung des Stickstoffs im Rohstahl zu erreichen, ist vorgesehen, dass dem Elektrolichtbogenofen über den Eisenträger, der zumindest teilweise aus Eisenschwamm besteht, der bereits mit dem kohlenstoffhaltiges Medium aufgekohlt ist, und optional über ein kohlenstoffhaltiges Medium Kohlenstoff in einer vorgewählten Menge von 0,1 bis 6 Gewichts-% bezogen auf die Schmelze in dem Elektrolichtbogenofen zugeführt wird. Über die anschließend erfolgende Kohlenmonoxid-Blasenbildung in der Schmelze wird ein Abbau beziehungsweise eine verringerte Aufnahme von Stickstoff in der Schmelze erreicht.In order to achieve the desired reduction in nitrogen in the crude steel, it is provided that the electric arc furnace is supplied with carbon in a preselected amount of 0 via the iron support, which consists at least partially of sponge iron that has already been carburized with the carbon-containing medium, and optionally via a carbon-containing medium , 1 to 6% by weight based on the melt in the electric arc furnace is fed. The subsequent formation of carbon monoxide bubbles in the melt results in a breakdown or reduced absorption of nitrogen in the melt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Direktreduktionsanlage als Reaktionsgas ein wasserstoffhaltiges Gas, das mehr als 50 % Wasserstoff enthält, zugeführt wird. Aus diesem hohen Wasserstoffanteil ergibt sich die Notwendigkeit, eine alternative Kohlenstoffquelle für den Eisenschwamm zu verwenden, da weniger Kohlenstoff aus dem H2-reichen Reduktionsgas verfügbar ist.In one embodiment of the invention it is provided that the direct reduction system is supplied as a reaction gas with a hydrogen-containing gas which contains more than 50% hydrogen. This high hydrogen content makes it necessary to use an alternative carbon source for the sponge iron, since less carbon is available from the H 2 -rich reducing gas.
Der sogenannte CO2-Fußabdruck der Rohstahlherstellung kann vorteilhafterweise weiter verringert werden, wenn das wasserstoffhaltige Gas regenerativ erzeugt wird.The so-called CO 2 footprint of crude steel production can advantageously be further reduced if the hydrogen-containing gas is generated from renewable sources.
Wenn der Eisenträger in dem Elektrolichtbogenofen überwiegend aus aufgekohltem Eisenschwamm besteht, kann eine gleichmäßige Verteilung des Kohlenstoffs in der Schmelze des Elektrolichtbogenofens erreicht werden. In diesem Zusammenhang wird unter „überwiegend“ mehr als 50 Gewichts-% verstanden. Vorzugsweise können mehr als 70 Gewichts-% eingesetzt werden.If the iron support in the electric arc furnace consists predominantly of carburized sponge iron, a uniform distribution of the carbon in the melt of the electric arc furnace can be achieved. In this context, “predominantly” means more than 50% by weight. Preferably more than 70% by weight can be used.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 ein schematisches Verfahrensschaubild zur Herstellung von Rohstahl.
-
1 a schematic process diagram for the production of crude steel.
Die
Das wasserstoffhaltige Gas
Anschließend wird der Eisenschwamm
Im Zusammenhang mit der Rohstahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen
Die Zugabe des kohlenstoffhaltigen Mediums
Im Zusammenhang mit beispielsweise einer pneumatischen Förderung des Eisenschwamms
Das kohlenstoffhaltige Medium
Nachfolgend werden bevorzugte Orte für die Beaufschlagung mit den kohlenstoffhaltigen Medien
Besonders bevorzugt wird das kohlenstoffhaltige Medium
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass der Eisenschwamm
In beiden Fällen entsteht ein Eisenschwamm
Außerdem sollte ein sogenannter Stickstoff-Vermeidungs-Koeffizient (SVK), der ein Verhältnis des Kohlenstoffanteils im Eisenschwamm
Erfindungsgemäß wird durch die Bindung des kohlenstoffhaltigen Mediums
Der durch die Zugabe des kohlenstoffhaltigen Mediums
Die Bindung des kohlenstoffhaltigen Mediums
Auch ist denkbar, dem Elektrolichtbogenofen
Bevorzugt ist hierbei der Betrieb des Elektrolichtbogenofens
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- EnergieerzeugungsanlagePower generation plant
- 22
- elektrischer Stromelectrical current
- 33
- ElektrolyseurElectrolyzer
- 44th
- wasserstoffhaltiges Gashydrogen containing gas
- 55
- DirektreduktionsanlageDirect reduction plant
- 5a5a
- unterer Teillower part
- 66th
- EisenerzIron ore
- 77th
- EisenschwammSponge iron
- 88th
- kohlenstoffhaltiges Mediumcarbonaceous medium
- 99
- ElektrolichtbogenofenElectric arc furnace
- 1010
- StahlschrottSteel scrap
- 1111th
- RohstahlCrude steel
- 1212th
- SekundärmetallurgieanlageSecondary metallurgy plant
- 1313th
- kohlenstoffhaltiges Gascarbonaceous gas
- 1414th
- Wasserstoffhydrogen
- 1515th
- GasspeicherGas storage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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