EP2207905A1 - Verfahren zur rostfreistahlerzeugung mit direktreduktionsöfen für ferrochrom und ferronickel auf der primärseite eines konverters - Google Patents

Verfahren zur rostfreistahlerzeugung mit direktreduktionsöfen für ferrochrom und ferronickel auf der primärseite eines konverters

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EP2207905A1 EP08842218A EP08842218A EP2207905A1 EP 2207905 A1 EP2207905 A1 EP 2207905A1 EP 08842218 A EP08842218 A EP 08842218A EP 08842218 A EP08842218 A EP 08842218A EP 2207905 A1 EP2207905 A1 EP 2207905A1
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ferrochrome
converter
ferronickel
liquid
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    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • C22C37/08—Cast-iron alloys containing chromium with nickel

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of stainless steel on the basis of chrome ore and nickel ore in several on the intermediates ferrochrome and ferronickel coordinated process steps.
  • the EAF application varies depending on the availability of scrap or the availability of scrap and pig iron.
  • the development of the process is currently in the application of pig iron or liquid chromium together with a reduced proportion of low or high alloy scrap, combined with alloys.
  • EP 1 641 946 B1 proposes a process for the production of an alloyed molten metal with the aim of minimizing production costs at a higher quality and reducing waste materials such as Cr-containing or Cr- and Ni-containing dust. and slags in the production process.
  • the process consists of the following successive process steps in different converters with up and Unterbadblasen, wherein in each process step liquid pig iron is charged from a pig iron mixer in the respective converter:
  • Process step producing a pre-alloyed melt with 20.3% Cr and 2% Ni and a temperature of 1560 0 C in a recycling converter.
  • Method step introducing a Cr carrier and an additional reducing agent, a slag former and a fossil energy source into the first pre-alloyed melt in a KMS-S converter and preparing an alloyed pre-melt for the third method step with 25.9% Cr and 1.38 % Ni and a temperature of 1500 0 C.
  • Process step Final treatment in a K-OBM-S converter and adding in particular ferroalloys with a decarburization process and setting of an alloyed molten steel with the predetermined chemical analysis of 18.14% Cr and 8.06% Ni and a predetermined temperature from 1680 0 C.
  • the inventive separation of the production of ferrochrome and ferronickel on two in the process line in parallel before a further processing converter, which can be used as a converter, for example, AOD, AOD-L or MRP, MRP-L, is by the direct use of the two ores Chrome and nickel achieved a significant reduction in steelmaking costs.
  • the investment costs of the reduction furnaces (Submerged Are Furnace) with the associated systems are approx. 9 times higher than the classic line EAF-AOD-L, the raw material costs are more favorable in approximately the same ratio. Thus, the investment can be amortized very quickly.
  • the process is much easier to run because of the sole DRI (direct reduction of iron) or scrap addition in the converter.
  • the two direct reduction processes on the primary side of the process line with the nickel and chromium ore feedstock deliver, for example, approximately 340 kg / t of liquid ferrochrome at about one hour, with about 55% Cr and about 540 kg / ts tah i liquid ferronickel with about 15% of Ni each having about about 1600 0 C.
  • the DRI or the carbon scrap also performs the function of cooling the melt to compensate for the high Energysupplementary- by the oxidation reactions of carbon, silicon and zn part of Chrome and iron.
  • the converter process ends with slag reduction and fine tuning of the chemical target analysis.
  • Phosphorus occurs in the process according to the invention only in smaller quantities, so that this element is unproblematical for the stainless steels to consider te, and higher sulfur contents are removed in the converter process with sufficient efficiency.
  • a process line 10 with exemplarily selected individual components, with which the method according to the invention can be performed, shown schematically.
  • the material flow direction between the individual components which is indicated by a double arrow in each case, begins in the drawing figure at the top left and runs down to the right.
  • process line 10 consists of two direct reduction furnaces, a SAF 3 for the production of ferrochrome and a SAF 4 for the production of ferronickel.
  • SAF 3 for the production of ferrochrome
  • SAF 4 for the production of ferronickel.
  • the raw material mixtures 1, 2 used are shown in the form of different sized aggregates.
  • the average compositions of the raw material mixtures 1, 2 for carrying out the primary direct reduction according to the invention are as follows:
  • Chromium ore mixture 1 coke, chrome ore with 24 - 37% Cr, approx. 30
  • Nickel ore raw material mixture 2 coke, nickel ore with 1, 2 - 1, 5% Ni, approx. 15% Fe.
  • the reduction processes carried out with these raw material mixtures 1, 2 in the SAFs 3, 4 deliver, for example in about one hour intervals:
  • the metal mixture is then charged with the transport ladle 5 into the further converter 6, in the exemplary embodiment shown this is an AOD-L in which the required last process steps for producing the stainless steel are carried out with the predetermined chemical target analysis.
  • the completion of the process line 10 then forms a behind the AOD-L 6 arranged continuous caster (CCM) 8 with an intermediate Ladle Treatment Station (LTS). 7 LIST OF REFERENCE NUMBERS

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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 Direktreduktions- prozesse auf der Basis von kostengünstigem Chromerz und Nickelerz in zwei parallel auf der Primärseite eines weiterverarbeitenden Konverters (6) angeordneten SAF (3, 4) durchzuführen.

Description

Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung mit Direktreduktionsöfen für Ferrochrom und Ferronickel auf der Primärseite eines Konverters
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 höher Qualität zu minimieren und Abfallstoffe wie Cr-haltige, bzw. Cr- und Ni-haltige Stäu- be und Schlacken in den Erzeug ungsprozess 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 0C 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 0C.
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 0C.
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
Are 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 Are 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 Legie- rungselementen 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 kostengünstigen Chromerz- bzw. Nickelerz-Rohstoffmischungen in zwei auf der Primärseite eines weiterverarbeitenden Konverters parallel angeordneten Direktred uktionsöfen, 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 ei- nen 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 Are Furnace) mit den dazugehörigen Anlagen ca. 9 x höher als die klassische Linie EAF-AOD-L, allerdings sind die Rohmaterialkosten in ca. gleichem Ver- hältnis 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 Direktredukti- onsprozesse mit dem Einsatzmaterial Nickel- und Chromerz liefern in ca. einstündigem Takt beispielsweise ca. 340 kg/tstahi flüssiges Ferrochrom mit ca. 55 % Cr und ca. 540 kg/tstahi flüssiges Ferronickel mit ca. 15 % Ni mit jeweils etwa ca.1600 0C. Beide Metalle werden in der Reihenfolge Ferrochrom und danach Ferronickel in eine Transportpfanne abgestochen und mit dieser zu einem wei- terverarbeitenden 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/tstahi 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 zürn 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 betrach- ten 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, be- ginnt 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 Rohstoffmi- schungen 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/tstahi flüssiges Ferrochrom mit ca. 55 % Cr mit ca.1600
0C sowie
SAF 4 ca. 540 kg/tStahi flüssiges Ferronickel mit ca. 15 % Ni mit etwa gleicher Temperatur von ca.1600 0C.
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 0C
2,92 1 ,36 0,032 0,035 21 ,31 9,2 1600
Die Metallmischung wird nun mit der Transportpfanne 5 in den weiterverarbei- tenden 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. Bezugszeichenliste
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

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung auf der Basis von Chromerz und Nickelerz in mehreren über die Zwischenprodukte Ferrochrom und Ferro- nickel 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 Direktreduktions- öfen (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 Metallmi- schung 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).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in die Direktreduktionsöfen (3, 4) chargierten Rohstoffrήischύn- gen (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.
3. 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/tstahi flüssiges Ferrochrom mit ca. 55 % Cr mit ca.1600 0C. und ca. 540 kg/tstahi flüssiges Ferronickel mit ca. 15 % Ni mit etwa gleicher Temperatur von ca.1600 0C.
4. 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 0C 2,92 1 ,36 0,032 0,035 21 ,31 9,2 1600
5. 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.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das typische Frischen der Metallmischung im Konverter (6) mit einem Gewichtaufbau mittels Direktreduktion des-Eisens (DRI) bzw. rnittels Köh-~ lenstoffschrott in einer Menge von ca. 160 kg/tstahi 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.
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