EP4644574A1 - Verfahren zum herstellen einer phosphorhaltigen roheisenschmelze - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer phosphorhaltigen roheisenschmelze

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Publication number
EP4644574A1
EP4644574A1 EP24173275.9A EP24173275A EP4644574A1 EP 4644574 A1 EP4644574 A1 EP 4644574A1 EP 24173275 A EP24173275 A EP 24173275A EP 4644574 A1 EP4644574 A1 EP 4644574A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phosphorus
iron
pig iron
melt
slag
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24173275.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Martí López Freixes
Dr. Nils JÄGER
Dr. Boris Kohnen
Dr. Daniel SCHUBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP24173275.9A priority Critical patent/EP4644574A1/de
Publication of EP4644574A1 publication Critical patent/EP4644574A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/02—General features in the manufacture of pig-iron by applying additives, e.g. fluxing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C21B11/10—Making pig-iron other than in blast furnaces in electric furnaces
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    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
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    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a phosphorus-containing pig iron melt.
  • the DD 44 860 A5 how the conversion of phosphorus-rich pig iron into steel and the conversion of Thomas iron into steel are carried out in a converter.
  • the DE 10 15 839 A1 describes a process for producing carbon steels by refining phosphorus-rich pig iron in a converter vessel.
  • Table 10.16 on page 239 provides values for carbon, phosphorus, etc., and their temperature reduction coefficients, which, with the aid of formula 10.26 on page 238, can be used to calculate the approximate melting point of a steel depending on its constituents.
  • the task is to provide a process for producing a phosphorus-containing pig iron melt, which in particular proposes an alternative variant for closing phosphorus cycles and/or preferably can have a positive influence on reducing CO2 emissions in steel production.
  • iron carriers and additives are melted in an electric melter to form a smelter slag covering the pig iron melt, wherein, to adjust the phosphorus content in the pig iron melt to between 0.150 and 5.0 wt.%, organic substances in the form of iron carriers and/or additives with a phosphorus and/or phosphate content of at least 1.0 wt.% are added and melted together.
  • the phosphorus content in the pig iron melt can be, in particular, at least 0.250 wt.%, 0.350 wt.%, preferably at least 0.450 wt.%, 0.550 wt.%, more preferably at least 0.60 wt.%, 0.70 wt.%, and most preferably at least 0.750 wt.%, 0.850 wt.%, or 1.0 wt.%.
  • the higher the phosphorus content the more organic substances with a phosphorus and/or phosphate content of at least 1.0 wt.% can be added, and in particular, the carbon content in the pig iron melt can also be reduced, preferably while maintaining and/or adhering to a predetermined melting point.
  • the phosphorus and/or phosphate content of the organic substance can be, in particular, at least 1.2, 1.4, 1.6 wt.%, preferably at least 1.8, 2.0, 2.2 wt.%, preferably at least 2.4, 2.6, 2.8 wt.%.
  • the phosphorus and/or phosphate content of the organic substance can be a maximum of 10.0 wt.%, in particular a maximum of 9.0, 8.0 wt.%, preferably a maximum of 7.0, 6.0, 5.0 wt.%.
  • the phosphorus content in the pig iron melt can be, in particular, a maximum of 4.0 wt.%, 3.50 wt.%, preferably a maximum of 3.0 wt.%, 12.50 wt.%, preferably a maximum of 2.0 wt.%, 1.80 wt.%, and especially preferably a maximum of 1.60 wt.%, 1.40 wt.%, 1.20 wt.%, in order to avoid, for example, excessively frequent slag removal (slag replacement).
  • the molten pig iron can contain, in addition to phosphorus (P), the following components in wt.%: carbon (C): 1.2 to 5.0%, silicon (Si): 0.015 to 3.0%, manganese (Mn): 0.020 to 6.0%, balance: iron (Fe), and impurities, which together total 100 wt.%.
  • the impurities can include one or more of the elements Al, Mg, Ti, S, N, and O, listed here by way of example (and this list is not exhaustive), with a total of up to 1.0 wt.% or less.
  • P would also be considered an impurity; however, the essential advantages of P, as described, are utilized, among other things, in the present invention.
  • iron carriers are required. These include or consist of reduced iron, unreduced iron, ferrous scrap, ferrous residues and/or recycled materials.
  • Reduced iron is produced from iron ores containing iron oxides with gangue minerals such as silicon, aluminum, and magnesium in oxide form. The concentrations of these individual components can vary depending on the ore's origin.
  • a hot reducing gas which may contain or consist of CO and/or H2
  • the cooled reduced iron can then be supplied as direct reduced iron (DRI), which can optionally be passivated to prevent reoxidation and loss of metallization.
  • DRI direct reduced iron
  • the reduced iron can be briquetted while still warm to form hot briquetted iron (HBI). Passivation is not necessary in this case, and HBI can also be supplied as an iron carrier.
  • the DRI and/or HBI has a metallization degree of at least 75%, in particular at least 80%, preferably at least 88%, and can ideally be up to 100%, in particular up to 99%.
  • the DRI and/or HBI can have a carbon content between 0 and 4.0 wt.%, in particular > 0.10 wt.%, preferably > 0.30 wt.%, preferably > 0.50 wt.%, and in particular a maximum of 3.50 wt.%, preferably a maximum of 3.0 wt.%, preferably a maximum of 2.0 wt.%.
  • the gangue structure during the metallization of iron ore to reduced iron by passing the iron ore through a reducing gas is not significantly affected or removed, so that it remains essentially unchanged.
  • non-reduced iron i.e., iron ore or only partially reduced iron, and thus in this case, iron oxide
  • the feed rate can be up to 100 kg, in particular up to 90 kg, preferably up to 80 kg, preferably up to 70 kg per ton of pig iron melt produced, or even 0.
  • Partially reduced iron for example, has a metallization degree of at most 70%, in particular at most 50%, preferably at most 30%, and preferably at most 15%. In particular, sufficient reduction potential is present.
  • the degree of metallization of a substance is familiar to those skilled in the art, whereby the degree of metallization is defined as the quotient of the mass of elemental iron (Fe ⁇ sub>elemental ⁇ /sub>) and the total mass of iron present. Iron (Fe total) .
  • Oxide iron in the pig iron melt can have the advantage that the oxygen separates from the oxide iron and combines, for example, with dissolved silicon in the pig iron melt. The resulting silicon dioxide has a lower density compared to the surrounding pig iron melt and rises to the interface with the pig iron melt, thus being transferred into the smelting slag above. Additional compounds with other components of the pig iron melt, especially impurities (Al, Mg, Ti), can also be transferred into the smelting slag via the same mechanism.
  • ferrous scrap can also be provided as an iron carrier.
  • up to 200 kg, especially up to 150 kg, preferably up to 100 kg, and preferably up to 50 kg of ferrous scrap can be added per ton of molten pig iron produced.
  • the feed rate can also be zero.
  • iron-containing residues and/or recycled materials can also be provided as iron carriers.
  • these iron-containing residues and/or recycled materials which contain or consist of oxygen compounds, are in oxide form. Examples include iron-containing agglomerates or oxide recycled materials or metallurgical products generated in a smelting plant complex, particularly residues/dusts from a coking plant, sintering plant, and/or burden preparation facility.
  • the advantage of these iron-containing residues and/or recycled materials, preferably in oxide form is that they can be reduced to iron and thus substitute components such as silicon, as well as other elements, in the pig iron melt, thereby increasing the iron yield. In particular, sufficient reduction potential is present.
  • additives are required. These include or consist of at least one slag former and/or at least one reducing agent.
  • Slag formers comprise or consist of at least one component from the group consisting of SiO2 , CaO, MgO, and Al2O3 . They are used to bind silicates and phosphates and to promote the slag flow of the smelter slag produced in the electric remelter.
  • the gangue leads to the formation of the smelter slag and contributes in particular to its composition. the smelting slag, which forms on the pig iron melt during the smelting process.
  • At least one reducing agent can be added as a further additive.
  • the reducing agent comprises or consists of at least one carbon-containing substance in gaseous, liquid, and/or solid form with reducible free carbon, which can be introduced into an electric melter.
  • Suitable solids include, for example, coke dust, coke slurry, coke grit, and/or (bio)coal particles.
  • Suitable liquids include, for example, ethanol, methanol, and other (suitable) hydrocarbons.
  • Suitable gases include, for example, carbon-containing gases such as carbon dioxide, methane (natural gas), carbon monoxide, propane, and butane.
  • reducing agents can be added in combination with an iron-containing residue and/or recycled material present in oxide form and/or unreduced iron, in order to reduce these to iron and, for example, increase the iron yield.
  • the organic materials which may be contained in the form of iron carriers and/or additives and enter the electric melter, may include or consist of components from sewage sludge, reduced and/or non-reduced iron, carbon-containing residues, such as briquetted dusts from metallurgical residues.
  • Sewage sludge is rich in nutrients, among other things, because microorganisms in the biological treatment stage use the wastewater constituents to build biomass, thus concentrating the nutrients contained in the wastewater. Nitrate, phosphate (especially with a P2O5 content of, for example, between 1.0 and 8.0 wt% based on dry matter), and other plant nutrients are of particular importance for agriculture.
  • sewage sludge also contains microplastics, nanomaterials, and pharmaceutical residues, which preclude its direct agricultural use. Portions of the sewage sludge that are not directly used in agriculture can be effectively recycled using alternative technologies, and the phosphorus and/or phosphate content contained in the sewage sludge can be reused, thus preventing it from ending up in landfills, for example. Sewage sludge, as an organic matter containing phosphorus and/or phosphate, could therefore be used as an additive.
  • iron ores can be contaminated with high levels of phosphorus and/or phosphate, for example, at least 0.8 wt%. Due to their high phosphorus content, these types of iron ores are rarely used for steel production and/or are mixed with ores containing less phosphorus. Therefore, alternatively or additionally, reduced and/or unreduced iron contaminated with phosphorus and/or phosphate can be added in the form of an iron carrier.
  • the additive can additionally or alternatively contain not only phosphorus and/or phosphate as an organic substance, but also free carbon, thus contributing to the enrichment of the pig iron melt to be produced in the form of a reducing agent containing phosphorus and/or phosphate.
  • reduced iron as an iron carrier, particularly as the main component of the iron carrier with at least 60%, more specifically at least 70%, preferably at least 80%, and, for example, a maximum possible 100%, also entails slag-forming components that are naturally present in the iron ore and cannot be driven off in a prior reduction process (gangue). If the gangue provided by the reduced iron is insufficient, further slag formers can be added as additional additives to produce a remelter slag suitable for further processing. Slag formers are preferably added such that a basicity B4 in the remelter slag is established between 0.7 and 1.8. B4 can be at least 0.8, preferably at least 0.9, and particularly at most 1.7, preferably at most 1.6.
  • the basicity B4 corresponds to the ratio (CaO+MgO) to (SiO 2 +Al 2 O 3 ), whereby the determination of the characteristic quantities is generally known to those skilled in the art in solid slags.
  • an electric melter has several electrodes that can be energized with electricity, thus providing the necessary energy to convert the materials into a liquid phase comprising molten pig iron and melting slag.
  • three, four, five, six, or more than six electrodes can be used.
  • the energy required for melting is preferably provided, at least in part, from renewable energy sources (solar, wind, water, biomass). If the required energy is available in sufficient quantities, and if it is available entirely from renewable sources, the process would be ideal. If energy can be provided, the electric melter can be operated in a climate-neutral (or more) manner.
  • the electric melter can preferably be an electric furnace of the OSBF (Open Slag Bath Furnace) type.
  • SAF furnaces the electrodes are immersed in the charge and/or melting slag.
  • the electric reduction furnaces can be designed as alternating current arc reduction furnaces (SAFac) or direct current arc reduction furnaces (SAFdc).
  • EAFs Electro Arc Furnaces
  • EAFac alternating current arc melting furnace
  • EAFdc direct current arc melting furnace
  • LF ladle furnace
  • the molten pig iron can have a temperature between 1300 °C and 1650 °C.
  • Important states of matter can be derived from an iron-carbon diagram known to those skilled in the art. If the production of pig iron and its further processing into crude steel or steel must take place indirectly via suitable and known containers, for example, torpedo ladles or the like, a molten pig iron temperature with a certain buffer above the liquidus temperature is required to ensure that the molten pig iron does not (partially) solidify during transport in the suitable containers. The addition of phosphorus can lower the liquidus temperature of a molten pig iron, regardless of the carbon content of the molten pig iron.
  • the temperature during tapping from the electric melter can be a maximum of 1600 °C, preferably a maximum of 1550 °C, more preferably a maximum of 1500 °C, and more preferably a maximum of 1450 °C.
  • a buffer of at least 75 K, in particular at least 100 K, and preferably at least 125 K can be provided so that the critical liquidus temperature cannot be reached during normal operation.
  • the invention also comprises a method for producing a phosphorus-containing converter slag comprising the steps of: - providing a phosphorus-containing pig iron melt produced according to the invention; - Treating the phosphorus-containing pig iron melt in a converter by adding at least one slag former and/or at least one reducing agent and by oxygen bubbling, wherein at the end of the treatment a steel melt comprising the following components in wt.%: C: 0.0010 to 0.80%, Si: 0.015 to 3.0%, Mn: 0.020 to 6.0%, P: up to 0.10%, balance Fe and impurities, which together amount to 100 wt.%, is tapped, wherein during the treatment and/or optionally at the end of the treatment a phosphorus-containing converter slag comprising or consisting of the following components in wt.%: FeO: up to 40%, MnO: up to 10%, SiO2 : 5 to 40%, CaO: 35 to 65%, MgO: up to 8%,
  • the FeO content can be 0 or > 0, in particular > 1 wt.%, preferably > 2 wt.%. FeO can be a maximum of 35 wt.%, preferably a maximum of 30 wt.%, preferably a maximum of 25 wt.%.
  • the MnO content can be 0 or > 0, in particular > 1 wt.%, preferably > 2 wt.%. MnO can be a maximum of 8 wt.%, preferably a maximum of 6 wt.%, preferably a maximum of 4 wt . %.
  • the Al2O3 content can be 0 or > 0, in particular > 0.5 wt.%. Al2O3 can be a maximum of 15 wt.%, preferably a maximum of 12 wt.%, preferably a maximum of 10 wt.%.
  • the method of removing the converter slag can be customized depending on the converter's operation and/or design.
  • the converter slag generated in the converter by oxygen bubbles can be removed during the treatment process, i.e., after a predetermined treatment time, and optionally at the end of the treatment process, thus being removed at least twice.
  • the first removal during treatment can yield converter slag containing the aforementioned components
  • the second or, for example, final removal can yield converter slag whose composition differs from that of the first removal, at least in its phosphate content.
  • This slag may contain up to 4.0 wt.% P2O5 , more specifically up to 3.0 wt.%, and preferably up to 2.0 wt.% P2O5 .
  • the converter slag can be removed only once, which means that, especially at the end of the treatment, a converter slag containing the aforementioned components can be provided.
  • FIG. 1 shows a process flow diagram for producing a pig iron melt (11) with a phosphorus content between 0.150 and 5.0 wt.% and a smelting slag (12) covering the pig iron melt (11) in an electric melter (10).
  • Iron carriers and additives are melted in the electric melter (10), whereby, to adjust the phosphorus content in the pig iron melt (11) between 0.150 and 5.0 wt.%, organic substances in the form of iron carriers and/or additives with a phosphorus and/or phosphate content of at least 1.0 wt.% are added and melted along with the smelting.
  • Figure 1 shows Figure 1 also, how a phosphorus-containing converter slag (22) is produced by treating the phosphorus-containing pig iron melt (11) by adding at least one slag former and/or at least one reducing agent and by oxygen bubbles in a converter (20).
  • a steel melt (21) comprising the following components in wt.%: C: 0.0010 to 0.80%, Si: 0.015 to 3.0%, Mn: 0.020 to 6.0%, P: up to 0.050%, balance Fe and impurities, which together make up 100 wt.%, is tapped, wherein during the treatment and/or optionally at the end of the treatment, a phosphorus-containing converter slag (22) comprising or consisting of the The following components in wt.%: FeO: up to 40%, MnO: up to 10%, SiO2 : 5 to 40%, CaO: 35 to 65%, MgO: up to 8%, Al2O3 : up to 20%, P2O5 : 4 to 30% and impurities totaling 100 wt .% are produced, which is drawn off before tapping of the molten steel (21).
  • the withdrawn smelting slag (12) and converter slag (22) are fed into a further conventional route known to those skilled in the art, not shown here. In particular, they can optionally be subjected to granulation.
  • the converter slag (22), which can optionally be granulated, can preferably be used for agricultural purposes, and more preferably further processed into a fertilizer.
  • the tapped steel melt (21) is fed to another conventional route known to those skilled in the art, not shown here.
  • pig iron melt (11) with a phosphorus content of 0.65 wt.% and a carbon content of 4.1 wt.% was produced in an electric melter (10) of type SAF, wherein reduced iron with a metallization degree of 94% (87.1% of the impurity), which was reduced with 100% H2 , was used as an iron carrier with a total Fe content of 88.9% wt.%, 83.5% Fe metal , 0.050% S, 0.01% P, balance SiO2 , Al2O3 , CaO, MgO, containing 80 wt.
  • sewage sludge 5.7% of the impurity as an organic substance with a P content of 8.67 wt.% as a further additive.
  • the sewage sludge contained CaO at 10 wt% and MgO at 1.5 wt%
  • further slag formers (3.2% of the slag content) was necessary to melt a smelter slag (12) with a basicity B4 of 1.1.
  • the temperature of the pig iron melt (11) was 1380 °C.
  • the theoretical liquidus temperature T ⁇ sub>liq ⁇ /sub> would be 1110 °C, resulting in a buffer of 270 K (temperature of the pig iron melt (11) - liquidus temperature).
  • the resulting remelting slag (12) was removed, allowing the pig iron melt (11) containing 0.25 wt% Mn, 0.6 wt% Si, and 0.005 wt% S, with the balance being Fe and unavoidable impurities, to be fed into a laboratory-scale converter (20).
  • the phosphorus-containing pig iron melt (11) from the electric remelter (10) was treated by adding at least one slag former and/or at least one reducing agent and by oxygen bubbling.
  • a steel melt (21) comprising the following components in wt%: C: 0.05%, Mn: 0.06%, P: 0.052%, balance Fe and impurities. produced and tapped.
  • a phosphorus-containing converter slag (22) comprising or consisting of the following components in wt.%: FeO: 20.7%, MnO: 2.3%, SiO2 : 9.8% , CaO: 41.5%, MgO : 3.8%, Al2O3 : 0.7%, P2O5 : 21.2%, and impurities totaling 100 wt.%, was produced, which was drawn off before the steel melt (21) was tapped.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer phosphorhaltigen Roheisenschmelze (11).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer phosphorhaltigen Roheisenschmelze.
  • Die Schließung von Phosphorkreisläufen ist beispielhaft in der "Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung" (Klärschlammverordnung) geregelt. Anstelle einer Phosphor-rückgewinnung ist die derzeit praktizierte bodenbezogene Verwertung ab dem Jahr 2029 nur noch von Klärschlämmen aus Abwasserbehandlungsanlagen mit einer Ausbaugröße von bis zu 100.000 Einwohnerwerten und ab dem Jahr 2032 nur noch von Klärschlämmen aus Anlagen mit einer Ausbaugröße von bis zu 50.000 Einwohnerwerten zulässig. Darüber hinaus muss Phosphor stofflich verwertet werden, vgl. https://www.bmuv.de/gesetz/verordnung-zurneuordnung-der-klaerschlammverwertung. Der Klärschlamm wird u.a. einer Monoverbrennung zugeführt, wodurch Phosphor und/oder Phosphate aus der bei der Verbrennung entstehenden Asche erschlossen und rückgewonnen werden, was aufwendig und teuer ist.
  • Stand der Technik ist auch die Herstellung von phosphorhaltigen (Konverter-)Schlacken durch Verwendung von phosphorreichen Erzen und mit Kalkstein zu "Thomasschlacke" verschlackt, welches fein gemahlen ("Thomasmehl") als Phosphatdünger zur Anwendung kommt.
  • Des Weiteren offenbart die DD 44 860 A5 , wie eine Umwandlung von phosphorreichem Roheisen in Stahl sowie die Umwandlung von Thomaseisen in Stahl in einem Konverter durchgeführt wird. Auch die DE 10 15 839 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen von C-Stählen durch Frischen von phosphorreichem Roheisen in einem Konverter-Gefäß.
  • Aus der Veröffentlichung "Electric Arc Furnace Steelmaking" von Miroslaw Karbowniczek, 2021, abrufbar unter httDs://doi.org/10.1201/9781003130949, sind in Tabelle 10.16 auf Seite 239 Werte für Kohlenstoff, Phosphor etc. und deren Temperaturreduktionskoeffizienten bekannt, mit welchen unter Zuhilfenahme der Formel 10.26 auf Seite 238 der ungefähre Schmelzpunkt eines Stahls in Abhängigkeit vom Inhalt seiner Bestandteile berechnet werden kann.
  • Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer phosphorhaltigen Roheisenschmelze bereitzustellen, mit welchem insbesondere eine alternative Variante zur Schließung von Phosphorkreisläufen vorgeschlagen wird und/oder vorzugsweise auf eine CO2-Senkung bei der Stahlherstellung positiv Einfluss genommen werden kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Erfindungsgemäß werden Eisenträger und Zuschlagstoffe in einem elektrischen Einschmelzer zu der Roheisenschmelze und im Einschmelzer zu einer die Roheisenschmelze bedeckenden Einschmelzerschlacke erschmolzen, wobei zum Einstellen des Phosphor-Gehalts in der Roheisenschmelze zwischen 0,150 und 5,0 Gew.-% organische Stoffe in Form von Eisenträgern und/oder Zuschlagsstoffen mit einem Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt von mindestens 1,0 Gew.-% zugegeben werden und miterschmolzen werden.
  • Insbesondere unter Berücksichtigung der Tabelle 10.16 in Verbindung mit der Formel 10.26 der Veröffentlichung von Karbowniczek vereint die Erfindung mithin die folgenden vorteilhaften Kombinationen:
    • Phosphor in einer Roheisenschmelze erhöht die Entropie des Systems und kann somit positiv Einfluss auf eine Senkung des Schmelzpunktes einer phosphorreichen Roheisenschmelze nehmen, was vorteilhaft ist, wenn nach einem Abstich der Roheisenschmelze ein Transport zur Weiterverarbeitung, beispielsweise zu einem Konverter, und die damit verbundene Logistik mit vorgegebenen Rahmenbedingungen erforderlich ist;
    • Phosphor kann auch positiv Einfluss nehmen durch Substitution von Kohlenstoff bei im Wesentlichen Aufrechterhalten und/oder Einhalten eines vorgegebenen Schmelzpunktes, wodurch weniger Entkohlungsarbeit und dafür mehr Entphosphorungsarbeit beispielsweise durch einen Blasprozess in einem Konverter erforderlich ist, so dass dadurch auch weniger schädliches CO2 anfallen kann;
    • Verwendung von Phosphor aus organischen Stoffen, beispielsweise Reststoffen, um insbesondere eine Phosphor-Rückgewinnung anzustreben respektive um einen Phosphorkreislauf schließen zu können, was sich spätestens bei der Weiterverarbeitung in vorzugsweise einem Konverter vorteilhaft auszeichnen kann, da eine durch den Blasprozess phosphorhaltige Konverterschlacke erzeugt werden kann, welche vorzugsweise zu Düngemittel weiteverarbeitet werden kann und somit natürliche Phosphor-Ressourcen für derartige Produktionen nicht mehr angetastet werden müssen.
  • Der Phosphor-Gehalt in der Roheisenschmelze kann insbesondere mindestens 0,250 Gew.-%, 0,350 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,450 Gew.-%, 0,550 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,60 Gew.-%, 0,70 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,750 Gew.-%, 0,850 Gew.-%, 1,0 Gew.-% betragen. Je höher der P-Gehalt, umso mehr organische Stoffe mit einem Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt von mindestens 1,0 Gew.-% können zugegeben werden und insbesondere kann dadurch auch der Kohlenstoff-Gehalt in der Roheisenschmelze gesenkt werden, vorzugsweise bei Aufrechterhalten und/oder Einhalten eines vorgegebenen Schmelzpunktes.
  • Der Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt des organischen Stoffes kann insbesondere mindestens 1,2, 1,4, 1,6 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1,8, 2,0, 2,2, Gew.-%, bevorzugt mindestens 2,4, 2,6, 2,8 Gew.-% betragen. Der Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt des organischen Stoffes kann maximal 10,0 Gew.-%, insbesondere maximal 9,0, 8,0 Gew.-%, vorzugsweise maximal 7,0, 6,0, 5,0 Gew.-% betragen.
  • Der Phosphor-Gehalt in der Roheisenschmelze kann insbesondere maximal 4,0 Gew.-%, 3,50 Gew.-%, vorzugsweise maximal 3,0 Gew.-%, 12,50 Gew.-%, bevorzugt maximal 2,0 Gew.-%, 1,80 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 1,60 Gew.-%, 1,40 Gew.-%, 1,20 Gew.-% betragen, um beispielsweise zu häufiges Abschlacken (Schlackenwechsel) zu vermeiden.
  • Beim Herstellen kann die Roheisenschmelze neben P auch die Bestandteile in Gew.-%: C: 1,2 bis 5,0 %, Si: 0,015 bis 3,0 %, Mn: 0,020 bis 6,0 %, Rest Fe und Verunreinigungen, welche in Summe 100 Gew.-% ergeben, umfassen oder daraus bestehen. Zu den Verunreinigungen können einzeln oder mehrere der beispielhaft und insbesondere nicht abschließend genannten Elemente Al, Mg, Ti, S, N, O zählen, mit in Summe bis zu 1,0 Gew.-% oder weniger. In der konventionellen Eisenherstellung würde P auch zu einer Verunreinigung zählen, jedoch werden die wesentlichen Vorteile von P, wie beschrieben, in der vorliegenden Erfindung unter anderem genutzt.
  • Zum Herstellen einer Roheisenschmelze in einem elektrischen Einschmelzer werden Eisenträger benötigt. Diese umfassen oder bestehen aus reduziertem Eisen, nicht reduziertem Eisen, eisenhaltigem Schrott, eisenhaltigen Rest- und/oder Kreislaufstoffen.
  • Reduziertes Eisen wird aus Eisenerzen, welche oxidisches Eisen mit sogenannter Gangart, wie zum Beispiel Silizium, Aliminium, Magnesium etc. in oxidischer Form, aufweisen, wobei die Gehalte der einzelnen Bestandteile des Eisenerzes je nach Herkunft variieren kann, erzeugt. Mittels bekannter Direktreduktion wird Eisenerz mit einem heißen Reduktionsgas, welches CO und/oder H2 umfassen kann oder daraus besteht, in Kontakt gebracht und zu reduziertem Eisen metallisiert. Dabei kann das reduzierte Eisen abgekühlt als sogenanntes DRI (direct reduced iron) als Eisenträger bereitgestellt werden, wobei optional das DRI passiviert werden kann, um eine Reoxidation und einen Metallisierungsverlust im Wesentlichen zu vermeiden. Das reduzierte Eisen kann alternativ im noch warmen Zustand einem Brikettierungsprozess zugeführt und zu einem sogenannten HBI (hot briquetted iron) geformt werden. Maßnahmen zur Passivierung sind in dieser Ausführung nicht notwendig. HBI kann somit auch als Eisenträger bereitgestellt werden.
  • Das DRI und/oder HBI weist einen Metallisierungsgrad von mindestens 75 %, insbesondere mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 88 % auf und kann im Idealfall bis zu 100 %, insbesondere bis zu 99 % betragen. Je nach verwendetem Reduktionsgas und bei DRI im Falle der Verwendung eines Kühlgases mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, s. beispielhaft DE 10 2019 217 631 A1, kann das DRI und/oder das HBI einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0 und 4,0 Gew.-%, insbesondere > 0,10 Gew.-%, vorzugsweise > 0,30 Gew.-%, bevorzugt > 0,50 Gew.-% und insbesondere maximal 3,50 Gew.-%, vorzugsweise maximal 3,0 Gew.-%, bevorzugt maximal 2,0 Gew.-% haben kann.
  • Die Gangart bei einer Metallisierung von Eisenerz zu reduziertem Eisen mittels Durchgasen des Eisenerzes mit einem Reduktionsgas wird nicht wesentlich beeinflusst respektive nicht entfernt, so dass diese im Wesentlichen unverändert bleibt.
  • Zusätzlich kann optional auch nicht reduziertes Eisen, also Eisenerz oder nur teilreduziertes Eisen, und somit vorliegend als oxidisches Eisen, als Eisenträger bereitgestellt werden. Die Zufuhrrate kann bis zu 100 kg, insbesondere bis zu 90 kg, vorzugsweise bis zu 80 kg, bevorzugt bis zu 70 kg pro Tonne erzeugter Roheisenschmelze oder auch 0 betragen. Teilreduziertes Eisen weist beispielsweise einen Metallisierungsrad von maximal 70 %, insbesondere maximal 50 %, vorzugsweise maximal 30 %, bevorzugt maximal 15 % auf. Insbesondere liegt ein ausreichendes Reduktionspotential vor. Die Ermittlung des Metallisierungsgrades eines Stoffes ist dem Fachmann geläufig, wobei der Metallisierungsgrad definiert ist als der Quotient aus der Masse elementar vorliegenden Eisens Feelementar und der Masse insgesamt vorliegenden Eisens Fetotal. Oxidisches Eisen in der Roheisenschmelze kann den Vorteil haben, dass sich der Sauerstoff von dem oxidischen Eisen abtrennt und sich beispielsweise mit gelöstem Silizium in der Roheisenschmelze verbindet. Das daraus resultierende Siliziumdioxid hat eine geringere Dichte im Vergleich zur umgebenden Roheisenschmelze und steigt an die Grenzfläche zur Roheisenschmelze auf und wird somit in die darüberliegende Einschmelzerschlacke überführt. Auch eine zusätzliche Verbindung mit anderen Bestandteilen der Roheisenschmelze, insbesondere die der Verunreinigungen (Al, Mg, Ti) können ebenfalls mit gleichem Mechanismus in die Einschmelzerschlacke überführt werden.
  • Zusätzlich kann optional auch eisenhaltiger Schrott als Eisenträger bereitgestellt werden. Um insbesondere die Recyclingrate zu verbessern, können bis zu 200 kg, insbesondere bis zu 150 kg, vorzugsweise bis zu 100 kg, bevorzugt bis zu 50 kg pro Tonne erzeugter Roheisenschmelze eisenhaltiger Schrott zugeführt werden. Die Zufuhrrate kann auch 0 betragen.
  • Zusätzlich können optional auch eisenhaltige Rest- und/oder Kreislaufstoffe als Eisenträger bereitgestellt werden. Vorzugsweise liegen die eisenhaltigen Rest- und/oder Kreislaufstoffe, welche Sauerstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, in oxidischer Form vor. Hierzu zählen beispielsweise eisenhaltige Agglomerate oder beispielsweise in einem Hüttenverbund anfallende oxidische Kreislaufstoffe oder Hüttenstoffe, insbesondere Reststoffe/Stäube aus einer Kokerei, Sinteranlage und/oder Möllervorbereitung. Der Vorteil dieser in bevorzugt oxidischer Form vorliegenden eisenhaltigen Rest- und/oder Kreislaufstoffe ist, dass diese zu Eisen reduziert werden können und somit Bestandteile wie zum Beispiel Silizium aber auch weitere Elemente in der Roheisenschmelze sozusagen substituieren und damit die Eisenausbeute in der Roheisenschmelze gesteigert werden kann. Insbesondere liegt ein ausreichendes Reduktionspotential vor.
  • Zum Herstellen einer Roheisenschmelze in einem elektrischen Einschmelzer werden Zuschlagstoffe benötigt. Diese umfassen oder bestehen aus mindestens einem Schlackenbildner und/oder mindestens einem Reduktionsmittel.
  • Schlackenbildner umfassen oder bestehen aus mindestens einem Bestandteil aus der Gruppe SiO2, CaO, MgO, Al2O3. Sie werden eingesetzt, um Silikate und Phosphate zu binden und die Schlackenführung der im elektrischen Einschmelzer entstehenden Einschmelzerschlacke zu begünstigen. Beim Erschmelzen des DRI und/oder HBI und optional nicht reduzierten Eisens führt die Gangart zur Entstehung der Einschmelzerschlacke und trägt insbesondere zur Zusammensetzung der Einschmelzerschlacke bei, welche sich während des Schmelzbetriebs auf der Roheisenschmelze ausbildet.
  • Alternativ oder bevorzugt zusätzlich kann mindestens ein Reduktionsmittel als weiterer Zuschlagstoff zugeführt werden. Das Reduktionsmittel umfasst oder besteht aus mindestens einem kohlenstoffhaltigen Stoff in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form mit reduktionsfähigem freiem Kohlenstoff, welche in einen elektrischen Einschmelzer einbringbar sind. In fester Form kommen beispielsweise Koksstaub, Kokslösche, Koksgrus und/oder (Bio-)Kohlepartikel in Frage. In flüssiger Form kommen beispielsweise Ethanol, Methanol sowie andere (geeignete) Kohlenwasserstoffe in Frage. In gasförmiger Form kommen kohlenstoffhaltige Gase, beispielsweise Kohlenstoffdioxid, Methan (Erdgas), Kohlenstoffmonoxid, Propan, Butan in Frage. Bevorzugt können Reduktionsmittel in Kombination mit einem in oxidischer Form vorliegenden eisenhaltigen Rest- und/oder Kreislaufstoff und/oder nicht reduziertem Eisen zugegeben werden, um insbesondere diese zu Eisen zu reduzieren und beispielsweise die Eisenausbeute erhöht werden kann.
  • Die organischen Stoffe, welche in Form von Eisenträgern und/oder Zuschlagsstoffen enthalten sein können und in den elektrischen Einschmelzer gelangen, können Bestandteile aus Klärschlamm, reduziertes und/nicht reduziertes Eisen, kohlenstoffhaltige Reststoffe, wie zum Beispiel brikettierte Stäube aus Hüttenreststoffen umfassen oder daraus bestehen.
  • Klärschlamm ist u.a. reich an Nährstoffen, da Mikroorganismen die Abwasserinhaltsstoffe in der biologischen Stufe zum Aufbau der Biomasse verwenden und so die im Abwasser enthaltenen Nährsalze aufkonzentrieren. Von besonderer Bedeutung sind insbesondere für die Landwirtschaft Nitrat, Phosphat, insbesondere mit einem P2O5-Gehalt beispielsweise zwischen 1,0 und 8,0 Gew.-% bezogen auf die Trockenmasse, und andere Pflanzennährstoffe. Jedoch sind in Klärschlammen auch Mikroplastik, Nanomaterialien und Rückstände von Medikamenten enthalten, welche einer direkten landwirtschaftlichen Verwertung entgegenstehen. Anteile des Klärschlamms, welche nicht direkt in die landwirtschaftliche Verwertung gelangen, können durch alternative Technologien sinnvoll recycliert werden und der u.a. im Klärschlamm enthaltene Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt sinnvoll wiederverwertet werden, welcher somit nicht beispielsweise auf Deponien landet. Klärschlamm als Phosphor und/oder Phosphat enthaltender organischer Stoff wäre somit in Form eines Zuschlagsstoffes einbringbar.
  • Je nach Erz-Abbaustätte, beispielsweise Kiruna in Schweden aber auch an anderen Erz-Abbaustätten wie zum Beispiel Agbaja in Nigeria, können Eisenerze mit einem hohen Phosphor-Gehalt und/oder Phosphat-Gehalt mit beispielsweise mindestens 0,8 Gew.-% belastet sein. Diese Art von Eisenerzen werden aufgrund ihrer hohen P-Belastung nur ungern zur Stahlherstellung eingesetzt und/oder mit weniger P belasteten Erzen vermischt. Somit kann alternativ oder zusätzlich mit Phosphor und/oder Phosphat belastetes reduziertes und/oder nicht reduziertes Eisen in Form eines Eisenträgers zugegeben werden.
  • Der Zuschlagstoff kann zusätzlich oder alternativ nicht nur Phosphor und/oder Phosphat als organischen Stoff, sondern auch freien Kohlenstoff mitbringen und somit zur Anreicherung der zu erzeugen Roheisenschmelze in Form eines Phosphor und/oder Phosphat enthaltenden Reduktionsmittels beitragen.
  • Die bevorzugte Verwendung von reduziertem Eisen als Eisenträger, insbesondere als Hauptbestandteil des Eisenträgers mit mindestens 60 %, insbesondere mindestens 70 %, vorzugsweise mindestens 80 % und beispielsweise maximal möglichen 100 %, bringt auch schlackenbildende Bestandteile mit sich, welche im Eisenerz naturgemäß enthalten sind und nicht in einem vorausgegangenen Reduktionsprozess ausgetrieben werden können (Gangart). Ist die über das reduzierte Eisen bereitgestellte Gangart nicht ausreichend, können bei Bedarf weitere Schlackenbildner als zusätzliche Zuschlagstoffe eingebracht werden, um eine weiterverarbeitungsfähige Einschmelzerschlacke erzeugen zu können. So werden bevorzugt Schlackenbildner zugegeben, dass sich eine Basizität B4 in der Einschmelzerschlacke zwischen 0,7 und 1,8 einstellt. B4 kann insbesondere mindestens 0,8, vorzugsweise mindestens 0,9 und insbesondere maximal 1,7, vorzugsweise maximal 1,6 betragen. Die Basizität B4 entspricht dem Verhältnis (CaO+MgO) zu (SiO2+Al2O3), wobei die Ermittlung der charakteristischen Größen generell in Schlacken im festen Zustand dem Fachmann geläufig sind.
  • Zum Erschmelzen der Eisenträger und Zuschlagstoffen verfügt ein elektrischer Einschmelzer über mehrere Elektroden, welche mit elektrischem Strom beaufschlagbar sind und damit die erforderliche Energie bereitstellen, um die Stoffe in eine Flüssigphase umfassend eine Roheisenschmelze und eine Einschmelzerschlacke zu überführen. Je nach Größe/Dimension des elektrischen Einschmelzers können drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Elektroden verwendet werden. Die zum Erschmelzen benötigte Energie wird bevorzugt zumindest zum Teil aus regenerativer Energie (Sonne, Wind, Wasser, Biomasse) bereitgestellt. Wenn die benötigte Energie und falls diese im benötigten Umfang verfügbar sein sollte, vollständig durch regenerative Energie bereitgestellt werden kann, kann der elektrische Einschmelzer klimaneutral(er) betrieben werden.
  • Der elektrische Einschmelzer kann bevorzugt ein Elektroofen der Gattung OSBF (Open Slag Bath Furnace) sein. Hierzu zählen Elektroreduktionsöfen, vor allem SAF (Submerged Electric Arc Furnace), welche Schmelzöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung sind, welche den Feststoff und/oder die Einschmelzerschlacke mittels Joule-Effekt erwärmen. Beim SAF sind die Elektroden in die Charge und/oder Einschmelzerschlacke eingetaucht. Je nach Funktionsprinzip/Betriebsweise können die Elektroreduktionsöfen als Wechselstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFac) oder Gleichstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFdc) ausgeführt sein.
  • Alternativ können auch elektrisch betriebene Einschmelzer mit direkter Lichtbogeneinwirkung zur Anwendung kommen, welche vom oben beschriebenen Funktionsprinzip/Betriebsweise abweichen, sogenannte EAF (Electric Arc Furnace), welche Lichtbögen zwischen den Elektroden und dem Feststoff bilden. Dies umfasst den Wechselstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFac), den Gleichstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFdc) und den Pfannenofen LF (Ladle Furnace).
  • Der Vorteil bei Elektroreduktionsöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung (SAF) ist, dass diese mit einer reduzierenden Atmosphäre betrieben werden, wohingegen Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung (EAF, LF) mit einer oxidierenden Atmosphäre betrieben werden.
  • Die Roheisenschmelze kann eine Temperatur zwischen 1300 °C und 1650 °C aufweisen. Wichtige Aggregatzustände lassen sich aus einem dem Fachmann bekannten Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ableiten. Wenn die Roheisenerzeugung und ihre Weiterverarbeitung zu Rohstahl oder Stahl mittelbar über dem Fachmann geeignete und bekannte Behältnisse, beispielsweise über Torpedopfannen oder dergleichen, erfolgen muss, ist eine Roheisenschmelzen-Temperatur mit einem gewissen Puffer oberhalb der Liquidus-Temperatur erforderlich, um sicher zu stellen, dass die Roheisenschmelze beim Transport in den geeigneten Behältnissen nicht (teil-)erstarrt. Der Zusatz von P kann die Liquidus-Temperatur einer Roheisenschmelze unabhängig vom Kohlenstoff-Gehalt der Roheisenschmelze senken, was zu einer im Vergleich zur konventionellen Roheisenfertigung geringeren Temperatur mit einem ausreichenden Puffer für einen Transport führen kann, so dass die Temperatur der Roheisenschmelze beim Abstechen aus dem elektrischen Einschmelzer insbesondere maximal 1600 °C, vorzugsweise maximal 1550 °C, bevorzugt maximal 1500 °C, weiter bevorzugt maximal 1450 °C betragen kann. Je nach Verweildauer der abgestochenen Roheisenschmelze im Behältnis kann ein Puffer von mindestens 75 K, insbesondere von mindestens 100 K, vorzugsweise von mindestens 125 K vorgesehen werden, so dass die kritische Liquidus-Temperatur bei einer regulären Betriebsweise nicht erreicht werden kann. Auf Basis des Hebelgesetzes und der Schmelztemperatur von reinem Eisen und der Bildung von Mischkristallen kann in guter Näherung die Liquidus-Temperatur Tliq in °C auf Basis weniger einflussnehmender Elemente mit der folgenden Formel bestimmt werden: T liq ∘ C = 1625 ∘ C − 113 ⋅ C % + S i % 4,5 + P % 2 ∘ C % wobei die % der Elemente C, Si und P in Gew.-% angegeben werden.
  • Die Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zum Herstellen einer phosphorhaltigen Konverterschlacke umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer erfindungsgemäß hergestellten phosphorhaltigen Roheisenschmelze; - Behandeln der phosphorhaltigen Roheisenschmelze in einem Konverter durch Zugabe mindestens eines Schlackenbildners und/oder mindestens eines Reduktionsmittels und durch Sauerstoffblasen, wobei am Ende des Behandelns eine Stahlschmelze umfassend die Bestandteile in Gew.-%: C: 0,0010 bis 0,80 %, Si: 0,015 bis 3,0 %, Mn: 0,020 bis 6,0 %, P: bis 0,10 %, Rest Fe und Verunreinigungen, welche in Summe 100 Gew.-% ergeben, abgestochen wird, wobei im Zuge des Behandelns und/oder optional am Ende des Behandelns eine phosphorhaltige Konverterschlacke umfassend oder bestehend aus den Bestandteilen in Gew.-%: FeO: bis zu 40 %, MnO: bis zu 10 %, SiO2: 5 bis 40 %, CaO: 35 bis 65 %, MgO: bis zu 8 %, Al2O3: bis zu 20 %, P2O5: 4 bis 30 % und Verunreinigungen in Summe zu 100 Gew.-%, erzeugt wird, welche abgezogen wird, bevor ein Abstechen der Stahlschmelze erfolgt. Der Bestandteil FeO kann 0 betragen oder > 0, insbesondere > 1 Gew.%, vorzugsweise > 2 Gew.-% sein. FeO kann insbesondere maximal 35 Gew.-%, vorzugsweise maximal 30 Gew.-%, bevorzugt maximal 25 Gew.-% betragen. Der Bestandteil MnO kann 0 betragen oder > 0, insbesondere > 1 Gew.%, vorzugsweise > 2 Gew.-% sein. MnO kann insbesondere maximal 8 Gew.-%, vorzugsweise maximal 6 Gew.-%, bevorzugt maximal 4 Gew.-% betragen. Der Bestandteil Al2O3 kann 0 betragen oder > 0, insbesondere > 0,5 Gew.% sein. Al2O3 kann insbesondere maximal 15 Gew.-%, vorzugsweise maximal 12 Gew.-%, bevorzugt maximal 10 Gew.-% betragen.
  • Die Art und Weise des Abziehens der Konverterschlacke kann je nach Funktionsweise und/oder Aufbau des Konverters individuell erfolgen. So kann die im Konverter durch Sauerstoffblasen erzeugte Konverterschlacke im Zuge des Behandelns, sprich nach einer vorgegebenen Behandlungszeit, und optional am Ende des Behandelns abgezogen werden, somit mindestens zwei Mal abgezogen werden, wobei durch das erste Abziehen im Zuge des Behandelns eine Konverterschlacke mit den vorgenannten Bestandteile bereitgestellt werden kann und das mindestens zweite oder beispielsweise letzte Abziehen eine Konverterschlacke bereitstellen kann, welche sich in der Zusammensetzung im Vergleich zum ersten Abziehen mindestens im Phosphat-Gehalt unterscheidet, insbesondere P2O5 mit bis zu 4,0 Gew.-%, insbesondere bis zu 3,0 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 2,0 Gew.-%, aufweisen kann.
  • Alternativ kann die Konverterschlacke auch nur einmal abgezogen werden, wodurch insbesondere am Ende des Behandelns eine Konverterschlacke mit den vorgenannten Bestandteilen bereitgestellt werden kann.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Die Figur 1 zeigt ein Ablaufschema zum Herstellen einer Roheisenschmelze (11) mit einem Phosphor-Gehalt zwischen 0,150 und 5,0 Gew.-% und einer die Roheisenschmelze (11) bedeckende Einschmelzerschlacke (12) in einem elektrischen Einschmelzer (10). Eisenträger und Zuschlagstoffe werden in dem elektrischen Einschmelzer (10) erschmolzen, wobei zum Einstellen des Phosphor-Gehalts in der Roheisenschmelze (11) zwischen 0,150 und 5,0 Gew.-% organische Stoffe in Form von Eisenträgern und/oder Zuschlagsstoffen mit einem Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt von mindestens 1,0 Gew.-% zugegeben werden und miterschmolzen werden.
  • Des Weiteren zeigt Figur 1 auch, wie eine phosphorhaltige Konverterschlacke (22) durch Behandeln der phosphorhaltigen Roheisenschmelze (11) durch Zugabe mindestens eines Schlackenbildners und/oder mindestens eines Reduktionsmittels und durch Sauerstoffblasen in einem Konverter (20) erzeugt wird. Am Ende des Behandelns wird eine Stahlschmelze (21) umfassend die Bestandteile in Gew.-%: C: 0,0010 bis 0,80 %, Si: 0,015 bis 3,0 %, Mn: 0,020 bis 6,0 %, P: bis 0,050 %, Rest Fe und Verunreinigungen, welche in Summe 100 Gew.-% ergeben, abgestochen, wobei im Zuge des Behandelns und/oder optional am Ende des Behandelns eine phosphorhaltige Konverterschlacke (22) umfassend oder bestehend aus den Bestandteilen in Gew.-%: FeO: bis zu 40 %, MnO: bis zu 10 %, SiO2: 5 bis 40 %, CaO: 35 bis 65 %, MgO: bis zu 8 %, Al2O3: bis zu 20 %, P2O5: 4 bis 30 % und Verunreinigungen in Summe zu 100 Gew.-%, erzeugt wird, welche abgezogen wird, bevor ein Abstechen der Stahlschmelze (21) erfolgt.
  • Die abgezogene Einschmelzerschlacke (12) wie auch Konverterschlacke (22) werden einer weiteren konventionellen dem Fachmann bekannten Route zugeführt, hier nicht dargestellt. Insbesondere können sie einer optionalen Granulierung zugeführt werden. Die Konverterschlacke (22), welche optional granuliert sein kann, kann bevorzugt einer landwirtschaftlichen Verwertung, weiter bevorzugt zu einem Düngemittel weiterverarbeitet, zugeführt werden.
  • Die abgestochene Stahlschmelze (21) wird einer weiteren konventionellen dem Fachmann bekannten Route zugeführt, hier nicht dargestellt.
  • Im Labormaßstab wurde in einem elektrischen Einschmelzer (10) der Gattung SAF Roheisenschmelze (11) mit einem Phosphor-Gehalt von 0,65 Gew.-% und einem Kohlenstoff-Gehalt von 4,1 Gew.-% erzeugt, wobei reduziertes Eisen mit einem Metallisierungsgrad von 94 % (87,1 % der Möllerung), welches mit 100 % H2 reduziert wurde, als Eisenträger mit in Gew.-% 88,9 % Gesamt-Fe, 83,5 % FeMetall, 0,050 % S, 0,01 % P, Rest SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Kohlepartikel enthaltend 80 Gew.-% C (4,0 % der Möllerung) als Reduktionsmittel und Zuschlagstoff sowie Klärschlamm (5,7 % der Möllerung) als organischer Stoff mit einem Anteil von 8,67 Gew.-% P als weiteren Zuschlagstoff zugegeben wurden. Obwohl der Klärschlamm Bestandteile an CaO mit 10 Gew.-% und MgO mit 1,5 Gew.-% aufwies, war eine Zugabe von zusätzlichen Schlackenbildnern (3,2 % der Möllerung) erforderlich, damit eine Einschmelzerschlacke (12) mit einer Basizität B4 von 1,1 erschmolzen werden konnte. Die Temperatur der Roheisenschmelze (11) betrug 1380 °C. Die theoretische Liquidus-Temperatur Tliq würde gemäß Formel bei 1110 °C liegen, so dass ein Puffer von 270 K (Temperatur der Roheisenschmelze (11) - Liquidus-Temperatur) vorlag. Die erzeugte Einschmelzerschlacke (12) wurde abgezogen, so dass die Roheisenschmelze (11) mit 0,25 Gew.-% Mn, 0,6 Gew.-% Si und 0,005 Gew.-% S, Rest Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen einem Konverter (20) im Labormaßstab zugeführt werden konnte. Im Konverter (20) wurde die aus dem elektrischen Einschmelzer (10) stammende phosphorhaltige Roheisenschmelze (11) durch Zugabe mindestens eines Schlackenbildners und/oder mindestens eines Reduktionsmittels und durch Sauerstoffblasen behandelt. Am Ende des Behandelns wurde eine Stahlschmelze (21) umfassend die Bestandteile in Gew.-%: C: 0,05 %, Mn: 0,06 %, P: 0,052 %, Rest Fe und Verunreinigungen, erzeugt und abgestochen. Am Ende des Behandelns wurde eine phosphorhaltige Konverterschlacke (22) umfassend oder bestehend aus den Bestandteilen in Gew.-%: FeO: 20,7 %, MnO: 2,3 %, SiO2: 9,8 %, CaO: 41,5 %, MgO: 3,8 %, Al2O3: 0,7 %, P2O5: 21,2 % und Verunreinigungen in Summe zu 100 Gew.-%, erzeugt, welche abgezogen wurde, bevor ein Abstechen der Stahlschmelze (21) erfolgte.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Roheisenschmelze (11) mit einem Phosphor-Gehalt zwischen 0,150 und 5,0 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenträger und Zuschlagstoffe in einem elektrischen Einschmelzer (10) zu der Roheisenschmelze (11) und im Einschmelzer (10) zu einer die Roheisenschmelze (11) bedeckende Einschmelzerschlacke (12) erschmolzen werden, wobei zum Einstellen des Phosphor-Gehalts in der Roheisenschmelze (11) zwischen 0,150 und 5,0 Gew.-% organische Stoffe in Form von Eisenträgern und/oder Zuschlagsstoffen mit einem Phosphor- und/oder Phosphat-Gehalt von mindestens 1,0 Gew.-% zugegeben werden und miterschmolzen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eisenträger umfassen oder bestehen aus reduziertem Eisen, nicht reduziertem Eisen, eisenhaltigem Schrott, eisenhaltigen Rest- und/oder Kreislaufstoffen.
  3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Zuschlagstoffe umfassen oder bestehen aus mindestens einem Schlackenbildner und/oder mindestens einem Reduktionsmittel.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schlackenbildner mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe SiO2, CaO, MgO, Al2O3 umfasst oder daraus besteht.
  5. Verfahren nach Ansprüche 3, wobei das Reduktionsmittel umfasst oder besteht aus mindestens einem kohlenstoffhaltigen Stoff in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form mit reduktionsfähigem freien Kohlenstoff.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die organischen Stoffe umfassen oder bestehen aus Klärschlamm, reduziertem und/nicht reduziertem Eisen, kohlenstoffreichen Reststoffen oder Mischungen daraus.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Roheisenschmelze (11) neben P auch die Bestandteile in Gew.-%: C: 1,2 bis 5,0 %, Si: 0,015 bis 3,0 %, Mn: 0,020 bis 6,0 %, Rest Fe und Verunreinigungen, welche in Summe 100 Gew.-% ergeben, umfasst oder daraus besteht.
  8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Roheisenschmelze (11) eine Temperatur zwischen 1300 °C und 1650 °C aufweist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer phosphorhaltigen Konverterschlacke (22) umfassend die Schritte:
    - Bereitstellen einer nach einem der vorgenannten Ansprüche hergestellten phosphorhaltigen Roheisenschmelze (11);
    - Behandeln der phosphorhaltigen Roheisenschmelze (11) in einem Konverter (20) durch Zugabe mindestens eines Schlackenbildners und/oder mindestens eines Reduktionsmittels und durch Sauerstoffblasen, wobei am Ende des Behandelns eine Stahlschmelze (21) umfassend die Bestandteile in Gew.-%: C: 0,0010 bis 0,80 %, Si: 0,015 bis 3,0 %, Mn: 0,020 bis 6,0 %, P: bis 0,10 %, Rest Fe und Verunreinigungen, welche in Summe 100 Gew.-% ergeben, abgestochen wird, wobei im Zuge des Behandelns und/oder optional am Ende des Behandelns eine phosphorhaltige Konverterschlacke (22) umfassend oder bestehend aus den Bestandteilen in Gew.-%: FeO: bis zu 40 %, MnO: bis zu 10 %, SiO2: 5 bis 40 %, CaO: 35 bis 65 %, MgO: bis zu 8 %, Al2O3: bis zu 20 %, P2O5: 4 bis 30 % und Verunreinigungen in Summe zu 100 Gew.-%, erzeugt wird, welche abgezogen wird, bevor ein Abstechen der Stahlschmelze (21) erfolgt.
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