PL236288B1 - Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza - Google Patents

Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza Download PDF

Info

Publication number
PL236288B1
PL236288B1 PL421666A PL42166617A PL236288B1 PL 236288 B1 PL236288 B1 PL 236288B1 PL 421666 A PL421666 A PL 421666A PL 42166617 A PL42166617 A PL 42166617A PL 236288 B1 PL236288 B1 PL 236288B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
carbon
steel
iron
hydrogen
iron ore
Prior art date
Application number
PL421666A
Other languages
English (en)
Other versions
PL421666A1 (pl
Inventor
Marian Niesler
Janusz Stecko
Jan Mróz
Original Assignee
Inst Metalurgii Zelaza Im Stanislawa Staszica
Mroz Jan
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 Inst Metalurgii Zelaza Im Stanislawa Staszica, Mroz Jan filed Critical Inst Metalurgii Zelaza Im Stanislawa Staszica
Priority to PL421666A priority Critical patent/PL236288B1/pl
Publication of PL421666A1 publication Critical patent/PL421666A1/pl
Publication of PL236288B1 publication Critical patent/PL236288B1/pl

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Technologia wytwarzania stali bezpośrednio z rudy polegająca na tym, że prowadzi się ją w temperaturze 1350 - 1420°C, natomiast zredukowane metaliczne żelazo w postaci stałej roztapia się poprzez indukcyjne lub chemiczne nagrzewanie lub też redukcję tlenków żelaza prowadzi się w temperaturze powyżej 1300°C w atmosferze pozbawionej węgla lub w atmosferze z kontrolowaną zawartością węgla w postaci gazowej.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza w jednym reaktorze metalurgicznym.
Istniejące obecnie technologie wytwarzania stali z rud żelaza bazują na dwóch procesach technologicznych realizowanych w dwóch odrębnych instalacjach hutniczych, tj. w wielkich piecach i piecach stalowniczych. Procesy te są przeciwstawne pod względem chemicznym, to znaczy w wielkim piecu zachodzą procesy redukcji tlenków żelaza do żelaza metalicznego, w wyniku czego otrzymuje się surówkę żelaza (w wielkim piecu panuje atmosfera redukcyjna), natomiast w piecach stalowniczych zachodzą procesy utleniające, których głównym celem jest obniżenie nadmiernej ilości węgla zawartego w surówce żelaza (w piecach stalowniczych panuje atmosfera utleniająca). Najczęściej stosowanymi agregatami hutniczymi do wytapiania stali są konwertory tlenowe i elektryczne piece łukowe.
Na rysunku fig. 1 przedstawiono schemat obecnie stosowanej dwuetapowej technologii wytwarzania stali wielki piec - konwertor tlenowy w hutach surowcowych (zintegrowanych). Na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat ok. 2/3 ogólnej ilości stali produkowanej na świecie wytwarza się według tej technologii.
W ostatnich latach rozwijane są alternatywne metody wytwarzania ciekłego żelaza poza procesem wielkopiecowym, określane często mianem metalurgii bezkoksowej, co jest związane z kurczącymi się zasobami węgli koksujących w perspektywie kolejnych dziesięcioleci. Do najbardziej rozwiniętych projektów, tj. wdrożonych w skali półprzemysłowej lub przemysłowej, należy zaliczyć technologię Hlsmelt opisaną w pozycjach literaturowych: D. Maculey. D. Price. Steel Times Int., May 1999. p. 22-26, J. Feinman, Iron a. Steel Engineer, June 1999, p. 75-77, technologię DIOS opisaną w pozycjach literaturowych: J. Feinman, Iron a. Steel Engineer, June 1999. p. 75-77 oraz T. Inatani, „The current status of JISF research on the direct iron-ore smelting reduction processes”. ISS Ironmaking Conference Proceedings, vol. 50, 1991, p. 651-658, technologię AISI opisaną w publikacjach: X. Zhang, A. Vassilicos, R. J. Fruehan, „Modeling of the AISI two-zone smelter, Part I: Water modeling experiments and the staged model development”, ISS Transactions, August 1999, p. 53 oraz X. Zhang, R. J. Fruehan, A. Vassilicos, B. Sarma, „Modeling of the AISI two-zone smelter, Part II: Water modeling experiments and the staged model development, ISS Transactions, June 2001, p. 55, i technologię Romelt opisaną w pozycjach literaturowych: E. F. Vegman, Steel in Translation, t. 26, 1996, nr 11, p. 16-21 oraz V. Romenets, „The Romelt Process”, ISS Ironmaking 2000, Myrtle Beach SC, October, 1994. We wszystkich tych przypadkach końcowym produktem nie jest jednakże stal ze względu na zbyt duże nawęglenie kąpieli metalowej.
Obecnie podejmowane są badania i próby wdrażania idei otrzymywania stali innymi metodami niż funkcjonujące obecnie (tj. wielki piec - konwertor tlenowy lub elektryczny piec łukowy). Należy do nich zaliczyć oparty na węglu proces ciągłego wytapiania stali (z cyrkulacją metalu w pętli technologicznej) opisany w pozycjach literaturowych: A. N. Warner, „Towards coal based continuous steelmaking, Part I, Iron ore fines and strap to low carbon steel via melt circulation”, Iron and Steelmaking, 2003, vol. 30, No. 6, p. 429 oraz N. A. Warner, „Towards coal based continuous steelmaking, Part 2, Low carbon to ultralow carbon steel”, Iron and Steelmaking, 2003, vol. 30, No. 6, p. 435, proces w jednym agregacie z dwiema strefami - utleniającą i redukcyjną, opisany w publikacji: W. M. Łupejko, „Nowyj proces priamowo połuczienija stali mietodom żidkofaznowo wosstanowlienija żielieznoj rudy”, Stal, 2000, nr 9, s. 15, bezkoksowy proces produkcji stali z wykorzystaniem czterech agregatów - piec szybowy, konwertor do roztapiania redukcyjnego, konwertor do rafinacji i mieszalnik ciekłej stali, opisany w pozycji: E. S. Shakhpazow, I. V. Dovliadov, V. I. Smirnow, E. S. Frantova, V. T. Timofeyev, P. I. Tolchinskaja, „Design of pilot plant for liquid steel cokeless production in the unit of the ‘Ore-Steel’ type”, 21st Century Steel Ind. of Russia a. CIS, Int. Conf., 6-10.06.94, Moscov, 1994, t. 2, s. 138-140, a także trzyetapowy proces obejmujący wstępne nagrzewanie wsadu w reaktorze z kontrolowaną temperaturą do 1050°C, redukcję w reaktorze przesuwnym dla otrzymania żelaza gąbczastego oraz roztapianie i otrzymywanie stali w reaktorze wysokotemperaturowym, opisany w publikacji: G. Nabi, “Method and apparatus for steelmaking”, Iron and Steelmaker, 1993, t. 20, nr 3, s. 71.
Charakterystyczną wspólną cechą tych rozwiązań jest to, że są to procesy wieloetapowe, zaś w niektórych z nich występują pośrednie agregaty do otrzymywania żelaza gąbczastego, co znane jest z dotychczasowych technologii otrzymywania stali w łukowych piecach elektrycznych.
Celem wynalazku jest istotne obniżenie nakładów inwestycyjnych w przeliczeniu na jednostkę wyprodukowanej stali, ze względu na wyeliminowanie kosztów inwestycyjnych związanych z budową
PL 236 288 Β1 wydziałów koksowni, aglomerowni i wielkich pieców, obniżenie kosztów reduktora tlenków żelaza poprzez zastąpienie drogiego koksu metalurgicznego stosunkowo tanim gazem ziemnym, znaczące obniżenie emisji CO2 do atmosfery w porównaniu z linią technologiczną wielki piec - konwertor tlenowy w związku z wyeliminowaniem operacji koksowania węgla, wyeliminowaniem spiekania rud żelaza, ograniczeniem procesów redukcji z wykorzystaniem tlenku węgla, oraz praktycznym wyeliminowaniem procesu utleniania węgla z kąpieli metalowej w porównaniu z dotychczasowym sposobem wytwarzania stali.
Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza w jednym reaktorze metalurgicznym, charakteryzuje się tym, że do reaktora wprowadza się, przez wdmuchiwanie, miałkie rudy żelaza o ziarnistości poniżej 3 mm, topniki o ziarnistości poniżej 3 mm w ilości zapewniającej wymaganą zasadowość żużli, oraz reduktor gazowy w postaci wodoru albo mieszaniny wodoru i tlenku węgla, i prowadzi się redukcję tlenków żelaza w temperaturze nie niższej niż 1300°C, przy czym pożądaną, końcową zawartość węgla w stali reguluje się poprzez wprowadzenie takiej ilości gazowego reduktora węglowego w atmosferze redukcyjnej, albo wprowadzenie takiej ilości węgla bezpośrednio do kąpieli metalowej, która zapewnia osiągnięcie założonego poziomu nawęglenia stali.
Korzystnie, mieszanina wodoru i tlenku węgla zawiera dodatek stałego reduktora węglowego.
W sposobie według wynalazku, wykorzystującym reduktor gazowy w postaci wodoru w temperaturze, do reaktora metalurgicznego wdmuchiwana jest mieszanka miałkich rud żelaza i topników (frakcja poniżej 3 mm), wraz z reduktorem gazowym tj. wodorem, w temperaturze nie niższej niż 1300°C. Przy zastosowaniu wodoru jako reduktora, w reaktorze nie występuje węgiel, co umożliwia wytapianie stali niskowęglowych, poprzez wprowadzanie odpowiednich dodatków węgla w końcowym etapie procesu. Ponadto temperatura procesu jest określona przez wymagania związane z przeprowadzeniem żelaza w stan ciekły oraz kinetykę procesu redukcji.
Przy zastosowaniu jako reduktora mieszaniny wodoru i tlenku węgla z dodatkiem stałego reduktora węglowego, po procesie redukcji i roztopieniu żelaza metalicznego, następuje nawęglenie kąpieli do żądanego poziomu zawartości węgla poprzez kontrolowanie składu atmosfery gazowej w reaktorze i dodatek reduktora węglowego do kąpieli metalowej. Sposób ten umożliwia wytapianie stali średnioi wysokowęglowych.
Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 2 przedstawia schemat sposobu otrzymywania stali bezpośrednio z rudy żelaza.
Przykład
Do zamkniętego reaktora metalurgicznego wdmuchiwany jest wsad żelazonośny w postaci mieszanki następujących składników: pylaste i drobnoziarniste rudy żelaza (o ziarnistości poniżej 3,0 mm) oraz topniki w postaci kamienia wapiennego w ilości zapewniającej wymaganą zasadowość żużli (o ziarnistości topników poniżej 3,0 mm), wraz z reduktorem gazowym, którym w niniejszym przykładzie jest gaz będący mieszaniną wodoru i tlenku węgla, otrzymany z konwersji parowej gazu ziemnego (CH4). W wyniku reakcji konwersji CH4 + H2O CO + 3H2 otrzymuje się mieszaninę gazu redukcyjnego o składzie: 25% obj. CO i 75% obj. H2.
W zależności od składu chemicznego składników oblicza się nadmiar mieszanki, tj. udział poszczególnych składników wymaganych do wytopienia 1 Mg żelaza przy określonej zasadowości żużla.
Do wytopienia 100 Mg żelaza z koncentratu magnetytu lebiedeńskiego, o składzie podanym w poniższej tabeli, potrzeba 148,4 Mg koncentratu przy założeniu strat żelaza w wysokości 0,5% masowych. Zakładając zasadowość żużla w procesie na poziomie CaO/SiO2 = 1.10 należy dodać do tej ilości rudy 8,0 Mg CaO, co w przeliczeniu na kamień wapienny (56% masowych CaO) daje 14.3 Mg (w obliczeniach nie uwzględniono ilości CaO potrzebnego do związania siarki w procesie redukcji).
Tabela. Skład chemiczny koncentratu magnetytowego lebiedeńskiego, % masowy
Fe FejCh FeO CaO SiOz MgO AI2O3 Mn S
67,72 65,64 28,05 0,19 5,08 0,32 0,16 0,03 0,058
Sumaryczna ilość lebiedeńskiego koncentratu magnetytowego i topników potrzebna do otrzymania 100 Mg metalicznego żelaza wynosi 148,4+44.3=162,7 Mg wsadu, przy czym reduktorem jest mieszanina wodoru i tlenku węgla. Zakładając, że proces redukcji FesO4 przebiega w temperaturze 1550°C z wykorzystaniem mieszaniny gazowej o składzie 25% obj. CO i 75% obj. H2, z obliczeń termochemicznych wynika, że dla zredukowania 1 mola FesO4 do żelaza metalicznego, wg reakcji FesO4 + CO + 3H2
PL 236 288 B1 > 3Fe + CO2 + 3H2O, wystarczający jest nadmiar reduktora określony współczynnikiem 2,8. tzn. w wyniku reakcji składników układu określonego wyrażeniem Fe3O4 + 2,8CO + 8,4H2 1 mol magnetytu zostaje praktycznie zredukowany do żelaza metalicznego w całości (0,005 mola Fe3O4 pozostaje niezredukowane).
W odniesieniu do założonej ilości 100 Mg żelaza metalicznego z procesu redukcji Fe3O4, w procesie tym (w temp. 1550°C) należy zużyć mieszaninę 37000 m3 CO i 112000 m3 H2.
Skład równowagowy gazów po redukcji obejmuje (% obj.) 43,31% H2, 31,65% H2O, 21,00% CO i 3,99% CO2, przy czym potencjał cieplny tych gazów jest wykorzystywany do dostarczenia energii cieplnej do układu reakcyjnego poprzez ich dopalanie w górnej części reaktora.

Claims (2)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza w jednym reaktorze metalurgicznym, znamienny tym, że do reaktora wprowadza się przez wdmuchiwanie, miałkie rudy żelaza o ziarnistości poniżej 3 mm, topniki o ziarnistości poniżej 3 mm w ilości zapewniającej wymaganą zasadowość żużli, oraz reduktor gazowy w postaci wodoru albo mieszaniny wodoru i tlenku węgla, i prowadzi się redukcję tlenków żelaza w temperaturze nie niższej niż 1300°C, przy czym pożądaną, końcową zawartość węgla w stali reguluje się poprzez w prowadzenie takiej ilości gazowego reduktora węglowego w atmosferze redukcyjnej, albo wprowadzenie takiej ilości węgla bezpośrednio do kąpieli metalowej, która zapewnia osiągnięcie założonego poziomu nawęglenia stali.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanina wodoru i tlenku węgla zawiera dodatek stałego reduktora węglowego.
PL421666A 2017-05-22 2017-05-22 Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza PL236288B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421666A PL236288B1 (pl) 2017-05-22 2017-05-22 Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL421666A PL236288B1 (pl) 2017-05-22 2017-05-22 Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL421666A1 PL421666A1 (pl) 2018-12-03
PL236288B1 true PL236288B1 (pl) 2020-12-28

Family

ID=64460918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL421666A PL236288B1 (pl) 2017-05-22 2017-05-22 Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL236288B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL421666A1 (pl) 2018-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230006894A (ko) 침탄된 해면철을 제조하는 방법
CN101665848B (zh) 一种铁矿石直接炼钢工艺
CN101906501A (zh) 一种用粉矿和煤氧直接炼钢工艺
Holtzer et al. The recycling of materials containing iron and zinc in the OxyCup process
US4248624A (en) Use of prereduced ore in a blast furnace
Wright et al. A review of progress of the development of new ironmaking technologies
CN101665849A (zh) 一种铁矿石连续炼钢工艺
CA2408720C (en) Method and device for producing pig iron or liquid steel pre-products from charge materials containing iron ore
US4111687A (en) Process for the production of intermediate hot metal
Babich et al. Low carbon ironmaking technologies: an European approach
Steffen et al. State of the art technology of direct and smelting-reduction of iron ores
PL236288B1 (pl) Sposób wytwarzania stali bezpośrednio z rudy żelaza
US10787717B2 (en) Method of utilizing furnace off-gas for reduction of iron oxide pellets
JP2023550359A (ja) 浸炭海綿鉄を生成するプロセス
JP6137087B2 (ja) 焼結鉱の製造方法
Steenkamp et al. Introduction to the production of clean steel
Born et al. Injection of DRI/LRI into the blast furnace
US20240052440A1 (en) Method of steel smelting directly from iron ore
Saha Reduction in Charge Requirements of Hismeltiron-Making Process in Indian Context
GB2026548A (en) Production of intermediate hot metal for steelmaking
CA2979698C (en) System and method of high pressure oxy-fired (hiprox) flash metallization
JP2018024896A (ja) 還元鉄の製造方法および溶鋼の製造方法ならびに還元鉄製造工程を含む高炉製鉄所
CA1101677A (en) Process and apparatus for the production of intermediate hot metal
Havemann Direct iron ore reduction for Asia
Kovalev Metallurgical system for processing iron-bearing steel-plant wastes