EP4575005A1 - Verfahren zum herstellen einer stahlschmelze - Google Patents

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EP4575005A1
EP4575005A1 EP23217436.7A EP23217436A EP4575005A1 EP 4575005 A1 EP4575005 A1 EP 4575005A1 EP 23217436 A EP23217436 A EP 23217436A EP 4575005 A1 EP4575005 A1 EP 4575005A1
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EP
European Patent Office
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iron
melt
carriers
pig iron
carbon
Prior art date
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Pending
Application number
EP23217436.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Jonas Fabry
Dr. Boris Kohnen
Dr. Daniel SCHUBERT
Marcus Sommerfeld
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
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP23217436.7A priority Critical patent/EP4575005A1/de
Publication of EP4575005A1 publication Critical patent/EP4575005A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/54—Processes yielding slags of special composition
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Definitions

  • the object of the present invention is to further develop this process in such a way that a higher thermal energy can be stored in the pig iron melt.
  • a silicon content of at least 0.40 to 5.0 wt.% and a titanium content of at least 0.040 to 0.90 wt.% are set and/or maintained in the pig iron melt during the melting operation and, by means of the converter treatment, a silicon content which is at least 10% lower and a titanium content which is at least 10% lower in the steel melt compared to the pig iron melt is achieved.
  • the elements silicon and titanium present in the pig iron melt are preferably in free or dissolved form.
  • the aforementioned contents of silicon and titanium in the pig iron melt serve as chemical storage components for energy.
  • the pig iron melt can therefore have a silicon content of in particular at least 0.60 wt.%, preferably at least 0.80 wt.%, preferably at least 1.0 wt.%, particularly preferably at least 1.20 wt.%, further preferably at least 1.40 wt.%, and in particular at most 4.50 wt.%, preferably at most 4.0 wt.%, preferably at most 3.50 wt.%, particularly preferably at most 3.0 wt.%.
  • the pig iron melt can have a titanium content of in particular at least 0.070 wt.%, preferably at least 0.10 wt.%, preferably at least 0.150 wt.%, particularly preferably at least 0.20 wt.%, further preferably at least 0.250 wt.%, and in particular at most 0.80 wt.%, preferably at most 0.70 wt.%, preferably at most 0.60 wt.%, particularly preferably at most 0.50 wt.%.
  • the converter treatment can achieve a silicon content that is at least 10% lower and a titanium content that is at least 10% lower in the steel melt compared to the pig iron melt, whereby the chemical energy can be released in the form of heat through oxidation of the storage components during the further course of the converter treatment and can preferably be used to melt additional iron carriers.
  • the silicon content in the steel melt can be reduced compared to the pig iron melt, in particular by at least 15%, 20%, preferably by at least 25%, 30%, more preferably by at least 35%, 40%, particularly preferably by at least 50%, 60%, further preferably by at least 70%, 80%.
  • the silicon content in the steel melt can be reduced to at least 0.10 wt.%.
  • the titanium content in the steel melt can be reduced by at least 15%, 20%, preferably by at least 25%, 30%, more preferably by at least 35%, 40%, particularly preferably by at least 50%, 60%, further preferably by at least 70%, 80%, in comparison to the pig iron melt.
  • the titanium content in the steel melt can be reduced to at least 0.0050 wt.%.
  • elements such as Ti in the steel product can significantly influence the production properties.
  • additional iron carriers are introduced, which are provided comprising or consisting of sponge iron pieces and/or sponge iron pellets and/or sponge iron briquettes, scrap, blast furnace pig iron, whereby the proportion of the additional iron carriers is at least 3 wt.% and at most 30 wt.% of the total mass of the steel melt produced or to be produced.
  • the proportion of additionally introduced iron carriers can in particular be at least 4, 5, 6 wt.%, preferably at least 7, 8, 9 wt.%, preferably at least 10, 11, 12 wt.%, particularly preferably at least 13, 14, 15 wt.% and in particular at most 28 wt.%, preferably at most 25 wt.%.
  • oxidation processes take place at high temperatures. Due to the Si and Ti-containing pig iron melt to be conditioned, conventional oxygen blowing produces oxidised solid components, including SiO 2 and TiO 2 , which are transferred into the (converter) slag, as well as gaseous compounds, such as CO and CO 2 , etc.
  • the oxidation reaction of Si and Ti each generates an exothermic energy which is higher than the energy required to convert solid iron into a liquid phase, so that the kinetics occurring during converter treatment are suitable for being able to melt additional iron carriers, in particular, without having to incur additional effort and/or costs, and thus to increase the yield or production quantity in relation to the existing amount of pig iron in the converter.
  • reduced iron ore carriers in the form of sponge iron pieces and/or sponge iron pellets and/or sponge iron briquettes with a carbon content between 0 and 4.8 wt.%, in particular > 0 wt.%, and a degree of metallization of at least 75% are preferably used as iron carriers (in the smelter).
  • the degree of metallization reflects the ratio of the metallic iron content relative to the total iron content in the sponge iron. It can in particular be at least 80%, preferably at least 85%, preferably at least 90%, and ideally up to 100%, in particular up to 99%.
  • sponge iron as an iron carrier also brings with it slag-forming components which are naturally present in the iron ore carrier and cannot be expelled in a preceding reduction process, and are referred to as gangue. If the gangue provided via the sponge iron is insufficient, further slag-forming agents can be introduced as additives if required in order to produce a liquid slag which can be further processed. Thus, according to one embodiment, slag-forming agents can be added in order to be able to adjust a basicity B3 in the liquid slag between 0.9 and 1.8.
  • B3 can in particular be at least 1.0, preferably at least 1.1 and in particular a maximum of 1.7, preferably a maximum of 1.6.
  • the basicity B4 corresponds to the ratio of CaO+MgO to SiO2 + Al2O3 , whereby the determination of the characteristic quantities in the slag in the solid state is within the skill of the art . are familiar. The adjustment of the desired basicity by appropriate mixing/addition is familiar to the expert.
  • the slag former comprises at least one or more of the elements from the group (CaO, MgO, SiO 2 , Al 2 O 3 ).
  • carbon carriers can be introduced according to one embodiment, in particular in an amount that allows the desired carbon content in the iron melt to be achieved.
  • carbon carriers can be introduced according to one embodiment, in particular in an amount that allows the desired carbon content in the iron melt to be achieved.
  • all materials in gaseous, liquid and/or solid form with reducible free carbon that can be introduced into the electric smelter are suitable as carbon carriers.
  • solid form for example, coke dust, coke slaked coal, coke breeze or coal particles are suitable.
  • liquid form for example, ethanol, methanol and other hydrocarbons are suitable.
  • carbon-containing gases for example carbon dioxide, methane (natural gas), carbon monoxide, propane and butane are suitable.
  • the provided carbon carrier may comprise or consist of coal, biochar, biomass, biogenic and/or non-biogenic plastics.
  • SAF submerged arc furnaces
  • EAF direct arc furnaces

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stahlschmelze nach Anspruch 1.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stahlschmelze, umfassend die Schritte:
    • Erzeugen einer eisenbasierten Schmelze in einem elektrischen Einschmelzer, in welchem Eisenträger, optional Kohlenstoffträger und/oder optional Schlackenbildner eingebracht und im Schmelzbetrieb zu einer Roheisenschmelze und einer auf der Roheisenschmelze aufschwimmenden Flüssigschlacke erschmolzen werden;
    • Behandeln der im elektrischen Einschmelzer erzeugten Roheisenschmelze in einem Konverter zur Erzeugung einer Stahlschmelze, wobei vor und/oder während der Konverterbehandlung zusätzliche Eisenträger eingebracht werden.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der Veröffentlichung EP 3 954 786 A1 bekannt. Es wäre wünschenswert, die Betriebsmittel während eines Konverterbetriebs senken zu können und/oder die Ausbeute bei gleichbleibender Leistung des Konverters erhöhen zu können.
  • Des Weiteren ist in den Fachkreisen das Richardson-Ellingham Diagramm bekannt, in welchem Sauerstoffpotential von Metalloxiden in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen sind. Im Richardson-Ellingham-Diagramm liegen Kurven der edleren Metalle über denen der unedleren, wobei die unedleren dementsprechend eine höhere Sauerstoffaffinität aufweisen und dadurch prinzipiell als Reduktionsmittel geeignet sind, während sie selbst teilweise nur schwer zu reduzieren sind. Aus dem Richardson-Ellingham-Diagramm ist abzulesen, dass eine Phasenänderung (von festem zu flüssigem Metall) einen großen Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit des Sauerstoffpotentials hat (Phasenänderungen führen zu einer geänderten Steigung der Geraden, da die Entropie von fest zu flüssig zu gasförmig zunimmt). Es muss aber beachtet werden, dass das Richardson-Ellingham-Diagramm ideale Bedingungen voraussetzt, sodass z.B. eine von einer verschiedenen Aktivität des Metalls und des Oxids, etwa durch die Bildung von Mischphasen, zu einer Abweichung von den beschriebenen Zusammenhängen führt. Ein weiterer Nachteil ist, dass nur Aussagen über die theoretisch erreichbaren Gleichgewichtszustände möglich sind, während der Weg und die Zeit zur Einstellung des Gleichgewichtes, d. h. der entscheidende Bereich der Reaktionskinetik, unbeachtet bleiben, vgl. https://application.wiley-vch.de/books/sample/ 3527315802 c01.pdf Seite 37 ff.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass eine höhere thermische Energie in der Roheisenschmelze gespeichert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterführende Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß werden in der Roheisenschmelze während des Schmelzbetriebs ein Siliziumgehalt von mindestens 0,40 bis 5,0 Gew.-% und ein Titangehalt von mindestens 0,040 bis 0,90 Gew.-% eingestellt und/oder erhalten und durch die Konverterbehandlung ein um mindestens 10 % geringeren Siliziumgehalt und einen um mindestens 10 % geringer Titangehalt in der Stahlschmelze im Vergleich zur Roheisenschmelze erreicht.
  • Die in der Roheisenschmelze befindlichen Elemente Silizium und Titan sind bevorzugt in freier respektive gelöster Form.
  • Durch die gezielte Einstellung von Silizium und Titan in der Roheisenschmelze während des Schmelzbetriebs in den vorgenannten Gehalten, kann eine höhere chemische Energie im Vergleich zu dem bisherigen bekannten Stand der Technik in der Roheisenschmelze eingestellt und/oder erhalten werden, welche wiederrum während des Konverterbetriebs als thermische Energie freigesetzt wird und die Konverterbehandlung begünstigt, indem weniger Betriebsmittel, wie zum Beispiel Sauerstoff, spezifische Roheisenmenge pro Tonne Rohstahl, elektrischer Strom etc. zur Anwendung kommen, um die Roheisenschmelze zu behandeln. Insbesondere kann dadurch bei gleichbleibender Leistung des Konverters ein im Vergleich zum Stand der Technik höherer Anteil an zusätzlichen Eisenträgern, wie zum Beispiel Schrott, hinzugeführt und erschmolzen werden, wodurch die Ausbeute bzw. die Produktionsmenge bezogen auf die vorhandene Roheisenmenge erhöht werden kann.
  • Die vorgenannten Gehalte an Silizium und Titan in der Roheisenschmelze dienen als chemische Speicherkomponenten für Energie. Die Roheisenschmelze kann daher einen Gehalt an Silizium mit insbesondere mindestens 0,60 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 1,0 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 1,20 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 1,40 Gew.-%, und insbesondere maximal 4,50 Gew.-%, vorzugsweise maximal 4,0 Gew.-%, bevorzugt maximal 3,50 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 3,0 Gew.-% aufweisen. Des Weiteren kann die Roheisenschmelze einen Gehalt an Titan mit insbesondere mindestens 0,070 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,150 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,20 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 0,250 Gew.-%, und insbesondere maximal 0,80 Gew.-%, vorzugsweise maximal 0,70 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,60 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 0,50 Gew.-% aufweisen.
  • Durch die Konverterbehandlung kann ein um mindestens 10 % geringerer Siliziumgehalt und ein um mindestens 10 % geringerer Titangehalt in der Stahlschmelze im Vergleich zur Roheisenschmelze erreicht werden, wodurch im weiteren Verlauf der Konverterbehandlung die chemische Energie durch Oxidation der Speicherkomponenten in Form von Wärme freigesetzt und bevorzugt zum Erschmelzen von zusätzlichen Eisenträgern nutzbar gemacht werden kann. Der Gehalt an Silizium kann in der Stahlschmelze im Vergleich zur Roheisenschmelze insbesondere um mindestens 15 %, 20 % verringert werden, vorzugsweise um mindestens 25 %, 30 %, bevorzugt um mindestens 35 %, 40 %, besonders bevorzugt um mindestens 50 %, 60 %, weiter bevorzugt um mindestens 70 %, 80 %. Der Siliziumgehalt kann in der Stahlschmelze auf mindestens 0,10 Gew.-% verringert werden. Der Gehalt an Titan kann in der Stahlschmelze im Vergleich zur Roheisenschmelze insbesondere um mindestens 15 %, 20 % verringert werden, vorzugsweise um mindestens 25 %, 30 %, bevorzugt um mindestens 35 %, 40 %, besonders bevorzugt um mindestens 50 %, 60 %, weiter bevorzugt um mindestens 70 %, 80 %. Der Titangehalt kann in der Stahlschmelze auf mindestens 0,0050 Gew.-% verringert werden. Insbesondere wenn sehr hohe Reinheitsgrade bestimmter Stahlgüten verlangt werden, ist es auf der einen Seite wichtig, schlackenbildende Inhaltsstoffe aus der Stahlschmelze zu entfernen, indem diese mit der Flüssigschlacke bzw. Schlacke agglomeriert werden. Auf der anderen Seite können Elemente wie Ti im Stahlprodukt die Produktionseigenschaften signifikant beeinflussen.
  • Des Weiteren werden vor und/oder während der Konverterbehandlung zusätzliche Eisenträger eingebracht, welche umfassend oder bestehend aus Eisenschwamm-Stücken und/oder Eisenschwamm-Pellets und/oder Eisenschwamm-Briketts, Schrott, Hochofen-Roheisen bereitgestellt werden, wobei der Anteil der zusätzlichen Eisenträger mindestens 3 Gew.-% und maximal 30 Gew.-% auf die Gesamtmasse der erzeugten bzw. zu erzeugenden Stahlschmelze beträgt.
  • Der Anteil an zusätzlich eingebrachten Eisenträger kann insbesondere mindestens 4, 5, 6 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 7, 8, 9 Gew.-%, bevorzugt mindestens 10, 11, 12 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 13, 14, 15 Gew.-% und insbesondere maximal 28 Gew.-%, vorzugsweise maximal 25 Gew.-% betragen.
  • Bei der Konverterbehandlung laufen Oxidationsvorgänge bei hohen Temperaturen ab. Aufgrund der zu konditionierenden, Si- und Ti-haltigen Roheisenschmelze entstehen durch das konventionelle Sauerstoffblasen oxidierte feste Bestandteile, u.a. SiO2 und TiO2, welche in die (Konverter-)Schlacke überführt werden, und auch gasförmige Verbindungen, zum Beispiel CO und CO2 etc. Die Oxidationsreaktion von Si und auch Ti erzeugt jeweils eine exotherme Energie, welche höher ist als die Energie, welche benötigt wird, um festes Eisen in eine flüssige Phase zu überführen, so dass die während der Konverterbehandlung ablaufende Kinetik geeignet ist, ohne zusätzlichen Mehraufwand und/oder Mehrkosten aufwenden zu müssen, um zusätzliche Eisenträger, insbesondere erschmelzen zu können und damit die Ausbeute bzw. die Produktionsmenge bezogen auf die vorhandene Roheisenmenge im Konverter erhöhen zu können.
  • So kommen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als Eisenträger (im Einschmelzer) bevorzugt reduzierte Eisenerzträger in Form von Eisenschwamm-Stücken und/oder Eisenschwamm-Pellets und/oder Eisenschwamm-Briketts mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0 und 4,8 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-%, und einem Metallisierungsgrad von mindestens 75 % zur Anwendung. Der Metallisierungsgrad spiegelt das Verhältnis des metallischen Eisenanteils bezogen auf den gesamten Eisengehalt im Eisenschwamm wider. Er kann insbesondere mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 90 % und kann im Idealfall bis zu 100 %, insbesondere bis zu 99 % betragen.
  • Die bevorzugte Verwendung von Eisenschwamm als Eisenträger bringt auch schlackenbildende Bestandteile mit sich, welche im Eisenerzträger naturgemäß enthalten sind und nicht in einem vorausgegangenen Reduktionsprozess ausgetrieben werden können, und als Gangart bezeichnet werden. Ist die über den Eisenschwamm bereitgestellte Gangart nicht ausreichend, können bei Bedarf weitere Schlackenbildner als Zusatzstoffe eingebracht werden, um eine weiterverarbeitungsfähige Flüssigschlacke zu erzeugen. So kann gemäß einer Ausgestaltung Schlackenbildner zugegeben werden, um eine Basizität B3 in der Flüssigschlacke zwischen 0,9 und 1,8 einstellen zu können. B3 kann insbesondere mindestens 1,0, vorzugsweise mindestens 1,1 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 in der Schlacke im festen Zustand dem Fachmann geläufig sind. Die Einstellung der gewünschten Basizität durch entsprechende Mischung/ Zugabe ist dem Fachmann geläufig. Der Schlackenbildner umfasst mindestens eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe (CaO, MgO, SiO2, Al2O3).
  • Falls die Roheisenschmelze einen definierten Kohlenstoffgehalt, welcher zwischen 2,5, insbesondere 3,0, vorzugsweise 3,3, bevorzugt 3,7, besonders bevorzugt 3,9 und 4,8 Gew.-% liegen kann, nicht über den Eisenträger allein bereitgestellt werden kann, können gemäß einer Ausgestaltung Kohlenstoffträger eingebracht werden, insbesondere in der Menge, dass der gewünschte Kohlenstoffgehalt in der Eisenschmelze erreicht werden kann. Als Kohlenstoffträger eignen sich grundsätzlich alle Materialien in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form mit reduktionsfähigem freiem Kohlenstoff, welche in den elektrischen Einschmelzer einbringbar sind. In fester Form kommen beispielsweise Koksstaub, Kokslösche, Koksgrus oder Kohlepartikel in Frage. In flüssiger Form kommen beispielsweise Ethanol, Methanol sowie andere Kohlenwasserstoffe in Frage. In gasförmiger Form kommen kohlenstoffhaltige Gase, beispielsweise Kohlenstoffdioxid, Methan (Erdgas), Kohlenstoffmonoxid, Propan, Butan in Frage. Bevorzugt kann der bereitgestellte Kohlenstoffträger umfassen oder bestehen aus Kohle, Biokohle, Biomasse, biogene und/oder nicht biogene Kunststoffe.
  • Bevorzugt kann Schrott als zusätzlicher Eisenträger und insbesondere zur Erhöhung der Recyclingrate eingebracht werden. Durch den Schrott können unerwünschte Begleitelemente, wie Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Zinn (Sn) und/oder Nickel (Ni) eingebracht werden, welche je nach zu erzeugender Stahlgüte sowohl metallurgische Prozesse als auch werkstoffliche Produkteigenschaften, wobei einige der genannten auch Legierungselemente für bestimmte Stahlgüten darstellen. Metallurgisch können daraus einerseits notwendige Änderungen in der Prozessführung resultieren, andererseits kann dies auch zu einer negativen Beeinflussung bis hin zu Problemen in der Weiterverarbeitung der aus der Stahlschmelze erzeugten Halbzeuge führen.
  • Zum Erschmelzen der Eisenträger und Kohlenstoffträger verfügt der elektrische Einschmelzer über mehrere Elektroden, welche mit elektrischem Strom beaufschlagbar sind und damit die erforderliche Energie bereitstellen, um die Feststoffe in eine Flüssigphase, umfassend eine Eisenschmelze und eine Flüssigschlacke, 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 aus regenerativer Energie (Sonne, Wind, Wasser, Biomasse, Geothermie) bereitgestellt. Dadurch kann der elektrische Einschmelzer klimaschonend betrieben werden.
  • Der elektrische Einschmelzer kann bevorzugt ein Ofen der Gattung OSBF (Open Slag Bath Furnace) sein. Hierzu zählen Elektroreduktionsöfen, vor allem SAF (Submerged Electric Arc Furnace), welche Schmelzöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung sind, die Lichtbögen zwischen der Elektrode und dem Einsatzstoff und/oder der Flüssigphase bilden oder welche den Einsatzstoff und/oder die Flüssigphase mittels Joule-Effekt erwärmen. Beim SAF sind die Elektroden in den Einsatzstoff und/oder die Flüssigphase, insbesondere in die Flüssigschlacke eingetaucht. Je nach Funktionsprinzip/Betriebsweise können die Elektroreduktionsöfen als Wechselstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFac) oder Gleichstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFdc) ausgeführt sein. Alternativ können auch Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung, welche vom oben beschriebenen Funktionsprinzip/Betriebsweise abweichen, sogenannte EAF (Electric Arc Furnace) zum Einsatz kommen, welche Lichtbögen zwischen der Elektrode und der Flüssigphase bilden. Dies umfasst den Wechselstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFac), den Gleichstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFdc) und den Pfannenofen LF (Ladle Furnace).
  • Der Vorteil bei der Verwendung von Elektroreduktionsöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung (SAF) ist, dass diese mit einer reduzierenden Atmosphäre betrieben werden, wohingegen Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung (EAF) mit einer oxidierenden Atmosphäre betrieben werden.
  • Mittels der Software FactSage, Version 8.3 wurden die Energien für die Oxidationsreaktion der Elemente Si und Ti in der Roheisenschmelze mit einer Temperatur von 1550 °C in Verbindung mit Sauerstoff mit einer Temperatur von 25 °C und für das Erschmelzen von Fe mit einer eingebrachten Temperatur von 25 °C auf eine Temperatur von 1550 °C ermittelt bzw. modelliert. Die Funktionsweise von FactSage ist dem Fachmann geläufig. Bei der Berechnung wurden nur die jeweiligen Rohdaten und keine Mischungsenthalpien etc. berücksichtigt. Somit wurde folgendes Ergebnis generiert: 1 kg Si l , 1550 ° C + 1,14 kg O 2 g , 25 ° C = 2,14 kg SiO 2 l , 1550 ° C bei 1550 ° C = − 31467,81 kJ
    Figure imgb0001
     1 kg Ti l , 1550 ° C + 0,67 kg O 2 g , 25 ° C = 1,67 kg TiO 2 l , 1550 ° C bei 1550 ° C = − 17785,34 kJ
    Figure imgb0002
     1 kg Fe s , 25 ° C = 1 kg Fe l , 1550 ° C = 1307,66 kJ
    Figure imgb0003
     mit s=fest, l=flüssig und g=gasförmig.
  • Somit würde bei der oben genannten Modellierung, die bei der Erzeugung von SiO2 exotherm entstehende Energie ein Erschmelzen von ca. der 24-fachen Menge von Eisen ohne zusätzliches Einbringen von Energie ermöglichen. So auch die bei der Erzeugung von TiO2 exotherm entstehende Energie würde ein Erschmelzen von ca. der 13-fachen Menge von Eisen ohne zusätzliches Einbringen von Energie ermöglichen.
  • Die Modellierung zeigt auf, dass die vorgenannten Gehalte an Silizium und Titan in der Roheisenschmelze als chemische Speicherkomponenten für (zusätzliche thermische) Energie dienen.
  • Dadurch können in dem bestehenden Prozess zusätzliche Eisenträger, vorzugsweise eisenhaltiger Schrott, in den Konverter zusätzlich zu dem bisher bekannten Einsatz von Eisenträger zugeführt werden, so dass allein die in der Roheisenschmelze durch die Einstellung oder Erhalten von Silizium mit einem Gehalt zwischen 0,40 und 5,0 Gew.-% und Titan mit einem Gehalt zwischen 0,040 bis 0,90 Gew.-% ausreichend Energie für eine zusätzliche Eisenausbeute, insbesondere durch den Einsatz von zusätzlichem Schrott und/oder Eisenschwamm-Stücken und/oder Eisenschwamm-Pellets und/oder Eisenschwamm-Briketts mit einem Anteil der zusätzlichen Eisenträger von mindestens 3 Gew.-% und maximal 30 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der erzeugten bzw. zu erzeugenden Stahlschmelze.
  • Die sowohl aus dem Einschmelzer wie auch aus dem Konverter abgestochene Flüssigschlacke wird vorzugsweise einer Granulation zugeführt, um Schlacke insbesondere für die Bauindustrie bereitstellen zu können.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Stahlschmelze, umfassend folgende Schritte:
    - Erzeugen einer eisenbasierten Schmelze in einem elektrischen Einschmelzer, in welchem Eisenträger, optional Kohlenstoffträger und/oder optional Schlackenbildner eingebracht und im Schmelzbetrieb zu einer Roheisenschmelze und einer auf der Roheisenschmelze aufschwimmenden Flüssigschlacke erschmolzen werden;
    - Behandeln der im elektrischen Einschmelzer erzeugten Roheisenschmelze in einem Konverter zur Erzeugung einer Stahlschmelze, wobei vor und/oder während der Konverterbehandlung zusätzliche Eisenträger eingebracht werden;
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Roheisenschmelze während des Schmelzbetriebs ein Siliziumgehalt von mindestens 0,40 bis 5,0 Gew.-% und ein Titangehalt von mindestens 0,040 bis 0,90 Gew.-% eingestellt und/oder erhalten wird und durch die Konverterbehandlung ein um mindestens 10 % geringerer Siliziumgehalt und einen um mindestens 10 % geringerer Titangehalt in der Stahlschmelze im Vergleich zur Roheisenschmelze erreicht wird, wobei die vor und/oder während der Konverterbehandlung zusätzlich eingebrachten Eisenträger aus Eisenschwamm-Stücken und/ oder Eisenschwamm-Pellets und/oder Eisenschwamm-Briketts, Schrott, Hochofen-Roheisen bestehen oder umfassen, wobei der Anteil der zusätzlichen Eisenträger mindestens 3 Gew.-% und maximal 30 Gew.-% auf die Gesamtmasse der zu erzeugenden Stahlschmelze betragen kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Eisenträger reduzierte Eisenerzträger in Form von Eisenschwamm-Stücken und/oder Eisenschwamm-Pellets mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0 und 4,8 Gew.-% und einem Metallisierungsgrad von mindestens 75 % zur Anwendung kommen.
  3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei optional Schlackenbildner eingebracht werden, welche mindestens eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe (CaO, MgO, SiO2, Al2O3) umfasst, um eine Basizität B4 in der Flüssigschlacke zwischen 0,9 und 1,8 einstellen zu können.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei optional Kohlenstoffträger eingebracht werden, welche in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form mit reduktionsfähigem freiem Kohlenstoff bereitgestellt werden können, um in der Roheisenschmelze Kohlenstoffgehalt zwischen 2,50 und 4,80 Gew.-% einstellen zu können.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei Schrott als zusätzlicher Eisenträger eingebracht wird, welcher mindestens eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe (Cr, Cu, Mo, Zn, Ni) bis zu 0,20 Gew.-% in Summe umfassen kann.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die zum Erschmelzen benötigte Energie aus regenerativer Energie bereitgestellt wird.
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