Improvement of the Utilization Versatility of High Chromium, Manganese and Phosphorus Basic Oxygen Furnace Slags by Carbo-thermal Reduction

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Stahl ist ein unverzichtbarer Werkstoff, welcher in diversen Branchen, wie in der Bauindustrie, im Transportwesen oder im Engineering eingesetzt wird. Die weltweite Stahlproduktion steigt stetig an und erreichte mit 1,869 Millionen Tonnen produzierten Stahl im Jahr 2019 einen neuen Höchstwert. Hierbei basiert über 70 % der globalen Stahlproduktion auf der Hochofen – Sauerstoffkonverter Route, wobei das Prozessverfahren im Sauerstoffkonverter maßgeblich in Zusammenarbeit mit der Montanuniversität Leoben und dem österreichischen Stahlunternehmen voestalpine Stahl GmbH entwickelt wurde. Im Zuge dieses sogenannten LD-Verfahrens fallen große Mengen an LD-Schlacke an, welche unter anderem auch wertvolle Elemente, wie Eisen, Phosphor, Chrom und Mangan, neben den Kalzium- und Siliziumoxiden enthält. Aufgrund gesetzlicher Rahmenbedingungen im Hinblick auf den Chromgehalt in der LD-Schlacke darf diese Schlacke in Österreich nur eingeschränkt weiterverwendet werden. Um diesen anfallenden Reststoff zu verwerten und die darin enthaltenen Wertstoffe zu recyclen, wurde am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik an der Montanuniversität Leoben in Kooperation mit den Firmen voestalpine Stahl GmbH und SCHOLZ Austria GmbH ein neuartiger Behandlungsprozess namens InduRed entwickelt. Durch Nutzung dieses Prozesses wurde eine neue induktiv beheizte Anlage namens InduMelt konstruiert und deren spezifisches Verhalten im Betrieb analysiert. Bei diesem Verfahren wird durch Reduktion des ursprünglichen Schlackengemisches mit Kohlenstoffpulver der Phosphor gasförmig abgetrennt und zudem eine eisenreiche Legierung erzeugt. Dadurch kann der gasförmige Phosphor im Bereich der Düngemittelproduktion genutzt werden. Die entstehende flüssige Eisenlegierung hat das Potential wiederum als recyceltes Stahlprodukt Verwendung zu finden. Bisherige Untersuchungen im Hinblick auf eine mögliche effiziente Integration der InduRedAnlage in den Prozess der industriellen Stahlherstellung zeigen, dass im Zuge einer neuen, angepassten Prozessabfolge eine chrom- und manganreiche Schlacke anfällt, welche in der InduRed-Anlage behandelt werden kann. Durchgeführte Reduktionsexperimente dieser anfallenden Schlacke führten jedoch zu einer geringen Abtrennung vom Phosphor in die Gasphase, wodurch die Effizienz des gesamten Behandlungsprozesses, im Vergleich zur Behandlung von chrom- und manganarmen Schlacken, herabgesetzt wird. Daher zielt diese Masterarbeit darauf ab den Einfluss von Chrom und Mangan auf den Reduktionsgrad und auf die Aktivität von Phosphor in der entstehenden flüssigen Metallphase durch Simulationen zu untersuchen. Hierfür wurde die thermochemische Simulationssoftware FactSageTM verwendet. Durch Analysen der Temperaturabhängigkeit, eine Änderung der Basizität und der Chromund Mangangehalte konnten Optimierungen dieser carbo-thermischen Behandlung von LD-Schlacken abgeleitet werden. Insbesondere kann eine starke Abhängigkeit der Maximaltemperatur und der enthaltenen Mengen an Chrom und Mangan auf die Phosphorverteilung zwischen der entstehenden Metall- und Gasphase erkannt werden. Zusätzliche Vergleiche mit Ergebnissen anderer Forscher unterstreichen die Erkenntnisse und Trends, die auf Basis der durchgeführten Simulationen abgeleitet werden konnten.

Details

Titel in ÜbersetzungVerbesserung der Verwertbarkeit von Chrom-, Mangan- und Phosphorhaltigen LD-Schlacken durch carbo-thermische Reduktion
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2021