A study of the autogenous Hydrogen-DRI slag and its impact on the dephosphorization of fossil-free steel at different oxygen potentials

Abstract

Den föreliggande studien behandlar aspekter relaterade till fosfatkapacitet, fosforrening av fossilfritt stål samt användningen av potentiella biprodukter. Fokus ges huvudsakligen till den autogena H-DRI slaggens funktioner och påverkan på fosforreningsprocessen och dess möjliga framtida valorisering.

Inledningsvis granskas kritiskt tillämpandet av fosfatkapaciteten för system innehållandes transitionsmetaller. I granskningen beaktas teoretiskt variationen i slaggstrukturer beroende på syrepotential. För att underbygga den teoretiska diskussionen, utfördes experiment för att illustrera beroendet men också effekten på fosfatkapaciteten. Resultaten visade att syrepotentialen har en betydande inverkan på fosfatkapaciteten. Därmed ifrågasätts tillämpandet av fosfatkapaciteten.

För att bättre rikta den framtida ståltillverkningsprocessen undersöktes förmågan till fosforrening hos slagger relaterade till den autogena vätgas-DRI slaggen. Detta gjordes experimentellt vid 1873 K. I experimenten utgjorde CaO-MgO-SiO₂-FeO systemet de fullt flytande slaggerna medan flytande järn utgjorde metallfasen. Vidare, genom att stänga systemet fixerades syrepotentialen. Baserat på de experimentella resultaten fastslogs det att förmågan till fosforrening var teoretiskt tillräcklig för adekvat raffinering. Detta innebär att den autogena vätgas-DRI slaggen kan användas som bas för en reaktorslagg i ljusbågsugnen som ett sätt att minska material- och energiåtgången.

För den industriella tillverkningen av stål är Vätgas-DRI ett nytt material. Därför har forskning bedrivits på fosforreningsmekanismerna som råder för raffinering av fossilfritt stål. För att facilitera en mer effektiv processdesign har fosforreningsmekanismerna studerats experimentellt. Vätgas-DRI med olika reduktionsgrader värmdes upp och smältes under två olika värmeöverföringsförhållanden, nämligen vid 1873 K under sämre värmeöverföring, dvs. i en gasfas, och vid 1923 K under bättre värmeöverföring dvs. i flytande slagg. En väsentlig skillnad i den verksamma mekanismen för fosforrening beroende på smältprocessen påvisades. Under dålig värmeöverföring löstes den fosforbärande apatitfasen upp genom bulkflödet av autogen slagg som skedde samtidigt som smältning av metallfasen. Emellertid, vid nedsänkning av vätgas-DRIn i flytande slagg skedde en inträngning av slagg i vätgas-DRI:s pornätverk. Denna infiltration förstärktes av den autogena slaggens förekomst. På grund av den större tillgängliga massan för upplösning av apatiten fosforrenades materialet redan innan smältning.

Till sist undersöktes experimentellt potentialen för vanadinextraktion från en autogen vätgas-DRI slagg i syfte att producera högkvalitativt ferrovanadin. Med detta syfte krävs för gångbar vanadinextraktion uppfyllandet av två huvudsakliga kriterier: den övervägande fördelningen av fosfor till metallfasen, och vanadin till slaggen. För experimenten användes därför en sur slagg bestående av Al₂O₃, SiO₂, FeO_x och V_zO_y i kombination med flytande järn som metallfas. För att också fixera syrepotentialen användes ett stängt system. Förmågan till fosforrening visades vara väldigt låg hos den sura slaggen oavsett syrepotential, medan vanadin återfanns mestadels i slaggen. Sålunda kan användning av en speciellt designad sur autogen slagg som ett råmaterial för vanadinextraktion vara möjlig.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-336625