Pre-reduced iron use in steelmaking furnaces

In the context of modern steelmaking, environmental impact plays an increasingly important role. Steel production systems are strongly interconnected with the cities where the plants are located, and the environmental impact of these plants has become a relevant aspect to be considered. This encourages researchers to improve the steelmaking process according the different production avenues. The environmental footprint of the iron ore route differs in comparison to that of the scrap approach; this is due to the different plant sizes and production methods involved. In the blast furnace cycle, cast iron production is characterised by several processes suitable for the production of material to be charged within the blast furnace. Cokemaking in particular has a large environmental impact in this regard. This work aims to restrict production of this pollutant material by limiting the use of molten pig iron in the basic oxygen furnace. Such material is replaced by means of pre-reduced iron (HBI), while keeping the characteristics of the process unchanged and avoiding the development of emission phenomena. This is achieved through dedicated experimental campaigns and the creation of ad hoc operating practices. The yield of these materials is also compared with the energy requirements of the cast iron in the refining process in order to evaluate any abnormal consumption or inefficiencies within the process itself. The electric arc furnace route has a lower environmental impact when compared to the blast furnace method. In this process, the yield plays a fundamental role in resource optimisation. Pre-reduced iron is used in order to optimise the charges recovering the iron oxide fraction present within the briquettes, and new steel scrap is replaced in order to perform an economic optimisation of the charge itself. These ambitious targets are achieved through a dedicated experimental campaign and numerical modelling. The results are integrated into the normal operating procedures and the benefits of the new practices are evaluated. From this examination it is clear that with the adoption of new practices, pig iron can be substituted by HBI, thus avoiding the occurrence of the slopping phenomenon. The evaluation performed on equivalent CO2 per t of pig iron produced by the blast furnace confirms the results obtained. HBI can replace new thin scrap in the electric arc furnace cycle while maintaining high yield values compared to other kinds of scrap, and recovering a part of the iron oxides present in HBI.

Nel contesto della moderna pratica siderugica l’impatto ambientale ricopre un ruolo sempre più importante. I sistemi di produzione dell’acciaio sono fortemente interconnessi alle città dove sono stati costruiti gli impianti e l’impatto ambientale di questi stabilimenti è divenuto un aspetto da tenere in notevole considerazione. Questo incoraggia i ricercatori a migliorare i processi di produzione dell’acciaio seguendo diversi approcci. L’impatto del ciclo di produzione dell’acciaio a partire da minerale è differente se confrontato a quello del rottame; ciò è dovuto alle diverse dimensioni degli impianti e alle diverse metodologie produttive. Nel ciclo da altoforno la produzione della ghisa fusa è caratterizzata da diversi processi di preparazione del materiale di carica, creati appositamente per il minerale che deve essere caricato all’interno dell’altoforno. Tra questi, la cokefazione presenta il maggiore impatto ambientale. Quest lavoro si pone come obiettivo quello di ridurre la produzione di questo materiale inquinante limitando l’uso di ghisa liquida all’interno del convertitore. Questa è sostituita da ferro preridotto bricchettato (HBI) mantenendo le caratteristiche del processo invariate ed evitando l’insorgenza di fenomeni emissivi. Ciò è raggiunto per mezzo di campagne sperimentali dedicate e di pratiche operative studiate ad hoc. La resa di questi materiali è confrontata con il fabbisogno energetico della ghisa fusa nel processo di conversione al fine di valutare consumi anomali o inefficienze all’interno del processo stesso. Il ciclo di produzione da forno elettrico ad arco ha un impatto ambientale più basso se confrontato a quello da altoforno. In questo processo le rese giocano un ruolo fondamentale nell’ottimizzazione delle risorse. Il preridotto è utilizzato per ottimizzare le cariche recuperando la frazione di ossido presente all’interno delle bricchette e il rottame nuovo è sostituito dal preridotto stesso al fine di ottimizzare economicamente le cariche. Questi obiettivi ambiziosi sono raggiunti attraverso una campagna sperimentale dedicata e la modellazione numerica. I risultati sono integrati nella normale procedura operativa e si sono valutati i benefici di una nuova pratica. Partendo da questa analisi è chiaro come con l’adozione di nuove pratiche la ghisa può essere sostituita dall’HBI evitando inoltre l’insorgenza dello slopping. La valutazione effettuata sulla CO2 equivalente per tonnellata di ghisa prodotta conferma i risultati ottenuti. HBI può sostituire il rottame nuovo nel forno elettrico ad arco mantenendo rese elevatese confrontato ad altre tipologie di rottame, recuperando parte degli ossidi presenti all’interno del preridotto