Slagger/New slag systems EAF
New slag systems for minimized use of energy, raw materials and environmental impact
Project leader: Bo Björkman, Luleå University of Technology
Introduction
The slag production in the Swedish steel industry is about 1.5 million tons yearly, of which more than 500 kt are generated in EAF-furnaces, AOD-converters and during the refining of steel in the ladle metallurgy. The slag from these processes have today a very low utilisation and almost 400 kt are deposited yearly (data obtained through personal communication with steel plant personnel, 2004).
Depending on the processing conditions, steel slag from scrap based steel-making can have acceptable or in some aspects superior technically quality for use in road construction compared to virgin material. This type of slag is widely used for e.g. road construction in Europe. The reason for the low utilization in Sweden is mainly due to potential leaching of harmful elements and competition with easily available natural raw materials.
Disintegration of such steel slag as ladle slag and AOD-slag is a serious obstacle for the use of the material as aggregates and may cause a poor working environment. The disintegration is normally due to phase transitions in free lime and in the di-calcium silicate phase. Several methods have been suggested to stabilize the di-calcium silicate phase for example by addition of boron oxide and/or phosphates containing material or water granulation.
Stabilisation of the di-calcium silicate phase with boron oxide is a well established technique but may in addition to being expensive introduce too high leaching of boron from the slag. The application of stabilisation of di-calcium silicate through phosphate additions has yet not been established in steelmaking. Stabilisation with phosphates gives also a possibility to use much cheaper residue materials from i.e. the mining industry.
To minimize the amount of EAF-, AOD- and ladle slag that has to be deposited, there is a need to:
1/ Obtain basic knowledge regarding the leaching mechanisms that control the leaching
of harmful elements.
2/ Develop methods to avoid disintegration of slag during cooling.
3/ Develop the slag processing and adjust the slag composition to avoid too high
leaching of harmful elements and to give the slag a composition and properties more
suitable for a given application.
4/ Develop new applications and products where the unique properties of the slag is
fully utilized
The present programme deals primarily with the two first items but to certain extent also with possible development of the slag processing.
GoalsGeneralThe aim of the project is to provide the knowledge that makes it possible for the steel industry to develop the slag composition and slag practice in such a direction as to avoid to high leaching of harmful elements, i.e. chromium and molybdenum, and to ensure mechanical integrity of the slag product. IndustrialTo deliver methods for controlling electric steel slag environmental and technical properties in order to achieve an increased reuse of the slag. EnvironmentalTo increase the reuse of slag from scrap based steel production with approx. 200 kton/year (calculated effect at 10 years after project start for the Swedish steel and scrap industry).
Work plan
For the year 2007 it was decided to focus the work on AOD slag and EAF-slag, and not give priority to the planned work on Ladle slag and Tornado, for reasons given under the section on deliverables. For the year 2008, it has been decided to focus the work on characterization of samples obtained from the different activities already carried out, to finalise the planned plant trials, evaluation of the results and report writing. The detailed working plan for 2008 is given below.
Deliverables for 2004-2008
The deliverables will be new ways for stabilization of AOD- and ladle slag by phase modification, based on the results from the research activities according to the Project Work Plan.
The capability of the mechanic-chemical treatment for extraction of mineral and metal phases will be demonstrated and suitable application for use in handling of steel slag will be suggested to the steel industry.
The deliverables will be in kinds of annual MISTRA reports, final project report, meetings, seminars, publications and technology transfer to the industry.
Deliverables for 2004-2005R & D activities | Status |
| A state of the art report on this field | Will be delivered in November, 2005Will be delivered in December 2006 |
| Initial results from investigation on mechanism of Cr-/Mo-leaching from EAF slag including micro leaching | Interesting results have been reported. This is part of a PhD study. |
| Initial results from test on recycling and stabilization of AOD-slag | It was decided by the project group to concentrate on test of granulation of AOD-slag. The technical part of the project will be started next year |
| Initial results from studies on possibility to reuse ladle slag after simple treatment | Thermodynamic modelling has been made |
Additional deliverables
| - A RFCS proposal has been prepared and sent to the EU-commission in Brussels with partner from Italy and Slovenia |
| R & D activities | Status |
| Ladle slag Metallurgical evaluation of use of ladle slag in EAF for 2-3 EAF plant, small scale trials on removal of impurities from secondary slag performed. Initial plant trial planned and performed. | Report on literature survey and thermodynamic calculations finished. Due to low "free" amount of slag formers not considered economical feasible. Activity has been abandoned. |
AOD-slag | Literature survey on gas granulation has been reported. A pilot unit for granulation has been designed and built at MEFOS. Initial trials planned for end of 2006. Planning for the trials has been started.Seminar concerning dry granulation has been arranged, with specialists from several countries. |
| EAF-slag Results from the second year test of leaching mechanism. | The results come in continuously. Promising results which confirm earlier theories have been obtained. One sampling remains this year. |
| Tornado Mechanic-chemical treatment of secondary steel slag by the MEFOS Tornado reactor performed. | Not given priority by industry partners, so far. |
Deliverables for 2007
R & D activities | Status |
Inert gas granulation of AOD-slag
| - Two pilot-plant trials carried out,
|
| Stabilization of disintegrating EAF slag 1. Laboratory test on stabilization by addition of chemicals and by granulation (water or gas) performed and evaluated
| - Experimental set up for laboratory tests completed. The majority of the tests have been carried out. Will be finalised during the year. - Industrial trials at Höganäs in Halmstad planned for beginning of 2008. |
| Long term leaching and ageing, EAF-slag - Final sampling performed. - Final report as well as scientific paper(s) | - Final sampling have been carried out. - Characterization of samples and evaluation of results will be started in the end of this year and finalised during 2008. |
| Additional deliverables - A lic. thesis will be presented in the beginning of the year | - Presentation of lic. thesis will be on 2007-12-14. |
Deliverables for 2008
R & D activities | Status |
| Inert gas granulation of AOD-slag - Report from industrial trials delivered - Characterization of samples and evaluation of results carried out. - Final report from this activity delivered | |
| Stabilization of disintegrating EAF slag - Industrial trials carried out - Characterization of samples and evaluation of results carried out. - Final report from this activity delivered | |
| Long term leaching and ageing, EAF-slag - Characterization of samples and evaluation of results carried out. - Final report from this activity delivered | |
| Additional deliverables - At least one paper published in conference proceeding and one paper in a scientific journal - Final report of the project |
Fragmentering
/Shredding
... är en teknik som används för sönderdelning av skrot innan det smälts om till nytt stål. Genom att utveckla tekniken att finfördela skrotet kan variationerna i dess samman-sättning minskas och dess densitet ökas. Detta innebär att stålindustrin vid omsmältning av skrotet kan reducera både sitt elbehov och sina utsläpp av koldioxid.
Läs mer >>
Laseranalys
/Laser analysis
... är en teknik som nu utvecklas för snabb bestämning av skrotets metallinnehåll. Stålindustrin väntas här få tillgång till en teknologi som kan komma att reducera behovet av jungfruliga metaller vid användning av skrot för tillverkning av nytt stål.
Läs mer >>
Skrotflödet i samhället
/Recycling of steel
... är trots den höga återvinningsgraden föga dokumenterat. Med bättre kunskaper skapas förutsättningar för ökad återvinning och bättre styrning av skrotsorter för optimerad skrot-användning. Stålindustrin får möjlighet att effektivisera sin energianvänd-ning, stora ekonomiska värden tas till vara och miljöbelastningen minskar.
Läs mer >>
Ytrening av skrot
/Surface cleaning of scrap
... är en teknik som skall bredda användningen av färg- och metallbelagt skrot som råvara till ett ökat antal stålsorter. För stålindustrin innebär användning av ytrenat och förvärmt skrot att både energi-användning och koldioxidutsläpp kan reduceras. Dessutom kan den avdrivna zinkbeläggningen komma att återanvändas inom zinkindustrin.
Läs mer >>
Vanadinutvinning
/Recovery of Vanadium
Det finns låga halter av vanadin i svensk järnmalm. Genom utveckling av metoder för utvinning av vanadinet får en redan exploaterad naturresurs ett ökat miljövärde.
Läs mer>>
Ökat metallutbyte vid smältning av stål/New melting processes EAF
... är teoretiskt möjligt genom metallurgisk manipulering under smältförloppet. Målet är att skapa sådana förhållanden att metaller överförs till stålet i stället för till slaggen. Detta innebär minskat behov av jungfruliga metaller, samtidigt som slaggen kan ges nya användnings-områden.
Läs mer >>
Återvinning av slagg
/New slag systems EAF
... är tekniskt möjligt genom utveckling av nya metoder för lakning av olika metaller ur slagger, t.ex vanadin, och behandling av slagger så de kan användas som t.ex isoleringsmaterial eller cementråvara. Vissa slagger kan också användas som ny slaggbildare i stålprocessen, vilket minskar behovet av ny kalk. Återvinning av slagg miinskar både behovet av deponering och förbrukningen av nya naturresurser vid ståltillverkningen.
Läs mer >>
Bevarande av alla ämnen i skrotet
/Tolerance of recycled elements
... är en teoretisk studie som skall söka klarlägga hur dessa kan nyttjas för att ge den färdiga stålproduktens önskade egenskaper. Om sådan "självlegering" blir praktisk möjlig kan de metalliska ämnen som finns i skrotet, och som normalt avlägsnas i processen, bevaras i det nya stålet. Detta innebär att förlusten av metaller ur stålets kretslopp kan reduceras.
Läs mer >>
Nya höghållfasta stålprodukter
/Optimisation of hot rolling
... är ett forskningsprojekt som skall identifiera de processparametrar som vid värmning och valsning har störst inverkan på materialegenskaperna. De nya rönen kan ge stålindustrin möjligheter att med ökad precision framställa nya avancerade stålsorter och samtidigt minska förbrukningen av fossila bränslen.
Läs mer >>
Metoder för lättare stålkonstruktioner
/High strength steel structures
...ska för avancerade höghållfasta stål utmynna i att stålets egenskaper kopplas till produkternas användning och återvinning ur ett livscykelperspektiv. Genom denna metodutveckling kan stål-, bygg- och verkstadsindustrin få nya infallsvinklar på användandet av stål som både kan minska behovet av jungfruliga metaller och reducera emissionerna vid såväl tillverkning som användning av produkterna.
Läs mer >>
Miljövärderingsanalyser
/Environmental evaluation
I. Methodology for evaluation of environmental impact
...ska påvisa Stålkretsloppets miljövärde med beaktande av ekologiska, tekniska och sociala faktorer. Miljövärderingar ger forskare, industri, användare och samhället i övrigt möjlighet att värdera såväl stålets nytta för miljön som dess belastning på miljön ur ett livscykelperspektiv. En metod som gör miljövärderingar tillgängliga för objektiva beslut.
Läs mer >>
II. Conjoint analysis as a decision tool for evaluation of environmental performance of for instance experts and consumers preferences
... tar fram en metod för att mäta olika experters och andra intressenters attityder till och värdering av komplexa miljöfrågor.
Läs mer>>
