Recycling of steel plant by-products by cold bonded briquetting

Abstract

Global warming is one of the biggest challenges humankind currently faces. This made it necessary to limit carbon emissions from many industries including iron and steelmaking industry. Many sintering plants were shut down due to legal and environmental consideration. Briquetting process emerged as an attractive alternative for the purpose of recycling by-products. When used as feed to blast furnace, briquettes must have adequate chemical composition and mechanical properties so they would not disturb the process inside the furnace. In this work, eleven by-products were received from SSAB plant in Raahe to be used as part of briquettes recipe.

The by-products materials were characterized using different techniques such as XRF, XRD, LECO and SEM. Particle size distribution was determined using sieving and laser diffraction techniques. EMMA (Elkem Materials Mixture Analyser) software was used to study the packing of different briquette recipes. Mechanical properties of produced briquettes were measured using several tests such as compression, drop and tumbler tests. The effect of incorporation of BF and BOF sludge to briquette recipe was studied. The results indicated that briquettes with up to 8% introduced sludge to the recipe maintained adequate mechanical properties. However, zinc input to the furnace utilizing this recipe exceeded suitable level for smooth furnace operation. The effect of incorporating lignin to briquette recipe to replace the rapid cement was studied. The results showed that using lignin as a substitute to rapid cement resulted in catastrophic reduction in briquettes strength.

Ilmastonmuutos on tällä hetkellä yksi ihmiskunnan suurimmista haasteista. Ilmastonmuutoksen vuoksi teollisuuden, mukaan lukien rauta- ja terästeollisuuden, on välttämätöntä vähentää CO₂-päästöjä. Viime vuosien aikana sintraamoja on suljettu oikeus- ja ympäristönäkökulmista johtuen. Briketöintiä pidetään kiinnostavana korvaavana vaihtoehtona sivutuotteiden kierrättämiseen. Käytettäessä brikettejä masuunin syötteessä, briketeillä täytyy olla sopiva kemiallinen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet, jotta ne eivät häiritse uunin toimintaa. Tässä työssä briketit valmistettiin yhdestätoista erilaisesta SSAB:n Raahen tehtaan sivutuotemateriaalista.

Tutkimuksissa käytetyt sivutuotemateriaalit karakterisoitiin käyttämällä XRF-, XRD-, LECO- ja SEM-analyysejä. Partikkelikokojakauma määritettiin seulomalla ja laser-diffraktiolla. EMMA (Elkem Materials Mixture Analyser) ohjelmalla tutkittiin eri brikettireseptien pakkautumiskäyttäytymistä. Valmistettujen brikettien mekaanisia ominaisuuksien tutkimiseen käytettiin puristus-, pudotus- ja rumputestejä. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin BF- ja BOF-liejujen käytön vaikutusta brikettien ominaisuuksiin. Tulosten perusteella brikettien mekaaniset ominaisuudet säilyivät tarkoituksenmukaisina, kun brikettireseptissä käytettiin maksimissan 8 % BF- ja BOF-liejua. Reseptin sisältämä sinkin määrä syötettynä masuuniin kuitenkin ylittää masuunin esteettömän toiminnan vaatiman tason. Tutkimuksen toisessa vaiheessa tutkittiin ligniinin käyttöä brikettireseptissä rapid-sementin korvikkeena. Tulokset osoittivat, että ligniinin käyttö rapid-sementin korvikkeena briketeissä johtaa huomattavaan lujuuden laskuun.