Mton 1100 Världsproduktion av råstål 1000 900 800 700 600 1970 1980 1990 2000 2010 Källa: IISI
Övriga 8.7 Mton CIS 4.3 Mton USA 4.9 Mton Asien exkl Kina 6.8 Mton EU25 9.3 Mton (varav EU15 7.7) 2004 ökade världsproduktionen av råstål med 85 Mton Kina 51 Mton
Malmbaserat Processvägar Råmaterial och energi Skrotbaserat Koksverk Malm Skrotkorg Masugn Skrot Ljusbågsugn BOF Kol & koks Stränggjutning Elektricitet Stränggjutning
Italien Världens tio största råstålsproducenter 2004 Japan USA Ryssland Sydkorea Tyskland Ukraina Brasilien Indien Mton 300 Kina 250 200 150 100 50 0 Källa: IISI
Mton 7 6 Råstålsproduktion, Sverige 1974: 5,99 Mton 2004: 5,98 Mton 5 4 SSAB 2004 4,1 Mton 3 2 1 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Antal anställda i svensk stålindustri Antal 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 1970 1980 1990 2000
Svensk stålproduktion år 2001 Att producera 5 Mton stål med 1850 års produktivitet skulle kräva en insats av nästan halva Sveriges befolkning (4 miljoner) istället för de 20 000 som idag arbetar i den svenska stålindustrin.
Svenska järnverk omkring 1850
Svenska stålverk idag
Världsledande svenska företag Rostfritt stål Sandvik störst på sömlösa rör AvestaPolarit Stainless Tube en av de största på svetsade rör Outokumpu Stainless störst på grovplåt Fagersta Stainless en av de två största på valstråd Verktygsstål Snabbstål Elektrisk motståndstråd Kullagerstål Handelsstål Järnpulver Böhler Uddeholm störst Erasteel Kloster störst Kanthal störst Ovako Steel störst SSAB ledande på höghållfasta stål och slitstål Höganäs störst
SSAB PRODUKTION 2004 SSAB Oxelösund 2004 Koks 446 kton Råjärn 1582 kton Råstål 1812 kton Ämnen 1663 kton SSAB Tunnplåt 2004 Koks 733 kton Råjärn 2296 kton Råstål 2330 kton Ämnen 2171 kton Grovplåt 651 kton Tjocklek 3 155 mm Bredd upp till 3 500 mm. Tunnplåt 2633 kton Tjocklek 0,1 16 mm Bredd upp till 1 600 mm.
Ugnens delar
Formor
Tapphall Masugn 3
Tapphall
M3 Dimensioner BLAST FURNACE NO. 3 - SSAB TUNNPLÅT AB LULEÅ DIMENSIONS AUGUST 2000 Total height 31176, Total volume 3224 m³ Inner height 29008, Inner volume 3003 m³ Working height 24476, Working volume 2540 m³ 1000 Toppkona 15527 2621 Slagpansare Övre schakt Ø8900 Nedre schakt 81.2 Buk Ø13570 71.3 Ø10651 Ø11400 2168 6700 7392 3208 2428 Rast Formnivå 10 Ställ
Reaktioner Ingående järnmalm Övre delen av ugnen Kohesiva zonen Raceway
Järnmalm Koks Kalksten Sinterverk CO2-emission Kalksten Koks 370 kg CO2/ton Råjärn LKAB Järnmalm Pelletsverk Kalksten Kol/Olja Olja 50 kg CO2/ton Råjärn
RÅMATERIAL
Pelletstillverkning LKAB Malmberget Svappavaara Kiruna
LKAB leveranser
Masugnens krav på pellets Kulstorlek (9 12,5 mm) Kemisk sammansättning Järnhalt - hög Föroreningar Fukthalt Kallhållfasthet Lätta att reducera Hållfasthet under reduktion Mjuknings och smältegenskaper
KOL OCH KOKS
Koksverket Luleå
Koksens uppgifter Reduktionsmedel Energikälla Ger permeabilitet för gas Uppkolning av råjärnet Bära upp beskickningen Dränering i stället
Masugnens krav på koksen Styckestorlek Kemisk sammansättning Askhalt Föroreningar (Svavel, Alkalier, Fosfor) Låg fukthalt Mekanisk hållfasthet (M40) Reaktivitet (RI) Med CO 2 Hållfasthet efter reaktion (CSR)
Övriga råmaterial M3 LD-slagg (Fe, Ca,) Kalksten (Ca) Mn-slagg (Mn) Stoftbriketter (C, Fe) Kolpulver (C)
Hur stor del av slaggen härstammar fån respektive material
Slaggegenskaper Struktur Smältpunkt, smältintervall Viskositet S upptagningsförmåga Alkalieupptag Tolerans till förändringar - temperatur, fysikaliska och kemiska Sammansättningens effekt på %Si råjärn
Smältpunkt Basicitet påverkar smältintervall och smälttemperatur Innehåll andra metalloxider som FeO, MgO, MnO, CaS mm sänker smältpunkten. Reduktion av FeO ökar smältpunkten. Fluktuationer t.ex höjd Si i råjärnet sänkt slaggmängd, ökad CaO, Al 2 O 3 mm
Viskositet Temperatur, När temperaturen ökar Sjunker viskositeten Minskar skillnaderna i viskositet Basicitet, När basiciteten ökar Sjunker viskositeten strax över smältpunkten Minskar ändringen i viskositet med ökande temperatur över smältpunkten Stiger viskositeten om Al 2 O 3 halten är hög ( Al 3+ uppbalanserad med ½ Ca 2+ ersätter Si 4+ i silikatnätverket) FeO, MnO, MgO sänkt viskositet
INJEKTION I MASUGN
Injektionsmaterial Kol Olja Plast Gummi Stoft Slaggbildare
Varför injektion? Reduktionsmedel Kol & olja billigare än koks Koksbalans Återvinning Sot, plast, gummi etc. Slaggbildning Basiska oxider
Ekonomi De ekonomiska fördelarna som uppnås med injektion av sekundärbränsle beror på följande faktorer: Injektionsanläggningens kapitalkostnad Injektionsanläggningens drift- och underhållskostnad Priser på koks resp. injektbränsle Processbetingelser
KOLANLÄGGNINGEN malning torkning lagring fluidisering pneumatisk transport
Påverkan på flamtemperaturen Kol 1 g/nm3 sänker flamtemp -2 C Olja 1 g/nm3 sänker flamtemp -4 C Ånga 1 g/nm3 sänker flamtemp -6,7 C O2 1 % höjer flamtemp. med +45 C
State of the art masugnsteknik i Europa Storlek / produktivitet Design Malmråvara Reduktionsmedel Övriga driftdata Utvecklingstrender
Hearth diameter 16,00 14,00 12,00 Luleå Meter 10,00 8,00 Oxelösund Raahe 1 & 2 Koverhar 6,00 Oxelösund 4,00 2,00 0,00
4.00 Productivity (in proportion to working volume) 3.50 Raahe tonne/m 3 24h 3.00 2.50 2.00 1.50 Oxelösund Oxelösund Luleå M3 Koverhar Raahe 1.00 0.50 0.00
Ferrous burden 1 800 kg/tonne HM 1 500 1 200 900 600 Sinter Pellets 300 Lump ore 0 Others
Reducing agent (Coal injection) 600.0 500.0 Oxelösund 1&2 Others Luleå Reductant rate [kg/tonne HM] 400.0 300.0 200.0 100.0 Coal Small coke Coarse coke 0.0
600.0 Reducing agent (Oil injection) 500.0 Oil Others Raahe Koverhar Raahe Reductant rate [kg/tonne HM] Small coke 400.0 300.0 Coarse coke 200.0 100.0 0.0
3,00 Silicon and carbon content in hot metal 6,00 2,50 5,00 Silicon content [w-%] 2,00 1,50 1,00 0,50 C content Si standard deviation Oxelösund Si content Raahe Koverhar Raahe Luleå 4,00 3,00 2,00 1,00 Carbon content [w-%] 0,00 0,00
Phosphorous content in hot metal 0,120 0,100 Phosphorous content [w-%] 0,080 0,060 Raahe 1&2 Oxelösund 0,040 Koverhar Luleå 0,020 0,000
350 Sulphur content in hot metal and BF slag amount 0.120 300 Slag amount 0.100 Slag amount [kg/tonne HM] 250 200 150 100 S content 0.080 0.060 0.040 Sulphur content [w-%] 50 0.020 0 0.000
kg CO 2 /ton crude steel 300 CO 2 -emissions from sintering respective pelletizing 250 200 254 150 100 115 50 0 Sinter Pellets from hematite 35 Pellets from magnetite LKAB Source: LKAB
Utvecklingstrender Minimering av koksförbrukningen - < 300 kg koks har demonstrerats - möjligt framtida mål 250 kg - höga krav på kokskvalitet - kräver 220-250 kg kolinjektion
Utvecklingstrender Minimering av koksförbrukningen Hög produktivitet Viktiga parametrar är: - bra råvarukvalitet - hög blästertemperatur - syrgasanrikning av blästerluft - hög drifttillgänglighet
Utvecklingstrender Minimering av koksförbrukningen Hög produktivitet Långa kampanjlängder - mål > 15 år Viktiga parametrar är: - val av keramik/kylsystem - bra råvarukvalitet - bra processteknik
Utvecklingstrender Minimering av koksförbrukningen Hög produktivitet Långa kampanjlängder Korta omställningstider - prefabricering av ny masugn i 3-5 byggklotsar, inkl kylsystem och infodring - omställningstid 4-6 mån 2-3 mån
Utvecklingstrender Minimering av koksförbrukningen Hög produktivitet Långa kampanjlängder Korta omställningstider Mer miljövänlig råjärnsframställning - ständig förbättring vad gäller: stoft, NO x, SO x, dioxiner - problemet är CO 2
LKAB Experimental Blast Furnace World unique experimental tool First blow in 1997 Constructed for testing of ferrous burden materials So far 15 test campaigns of 6-10 weeks each Totally: - 735 days of operation - 26.5 kt of HM
LKAB Experimental Blast Furnace Blast temperature 1200 C Top gas pressure 1.0 bar Number of tuyeres 3 Hearth diameter 1.4 m Working volume 9.0 m 3 Operational figures Hot metal Reductant rate 36 tonnes/day 510 kg/t HM
LKAB Experimental Blast Furnace Monitoring: shaft temperatures skinflow temperatures burden descent rate burden vertical heat distribution Probes for gas analysis and solid sampling Quenching by nitrogen and dissection Testing options
LKAB Experimental Blast Furnace Test activities Various range of ferrous burden: 0-60% sinter, 40-100% pellets, 0-30 % lump ore, DRI 0-60% Varying coke reactivity Injection of: 0-180 kg coal 0-200 kg oil gas BF flue dust BOF slag Oxygen enrichment > 20%
LKAB Experimental Blast Furnace ULCOS Oxygen blast furnace with CO 2 -removal Pre-reduced burden New types of ferrous burden materials Ultra low coke rate operation Multi injection Future EBF challenges
Syrgasmasugn Sinter, pellets & koks Gasrening Exportgas CO 2 -tvätt CO 2 CO 2 -lagring 900 C Värmning av gas Råjärn & slagg Kol & syrgas Kol & koks minskar med 25 %