1. Decarbonising the Stainless Steelmaking through Alloy Solutions
- Author
-
Wei, Wenjing and Wei, Wenjing
- Abstract
To reach the goal of the Paris Agreement, the reduction of greenhouse gas emissions (GHG)is becoming one of the most pressing issues in the world today. Unlike most other sectors, thestainless steel industry has a significantly higher burden from upstream emissions comparedto operational emissions. The main contributing source of these upstream emissions instainless steelmaking is the use of alloy materials (Mo, Ni, Cr, etc.), accounting forapproximately 70% of the total stainless steel’s CO2 emissions. The thesis provides insights into the decarbonisation of stainless steelmaking through alloy solutions. In order to producea sustainable stainless steel product of high quality, it is necessary to establish decarbonisationstrategies using an interactive optimization framework that considers material, process, andquality factors. First, this is to select low-carbon footprint alloys, which helps to reduce the overall upstreamemissions of the stainless steel production process. In Part I-Material Selection Optimization,the production of FeMo, Ni alloy, and HC FeCr has been assessed through LCA based energyand GHG emissions. The inventory data is calculated by using a static thermodynamic modelbased on mass and energy conservation. The results reveal the following low-carbon alloyoptions: 1) FeMo produced as a co-product from copper mine; 2) nickel metal processed withsulfide ore using a flash smelting process and 3) HC FeCr produced using a closed submergedarc furnace with preheating. The next step is to set up a reliable process model to predict the desired alloy content forprocess optimization. This enables a reduction of the waste, GHG emissions and productioncosts. Nitrogen, as an important alloy element in stainless steel, is normally added by injectingnitrogen gas into the AOD process. In Part II-Process Parameter Optimization, a timedependent thermodynamic model, TimeAOD3TM, was proposed to predict the dissolvednitrogen content in the bath. The model provides goo, För att uppnå målet i Parisavtalet så är minskningen av växthusgasutsläpp en av de mestakuta frågorna i världen idag att hantera. Till skillnad från andra sektorer så har rostfriastålindustrin en betydligt högre börda från indirekta utsläpp än direkta utsläpp. Den störstabidragande källan till dessa uppströmsutsläpp vid tillverkning av rostfritt stål äranvändningen av legeringsmaterial (Mo, Ni, Cr, etc.), vilka står för cirka 70% av det totalarostfria stålets CO2-utsläpp. Avhandlingen ger insikter om möjligheten att reducera utsläppavkoldioxid, sk. avkarbonisiering, vid tillverkning av rostfritt stål genom val avlegeringslösningar. För att producera en hållbar rostfri stålprodukt av hög kvalitet är detnödvändigt att etablera avkarboniseringsstrategier med hjälp av ett interaktivtoptimeringsramverk som tar hänsyn till material-, process- och kvalitetsfaktorer. Det är viktigt att först välja legeringar med låga utsläpp av CO2, vilket hjälper till att minskade indirekta utsläppen från den rostfria stålproduktionsprocessen. I del I -Materialvalsoptimering har produktionen av FeMo, Ni-legering och HC FeCr utvärderatsgenom att studera LCA-baserad energi och GHG-utsläpp. Inventeringsdata beräknas genomen statisk termodynamisk processmodell, baserad på mass- och energibalanser. Resultatenföreslår följande alternativ för val av legeringar som leder till låga utsläpp: 1) FeMoproducerat som en biprodukt från koppargruvor; 2) nickelmetall bearbetad med sulfidmalmi en flash smältning process och 3) HC FeCr producerad i en sluten submerged-ljusbågsugninklusive med användande av föruppvärmning. Nästa steg är att upprätta en pålitlig processmodell för att förutsäga önskat legeringsinnehållför att optimera processen. Detta möjliggör minskningar av avfall, växthusgasutsläpp ochproduktionskostnader. Kväve, som är ett viktigt legeringselement i rostfritt stål, tillsättsnormalt genom att blåsa in kvävgas i AOD-processen. I del II - Optimering avprocessparametrar föreslogs en tidsberoend
- Published
- 2023