Published April 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Green approach to ironmaking: Briquetting and hydrogen reduction of mill scale using novel binders

Creators

  • 1. Central Metallurgical Research and Development Institute
  • 2. Luleå University of Technology

Description

The transition to sustainable and low-carbon ironmaking processes has necessitated innovative solutions. The most prominent solutions are the establishment of a circular economy by recirculating the iron-rich residues from steelworks and the adoption of hydrogen as a clean reducing agent to mitigate fossil CO2 emission. One such residue is mill scale, which is generated during steelmaking, casting, and rolling processes. However, the fine particles and easy reoxidation of the mill scale make it difficult to be used directly in iron and steel production without proper compaction. This paper aims to demonstrate the feasibility of mill scale briquetting using organic binders to meet the requirements of hydrogen-based direct reduction. The study will investigate the influence of binder type, binder dosage, moisture content, and compaction pressure on the briquetting process and the briquettes quality. Moreover, the reducibility of optimized briquettes will be examined by hydrogen at 900 °C using a thermogravimetric analyzer coupled with a quadrupole mass spectroscopy (TGA-QMS). The optimal combination for achieving the best mechanical strength and reducibility was a briquette produced with 1% Alcotac® CB6, 1% KemPel, and 2.5% moisture content, compressed at a pressure of 125 kN.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

وقد استلزم الانتقال إلى عمليات صناعة الحديد المستدامة والمنخفضة الكربون حلولاً مبتكرة. وأبرز الحلول هي إنشاء اقتصاد دائري من خلال إعادة تدوير المخلفات الغنية بالحديد من مصانع الصلب واعتماد الهيدروجين كعامل اختزال نظيف للتخفيف من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الأحفوري. أحد هذه المخلفات هو مقياس الطاحونة، والذي يتم إنشاؤه أثناء عمليات صناعة الصلب والصب والدرفلة. ومع ذلك، فإن الجسيمات الدقيقة وإعادة الأكسدة السهلة لمقياس الطاحونة تجعل من الصعب استخدامها مباشرة في إنتاج الحديد والصلب دون ضغط مناسب. تهدف هذه الورقة إلى إثبات جدوى قوالب الطاحونة باستخدام المواد الرابطة العضوية لتلبية متطلبات الاختزال المباشر القائم على الهيدروجين. ستبحث الدراسة في تأثير نوع المادة الرابطة، وجرعة المادة الرابطة، ومحتوى الرطوبة، وضغط الضغط على عملية القوالب وجودة القوالب. علاوة على ذلك، سيتم فحص قابلية اختزال القوالب المحسنة بواسطة الهيدروجين عند 900 درجة مئوية باستخدام محلل قياس الجاذبية الحرارية مقترنًا بمطياف الكتلة رباعي الأقطاب (TGA - QMS). كان المزيج الأمثل لتحقيق أفضل قوة ميكانيكية وقابلية للاختزال هو فحم حجري تم إنتاجه بنسبة 1 ٪ من Alcotac® CB6 و 1 ٪ من KemPel و 2.5 ٪ من محتوى الرطوبة، مضغوطًا عند ضغط 125 كيلو نيوتن.

Translated Description (French)

La transition vers des processus de fabrication du fer durables et à faible émission de carbone a nécessité des solutions innovantes. Les solutions les plus importantes sont la mise en place d'une économie circulaire en recirculant les résidus riches en fer des aciéries et l'adoption de l'hydrogène comme agent réducteur propre pour atténuer les émissions de CO2 fossile. L'un de ces résidus est le tartre de laminoir, qui est généré pendant les processus de fabrication de l'acier, de coulée et de laminage. Cependant, les particules fines et la réoxydation facile de la calamine du broyeur rendent difficile son utilisation directe dans la production de fer et d'acier sans un compactage approprié. Cet article vise à démontrer la faisabilité du briquetage à l'échelle du broyeur à l'aide de liants organiques pour répondre aux exigences de la réduction directe à base d'hydrogène. L'étude étudiera l'influence du type de liant, du dosage du liant, de la teneur en humidité et de la pression de compactage sur le processus de briquetage et la qualité des briquettes. Par ailleurs, la réductibilité des briquettes optimisées sera examinée par hydrogène à 900°C à l'aide d'un analyseur thermogravimétrique couplé à une spectroscopie de masse quadripolaire (TGA-QMS). La combinaison optimale pour obtenir la meilleure résistance mécanique et la meilleure réductibilité était une briquette produite avec 1% d'Alcotac ® CB6, 1% de KemPel et 2,5% d'humidité, comprimée à une pression de 125 kN.

Translated Description (Spanish)

La transición a procesos de fabricación de hierro sostenibles y bajos en carbono ha requerido soluciones innovadoras. Las soluciones más destacadas son el establecimiento de una economía circular mediante la recirculación de los residuos ricos en hierro de las acerías y la adopción del hidrógeno como agente reductor limpio para mitigar las emisiones fósiles de CO2. Uno de estos residuos es la cascarilla de laminación, que se genera durante los procesos de fabricación de acero, fundición y laminación. Sin embargo, las partículas finas y la fácil reoxidación de la cascarilla del molino dificultan su uso directo en la producción de hierro y acero sin una compactación adecuada. Este documento tiene como objetivo demostrar la viabilidad del briqueteado a escala de molino utilizando aglutinantes orgánicos para cumplir con los requisitos de la reducción directa a base de hidrógeno. El estudio investigará la influencia del tipo de aglutinante, la dosis de aglutinante, el contenido de humedad y la presión de compactación en el proceso de briqueteado y la calidad de las briquetas. Además, la capacidad de reducción de las briquetas optimizadas se examinará mediante hidrógeno a 900 °C utilizando un analizador termogravimétrico junto con una espectroscopía de masas cuadrupolar (TGA-QMS). La combinación óptima para lograr la mejor resistencia mecánica y reductibilidad fue una briqueta producida con 1% de Alcotac® CB6, 1% de KemPel y 2.5% de contenido de humedad, comprimida a una presión de 125 kN.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
النهج الأخضر لصناعة الحديد: قولبة وتقليل الهيدروجين على نطاق الطاحونة باستخدام مواد رابطة جديدة
Translated title (French)
Approche verte de la fabrication du fer : Briquetage et réduction de l'hydrogène de la calamine du broyeur à l'aide de nouveaux liants
Translated title (Spanish)
Enfoque ecológico para la fabricación de hierro: briqueteado y reducción de hidrógeno de incrustaciones de molino utilizando nuevos aglutinantes

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4392869479
DOI
10.1016/j.ijhydene.2024.03.152

Is supplement to
https://openalex.org/W4366413059 (Other)
https://openalex.org/W4200156738 (Other)
https://openalex.org/W3125216249 (Other)
https://openalex.org/W2805097317 (Other)
https://openalex.org/W2369941964 (Other)
https://openalex.org/W2188768857 (Other)
https://openalex.org/W2144839337 (Other)
https://openalex.org/W2086526048 (Other)
https://openalex.org/W2035859508 (Other)
https://openalex.org/W2010095741 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1970444410
  • https://openalex.org/W2014744633
  • https://openalex.org/W2070752953
  • https://openalex.org/W2078533544
  • https://openalex.org/W2108692085
  • https://openalex.org/W2313711420
  • https://openalex.org/W2485118749
  • https://openalex.org/W2747821286
  • https://openalex.org/W2765801561
  • https://openalex.org/W2766859135
  • https://openalex.org/W2768928862
  • https://openalex.org/W2772676067
  • https://openalex.org/W2795541973
  • https://openalex.org/W3044169209
  • https://openalex.org/W3045228174
  • https://openalex.org/W3080857495
  • https://openalex.org/W3088495541
  • https://openalex.org/W3124157059
  • https://openalex.org/W31246329
  • https://openalex.org/W3142831270
  • https://openalex.org/W3147591581
  • https://openalex.org/W3163210113
  • https://openalex.org/W4285730308
  • https://openalex.org/W4307552813
  • https://openalex.org/W4368364185
  • https://openalex.org/W4377822366