NextGenSøderberg - Next generation Søderberg electrode for Mn production

En av de mest betydningsfulle industrielle oppfinnelsene i Norge, den selvbakende Søderbergelektroden, feiret 100-års jubileum i 2019. Dette er fortsatt den dominerende teknologien for fremstilling av ferrolegeringer, og Eramet Norway AS (ENO), som er en verdensledende produsent av raffinerte manganlegeringer, opererer noen av industriens største elektroder på sine tre norske smelteverk. Hovedutfordringen med teknologien er bruk av kulltjærebek som bindemiddel i elektrodemassen. Kulltjærebek inneholder polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH), en gruppe stoffer som potensielt har negative effekter på helse og miljø. Det er derfor svært ønskelig å finne miljøvennlige alternativer. I 2017 bestemte EU at bruk av tradisjonell kulltjærebek vil bli forbudt etter oktober 2020. På grunn av at det er svært teknisk utfordrende å erstatte kulltjærebek som binder, har industrien fått unntak, men det forventes strengere krav i fremtiden. ENO produserer nyttige produkter for fremtidens nullutslippssamfunn på en ressurseffektiv måte. Gjennom mange tiår, har ENO jobbet målrettet for å være den mest klima- og miljøvennlige produsenten av manganlegeringer i bransjen, og har de siste årene aktivt søkt etter alternative elektrodemasser med lavere PAH fotavtrykk. Et gjennombrudd kom i 2017 da en av ENOs leverandører introduserte den første PAH-frie elektrodemassen til markedet. Ved å ta stor teknisk risiko, var ENO den første produsenten som gjennomførte industrielle forsøk med PAH fri teknologi på store og hardt belastede elektroder. Det er imidlertid fortsatt store tekniske utfordringer med denne teknologien som må løses før vi kan nå målet med å fase ut PAH holdig binder uten vesentlig ulempe for produksjonen. I prosjektet NextGenSøderberg skal ENO sammen med forskningspartneren SINTEF arbeide for å utvikle neste generasjons PAH fri Søderbergteknologi for fremstilling av manganlegeringer, og på den måten sikre en bærekraftig framtidsrettet industri i Norge. I løpet av 2021 er følgende resultater oppnådd i prosjektet: Det er gjennomført en workshop med med Eramets Norske Elektrodegruppe hvor utfordringer knyttet til bruk av PAH frie elektrodemasse ble diskutert i forhold til planlagte aktiviteter i NextGenSøderberg prosjektet. Et fokusområdet er HMS og spesielt luktproblematikk knyttet til bruk av de nye PAH-frie elektrodemassene. Metoder for identifisering av luktkomponenter i avgassene fra elektrodebakingen er etablert og testet både i lab skala og gjennom analyse av gassprøver hentet fra arbeidsatmosfæren ved verk. Det er gjennomført flere driftstester i fullskala med PAH-fri elektrodemasse ved Eramet sine verk i Norge. Det er foretatt prøvetaking fra en bakt elektrode fra en ovn som har vært i drift. Her blir fysikalske egenskaper analysert for å bedre forstå og karakterisere bakeprosessen. Et tilsvarende prøvetakningsprogram fra fullskala elektroder fra Kvinesdal har også blitt fullført i 2021. Data fra disse arbeidene vil være et viktig grunnlag for modellering av bakeprosessen i elektrodene, samt å øke forståelsen til egenskapsforskjellene i laboratoriefremstilte elektroder og fullskala elektroder. Arbeidet med å utvikle simuleringsmodeller som framtidig beslutningsstøtteverktøy for drift av ovner har startet med etablering av en første modellspesifikasjon som også definerer nødvendige data fra karakterisering av PAH fri elektrodemasse samt geometriske og prosesstekniske grensebetingelser fra ovnsdesign. Det er gjennomført møte med Eramet sitt modelleringsmiljø i Frankrike (Eramet Ideas) for utveksling av ideer og modellgrunnlag.

The NextGenSøderberg project will enable full scale conversion of the electrodes at Eramet Norway (ENO) Mn-alloy smelting furnaces to less toxic Søderberg electrode paste without negative impact on furnace operation and overall costs. Current Søderberg technology face health, environment and safety (HES) issues related to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) present in the coal tar pitch (CTP) used as binder in the self-baking electrodes. In June 2017 the European Commission decided that all uses of CTP is prohibited in Europe from October 2020. The European metallurgical industry is currently exempt, but more stringent regulations are expected. To meet the environmental challenge suppliers of electrode paste have started developing PAH free electrode paste materials. Introduction of new electrode binder materials is likely to introduce operational challenges and risks of sub-optimal operation of existing Søderberg furnaces. ENO has three production sites with seven closed submerged electric arc furnaces operating with self-baking Søderberg electrodes. If a complete prohibition is enforced without a replacement to coal tar pitch, plant closures are unavoidable. The impact on the communities will be severe as the plants are in rural and semi-rural areas, employs about 600 people and support about four times as many jobs indirectly. ENO has a turnover of 6-7000 MNOK/y and is a world-leading supplier of essential products to the steel industry, contributing to improved sustainability. In order to secure safe operational performance, material characterization methods and mathematical simulation tools need to be developed to allow introduction of new environmentally friendly binder materials. New analysis technologies will be used to evaluate and document the HES and toxicological performance. The performance of new materials will be verified systematically by critical investigations in full scale and used to develop optimal design and operational procedures.