Ferro de reducció directa

Ferro de reducció directa

Archiu:Caps block 0 evolution.svg

Producció de ferro de reducció directa i descomposició per processos

El ferro de reducció directa, també denominat esponja de ferro, es produïx a partir de mineral de ferro preparat en forma de gleves, grànuls o fins, que es transforma en ferro en contacte en un gas reductor o en carbono elemental produïts a partir de la combustió de gas natural o de carbó. La major part dels minerals de ferro són adequats per a este procés.

El terme reducció directa denomina aquells processos d'estat sòlit que reduïxen els òxits de ferro a la forma de ferro metàlic a temperatures per baix del punt de fusió del ferro. Un eixemple és el calfament del mineral de ferro en un forn a una temperatura alta de en presència d'un gas de síntesis reductor, com una mescla d'hidrogen i monòxit de carbono.

Història

Participació dels diferents processos de fabricació en la producció mundial d'acer

Archiu:Hot-briquetted iron Coin. caps block 5

Briquetas de mineral de ferro prerreducido. Tamany entre 10 i 15 cm

Complex siderúrgico de New Zealand Steel, alimentat per forns rotatoris de reducció directa (procés SL/RN) (capacitat de 650.000 tm)

Unitat Lebeddinskv GOK-1 en Gubkin (Rússia): procés HYL iniciat en 1999, capacitat de 0,9 millons de tonellades anuals

La reducció de mineral de ferro sense fundició és, històricament, el procés més antic per a l'obtenció d'acer. En efecte, els forns baixos produïxen "lupes", uns aglomerados heterogéneus de ferro metàlic més o menys carburado, de ganga i de carbó vegetal. Este procés es va reemplaçar paulatinament a partir de el I en China i de el XIII en Europa, pels alts forns, que realisen simultàneament la reducció i la fusió del ferro.

No obstant, alguns tipos de forns baixos molt eleborados varen sobreviure fins al començ de el XIX, com el tatara o la forja catalana. Front al procés indirecte (reducció-fusió en alt forn, i després afinado del arrabio), estos processos solament es conserven quan es beneficien d'a lo manco una de les dos ventages següents:

• La capacitat de processar minerals incompatibles en l'alt forn (com les arenes ferruginosas, que obstruïxen el forn)
• Un tamany més manejable que les jagantesques acería industrials modernes, llimitades per les seues enormes necessitats de capital, de disponibilitat de mineral per a processar i de mercats per a vendre la seua producció.

Per lo tant, es varen desenrollar processos de reducció directa més alvançats des del començ de XX, quan va ser possible fondre els minerals reduïts en forns de solera o en forns d'arc elèctric. Sobre este model tècnic-econòmic es varen industrialisar abans de la Segona Guerra Mundial alguns processos, com el procediment Krupp-Renn adoptat en particular en les Acería Showa i el procés Chenot, els detalls tècnics del qual seguixen sent confidencials.

Els processos moderns de reducció directa, basats en l'us de gas natural com a substitut del carbó, es varen estudiar intensament durant la década de 1950. El 5 de decembre de 1957, l'empresa mexicana Hylsa va posar en marcha la primera unitat de producció industrial d'este tipo en Monterrey, sent el mineral de ferro prerreducido destinat a la fusió en forns d'arc elèctric. El procés va rebre el nom de HYL I (sent posteriorment millorat per a donar lloc al sistema HYL II, i més adelente transformat en el HYL III, que permet tractar el mineral en forma contínua per mig d'un forn rotatiu). Ya que la producció de mineral prerreducido en gas natural era econòmicament viable, es varen construir vàries plantes a finals de la década de 1960. Per a garantisar el suministrament barat d'este combustible, aspecte essencial per a la rendabilitat del procés, la majoria de les plantes estaven ubicades en països rics en petròleu i gas, especialment en aquells propencs a l'equador.

El procés Midrex va ser inventat pel conglomerat nortamericà Midland-Ross i desenrollat des de 1975 per l'empresa MIDREX Corp., propietària de les palesas del sistema. L'empresa MIDREX Corp. es va convertir en 1983 en una subsidiària americana de Kobe Steel.

Econòmicament interessant en tots els països rics en gas natural, el procés es va convertir en un èxit i ràpidament es va impondre als sistemes de reducció directa de la competència. Llavors va aplegar inclús a conisderarse com una alternativa al alt forn per mig de l'us de forns d'arc elèctric. En Europa, es va construir una unitat a principis de la década de 1970 en Alemània Occidental, en Hamburc.

En 1970, la producció mundial de mineral de ferro prerreducido va alcançar les 790.000 tonellades. Els processos llavors operatius eren el HYL (680.000 tm produïdes), una unitat SL/RN, una unitat Purofer i la primera planta en utilisar el procediment Midrex.

Encara que rendables i innovadors, els processos inventats finalment no varen resultar ser una revolució tecnològica capaç de suplantar al sistema de fabricació tradicional basat en l'alt forn. Pero la cantitat d'acer produït a partir de mineral prerreducido va seguir creixent contínuament i més ràpit que la producció mundial d'acer:

• En 1976 les instalacions en servici varen totalisar menys de 5 millons de tm

• En 1985 la producció anual va ser d'11 millons de tm per a una capacitat instalada de l'orde de 20 millons, sent esta diferència explicada per les fluctuacions en el cost de l'energia
• En 1991, la producció va representar 20 millons de tm
• En 1995, la producció global de mineral prerreducido va superar la marca dels 30 millons de tonellades per primera volta
• En 2010, es varen produir 70 millons de tonellades de mineral de ferro prerreducido. El 14% d'esta producció prové dels processos HYL i el 60% del procés Midrex. Este últim procés va assegurar la major part del creiximent en la producció de gas natural de prerreducido.

Processos

Els processos de reducció directa es poden dividir en dos categories: a pur de gas i a pur de carbó. En abdós casos, l'objectiu del procés és eliminar l'oxigen contingut en diverses formes del mineral de ferro (mineral classificat, concentrats, pelets, cascarilla de laminación, pols de forn, etc.), per a convertir el mineral en ferro metàlic, sense necessitat de fondre-ho (per baix de ).

El procés de reducció directa és comparativament eficient des del punt de vista energètic. l'acer fabricat en el mineral directament reduït requerix significativament menys combustible, ya que no es necessita un alt forn tradicional. Comunament es transforma en acer utilisant forns d'arc elèctric per a aprofitar la calor generada pel material reduït.

Processos de reducció directa
En negreta, els processos que estan provats tècnica i comercialment
(és dir, funcionen de manera viable en varis contexts econòmics)

		Gas natural	Carbó
Cuvas	Cíclicos	HYL I (el procés industrial de reducció directa més antic utilisant gas natural) i HYL II	Cornues (alguns processos d'importància secundària, havent sobrevixcut solament en produccions especialisades)
	Continus	Midrex (2/3 de la producció mundial de mineral prerreducido) HYL III (procediment competidor del Midrex)	Variacions dels processos de gas natural, a on el gas es pot sintetisar a partir del carbó en una unitat adicional
	Llits fluidizados	Prou desenrolls moderns (FINMET, CIRCORED…) pero guanys industrials llimitats
Forns rotatius	Soleras rotatives	Ocasionalment s'utilisa per a complementar al carbó	Molts processos desenrollats en la década de 1990, pero sense èxit comercial
	Tambors rotatius		Krupp-Renn (desenrollat en la década de 1930, 38 forns en 1945) SL/RN (desenrollat en 1964, 45% de la producció en carbó de prerreducidos en 1997 Atres processos, efectius pero més confidencials, varen succeir a el SL/RN: Kawasaki i Koho, Krupp-CODIR…

Ventages

Els processos de reducció directa es varen desenrollar per a superar les dificultats dels alts forns convencionals, ya que no necessiten ser part d'una planta siderúrgica integrada com és característic d'estos últims. L'inversió de capital inicial i els costs operatius de les plantes de reducció directa són inferiors als de les plantes siderúrgicas integrades i són més adequades per als països en desenroll, a on els suministraments de carbó coquizable d'alt grau són llimitats, pero a on la ferralla d'acer generalment està disponible per a reciclar. l'Índia és el major productor mundial de ferro de reducció directa. Molts atres països utilisen variants del procés.

Factors que ajuden a que siga econòmic:

• El ferro de reducció directa té aproximadament el mateix contingut de ferro que l'arrabio, per lo general entre un 90% i un 94% de ferro total (segons la calitat del mineral en bruto), per lo que és una excelent matèria primera per als forns elèctrics que utilisen les miniacerías, lo que els permet utilisar calitats inferiors de ferralla per al restant de la càrrega o per a produir calitats superiors d'acer.
• El ferro briquetado en calent és una forma compactar de mineral de reducció directa, dissenyada per a facilitar el seu enviament, manipulació i almagasenament.
• El ferro reduït directe es pot transportar en calent des del forn de reducció a un forn d'arc elèctric, lo que permet aforrar energia.
• El procés de reducció directa utilisa mineral de ferro peletizado o mineral "en trossos" natural. Una excepció és el procés de llit fluidizado, que requerix partícules de mineral de ferro d'un tamany determinat.
• El procés de reducció directa pot utilisar gas natural contaminat en gasos inertes, evitant la necessitat de retirar estos gasos per a un atre us. No obstant, qualsevol contaminació en gas inerte del gas reductor aminorar l'efecte de la corrent de gas i l'eficiència tèrmica del procés.
• Els suministraments de mineral en pols i gas natural cru en alguns casos estan disponibles en àrees propenques (com per eixemple, en el nort d'Austràlia), lo que evita els costs de transport del gas. En la majoria dels casos, la plantes de transformació estan ubicades prop d'una font de gas natural, ya que és més econòmic enviar el mineral que el gas.
• El método de reducció directa produïx un 97% de ferro pur.
• Para eliminar l'us de combustibles fòssils en la fabricació de ferro i acer, es pot usar gas hidrogen renovable en lloc de gas de síntesis en el procés de reducció directa.

Inconvenients

El ferro de reducció directa és molt susceptible a l'oxidació si no es protegix, i normalment es processa ràpidament per a convertir-ho en acer. El ferro a granel també pot incendiar-se, ya que és un material pirofórico. A diferència del arrabio d'alt forn, que és casi metal pur, el mineral de ferro reduït directament conté una miqueta de ganga silícea (si està fet de ferralla, no de ferro nou a partir de ferro reduït directament en gas natural), que deu eliminar-se en el procés de fabricació d'acer.