Den direkte reduksjonen er, i stål , et sett med prosesser for å produsere jern fra jernmalm , ved reduksjon av jernoksider uten smelting av metallet.
Historisk sett gjelder direkte reduksjon derfor å skaffe et forstørrelsesglass i masovnen . Denne prosessen ble forlatt ved begynnelsen av XX th -tallet, til fordel for masovn som produserer jern i to trinn (ved reduksjon og smelting å gi en smelte , etterfulgt av raffinering i en konverter ). Men ulike metoder har blitt utviklet i løpet av XX th århundre, og siden 1970-tallet , skaffe jernmalm DRI har opplevd bemerkelsesverdig utvikling med næringsutvikling, spesielt Midrex prosessen . Disse prosessene er designet for å erstatte masovnen, og har bare vist seg å være lønnsomme i visse spesifikke økonomiske sammenhenger, noe som ytterligere begrenser denne sektoren til mindre enn 5% av verdens stålproduksjon .
Den reduksjon av jernmalm uten smelting er historisk sett den eldste fremgangsmåte for oppnåelse av stål . Faktisk, masovner , ute av stand til å nå de smeltetemperaturer av jernlegeringer, produsere et forstørrelsesglass , et heterogent agglomerat av metallisk jern mer eller mindre impregnert med karbon , gangmateriale og trekull . Denne metoden erstattes gradvis fra jeg st tallet i Kina og XIII th tallet i Europa , for masovn , som samtidig utfører den reduksjon og smelting av jernet.
Likevel lave ovner utviklet overleve frem til begynnelsen av XIX th århundre, som Tatara eller katalansk smie . I møte med den indirekte prosessen (reduksjonssmelting i en masovn, deretter raffinering av støpejernet ), overlever disse prosessene bare når de drar fordel av minst en av følgende to fordeler:
Mer avanserte direkte reduksjonsfremgangsmåter er blitt utviklet fra begynnelsen av XX th -tallet, da det ble mulig å smelte det reduserte jernmalm med Siemens-Martin prosess eller den elektriske lysbueovn . På denne tekno-økonomiske modellen ble noen prosesser industrialisert før andre verdenskrig ( Krupp-Renn-prosessen som ble vedtatt spesielt ved Shōwa-stålverket , Chenot- prosessen , etc. ). Imidlertid forblir de konfidensielle, og lønnsomheten blir generelt diskutert.
Moderne direkte reduksjonsprosesser, basert på bruk av naturgass for å erstatte kull , ble studert grundig i løpet av 1950-tallet . De5. desember 1957, startet det meksikanske selskapet Hylsa i Monterrey, den første industrielle produksjonsenheten av denne typen, og det pre-reduserte produktet som er oppnådd er ment for fusjon i en lysbueovn. Ettersom produksjonen av pre-redusert malm med naturgass var økonomisk levedyktig, ble det bygget flere fabrikker på slutten av 1960-tallet. Ettersom tilførsel av billig naturgass var viktig for lønnsomheten, var de fleste fabrikker lokalisert i land med mineralforekomster. Gass, latin Amerika (hvor mange er utviklet) og Midtøsten .
I 1970 nådde verdensproduksjonen av ferdigredusert jernmalm 790.000 tonn. Prosessene som er i drift er HYL-prosessen (680 000 tonn produsert), en SL / RN-enhet, en Purofer-enhet og det første anlegget som implementerer Midrex-prosessen .
Selv om det er lønnsomt og innovativt, viser de oppfunnede prosessene seg ikke å være en teknologisk revolusjon som kan erstatte den tradisjonelle sektoren basert på masovnen. Men mengden stål produsert av pre-redusert vokser kontinuerlig og raskere enn global stålproduksjon :
Konditioneringen av den pre-reduserte jernmalmen fordeles jevnt mellom jernsvampene og brikettene. Svampene tilsvarer et veldig porøst metallisk produkt, nær startmalmen , men veldig pyroforisk , noe som begrenser transporten. De blir derfor ofte utsatt for varm komprimering, noe som forbedrer både produkttetthet og håndteringssikkerhet. I 2012 ble dermed 45% av de pre-reduserte produktene transformert til briketter.
De jernoksyder er redusert i den følgende rekkefølge:
Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4 → FeO → Fe hematitt → magnetitt → wustite → jern
Hver overgang fra ett oksid til den neste er på grunn av to samtidige reaksjoner, ved høy temperatur, reduksjon av karbonmonoksyd CO eller ved hydrogen H 2 :
Temperatur | Reduksjon med karbonmonoksid | Hydrogenreduksjon |
---|---|---|
900 ° C <T < 1000 ° C |
3 Fe 2 O 3 + CO → 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO → 3 FeO + CO 2 |
3 Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O Fe 3 O 4 + H 2 → 3 FeO + H 2 O |
1000 ° C <T < 1050 ° C | FeO + CO → Fe + CO 2 | FeO + H 2 → Fe + H 2 O |
Disse temperaturene er forskjellige fra de som er kunngjort av Ellingham-diagrammet . Faktisk er det en kobling mellom karbonmonoksydreduksjon og hydrogen , noe som får disse reaksjonene til å fungere sammen, med hydrogen som forbedrer effektiviteten til CO-reduksjon betydelig.
I kullfyrte prosesser blir noe av drivstoffet først brent for å varme opp lasten. Produktet av denne forbrenningen er CO 2. Når temperaturen når 1000 ° C , blir CO 2 reagerer med uforbrent karbon for å skape CO: CO 2 + C 2 CO så snart T> 1000 ° C ( Boudouard likevekt )
H 2 produksjonkan ikke oppnås ved termisk nedbrytning av vann, gitt for lave temperaturer. Hydrogen produseres faktisk sammen med karbonmonoksid ved reaksjonen: H 2 O + C → H 2 + CO så snart T> 1000 ° C
Disse to reaksjonene for å produsere reduserende gass, som forbruker henholdsvis 172,45 og 131,4 kJ / mol , er veldig endotermiske og skjer ved å begrense oppvarmingen av lasten.
NaturgassprosesserDen reduserende atmosfære som er rik på CO og H 2Kan opprettes fra krakking ved høye temperaturer, til 1100 - 1150 ° C av naturgassen i nærvær av oksidert gass (H 2 Oog CO 2) fra malmreduksjonsreaktorer :
CH 4 + CO 2 → 2 CO + H 2
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
Installasjonen som genererer reduserende gasser kalles en "reformator". I Midrex-prosessen består den av rør oppvarmet ved forbrenning av en del (omtrent en tredjedel) av gassen fra reaktoren.
Produksjonsanlegg for redusert jernmalm kalles direkte reduksjonsanlegg. Prinsippet består i å utsette jernmalm for den reduserende virkningen av en gass ved høy temperatur (rundt 1000 ° C ). Denne gassen består av karbonmonoksid og dihydrogen , hvis andel avhenger av produksjonsprosessen.
Det er vanligvis to hovedkategorier av prosesser:
En annen klassifisering består i å skille prosessene der de reduserende gassene produseres i spesifikke installasjoner og atskilt fra reduksjonsreaktoren, som karakteriserer de fleste prosessene ved bruk av naturgass, fra de der gassene produseres inne i reaktoren. Smelting: kullfyrte prosesser. faller generelt inn i denne kategorien. Imidlertid kan mange av "gass" -prosessene drives av forgassingsenheter som produserer reduserende gass fra kull.
Siden smeltetrinnet er nødvendig for å oppnå legeringer , har det dessuten blitt utviklet reduksjonsfusjonsprosesser som, i likhet med masovner, produserer et mer eller mindre karburisert flytende metall. Til slutt er det utviklet mange mer eller mindre eksperimentelle prosesser.
Naturgass | Kull | ||
---|---|---|---|
Tanker | Syklisk | HYL I (den eldste industrielle reduksjonsprosessen med naturgass) og HYL II | Retorts (noen prosesser av sekundær betydning, bare etter å ha overlevd i spesialiserte produksjoner) |
Kontinuerlige |
Midrex (2/3 av verdensproduksjonen av pre - reduserte produkter ) HYL III (konkurranseprosess til Midrex) |
Varianter av naturgassprosesser, hvor gass kan syntetiseres fra kull i en ekstra enhet. | |
Fluidiserte senger | Mange nylige utviklingstrekk (FINMET, CIRCORED, etc.), men begrensede industrielle prestasjoner | ||
Roterende ovner | Roterende gulv | Noen ganger brukt til å supplere kull | Mange prosesser utviklet seg på 1990-tallet, uten kommersiell suksess |
Roterende trommer |
Krupp-Renn (utviklet på 1930-tallet, 38 ovner i 1945) SL / RN (utviklet i 1964, 45% av pre-redusert kullproduksjon i 1997) |
Disse prosessene består i å bringe jernmalmen i kontakt, i et lukket kammer, med reduserende gasser produsert og oppvarmet av en separat installasjon. Følgelig er disse metodene naturlig egnet for bruk av naturgass .
Sykliske prosesserI disse prosessene plasseres malmen i en tank, og forblir der til den er fullstendig redusert. Tanken tømmes deretter for pre-redusert malm, og fylles med en annen mengde ubehandlet malm. Dette er derfor metoder som enkelt kan ekstrapoleres fra laboratorieeksperimenter. I tillegg letter deres prinsipp, basert på batchbehandling , kontroll av produksjonen.
NaturgassprosesserI sykliske naturgassprosesser produserer en enhet en varmreduserende gass som injiseres i reaktoren. For å sikre kontinuerlig bruk av enheten som transformerer naturgass til reduserende gass, opererer flere tanker parallelt og med en tidsforsinkelse.
Den mest kjente av denne typen er HYL I og dens forbedrede variant er HYL II. Det er den eldste industrielle direkte gassreduksjonsprosessen , utviklet i Mexico i 1957 av Hylsa- selskapet .
RetorterDette er utelukkende kullfyrte prosesser der reduserende gasser genereres inne i reduksjonstanken. Malmen lastes med kullet i en lukket innhegning. Dette blir deretter oppvarmet til oksygenet som er tilstede i malmen kombineres med karbonet før det evakueres, hovedsakelig i form av CO eller CO 2.. Denne gassproduksjonen ved oppvarming av et fast materiale fører til at reaktoren tilhører kategorien retorter .
Prinsippet er gammel: nord i Kina , mangel på kull bringes inn for IV th århundre, utvikling av prosesser ved hjelp av kull . For å unngå kontakt mellom svovel , et sprøtt element gitt av kull og jern, utviklet kineserne en prosess bestående av å plassere jernmalmen i batterier av langstrakte rørdigler og dekke dem med en masse kull som er brent. Denne prosessen har overlevd til XX th århundre.
Mer nylig har andre historiske prosesser dukket opp, som for eksempel Adrien Chenot , som var i drift på 1850-tallet i noen få fabrikker i Frankrike og Spania. Dens suksessive forbedringer av Blair, Yutes, Renton og Verdié er ikke signifikante. Blant de utviklede prosessene forblir HOGANAS-prosessen, utviklet i 1908. Tre små enheter er fortsatt i drift (i 2010). Ikke veldig produktiv, det er begrenset til produksjon av pulverisert jern, men sakte og i lukkede retorter oppnår det lett renhetene som kreves av pulvermetallurgi .
Andre retortprosesser har dukket opp, som KINGLOR-METOR, utviklet i 1973. To små enheter ble bygget i 1978 (stengt) og 1981 (sannsynligvis stengt).
Kontinuerlige prosesserBasert på prinsippet om stempelstrøm som fungerer mot strømmen, er disse prosessene de som kommer nærmest masovnen eller, nærmere bestemt stückofen . De varme reduserende gassene hentes fra naturgass, i en enhet skilt fra tanken, og injiseres i bunnen av tanken, mens malmen lastes på toppen. De pre-reduserte produktene ekstraheres varme, men i fast tilstand, på bunnen av tanken. Denne likheten med en masovn berøvet sitt smeltedigel er det en av de første prosessene utforsket av metallurger, men svikt i tysk Gurlt i 1857, og det franske Eugène Chenot (sønn av Adrien ) rundt 1862 ført til den konklusjon. Som “ reduksjon av jernmalm […] er derfor [ikke] mulig i stor skala med gasser alene ” .
Midrex-prosessen ble utviklet på 1970-tallet, og er det beste eksemplet på kontinuerlige direkte reduksjonsprosesser. Teknisk så mye som kommersiell suksess, siden 1980 representerer det omtrent to tredjedeler av verdensproduksjonen av pre-reduserte produkter. Likheten med masovnen betyr at den deler noen av fordelene, for eksempel den høye produksjonskapasiteten, og noen ulemper, for eksempel den relative vanskeligheten med å kontrollere flere samtidige reaksjoner i en enkelt reaktor (siden produktets natur endres mye ). under reisen i tanken). Salgsstrategien for nøkkelferdige enheter , kombinert med den forsiktige økningen i produksjonskapasitet, har gitt denne prosessen god økonomisk og teknisk synlighet ... sammenlignet med de ofte skuffede håpet om konkurrerende prosesser.
Den direkte konkurrenten, HYL III-prosessen, er resultatet av en forskningsinnsats fra Tenova (de) -gruppen , arving til de meksikanske pionerene til Hylsa. Sikrer nesten 20% av produksjonen av pre-reduserte produkter, det skiller seg fra Midrex ved å redusere gassproduksjonenheten med sin interne reformering .
Andre prosesser er utviklet etter dette prinsippet om en kontinuerlig reaktor. Noen har holdt seg på studiestadiet, for eksempel ULCORED. De fleste av dem opplevde bare utvikling begrenset til et enkelt land, eller til og med et enkelt selskap. Andre har vært feil som NSC-prosessene, hvorav et enkelt anlegg ble bygget i 1984, og deretter omgjort til HYL III i 1993, ARMCO (en enkelt enhet bestilt i 1963 og lagt ned i 1982) eller PUROFER (3 driftsenheter fra 1970 til 1979, liten produksjon gjenopptatt siden 1988).
Kullfyrte prosesser er variasjoner av naturgassfyrte prosesser, der gass kan syntetiseres fra kull i en ekstra enhet. Blant disse variantene er MXCOL, en enhet som har vært i drift siden 1999 og to under konstruksjon, således en Midrex drevet av en kullforgasningsenhet . Teknisk modne, men mer komplekse, straffes de overfor gassekvivalente prosesser, som krever litt mindre investering.
Fluidiserte sengerSiden direkte reduksjon er en kjemisk utveksling mellom gass og fast stoff, er fluidisering av malmen ved å redusere gasser en attraktiv forskningsvei. Imidlertid kompliserer endringene i bestanddelene, kombinert med den høye temperaturen og vanskeligheten med å kontrollere fenomenet fluidisering, adopteringen.
På dette prinsippet er det utviklet mange prosesser. Noen har vært tekniske feil, for eksempel HIB (en enkelt installasjon bestilt i 1972, konvertert til Midrex i 1981) eller økonomisk, for eksempel FIOR-prosessen (en enkelt installasjon bestilt i 1976, under kokong siden 2001, forfedre til FINMET) .
FINMET-prosessen ble utviklet i 1991 fra FIOR-prosessen, og virker mer moden, men utvidelsen blir ikke av (to fabrikker bygget, bare en i drift i 2014). CIRCORED-prosessen, også nylig, har stagnert på samme måte (bare en fabrikk bygget, bestilt i 1999, kokonert i 2012), til tross for tilpasningsevnen til kull (CIRCOFER-prosessen, ingen industriproduksjon).
Rotasjon av reduksjonsovnen kan være et designvalg for å sirkulere malm gjennom en ovn. Det kan også delta aktivt i den kjemiske reaksjonen ved å sikre blandingen mellom tilstedeværende reaktanter. Roterende ildsted prosesser , hvor malmen sitter på et fast sjikt, og beveger seg gjennom en tunnel, falle inn i den første kategorien. Den andre kategorien er rotasjonsovneprosesser, der malmen blandes med kull ved høy temperatur.
Roterende gulvDisse prosessene består av en ringformet ovn der sirkulerer jernmalm blandet med kull. Varme reduserende gasser strømmer over og noen ganger gjennom belastningen. Malmen avsettes på et brett eller vogner, og roterer sakte i ovnen. Etter en rotasjon reduseres malmen; den evakueres og erstattes av oksidert malm.
På dette prinsippet er det utviklet et visst antall prosesser. I årene 1970-1980 demonstrerte INMETCO-prosessen bare gyldigheten av ideen uten industriell anvendelse. MAUMEE (eller DryIron) -prosessen materialiserte seg i USA med byggingen av to små industrienheter på 1990-tallet. Tilsvarende i Europa utviklet et konsortium av stålprodusenter fra Benelux i laboratoriet fra 1996 til 1998, COMET-prosessen . Til tross for konsortiets tilbaketrekning fra forskningsprogrammet i 1998 ble en enkelt industriell demonstrant ekstrapolert fra det, SIDCOMET, som ble lagt ned i 2002. RedIron, hvis eneste operative enhet ble innviet i 2010 i Italia, hadde også nytte av denne forskningen. Den Japan fatter FASTMET prosess, med igangsettingen av tre enheter dedikert til å forbedre pulver rikt på jern, og har en forbedret versjon, den ITmk3 prosessen, er en enhet som opererer i USA.
Denne ikke-uttømmende listen viser at til tross for stålprodusentens store interesse i utviklede land i løpet av 1990-tallet , har ingen prosesser møtt kommersiell suksess.
Roterende trommerDisse prosessene bruker høy temperatur omrøring av pulverisert jernmalm og kull, med litt kalkstein for å redusere surheten i malmen. Prosesser dukker opp på slutten av XIX - tallet, som Carl Wilhelm Siemens , basert på bruk av en kort tromme. Verktøyet som ble brukt, utviklet seg deretter til en lang roterende rørovn, inspirert av de som ble brukt i sementverk, som i Basset-prosessen, utviklet på 1930-tallet.
En prosess av historisk betydning er Krupp-Renn . Utviklet på 1930-tallet , var det så mange som 38 ovner i 1945 som, selv om de bare hadde en kapasitet på 1 Mt / år , ble installert over hele verden. Denne prosessen ble forbedret og inspirerte de tyske Krupp-CODIR-ovner og de japanske Kawasaki og Koho-prosessene. Begge japanske metodene inkluderer, oppstrøms rotasjonsovnen, en enhet pelletering av biprodukter stål. To enheter av hver prosess ble bygget mellom 1968 (Kawasaki) og 1975 (Koho).
ACCAR-prosessen, utviklet på slutten av 1960-tallet og brukt konfidensielt fram til 1987, bruker en blanding av 80% kull og 20% olje eller gass: hydrokarboner , selv om de er dyrere, beriker den reduserende gassen med hydrogen. Den tyske Krupp-CODIR-prosessen, som var i drift i 1974, var neppe mer vellykket: bare tre enheter ble tatt i bruk. Endelig er indiske stålprodusenter opprinnelsen til SIIL-, Popurri-, Jindal-, TDR- og OSIL-prosessene, som bare er varianter som er utviklet for å møte spesifikke tekniske og økonomiske begrensninger.
Andre prosesser, bygget på samme prinsipp, klarte derimot ikke å utvikle seg, for eksempel Strategic-Udy, bestående av en enkelt installasjon bestilt i 1963 og stengt i 1964.
SL / RN-prosessen, utviklet i 1964, dominerte kullprosesser i 2013. I 1997 tilsvarte det 45% av kullproduksjonen av pre-reduserte produkter. Men i 2012 tilsvarer produksjonskapasiteten for denne prosessen bare 1,8 Mt / år for en produksjon på 17,06 Mt tilskrevet kullprosesser.
1 | 2 | 3a | 3b | 4 | 5 | |
Konsistensen av oppnådd produkt | fast | limete | bakke. ( klinker ) liq. ( støpejern ) |
|||
---|---|---|---|---|---|---|
Ideelt jerninnhold (%) | 30-60 | 30-60 | 55-63 | 25-45 | 50-67 | |
Malm partikkelstørrelse (mm) | <20 | <20 | <10 | 5-25 | <5 | <0,2 |
Grunnladning (CaO / Al 2 O 3) | noen | 0,3 | 2,8-3,0 | |||
Maks temperatur (° C) | 600-900 | 900-1100 | 1200-1300 | 1400-1500 | ||
Reduksjon (% av O 2fjernet fra Fe 2 O 3) | 12% | 20-70 | > 90 | 100 | ||
Eksempler på prosesser | Lurgi | Highveld Udy Larco |
RN | SL / RN Krupp |
Krupp- Renn |
Basset |
Siden smeltetrinnet er nødvendig for å oppnå legeringer og forming av produktet, er direkte reduksjonsprosesser ofte assosiert med nedstrøms smelteinnretninger.
Smelting av elektrisk ovn gjelder flertallet av pre-redusert jernmalm: i 2003, av 50 produserte Mt , gikk 49 til elektrisk ovn. Integrasjonen av prosessene er generelt veldig grundig for å dra nytte av den høye temperaturen (over 600 ° C ) av den pre-reduserte som er resultatet av den direkte reduksjonsreaktoren.
En idé er da å utføre all reduksjons-smelting i lysbueovnen som er installert nedstrøms for reduksjonsinstallasjonen. Flere plasmaprosesser , som opererer over 1530 ° C , er utviklet og noen ganger testet. Ovnene kan være ikke-overført lysbue ( Plasmasmelt , Plasmared ) eller overført lysbue (ELRED, EPP, SSP The Toronto System , Plasma fallfilmreaktor). Alle disse metodene deler fordelen med den elektriske ovnen, som er en lav investeringskostnad, og dens ulempe, som er bruken av en kostbar energikilde. I tilfelle direkte reduksjon er dette handicap uoverkommelig fordi den nødvendige varmen er høy, både på grunn av reduksjonen og på grunn av tilstedeværelsen av en matrise som skal smeltes.
Et alternativ til den elektriske ovnen består i å smelte forutledningen med drivstoff. Den kuppelen er ideelt egnet for denne oppgaven, men som det eksistensberettigelse av direkte reduksjonsprosesser er den manglende bruk av koks , har andre smelteovner dukket opp. Den Corex (de) prosess , operativt siden 1987 og består av en direkte reduksjon tankreaktor, som mater en masovn digel i hvilken den for-redusert malm bringes i en tilstand av flytende støpejern, forbruker bare kull. Denne prosessen produserer også en varmreduserende gass, som kan oppgraderes i en Midrex-enhet. En ekvivalent av COREX, basert på fluidbed i stedet for Midrex-fartøyet, er den koreanske FINEX- prosessen . Disse to prosessene opererer industrielt i flere fabrikker rundt om i verden.
Til slutt er visse reduksjonsfusjonsovner i samme reaktor blitt studert uten å føre til industriell utvikling. For eksempel er ISARNA-prosessen og dens derivat HISARNA ( kombinasjon av ISARNA- og HISMELT-prosessene) en syklonisk reaktor som utfører fusjon før reduksjon. Disse prosessene har resultert i en industriell demonstrator testet siden 2011 i Nederland . Likeledes japanske stålprodusenter seg sammen i 1990-årene for å utvikle den DIOS prosess som, i likhet med mange reduksjon-fusjonsprosesser, er i likhet med oksygen omformere . TECNORED-prosessen, studert i Brasil, utfører også reduksjonsfusjon i samme tank, men ligner snarere en masovn modifisert for å tilpasse seg alle typer fast drivstoff. Av alle prosessene av denne typen som er utviklet, opererte en enkelt industriell enhet av HISMELT-typen bygget i Australia , med en kapasitet på 0,8 Mt / år , fra 2005 til 2008.
I USA, der Midrex-prosessen ble utviklet, ble det på 1960-tallet sett for seg direkte reduksjon som å kunne blåse nytt liv i elektriske stålverk . Faktisk ble den teknisk-økonomiske modellen til minifabrikken , basert på fabrikkenes fleksibilitet og liten størrelse, truet av mangel på skrap og derfor den høye prisen. Den samme mangelen på metallurgisk koks, en tilbakevending til masovnsektoren, virket ikke som en attraktiv løsning.
Direkte reduksjon er teoretisk egnet for bruk av malmer som ikke er veldig kompatible med masovner (for eksempel fine malmer som tetter ovner), som er billigere. Ved også å mobilisere mindre kapital, fremstår det som et relevant alternativ til de to påviste sektorene , den elektriske ovnen og masovnen.
Masovn med inj. kull |
Hismelt | COREX | Midrex | HYL III | Elektrisk ovn | |
---|---|---|---|---|---|---|
Oppføringsprodukter | 9% dumplings / 91% agglomerert | 100% malmbøter | 50% dumplings / 50% agglomerert | 100% kjøttboller | 100% pre-redusert malm | |
Produksjonsprodukt | Grisejern smelter | Smeltet jern / reduserende gass | For redusert jernmalm | Smeltet ulegeret stål | ||
Produksjonskapasitet (kt / år) | 300 til 4200 | ≈ 800 | 300 til 1500 | 400 til 1700 | 500 til 1100 | |
Investeringskostnad (€ 2010 / (Mt / år)) | 273 | 428 | 200 | 194 | 191 | 108 |
CO 2produkt (t CO 2/ t) | 1.5 | 1,57 | 2.9 | 0,65 | 0,53 | 0,058 |
Koksbehov (GJ / t) | 9.3 | 0 | 3.1 | 0 | ||
Kullbehov (GJ / t) | 6.20 | 14,76 | 27 | 0 | ||
Strømbehov (kWh / t) | 138 | 174,8 | 90 | 135.4 | 104.2 | 697,7 |
Naturgassbehov (GJ / t) | 0 | 1.68 | 0 | 10.8 | 9 | 0,09 |
Gassproduksjon (GJ / t) | 3,25 ( masovnsgass ) |
0 | 10.9 (COREX gass) |
0 |
Sammenligningstabellen gjør det mulig å forstå at mangfoldet i prosessene også er begrunnet med behovene når det gjelder kvalitet. Koksverket som leverer et masovnebatteri koster like mye som masovnen, og krever kull av spesifikk kvalitet. Omvendt straffes mange direkte reduksjonsprosesser ved transformasjon av malm til pellets , noe som er dyrt: disse koster i gjennomsnitt 70% dyrere enn råmalm. Til slutt kan gasskravene øke investeringskostnadene betydelig: gassen produsert av en COREX er bemerkelsesverdig egnet til å levere en Midrex-enhet, men interessen for lave investeringer forsvinner.
Selv om håndtering og behandling av gasser er mye mer økonomisk enn transformasjon av kull til koks (for ikke å nevne de relaterte begrensningene, for eksempel håndtering av bulk, koksfabrikkens høye følsomhet for svingninger i produksjonen, miljøpåvirkning osv. ), å erstatte koks med naturgass gjør direkte reduksjon attraktiv for stålprodusenter med billige gassressurser. Dette poenget er viktig, som de europeiske stålprodusentene minnet om i 1998:
“Ingen hemmelighet, for å være konkurransedyktig, må direkte reduksjon ha naturgass til $ 2 per gigajoule, halvparten av de europeiske prisene. "
- L'Usine nouvelle , september 1998, direkte reduksjon går til kull
Denne observasjonen forklarer utviklingen av visse reduksjonsfusjonsprosesser som på grunn av de høye temperaturene som er brukt, er overskytende for å redusere gass. Reduksjonsfusjonsprosesser, som COREX, som er i stand til å levere en tilhørende Midrex direkte reduksjonsenhet, eller Tecnored, er berettiget av deres evne til å produsere en gass rik på CO til tross for høyere investeringskostnader. I tillegg er koksplantegass et viktig samprodukt for energistrategien til et jern- og stålkompleks: fraværet av et koksverk må deretter kompenseres med et større forbruk av naturgass til nedstrøms verktøy, spesielt ovnene til varme og glødende valsverk .
Derfor er den globale distribusjonen av anlegg for direkte reduksjon direkte korrelert med tilgjengeligheten av naturgass og malm. I 2007 presenteres den skjematisk som følger:
Kina, et land med gigantiske behov og blottet for skrapjern, og Europa, blottet for malm og konkurransedyktig drivstoff, har aldri investert massivt i disse prosessene, og har holdt seg lojale mot masovnindustrien. USA på sin side har alltid hatt noen få enheter, men siden 2012 har utnyttelsen av skifergass gjenopplivet naturgassprosesser der.
Men siden direkte reduksjon bruker mye mer hydrogen som reduksjonsmiddel enn masovnen (som er veldig tydelig for naturgassprosesser), produserer den imidlertid mye mindre CO 2., en klimagass . Denne fordelen har motivert utviklingen av ULCOS- prosesser i utviklede land , som HISARNA, ULCORED, etc. Utseendet til moden gassbehandlingsteknologi, som adsorpsjon ved reversering av trykk eller gassbehandling med aminer , vekker også forskernes interesse.