Esipelkistetty rautamalmi
Esipelkistetyn rautamalmi on puolivalmiste teräs , joka vastaa rautamalmin käsitellään suoraan vähentäminen . Se on seos, jossa metallisen raudan (noin 95% massasta) ja sivukiven saatu malmi.
Historia
Vähentäminen rautamalmin ilman sulatus on historiallisesti vanhin tapa saada terästä . Itse asiassa, masuunit tuottaa suurennuslasilla , heterogeeninen agglomeraatti enemmän tai vähemmän hiilitettiin metallista rautaa , sivukiven ja puuhiiltä . Tämä menetelmä korvataan vähitellen I st luvulla Kiinassa ja XIII th luvulla Euroopassa, sillä masuunin , joka samanaikaisesti suorittaa vähentäminen ja sulaminen raudan.
Kuitenkin näemme selviytyä alhainen uunien kehitetty alkupuolelle saakka XIX : nnen vuosisadan kuten Tatara tai Katalonian takoa . Edessä epäsuora prosessi (väheneminen sulatusta masuunin, sitten jalostus on valurautaa ), nämä prosessit selvitä vain silloin, kun ne hyötyvät vähintään yksi seuraavista kaksi etua:
- kyky käsitellä malmeja, jotka eivät ole yhteensopivia masuunin kanssa (kuten rautahiekat, jotka tukkivat uunin);
- "kohtuullisempi" koko kuin jättiläiset tehtaat ja niiden rajoitteet (mineraalien ja pääoman tarve, myytävä tuotanto jne. ).
Kehittyneempiä suorapelkistysmenetelmiä siksi kehitetty alusta XX th luvulla, jolloin se tulee mahdolliseksi sulattaa vähensi malmin kanssa Siemens-Martin prosessi tai valokaariuunissa . Tässä teknisessä-taloudellisen mallin , jotkut prosessit ( Krupp-Renn prosessi antanut erityisesti klo Showa terästehtaalle , CHENOT prosessi , jne. ) Oli teollistunut ennen toista maailmansotaa , jotka olivat kuitenkin edelleen luottamuksellisia.
Modernia suoraa pelkistysprosessia, joka perustuu maakaasun käyttöön hiilen korvaamiseksi , tutkittiin intensiivisesti 1950-luvulla.5. joulukuuta 1957, meksikolainen yritys Hylsa perustaa Monterreyssa ensimmäisen tämän tyyppisen teollisen tuotantoyksikön, jossa esipelkistetty rautamalmi on tarkoitettu sulattamaan valokaariuunissa. Koska ennalta pelkistetyn malmin tuotanto maakaasulla oli taloudellisesti kannattavaa, 1960-luvun lopulla rakennettiin useita tehtaita. Koska halvan maakaasun saanti oli välttämätöntä niiden kannattavuuden kannalta, suurin osa tehtaista sijaitsi öljypitoisissa maissa ja kaasussa, varsinkin päiväntasaajan lähellä olevat.
Vuonna 1970 ennalta tuotetun rautamalmin tuotanto maailmassa oli 790 000 tonnia. Silloin toiminnassa olevat prosessit ovat HYL-prosessi (tuotettu 680 000 tonnia), SL / RN-yksikkö, Purofer-yksikkö ja ensimmäinen Midrex-prosessin toteuttava laitos .
Vaikka keksinnölliset prosessit ovat kannattavia ja innovatiivisia, ne eivät lopulta osoittaudu tekniseksi vallankumoukseksi, joka kykenisi korvaamaan perinteisen masuuniin perustuvan sektorin . Mutta ennalta vähennetystä teräksestä tuotetun teräksen määrä kasvaa jatkuvasti ja nopeammin kuin maailmanlaajuinen terästuotanto :
- vuonna 1976 käytössä olevat laitokset olivat alle 5 miljoonaa tonnia ;
- vuonna 1985 vuotuinen tuotanto oli 11 miljoonaa tonnia asennetulle kapasiteetille, joka oli noin 20 miljoonaa tonnia , tämä ero selittyy energiakustannusten vaihteluilla;
- Vuonna 1991 tuotanto oli 20 miljoonaa tonnia .
- vuonna 1995 maailmanlaajuinen DRI-tuotanto ylitti ensimmäisen kerran 30 Mt: n rajan .
- vuonna 2010 tuotettiin 70 Mt DRI: tä. 14% tästä tuotannosta tulee HYL-prosesseista ja 60% Midrex-prosessista. Jälkimmäinen prosessi on tuottanut suurimman osan ennalta rajoitetun maakaasun tuotannon kasvusta.
Valmistus
Esipelkistetyn rautamalmin tuotantolaitoksia kutsutaan suorapelkistyslaitoksiksi. Periaate koostuu rautamalmin altistamisesta kaasun pelkistävälle vaikutukselle korkeassa lämpötilassa (yli 900 ° C ). Tämä kaasu koostuu hiilimonoksidista ja divetystä , joiden osuudet riippuvat tuotantoprosessista.
Prosesseja on kaksi pääryhmää:
- prosessit, joissa pelkistävä kaasu saadaan hiilestä . Reaktori on silloin yleensä kalteva pyörivä uuni, samanlainen kuin sementtitehtaissa , jossa hiili sekoitetaan kalkkikiven ja malmin kanssa, sitten kuumennetaan;
- prosessit, joissa pelkistävä kaasu saadaan maakaasusta. Malmin pelkistys tapahtuu tässä tapauksessa säiliöissä.
Voidaan kuitenkin huomata, että monet "kaasu" -prosessit voidaan käyttää kaasutusyksiköillä, jotka tuottavat pelkistävää kaasua hiilestä.
Kiinnostuksen kohteet ja rajoitukset
Kiinnostuksen kohteet
Esipelkistetyn malmit ovat erityisen sopivia valokaariuunin sulamispiste jossa niiden kemiallisen puhtauden ne voivat parantaa latauksen toteutettiin kierrätetyistä romua . Niitä voidaan myös käyttää viilennysaineet hapen muuntimien tai masuunin , jossa näiden materiaalien jo vapautettu suuri osa hapesta sisälsi alussa, tuottaa huomattavia säästöjä koksia sekä tuottavuutta (6 7% lisätuotantoa 100 kg valmiiksi alennettua tonnia valurautaa). Kaikissa tapauksissa ennalta pelkistyneiden tuotteiden käyttö terästeollisuudessa riippuu tämänhetkisestä taloudellisesta tilanteesta.
Käytön ansiosta maakaasun, muutos rautamalmin terästä käyttäen ennalta vähentää päästöt 20-25% vähemmän CO 2kuin klassinen masuuniin perustuva prosessi. Valmiiksi pelkistettyjen tuotteiden tuotanto on myös paljon puhtaampaa pölypäästöjen, kaasun ja veden kulutuksen kannalta.
Vuonna 2003 tuotetusta 50 miljoonasta tonnista 49 meni sähköuuniin, loput masuunit, kupolit tai muuntimet . Rautasieniä käytetään myös erilaisissa kemiallisissa prosesseissa, koska sen suuri ominaispinta tekee tuotteesta reaktiivisemman kuin rautalangan viilat , lastut tai pallot.
Rajoitukset
Haittana prereducts piilee niiden piidioksidin sisältöä, joka antaa happo kuona ristiriidassa useimpien senkkametallurginen toimintoja , kuten fosforinpoiston .
Rautasienen säilyttäminen on hankalaa. Itse asiassa, kun otetaan huomioon niiden suuri ominaispinta, hapettuminen tunkeutuu syvälle tuotteeseen. Vuoteen sateelle altistuneen rautasienen metalloituminen nousee 94 prosentista 83 prosenttiin. Turvallisen käsittelyn vuoksi on sen vuoksi suositeltavaa valmistuksen jälkeen edistää ohuen ruostekerroksen muodostumista, joka suojaa tuotetta täydeltä hapettumiselta altistamalla se sadalle päivälle ilmalle.
Kuljetuksessa noudatetaan tarkkoja sääntöjä: ennalta säädettyjen sakkojen kosteus ei saa olla 0,2–12%. Tuote joutuu kosketuksiin veden, erityisesti meriveden kanssa, kuumenemalla ja vapauttamalla vetyä. Siksi tuote on tietyissä olosuhteissa pyroforinen . Itsesyttymisriskien välttämiseksi on tarpeen tuulettaa tuotteet ylikuumenemisen ja korkeiden vetypitoisuuksien estämiseksi. Ylikuumenemisen yhteydessä tuote on eristettävä ja levitettävä (sen kastelu voi pahentaa ilmiötä). Yli 200 ° C: n lämpötila on kuitenkin äärimmäinen tapaus.
Sävellys
Rautapitoisuus riippuu ilmeisesti lähtömalmin rikkaudesta; mutta ennalta pelkistyneiden mielenkiinto on pääasiassa niiden erittäin korkeassa rautapitoisuudessa. Siksi aloitamme rikkaista malmeista, kalibroituina tai hienojakoisina tai pallomaisina . Rautapitoisuuden lisäksi esipelkistetyn malmin tärkeät ominaisuudet ovat:
- ganggeen määrä ja erityisesti happoryhmä (joka voidaan rinnastaa piidioksidipitoisuuteen );
- sen mekaaninen kestävyys;
- sen vähennystila ;
- sen hiilipitoisuus .
| Fyysiset ominaisuudet | Hiiliprosessit | Maakaasuprosessit |
|---|---|---|
| Granulometria | Vaihteleva | Kiinteä |
| osavaltio | Kemiallisesti stabiili | Melko pyroforinen |
| Näennäinen tilavuusmassa | 1,6 - 2,0 | 1,5 - 1,9 |
| Metallisaatioaste (%) | 86-92 | 85-93 |
| Muuntaminen briketeiksi | Mahdotonta | Mahdollinen |
| Kemiallinen koostumus | ||
| Metallinen rauta (%) | 80-84 | 83 - 86 |
| Rautaoksidit (%) | 6 - 9 | 5 - 8 |
| Gangue (%) | 3 - 4 | 2 - 6 |
| Hiili (%) | 0,2 - 0,25 | 1,2 - 2,5 |
| Fondantit (%) | 1 - 3 | 0-3 |
| Rautaa sisältämättömät metallit (%) | 0,3 - 0,5 | 0 |
| Rikki (%) | 0,02 - 0,03 | 0,05 - 0,25 |
| Fosfori (%) | 0,04 - 0,07 | 0,03 - 0,08 |
Esipelkistettyä tuotetta markkinoidaan kahdessa muodossa: DRI, joka on usein pelletin muodossa, ja HBI, joka saadaan materiaalin kuumalla tiivistämisellä.
Rautasieni (DRI)
Esiselvityksen yhteydessä, jolloin pelkistys toteutetaan käytännössä noin 1100 ° C: ssa , saatu tuote säilyttää käsitellyn malmin ulkonäön. Luonteensa vuoksi löydämme siis seuraavat tuotteet:
- rautajauhe, jos aloitamme malmihienoista;
- pelkistetyt tai joskus metalloidut malmit, kun alkutuote luokitellaan rautamalmiksi;
- valmiiksi pelkistetyt nyytit, jos aloitimme malmista nyytit .
Kaikkia näitä pelkistetyn malmin muotoja kutsutaan joskus rautasieneksi niiden erittäin huokoisen luonteen ja suuren ominaispinta-alan vuoksi , joka voi nousta 10000 kertaa ulkopintaan. Yleisin nimi on kuitenkin edelleen "DRI", joka tarkoittaa " suora pelkistetty rauta " .
Yleisimmin kaupan pidetyn DRI: n muoto on esipelkistetty pelletti, halkaisijaltaan noin 10 mm oleva pallo , sekä siksi, että lähtötuotteen rautapitoisuus on suotuisa käytetyille prosesseille, että myös siksi, että tämä käsittely helpottaa käsittelyä. Tosiasia on, että raakapelkistetyt raaka-aineet ovat muodoistaan riippumatta huokoisen luonteensa ja affiniteettinsa kanssa happeen erittäin pyroforisia ja herkkiä kosteudelle: Varastoinnissa ja käsittelyssä on otettava tämä huomioon.
Lopputuotteen tiheys on 3,2 ja irtotavarana 1,6 t / m 3 .
Briketit (HBI)
Briketit saadaan esipelkistetyn malmin puristamisesta 650 ° C: ssa (tästä syystä niiden nimi on "HBI" " kuumabrikettirauta " ). Lopputuote näyttää pikkukiveltä, jonka mitat on yleensä kalibroitu 110x60x30 mm: iin. Ennakkoon muodostettu briketti saavuttaa tiheyden 5. Irtotavarana brikettien näennäinen tiheys on 2,5 t / m 3 .
Niiden hiilipitoisuus ylittää harvoin 2,5%. Matalan pyroforiset briketit on tarkoitus ottaa talteen kaukana niiden tuotantopaikasta.
Huomautuksia ja viitteitä
Huomautuksia- Vuosien 1950 ja 1975 välillä on 1200 patenttia, 100 prosessia analysoidaan, 12 keskeistä periaatetta testataan ...
- Tämä laite vihkii HYL I -menetelmässä. Kun alkuperäinen kapasiteetti 75000 tonnia vuodessa, se tuottaa ennalta vähennetty malmia, kunnes 1991.
- Vuonna 2006 92% esipelkistetystä malmista tuli maakaasua käyttävistä prosesseista. Mutta vuonna 2010 tämä osuus on vain 75%
- Vetyä tuotetaan saattamalla x.Fe + yH 2 O → Fe x O y + yH 2 jossa (x, y) = (1,1), (2,3) tai (3,4)
- On olemassa useita laskelmia, joissa kvantifioidaan vähennysaste :
- Emmanuel-Louis Grüner , Sopimus metallurgiasta - yleinen metallurgia , t. 2 (metallurginen prosessi, lämmitys ja sulatus, paahtaminen, puhdistaminen ja pelkistys), Dunod ,1878[ yksityiskohdat painoksista ] ( lue verkossa ) , osa I, s. 257
- (en) " Suora vähennys: kaupallisten prosessien tarkastelu " , EPA (Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto,Tammikuu 1980, s. 9
- (en) " 4000 vuotta myöhemmin ... rautamalmin suoran pelkistyksen historia " , HYL,1997
- [PDF] (en) Paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) -asiakirja rauta- ja terästuotannolle , alueellinen ympäristöosasto, suunnittelu ja asuminen,28. helmikuuta 2012, 597 Sivumäärä ( lue verkossa ) , s. 523-202
- [PDF] (en) " 2010: maailman suorien vähennysten tilastot " , Midrex.com,2010
- [PDF] (in) " Sieniraudan prosessitekniikka " , Environmental Compliance Assistance Center (ECAC)
- [PDF] (en) “ MXCOL®: läpimurto hiilipohjaisessa suorassa pelkistyksessä ” , midrex
- (en) Pablo Duarte, Klaus Knop ja Eugenio Zendejas, " DRI: n tuotannon tekniset ja taloudelliset näkökohdat integroiduissa terästehtaissa " , millenium-teräs,2004
- Jacques Astier , "Suora vähentäminen" , on tekniikat insinööri laatiminen ja metallien kierrätykseen , tekninen painokset insinööri ,10. syyskuuta 2005( lue verkossa )
- (in) J. Feinman, " Suora ja sulatus Reduction prosessit " , AISE terässäätiön1999
- [PDF] (en) BVR Raja & N.Pal, " Indian Sponge Iron Industry-Status, Potential & Prospects " , IIM METAL NEWS,Huhtikuu 2006
- (en) Suorat alennetut rautamalmin sakot. Korkea kosteus. Opas käsittelyyn, merikuljetuksiin ja varastointiin, paras käytettävissä oleva käytäntö , kuumabrikettirautayhdistys (HBIA),2009, 55 Sivumäärä ( ISBN 978-0-615-30959-0 ja 0-615-30959-3 , lukea verkossa )
- (en) Satyendra, " Suora pelkistetty rauta ja sen tuotantoprosessit " ,16. maaliskuuta 2013
- [PDF] Jacques Corbion ( pref. Yvon Lamy), Le savoir… fer - Masuunin sanasto: Raudan ja valurautavyöhykkeen miesten kieli… (maukas, joskus) kaivostyöläisestä ... koksipuun eilen ja tänään ,2003, 5 th ed. [ yksityiskohdat painoksista ] ( lue verkossa ) , s. 3613
- Osa 2, s. 3794
- Osa 1, s. 1622
- Nide 1, s. 1493
- Nide 2, s. 3613