Wetenschappers verbeteren het begrip van DRI in de moderne staalproductie

Heeft u zich ooit afgevraagd wat er naast schroot bij de productie van staal komt kijken? Een van de best bewaarde geheimen van de staalindustrie is een opmerkelijk halffabricaat dat bekend staat als Direct Reduced Iron (DRI). Dit materiaal speelt een cruciale rol in de moderne staalproductie en biedt een schoner en efficiënter alternatief voor traditionele methoden.

Direct Reduced Iron, of DRI, is een zeer zuiver ijzerproduct dat wordt verkregen door zuurstof uit ijzererts in vaste vorm te verwijderen, zonder het te smelten. Dit proces is afhankelijk van reductiemiddelen zoals koolmonoxide en waterstof om zuurstofatomen uit ijzerertsmoleculen te verwijderen, waardoor bijna puur metallisch ijzer achterblijft. Zie het als een delicate chemische operatie waarbij zuurstof zorgvuldig wordt onttrokken, waardoor alleen ijzer overblijft.

Er zijn twee primaire methoden voor het produceren van DRI:

• Op gas gebaseerde DRI:De meest gebruikte methode, de op gas gebaseerde DRI-productie, wordt vaak geïntegreerd met staalfabrieken met vlamboogovens (EAF), waardoor compacte "minimolens" ontstaan. Aardgas wordt omgezet in koolmonoxide en waterstof, die vervolgens in een reductieoven reageren met ijzererts. De resulterende DRI kan rechtstreeks in een EAF worden gevoerd terwijl deze nog heet is, waardoor energie wordt bespaard. Sommige producenten transporteren DRI ook naar andere staalfabrieken of verkopen het aan derden.
• Op steenkool gebaseerde DRI:Deze methode wordt voornamelijk gebruikt in landen als India en maakt gebruik van draaitrommelovens waarin steenkool zowel als brandstof als reductiemiddel dient. Het product, plaatselijk bekend als 'sponsijzer', wordt doorgaans in kleinere hoeveelheden geproduceerd, maar blijft een economische oplossing voor de regionale staalproductie. Opvallend is dat India ongeveer 57% van zijn ruwe staal afkomstig is van EAF's (gegevens uit 2016), waarbij sponsijzer een sleutelrol speelt.

DRI is geen puur ijzer; het bevat resterende onzuiverheden. Wanneer het wordt geproduceerd uit ijzererts met een ijzergehalte van 65,5% -68%, omvat de typische samenstelling:

• Metallisatiesnelheid:92,0%–96,0%
• Totaal ijzergehalte:86,1%–93,5%
• Metaalijzergehalte:81,0%–87,9%
• Koolstofgehalte:1,0%–4,5%
• Zwavelgehalte:0,001%–0,03%
• Fosforpentoxide (P₂O₅):0,005%–0,09%
• Gangsteen (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, MnO, enz.):3,9%–8,4%
• Deeltjesgrootte:4–20 mm
• Bulkdichtheid:1,6–1,9 t/m³

DRI is zeer reactief en vatbaar voor heroxidatie bij blootstelling aan lucht, wat warmte kan genereren en tot spontane ontbranding kan leiden. Om de risico's te beperken, worden strikte verwerkings- en opslagprotocollen gehandhaafd. De Internationale Maritieme Organisatie (IMO) classificeert DRI als een groep B-vracht (chemisch gevaarlijk) en MHB (materialen die alleen gevaarlijk zijn in bulk), waardoor transport onder inert gas (meestal stikstof) vereist is om oxidatie te voorkomen.

Het primaire gebruik van DRI is als grondstof bij de staalproductie met elektrische boogovens (EAF). Vergeleken met schroot biedt DRI verschillende voordelen:

• Consistente samenstelling:DRI heeft minder onzuiverheden, waardoor een betere controle over de staalkwaliteit mogelijk is.
• Lage resterende elementen:Het bevat minimale schadelijke elementen (bijvoorbeeld koper, nikkel, chroom), waardoor het ideaal is voor de productie van hoogwaardig staal.
• Verbeterde efficiëntie:Het toevoegen van DRI aan EAF's versnelt het smelten, waardoor de productietijd en het energieverbruik worden verminderd.

Naast EAF's wordt DRI ook gebruikt in hoogovens en gieterijen.

Nu de milieuregels strenger worden, staat de staalindustrie onder druk om de CO2-uitstoot terug te dringen. DRI biedt een schoner alternatief voor de conventionele ijzerproductie, vooral wanneer de productie gebruik maakt van waterstof als reductiemiddel. Deze methode, bekend als op waterstof gebaseerde DRI, wordt beschouwd als een hoeksteen van duurzame staalproductie.

Nu DRI steeds belangrijker wordt, staat het op het punt een cruciale rol te spelen in de transitie van de staalindustrie naar groenere praktijken.

Naast DRI dragen ook andere van ijzererts afgeleide metalen bij aan de staalproductie:

• Heet briketijzer (HBI):HBI, een dichtere, stabielere vorm van DRI, is gemakkelijker te transporteren en op te slaan.
• Varkensijzer:Ruwijzer, geproduceerd in hoogovens, heeft een hoog koolstofgehalte en is een belangrijk ingrediënt voor de staalproductie.
• Gegranuleerd ruwijzer (GPI):Gebruikt als koelmiddel in hoogovens of als grondstof in EAF's en gieterijen.