Les scientifiques améliorent la compréhension du DRI dans la production d’acier moderne

Vous êtes-vous déjà demandé ce qui entre dans la production d’acier au-delà de la ferraille ? L'un des secrets les mieux gardés de l'industrie sidérurgique est un produit semi-fini remarquable appelé fer à réduction directe (DRI). Ce matériau joue un rôle crucial dans la fabrication de l’acier moderne, offrant une alternative plus propre et plus efficace aux méthodes traditionnelles.

Le fer réduit directement, ou DRI, est un produit de fer de haute pureté obtenu en éliminant l'oxygène du minerai de fer à l'état solide, sans le faire fondre. Ce processus repose sur des agents réducteurs tels que le monoxyde de carbone et l’hydrogène pour éliminer les atomes d’oxygène des molécules du minerai de fer, laissant derrière eux du fer métallique presque pur. Considérez-le comme une opération chimique délicate où l’oxygène est soigneusement extrait, ne laissant que le fer.

Il existe deux méthodes principales pour produire du DRI :

• DRI à base de gaz :La méthode la plus largement utilisée, la production de DRI à base de gaz, est souvent intégrée aux aciéries à four à arc électrique (EAF), formant des « mini-aciéries » compactes. Le gaz naturel est converti en monoxyde de carbone et en hydrogène, qui réagissent ensuite avec le minerai de fer dans un four de réduction. Le DRI résultant peut être introduit directement dans un EAF alors qu'il est encore chaud, ce qui permet d'économiser de l'énergie. Certains producteurs transportent également le DRI vers d’autres aciéries ou le vendent à des tiers.
• DRI à base de charbon :Principalement utilisée dans des pays comme l’Inde, cette méthode utilise des fours rotatifs où le charbon sert à la fois de combustible et d’agent réducteur. Ce produit, connu localement sous le nom de « fer spongieux », est généralement produit en petites quantités mais reste une solution économique pour la production d'acier régionale. Notamment, l’Inde s’approvisionnait à environ 57 % en acier brut auprès d’EAF (données de 2016), le fer spongieux jouant un rôle clé.

Le DRI n’est pas du fer pur : il contient des impuretés résiduelles. Lorsqu'il est produit à partir de minerai de fer contenant entre 65,5 et 68 % de fer, sa composition typique comprend :

• Taux de métallisation :92,0 % à 96,0 %
• Teneur totale en fer :86,1 % à 93,5 %
• Teneur en fer métallique :81,0 % à 87,9 %
• Teneur en carbone :1,0 % à 4,5 %
• Teneur en soufre :0,001 % à 0,03 %
• Pentoxyde de phosphore (P₂O₅) :0,005 % à 0,09 %
• Gangue (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, MnO, etc.) :3,9 % à 8,4 %
• Taille des particules :4 à 20 mm
• Densité apparente :1,6 à 1,9 t/m³

Le DRI est très réactif et sujet à la réoxydation lorsqu'il est exposé à l'air, ce qui peut générer de la chaleur et conduire à une combustion spontanée. Pour atténuer les risques, des protocoles stricts de manipulation et de stockage sont appliqués. L'Organisation maritime internationale (OMI) classe le DRI comme une cargaison du groupe B (chimiquement dangereux) et MHB (matériaux dangereux uniquement en vrac), nécessitant un transport sous gaz inerte (généralement de l'azote) pour éviter l'oxydation.

La principale utilisation du DRI est comme matière première dans la fabrication de l’acier au four à arc électrique (EAF). Par rapport à la ferraille, le DRI offre plusieurs avantages :

• Composition cohérente :DRI contient moins d’impuretés, ce qui permet un meilleur contrôle de la qualité de l’acier.
• Faibles éléments résiduels :Il contient un minimum d'éléments nocifs (par exemple, cuivre, nickel, chrome), ce qui le rend idéal pour la production d'acier de haute qualité.
• Efficacité améliorée :L’ajout de DRI aux EAF accélère la fusion, réduisant ainsi le temps de production et la consommation d’énergie.

Au-delà des EAF, le DRI est également utilisé dans les hauts fourneaux et les fonderies.

À mesure que les réglementations environnementales se durcissent, l’industrie sidérurgique est sous pression pour réduire ses émissions de carbone. Le DRI présente une alternative plus propre à la fabrication du fer conventionnelle, en particulier lorsqu'il est produit en utilisant de l'hydrogène comme agent réducteur. Cette méthode, connue sous le nom de DRI à base d’hydrogène, est considérée comme la pierre angulaire de la production d’acier durable.

Compte tenu de son importance croissante, DRI est sur le point de jouer un rôle central dans la transition de l'industrie sidérurgique vers des pratiques plus écologiques.

En plus du DRI, d’autres métaux dérivés du minerai de fer contribuent à la production d’acier :

• Fer briqueté à chaud (HBI) :Forme plus dense et plus stable de DRI, le HBI est plus facile à transporter et à stocker.
• Fonte brute :Produite dans les hauts fourneaux, la fonte brute a une teneur élevée en carbone et constitue un ingrédient clé dans la fabrication de l’acier.
• Fonte Granulée (GPI) :Utilisé comme liquide de refroidissement dans les hauts fourneaux ou comme matière première dans les EAF et les fonderies.