Gli scienziati migliorano la comprensione del DRI nella produzione moderna di acciaio

Vi siete mai chiesti cosa c'è dietro la produzione dell'acciaio oltre ai rottami metallici? Uno dei segreti meglio custoditi dell'industria siderurgica è uno straordinario prodotto semilavorato noto come Direct Reduced Iron (DRI). Questo materiale svolge un ruolo cruciale nella moderna produzione dell'acciaio, offrendo un'alternativa più pulita ed efficiente ai metodi tradizionali.

Il ferro a riduzione diretta, o DRI, è un prodotto di ferro di elevata purezza ottenuto rimuovendo l'ossigeno dal minerale di ferro allo stato solido, senza scioglierlo. Questo processo si basa su agenti riducenti come il monossido di carbonio e l’idrogeno per separare gli atomi di ossigeno dalle molecole del minerale di ferro, lasciando dietro di sé ferro metallico quasi puro. Consideratela una delicata operazione chimica in cui l'ossigeno viene attentamente estratto, lasciando dietro di sé solo il ferro.

Esistono due metodi principali per produrre DRI:

• DRI a base di gas:Il metodo più utilizzato, la produzione DRI a base di gas, è spesso integrato con acciaierie con forno elettrico ad arco (EAF), formando "mini-mulini" compatti. Il gas naturale viene convertito in monossido di carbonio e idrogeno, che poi reagiscono con il minerale di ferro in un forno di riduzione. Il DRI risultante può essere immesso direttamente in un EAF mentre è ancora caldo, risparmiando energia. Alcuni produttori trasportano il DRI anche ad altre acciaierie o lo vendono a terzi.
• DRI a base di carbone:Utilizzato prevalentemente in paesi come l’India, questo metodo impiega forni rotanti in cui il carbone funge sia da combustibile che da agente riducente. Il prodotto, conosciuto localmente come “ferro spugna”, viene generalmente prodotto in quantità minori ma rimane una soluzione economica per la produzione regionale di acciaio. In particolare, l’India ha acquistato circa il 57% del suo acciaio grezzo da EAF (dati 2016), con il ferro spugnoso che ha svolto un ruolo chiave.

Il DRI non è ferro puro: contiene impurità residue. Se prodotto da minerale di ferro con un contenuto di ferro del 65,5% –68%, la sua composizione tipica include:

• Tasso di metallizzazione:92,0%–96,0%
• Contenuto totale di ferro:86,1%–93,5%
• Contenuto di ferro metallico:81,0%–87,9%
• Contenuto di carbonio:1,0%–4,5%
• Contenuto di zolfo:0,001%–0,03%
• Anthossido di fosforo (P₂O₅):0,005%–0,09%
• Ganga (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, MnO, ecc.):3,9%–8,4%
• Dimensione delle particelle:4–20 mm
• Densità apparente:1,6–1,9 t/m³

Il DRI è altamente reattivo e soggetto a riossidazione se esposto all'aria, che può generare calore e portare alla combustione spontanea. Per mitigare i rischi, vengono applicati rigorosi protocolli di gestione e conservazione. L'Organizzazione marittima internazionale (IMO) classifica il DRI come carico del gruppo B (chimicamente pericoloso) e MHB (materiali pericolosi solo alla rinfusa), richiedendo il trasporto sotto gas inerte (solitamente azoto) per prevenire l'ossidazione.

L'uso principale del DRI è come materia prima nella produzione dell'acciaio con forni elettrici ad arco (EAF). Rispetto ai rottami metallici, il DRI offre diversi vantaggi:

• Composizione coerente:Il DRI ha meno impurità, consentendo un migliore controllo sulla qualità dell'acciaio.
• Elementi residui bassi:Contiene elementi nocivi minimi (ad esempio rame, nichel, cromo), che lo rendono ideale per la produzione di acciaio di alta qualità.
• Efficienza migliorata:L'aggiunta di DRI agli EAF accelera la fusione, riducendo i tempi di produzione e il consumo di energia.

Oltre agli EAF, il DRI viene utilizzato anche negli altiforni e nelle fonderie.

Con l’inasprimento delle normative ambientali, l’industria siderurgica è sotto pressione per ridurre le emissioni di carbonio. Il DRI rappresenta un'alternativa più pulita alla produzione del ferro convenzionale, in particolare se prodotto utilizzando l'idrogeno come agente riducente. Questo metodo, noto come DRI a base di idrogeno, è considerato una pietra miliare della produzione sostenibile di acciaio.

Con la sua crescente importanza, il DRI è pronto a svolgere un ruolo fondamentale nella transizione dell'industria siderurgica verso pratiche più ecologiche.

Oltre al DRI, altri metalli derivati ​​dal minerale di ferro contribuiscono alla produzione di acciaio:

• Ferro bricchettato a caldo (HBI):Una forma più densa e stabile di DRI, l'HBI è più facile da trasportare e immagazzinare.
• Ghisa:Prodotta in altiforni, la ghisa ha un alto contenuto di carbonio e funge da ingrediente chiave per la produzione dell'acciaio.
• Ghisa granulata (GPI):Utilizzato come refrigerante negli altiforni o come materia prima negli EAF e nelle fonderie.