Naukowcy postępują w zrozumieniu DRI w nowoczesnej produkcji stali

Czy zastanawiałeś się kiedyś, co dzieje się z produkcją stali poza złomem? Jedną z najlepiej strzeżonych tajemnic przemysłu stalowego jest niezwykły półprodukt znany jako żelazo zredukowane bezpośrednio (DRI). Materiał ten odgrywa kluczową rolę w nowoczesnym wytwarzaniu stali, oferując czystszą i wydajniejszą alternatywę dla tradycyjnych metod.

Bezpośrednio zredukowane żelazo (DRI) to produkt żelaza o wysokiej czystości otrzymywany przez usunięcie tlenu z rudy żelaza w stanie stałym – bez jej topienia. Proces ten opiera się na środkach redukujących, takich jak tlenek węgla i wodór, w celu usunięcia atomów tlenu z cząsteczek rudy żelaza, pozostawiając niemal czyste metaliczne żelazo. Pomyśl o tym jak o delikatnej operacji chemicznej, podczas której tlen jest ostrożnie ekstrahowany, pozostawiając jedynie żelazo.

Istnieją dwie podstawowe metody wytwarzania DRI:

• DRI na bazie gazu:Najpowszechniej stosowana metoda, produkcja DRI w oparciu o gaz, jest często integrowana z hutami stali z elektrycznym piecem łukowym (EAF), tworząc kompaktowe „mini-huty”. Gaz ziemny przekształca się w tlenek węgla i wodór, które następnie reagują z rudą żelaza w piecu redukcyjnym. Powstały DRI można wprowadzić bezpośrednio do EAF, gdy jest jeszcze gorący, co pozwala zaoszczędzić energię. Niektórzy producenci transportują DRI także do innych hut lub sprzedają go podmiotom trzecim.
• DRI na bazie węgla:Metoda ta, stosowana głównie w krajach takich jak Indie, wykorzystuje piece obrotowe, w których węgiel służy zarówno jako paliwo, jak i środek redukujący. Produkt, lokalnie znany jako „żelazo gąbczaste”, jest zwykle wytwarzany w mniejszych ilościach, ale pozostaje ekonomicznym rozwiązaniem dla regionalnej produkcji stali. Warto zauważyć, że Indie pozyskowały około 57% swojej surowej stali z pieców EAF (dane za 2016 r.), przy czym kluczową rolę odgrywało żelazo gąbczaste.

DRI nie jest czystym żelazem — zawiera resztkowe zanieczyszczenia. W przypadku produkcji z rudy żelaza o zawartości żelaza 65,5–68%, jego typowy skład obejmuje:

• Szybkość metalizacji:92,0%–96,0%
• Całkowita zawartość żelaza:86,1%–93,5%
• Zawartość żelaza metalicznego:81,0%–87,9%
• Zawartość węgla:1,0%–4,5%
• Zawartość siarki:0,001%–0,03%
• Pięciotlenek Fosforu (P₂O₅):0,005%–0,09%
• Ganga (SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, MnO itp.):3,9%–8,4%
• Rozmiar cząstek:4–20 mm
• Gęstość nasypowa:1,6–1,9 t/m3

DRI jest wysoce reaktywny i podatny na ponowne utlenianie pod wpływem powietrza, co może generować ciepło i prowadzić do samozapłonu. Aby ograniczyć ryzyko, egzekwowane są rygorystyczne protokoły obsługi i przechowywania. Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) klasyfikuje DRI jako ładunek grupy B (niebezpieczny chemicznie) i MHB (materiały niebezpieczne tylko luzem), wymagające transportu w atmosferze gazu obojętnego (zwykle azotu), aby zapobiec utlenianiu.

Głównym zastosowaniem DRI jest surowiec do produkcji stali w elektrycznym piecu łukowym (EAF). W porównaniu do złomu, DRI oferuje kilka zalet:

• Spójny skład:DRI ma mniej zanieczyszczeń, co pozwala na lepszą kontrolę jakości stali.
• Niskie elementy resztkowe:Zawiera minimalną ilość szkodliwych pierwiastków (np. miedź, nikiel, chrom), dzięki czemu idealnie nadaje się do produkcji stali wysokiej jakości.
• Zwiększona wydajność:Dodanie DRI do EAF przyspiesza topienie, skracając czas produkcji i zużycie energii.

Oprócz EAF, DRI jest również stosowany w wielkich piecach i odlewniach.

W miarę zaostrzania się przepisów dotyczących ochrony środowiska przemysł stalowy znajduje się pod presją ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. DRI stanowi czystszą alternatywę dla konwencjonalnego wytwarzania żelaza, szczególnie gdy jest wytwarzany przy użyciu wodoru jako środka redukującego. Metoda ta, znana jako DRI na bazie wodoru, jest uważana za kamień węgielny zrównoważonej produkcji stali.

Wraz ze swoim rosnącym znaczeniem, DRI może odegrać kluczową rolę w przejściu przemysłu stalowego na bardziej ekologiczne praktyki.

Oprócz DRI do produkcji stali przyczyniają się inne metale pochodzące z rudy żelaza:

• Gorące brykietowane żelazo (HBI):Gęstsza, bardziej stabilna forma DRI, HBI, jest łatwiejsza w transporcie i przechowywaniu.
• Surówka żelaza:Produkowana w wielkich piecach surówka ma wysoką zawartość węgla i służy jako kluczowy składnik do produkcji stali.
• Granulowana surówka (GPI):Stosowany jako chłodziwo w wielkich piecach lub jako surowiec w piecach EAF i odlewniach.