Directe reductie
De nieuwe hoogovens
 
Servers » Pictures » Urbex » Toekomst

Directe reductie

Vooraleer we de toekomst van de hoogovens bespreken, een kleine herhaling van de werking ervan (met hun knelpunten) is aangewezen.

De ertsen (bestaande uit ijzeroxyde) worden bovenaan de oven ingebracht. De ertsen worden verhit in contact met de opstijgende hete gassen.

  1. Bij 400° hebben de ertsen al hun water verloren (calcinatie)
  2. Bij 800° worden de ertsen omgezet in ijzer (reductie)
  3. Bij 1200° wordt het ijzer omgezet in gietijzer (carbonatie)
  4. Bij 1600° wordt het gietijzer vloeibaar en kan afgetapt worden (fusie)
Als reductiemeddel wordt koolstofmonoxyde gebruikt, afkomstig van de onvolledige verbranding van cokes. De verbranding van de cokes levert eveneens de nodige warmte.

In 1970 was België één van de belangrijkste staalproducenten van de wereld (9de plaats). Met een beperkt aantal hoogovens bereikt men een zeer hoge produktie die ook voor extra werkgelegenheid zorgen: verwerking van de grondstoffen (cokes, vloeimiddelen en ijzererts) en omzetting van het gietijzer in de verschillende staalsoorten, enz.

Een hoogoven heeft enkele nadelen:

  • De oven gebruikt cokes, waarvan de prijs constant aan te stijgen is. De reserves steenkool die omgezet kunnen worden in cokes zijn beperkt.
  • De werkingsparameters van de oven zijn niet soepel: een oven produceert dagelijks 10.000 ton gietijzer per dag. Een oven kan niet rendabel worden bij een ander regime.
Om het verbruik van cokes te beperken heeft men de ovens uitgerust met een brandstofinspuiting (eerst zware fuel (bunker oil) en later steenkoolpoeder). Steenkool is goedkoper dan cokes en wordt ingespoten aan de monden, daar waar de temperatuur het hoogst moet zijn. Steenkoolpoeder wordt samen met lucht dat sterk verrijkt is in zuurstof ingespoten; daardoor kan men de afkoeling veroorzaakt door de stikstof uit de lucht vermijden. Stikstof uit de lucht heeft hier geen enkel nut.


Injector zuurstof en steenkoolpoeder

De staalnijverheid is begonnen met de directe reductie!
In een laagoven worden de grondstoffen nooit heet genoeg om vloeibaar te worden
Men kan het rendement verhogen door de hoeveelheid stikstof te beperken (en dus niet enkel hete lucht in te spuiten, maar een percentage zuustof). Men is beperkt tot een verhoging van de zuurstofconcentratie van 5% omdat de stiksof uit de lucht zorgt voor de warmtetransport. De stikstof zort ervoor dat de ovenlading "luchtig" blijft en niet gaat samenkoeken, met desastreuse gevolgen.

En dan begon men te denken... Wat we eigenlijk nodig hebben, dat is staal, geen gietijzer (in de staalfabriek wordt gietijzer omgezet in staal). En het ijzer hoeft niet eens vloeibaar te zijn.

Zo zijn er onderzoeken gedaan met betrekking tot directe ijzerreductie. De nieuwe ovens hebben enkel fase 1 en 2. Na fase 2 worden de ijzerkorrels afgekoeld door een koude luchtstroom. De ijzerkorrels kunnen onderaan de oven verwijderd worden. Vaak worden de ijzerkorrels samengeperst tot blokken als ze nog heet zijn (zie foto).

Het is wel belangrijk dat het metaal dat uit poreuze korrels (sponsachtig) bestaat snel behandeld wordt omdat het zeer reactief is (zeer grote contactoppervlakte met de lucht). Het ijzer kan zelfs spontaan ontvlammen. Het wordt samengeperst en gesinterd of als basisgrondstof in electrische vlamboogovens gebruikt.

De nodige energie komt hier van aardgas, maar men kan ook steenkool gebruiken. Aardgas wordt in een warmtewisselaar verbrand met een tekort aan zuurstof. De hete gassen (syngas of synthesegas genaamd) die voornamelijk koolstofmonoxyde en waterstofgas bevatten zijn sterk reducerend en worden halverwege de oven ingespoten.

De gassen die van de oven afkomstig zijn bevatten waterdamp (uit het ijzererts) en worden naar een catalysator geleid waar de waterdamp omgezet wordt in waterstofgas. Het waterstofgas kan opnieuw naar de oven gestuurd worden.

De oven kan kleiner gebouwd worden want een strakke produktie is niet meer nodig om een voldoende rendement te behalen. De oven heeft niet de gekende en opvallende afvoerkanalen voor hete verbrande gassen en het ijzer wordt onderaan afgenomen in vaste korrelvorm. De ijzerproduktie per oven is meestal lager. Als energiebron is men redelijk vrij omdat de brandstof buiten de oven verbrand wordt...


Midrex oven

Een midrex installatie bestaat uit een hoogoven zonder de traditionele afvoerleidingen. De cowpertorens worden vervangen door kleinere warmtewisselaars en catalysatoren. Eigenlijk is men vrij in de vorm van de oven (het is een gewone reaktorvat). Verschillende constructies worden uitgeprobeerd: ringvormige ovens, horizontale, draaiende ovens, enz.

De werking van een Midrex-oven is zeer soepel: niet enkel vanwege de keuze van de brandstof, maar ook de dagelijkse productiecapaciteit kan gewijzigd worden. De hoeveelheid koolstof in het bekomen ijzer kan aangepast worden door te spelen met de verhouding koolstofmonoxyde/waterstof van de reducerende gassen die in het reactorvat ingespoten worden. De productiecapaciteit ligt lager omdat de hoge temperaturen zoals in een hoogoven niet bereikt worden (hogere temperatuur = snellere reakties), maar dit komt de levensduur van de installatie ten goede.

Maar Midrex-ovens hebben ook nadelen: omdat het ijzer nooit vloeibaar wordt, wordt het niet afgescheiden van de verontreinigingen. Men is dus verplicht zeer zuiver ijzererts te gebruiken (hematiet van hoogste kwaliteit).


Midrex procédé

ULCOS is de overkoepelende naam van alle technologiën die tot doel hebben efficienter te werken dan een klassieke hoogoven (en dus minder CO2 uit te stoten).

Midrex is een bestaande technologie waarbij het ijzer niet vloeibaar wordt. Het is een directe reduktie met zeer hete reducerende gassen.

HIsarna is nog iets anders, namelijk een oven die met ruwe grondstoffen in poedervorm kan werken, dus geen cokesfabriek en geen pelletisatie nodig. Produktie is gietijzer (vloeibaar).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's