le blog À propos L'industrie sidérurgique améliore la qualité de l'agglomération et l'utilisation de l'hydrogène dans les hauts fourneaux

Imaginez un haut fourneau comme un réacteur chimique massif, le minerai fritté servant de matière première cruciale. Lorsque la qualité du fritté se détériore—s'effritant ou ramollissant prématurément—il peut obstruer les canaux d'écoulement des gaz, réduisant l'efficacité de la production et compromettant la qualité du fer en fusion. Cet article explore les méthodes d'évaluation de la qualité du minerai fritté, les stratégies d'optimisation et l'application prometteuse de la métallurgie de l'hydrogène dans la fabrication du fer au haut fourneau pour aider les sidérurgistes à réduire les coûts, à gagner en efficacité et à décarboner.

Défis de la fabrication du fer au haut fourneau et importance du fritté

L'industrie sidérurgique est confrontée à des pressions croissantes dues aux fluctuations de la demande du marché et à l'augmentation des coûts des matières premières. Pour s'adapter, les producteurs mettent de plus en plus en œuvre des mesures de réduction des coûts, telles que la réduction des taux de coke tout en augmentant les ratios d'injection de charbon. Cependant, ces stratégies dégradent souvent par inadvertance la perméabilité du four en raison d'une combustion incomplète du charbon (générant de fines particules) et de l'augmentation des volumes de scories.

Le maintien d'une perméabilité optimale des gaz est fondamental au fonctionnement du haut fourneau. Un écoulement efficace des gaz assure des réactions redox appropriées, maximise l'utilisation du combustible et améliore à la fois le rendement et la qualité du fer. En tant que principale matière première du four, les propriétés physiques du minerai fritté—y compris la granulométrie, la résistance mécanique et la réductibilité—influencent directement la perméabilité dans toute la colonne du four.

Indicateurs clés de la qualité du fritté

Une évaluation complète du fritté nécessite la surveillance de ces paramètres critiques :

• Indice de dégradation par réduction (RDI) : Mesure la résistance à la dégradation de la taille lors de la réduction à haute température. Des valeurs RDI plus élevées indiquent une plus grande génération de fines qui obstruent l'écoulement des gaz dans la partie supérieure du four.
• Propriétés de ramollissement-fusion (valeurs S et KS) : S marque la température de ramollissement initiale, tandis que KS évalue le maintien de la perméabilité sous charge. Des valeurs optimales assurent la formation d'une zone cohésive stable dans la partie inférieure du four.
• Indice de réductibilité (RI) : Quantifie la facilité de réduction du minerai. Bien qu'un RI élevé améliore l'efficacité énergétique, il est souvent corrélé à une augmentation du RDI, ce qui nécessite un équilibrage minutieux.
• Indice de culbutage (TI) : Évalue la durabilité mécanique lors de la manipulation et du chargement.
• Teneur en gangue (Vg) et point de fusion (Tmg) : Ces composants non ferreux influencent la fluidité des scories et la perméabilité du four.

Stratégies d'amélioration de la qualité du fritté

L'optimisation avancée du fritté implique :

• Mélange des matières premières : Ajuster les rapports de minerai de fer, de fondant et de combustible pour contrôler la composition chimique et les phases minérales. Par exemple, les ajouts de calcaire abaissent le RDI tandis que la silice augmente le RI.
• Contrôle des paramètres du processus : Régulation précise de la température, de la durée et de l'atmosphère de frittage pour concevoir des structures de pores et des assemblages minéraux optimaux. Le frittage enrichi en oxygène améliore la productivité tout en réduisant la consommation de combustible.
• Technologies innovantes : La technologie du fritté à granulés hybrides (HPS) incorpore du concentré granulé dans le mélange de frittage, ce qui donne un fritté plus résistant et plus réductible avec un RDI plus faible—comme le démontre l'échantillon D contenant 40 % en poids de granulés de haute qualité.

Applications de la métallurgie de l'hydrogène

Le potentiel de l'hydrogène en tant que réducteur propre et efficace transforme les opérations des hauts fourneaux. L'injection de gaz riches en hydrogène (GNL, H ₂ ) permet :

• Le remplacement du coke et la réduction des émissions de CO ₂ Amélioration de la cinétique de réduction grâce à la réductibilité supérieure de l'hydrogène
• Amélioration du RDI grâce aux effets anti-dégradation
• Des plages de ramollissement plus larges et de meilleures valeurs KS pour une meilleure perméabilité du four inférieur
• Des défis subsistent, notamment le contrôle de la combustion pour éviter les fluctuations thermiques et l'atténuation de la fragilisation par l'hydrogène. Des recherches supplémentaires sur le comportement de l'hydrogène et les protocoles d'injection sont essentielles pour une mise en œuvre complète.

Résultats expérimentaux

Des études en laboratoire simulant une injection élevée de charbon et des conditions riches en hydrogène ont révélé :

L'hydrogène a constamment abaissé les valeurs RDI proportionnellement à la concentration, le fritté HPS (échantillon D) montrant des performances anti-dégradation supérieures.

• L'hydrogène a élargi les intervalles de ramollissement et amélioré les valeurs KS, bénéficiant particulièrement aux frittés plus faibles (A/B) par rapport aux performances stables (C/D).
• Orientations futures

Les progrès continus nécessitent :

Recherche fondamentale sur les réactions de l'hydrogène dans les hauts fourneaux

• Développement de techniques de renforcement du fritté de nouvelle génération
• Optimisation dynamique des paramètres opérationnels alignant les propriétés du fritté avec les régimes d'injection d'hydrogène
• Grâce à la gestion intégrée de la qualité du fritté et à la mise en œuvre de la métallurgie de l'hydrogène, l'industrie sidérurgique peut réaliser des améliorations simultanées de la productivité, de la rentabilité et de la performance environnementale—ouvrant la voie à une fabrication du fer durable.