Blog circa Progressi dell'industria siderurgica: miglioramento della qualità del sinter e utilizzo dell'idrogeno negli altiforni

Immagina un altoforno come un reattore chimico massiccio, con il minerale sinterizzato che funge da suo cruciale materiale di alimentazione. Quando la qualità del sinter peggiora - sgretolandosi o ammorbidendosi prematuramente - può ostruire i canali di flusso del gas, riducendo l'efficienza di produzione e compromettendo la qualità del ferro fuso. Questo articolo esplora i metodi di valutazione della qualità del minerale sinterizzato, le strategie di ottimizzazione e la promettente applicazione della metallurgia dell'idrogeno nella produzione di ferro in altoforno per aiutare gli acciaieri a ottenere la riduzione dei costi, guadagni di efficienza e decarbonizzazione.

Sfide nella produzione di ferro in altoforno e importanza del sinter

L'industria siderurgica deve affrontare pressioni crescenti dalle fluttuazioni della domanda del mercato e dall'aumento dei costi delle materie prime. Per adattarsi, i produttori implementano sempre più misure di riduzione dei costi, come la riduzione dei tassi di coke, aumentando al contempo i rapporti di iniezione di carbone. Tuttavia, queste strategie spesso degradano inavvertitamente la permeabilità del forno attraverso la combustione incompleta del carbone (generando particelle fini) e l'aumento dei volumi di scoria.

Mantenere una permeabilità ottimale del gas è fondamentale per il funzionamento dell'altoforno. Un flusso di gas efficiente assicura reazioni redox adeguate, massimizza l'utilizzo del combustibile e migliora sia la produzione che la qualità del ferro. Come principale materiale di alimentazione del forno, le proprietà fisiche del minerale sinterizzato - inclusa la distribuzione granulometrica, la resistenza meccanica e la riducibilità - influenzano direttamente la permeabilità in tutta la pila del forno.

Indicatori chiave della qualità del sinter

Una valutazione completa del sinter richiede il monitoraggio di questi parametri critici:

• Indice di degradazione per riduzione (RDI): Misura la resistenza alla degradazione dimensionale durante la riduzione ad alta temperatura. Valori RDI più alti indicano una maggiore generazione di fini che ostruisce il flusso di gas nella parte superiore del forno.
• Proprietà di ammorbidimento-fusione (valori S e KS): S indica la temperatura di ammorbidimento iniziale, mentre KS valuta il mantenimento della permeabilità sotto carico. Valori ottimali assicurano la formazione di una zona coesiva stabile nella parte inferiore del forno.
• Indice di riducibilità (RI): Quantifica la facilità di riduzione del minerale. Sebbene un RI elevato migliori l'efficienza del combustibile, spesso correla con un aumento dell'RDI, richiedendo un attento bilanciamento.
• Indice di tumbler (TI): Valuta la durabilità meccanica durante la movimentazione e il caricamento.
• Contenuto di ganga (Vg) e punto di fusione (Tmg): Questi componenti non ferrosi influenzano la fluidità della scoria e la permeabilità del forno.

Strategie di miglioramento della qualità del sinter

L'ottimizzazione avanzata del sinter coinvolge:

• Miscelazione delle materie prime: Aggiustare i rapporti di minerale di ferro, flusso e combustibile per controllare la composizione chimica e le fasi minerali. Ad esempio, le aggiunte di calcare abbassano l'RDI mentre la silice aumenta l'RI.
• Controllo dei parametri di processo: Regolazione precisa della temperatura di sinterizzazione, della durata e dell'atmosfera per progettare strutture porose e assemblaggi minerali ottimali. La sinterizzazione arricchita di ossigeno migliora la produttività riducendo al contempo il consumo di combustibile.
• Tecnologie innovative: La tecnologia Hybrid Pelletized Sinter (HPS) incorpora concentrato pellettizzato nella miscela di sinter, producendo un sinter più resistente e più riducibile con un RDI inferiore, come dimostrato dal campione D contenente il 40% in peso di pellet di alta qualità.

Applicazioni della metallurgia dell'idrogeno

Il potenziale dell'idrogeno come riducente pulito ed efficiente sta trasformando le operazioni degli altoforni. L'iniezione di gas ricchi di idrogeno (GPL, H ₂ ) consente:

• Sostituzione del coke e riduzione delle emissioni di CO ₂ Maggiore cinetica di riduzione dalla riducibilità superiore dell'idrogeno
• Miglioramento dell'RDI attraverso effetti anti-degradazione
• Intervalli di ammorbidimento più ampi e migliori valori KS per una minore permeabilità del forno
• Rimangono delle sfide, tra cui il controllo della combustione per prevenire fluttuazioni termiche e la mitigazione della fragilizzazione da idrogeno. Ulteriori ricerche sul comportamento dell'idrogeno e sui protocolli di iniezione sono essenziali per la piena implementazione.

Risultati sperimentali

Studi di laboratorio che simulano l'iniezione di carbone elevata e condizioni ricche di idrogeno hanno rivelato:

L'idrogeno ha costantemente abbassato i valori RDI proporzionalmente alla concentrazione, con il sinter HPS (Campione D) che mostra prestazioni anti-degradazione superiori.

• L'idrogeno ha ampliato gli intervalli di ammorbidimento e migliorato i valori KS, a beneficio in particolare dei sinter più deboli (A/B) rispetto ai prodotti stabili (C/D).
• Direzioni future

I progressi continui richiedono:

Ricerche fondamentali sulle reazioni dell'idrogeno all'interno degli altoforni

• Sviluppo di tecniche di rafforzamento del sinter di nuova generazione
• Ottimizzazione dinamica dei parametri operativi che allineano le proprietà del sinter con i regimi di iniezione di idrogeno
• Attraverso la gestione integrata della qualità del sinter e l'implementazione della metallurgia dell'idrogeno, l'industria siderurgica può ottenere miglioramenti simultanei nella produttività, nell'efficienza dei costi e nelle prestazioni ambientali, aprendo la strada a una produzione di ferro sostenibile.