Ce este industria DRI?

Industria DRI se referă la segmentul metalurgiei oțelului dedicat producerii de fier redus direct prin transformarea minereului de fier în fier metalic de înaltă puritate prin reducerea pe bază de gaz sau cărbune la temperaturi sub punctul de topire al fierului. Acest proces evită în întregime traseul furnalului, bazându-se în schimb pe reducerea gazului generat în interiorul sistemelor de reformare pentru a îndepărta oxigenul din pelete de minereu de fier sau din minereu în bulgări. Echipamente precum tubul de reformare DRI, corpul cuptorului cu ax și rețeaua de încălzire cu ardere asociată formează coloana vertebrală a fiecărei linii de producție DRI, iar fiabilitatea acestor componente determină atât calitatea producției, cât și costul de operare.

Rute tehnologice de bază și configurație de proces în industria DRI

Procesele pe bază de cuptoare pe bază de gaz reprezintă aproximativ 75,8% din capacitatea globală de producție DRI, MIDREX și Energiron reprezentând cei doi licențiatori de tehnologie dominanti. Întregul lanț de proces trece prin patru etape conectate: reducerea în interiorul cuptorului cu arbore, reformarea gazului în interiorul tuburilor de reacție umplute cu catalizator, recuperarea căldurii reziduale prin secțiunea de convecție și brichetarea sau răcirea finală. Deoarece reducerea calității gazului conduce întregul lanț, rețeaua de tuburi reformatoare se află în centrul performanței procesului.

Procesele pe bază de gaze domină industria DRI deoarece combină eficiența termică ridicată cu forme flexibile de ieșire, inclusiv DRI rece, DRI fierbinte și fier brichetat la cald. Reducerea pregătirii gazelor este nucleul operațional al acestei rute: gazul natural se amestecă cu gazul reciclat al cuptorului și curge prin tuburi de reformare pline cu catalizator pe bază de nichel, producând un curent de reacție bogat în hidrogen care realizează reducerea efectivă în interiorul cuptorului cu arbore.

Standarde de fabricație pentru tubul reformator DRI și componentele tubului catalizator

Tubul reformator DRI este miezul care suportă presiunea cuptorului de reformare, expus la temperaturi interne ale gazului de peste 900°C, căldură radiantă directă de la arzătoarele externe, presiune internă susținută și uzură mecanică a patului de catalizator. Un proces cu tuburi de cuptor de turnare centrifugal este o practică standard pentru această componentă, deoarece produce o microstructură densă a peretelui și o structură de cereale rafinată, care se traduce direct într-o rezistență mai puternică la fluaj și rezistență la oxidare în comparație cu turnarea statică.

Selecția materialelor se concentrează de obicei pe aliaje rezistente la căldură cu conținut ridicat de nichel-crom, cum ar fi clasele HP și HK, care conțin 25 până la 35% crom și 35 până la 45% nichel, cu niobiu, wolfram și titan adăugat pentru întărirea granițelor. Aceeași tehnologie de tub catalizator acceptă și tubul reformator de generare a hidrogenului utilizat în unitățile de producție a hidrogenului, deoarece ambele aplicații împărtășesc cerințe termice și de presiune aproape identice.

• Temperatura de funcționare: internă 900 până la 1050°C, cu temperatura peretelui care atinge până la 1100°C
• Cerințe de presiune: trebuie să reziste la presiunea internă a gazului reducător combinată cu greutatea patului de catalizator
• Material standard: aliaj rezistent la căldură înalt nichel-crom cu structură centrifugă densă turnată
• Durată de viață: ciclu de funcționare tipic de aproximativ 8 până la 12 ani
• Proces de fabricație: turnare centrifugă, prelucrare de precizie și testare nedistructivă

Modurile de defecțiune în serviciul tubului de reacție includ, în principal, deformarea fluajului, fisurarea prin oboseală termică, fragilizarea prin carburare și spargerea de oxid de oxid. Aceste riscuri sunt abordate prin viteze de răcire controlate de turnare, rapoarte optimizate ale aliajelor și inspecție riguroasă a fiecărei foi de tuburi, colectoare și conexiuni colectoare înainte ca ansamblul să părăsească fabrica.

Seria de produse recomandate pentru DRI și sisteme de încălzire cu foc

Următoarele linii de echipamente acoperă rețeaua de tuburi reformatoare, corpul cuptorului cu puț și sistemele de încălzire de cracare și de ardere aferente utilizate în instalațiile DRI, unitățile de etilenă și operațiunile de rafinare.

Tub reformator DRI

Industria DRI

Cuptor DRI

Industria DRI

Tub reformator

Tubul cuptorului

Tub de cracare (bobina radiantă)

Industria etilenei

Cuptor de cracare a etilenei

Industria chimică

Proiectarea structurală a cuptorului DRI și a sistemelor de încălzire aferente

Un cuptor cu arbore DRI pe bază de gaz este construit ca un vas cilindric căptușit cu refractar. Peleții de minereu de fier sau minereu de forță se încarcă de sus și coboară gravitațional, întâlnind gazul reducător care curge în sus într-un model în contracurent care completează reacția de reducere. Ingineria pentru sistemele de încălzire cu ardere care susțin acest cuptor trebuie să țină cont de raportul înălțime-diametru al arborelui, distribuția uniformă a gazului pe secțiunea transversală, viteza controlată de coborâre a sarcinii și un sistem de etanșare dinamic fiabil la punctele de încărcare și descărcare.

Multe dintre aceste sisteme împărtășesc logica de inginerie cu un încălzitor pentru rafinărie de petrol și un încălzitor pentru industria petrochimică, deoarece toate trei se bazează pe o secțiune radiantă, o secțiune de convecție și EPC precisă pentru coordonarea nivelului cuptorului de cracare a etilenei între designul corpului cuptorului, metalurgia tubului și dispunerea arzătorului. Livrarea completă a proiectului, de la proiectarea procesului până la instalare și punerea în funcțiune, menține aceste părți ale cuptorului interconectate să funcționeze ca un singur sistem de încredere.

Transformarea ecologică și tendințele de inginerie în industria DRI

Industria globală DRI se îndreaptă către operațiuni cu emisii reduse de carbon. DRI convențional pe bază de gaz natural produce deja emisii de CO2 semnificativ mai mici decât traseul furnalului, iar tehnologia DRI a construit aproximativ 100% hidrogen verde, deoarece agentul reducător este văzut ca o cale principală pentru decarbonizarea sectorului siderurgic. Licențiatorii de conducere de proces au dezvoltat configurații de instalații capabile să comute în mod flexibil între gaz natural, hidrogen și gaz de sinteză ca reductori, ținând ușa deschisă pentru o tranziție completă la reducerea pe bază de hidrogen, fără a reconstrui cuptorul în sine.

Flexibilitatea la scară a plantelor este un al doilea avantaj al rutei DRI. În timp ce o combinație de furnal și furnal de bază cu oxigen necesită de obicei o producție anuală de aproape 2 milioane de tone pentru a rămâne economică, o instalație DRI asociată cu un cuptor cu arc electric poate începe să funcționeze de la 0,5 milioane de tone pe an. Acest lucru face ca industria DRI să fie deosebit de practică pentru regiunile cu resurse de minereu de fier dispersate sau aprovizionare limitată cu gaz natural și hidrogen, susținând oțelăriile mini-morii la o scară de capital mult mai mică.

Întrebări frecvente

Ce materiale sunt utilizate de obicei pentru fabricarea tuburilor DRI Reformer

Tuburile de reformare DRI sunt fabricate de obicei din aliaje rezistente la căldură cu un nivel ridicat de nichel-crom, cum ar fi clasele HP și HK, folosind tehnologia de turnare centrifugă, permițându-le să reziste la temperaturi de funcționare de peste 900°C și la presiunea internă susținută a gazului.

Ce deosebește un cuptor DRI de un încălzitor convențional

Un cuptor DRI este un reactor cu arbore construit special pentru reducerea directă a minereului de fier, definit de contactul gaz-solid în contracurent, un sistem de etanșare dinamic și căptușeală refractară. Acesta diferă fundamental de un încălzitor convențional, atât prin principiul procesului, cât și prin designul structural.

Care este compoziția tipică a gazului reducător în procesele DRI pe bază de gaz

Reducerea gazului în procesele DRI pe bază de gaz constă de obicei din aproximativ 55% hidrogen și 36% monoxid de carbon, cu un raport H2/CO de aproape 1,5, generat prin reformarea catalitică a gazului natural în interiorul tuburilor reformatoare.

Care sunt principalele forme de produs ale DRI

DRI este produs în trei forme principale: DRI la rece, DRI la cald și fier brichetat la cald. Fierul brichetat la cald este realizat prin comprimarea DRI fierbinte în brichete dense pentru depozitare și transport mai sigur.

Care este durata de viață tipică a unui tub reformator

În condiții normale de funcționare, un tub de reformare durează de obicei aproximativ 8 până la 12 ani, în funcție de temperatura de funcționare, fluctuația presiunii, frecvența de înlocuire a catalizatorului și gradul specific de aliaj utilizat.

Ce avantaje de mediu oferă procesul DRI în comparație cu fabricarea oțelului în furnal

Procesul DRI consumă aproximativ jumătate din energia traseului furnalului și generează emisii de CO2 semnificativ mai mici. Când sunt asociate cu 100% hidrogen ca agent reducător, emisiile de carbon aproape de zero devin realizabile, făcându-l o cale de bază pentru decarbonizarea industriei siderurgice.