El proceso de fabricación de hierro HIsarna es un proceso de hierro reducido directo para la fabricación de hierro en el que el mineral de hierro se procesa casi directamente en hierro líquido ( arrabio ). El proceso combina dos unidades de proceso, el Horno Convertidor Ciclón (CCF) para la fusión y pre-reducción del mineral y un Recipiente de Reducción por Fundición (SRV) donde tiene lugar la etapa de reducción final a hierro líquido. El proceso no requiere la fabricación de aglomerados de mineral de hierro como pellets y sinter, ni la producción de coque , que son necesarios para el alto horno.proceso. Sin estos pasos, el proceso HIsarna es más eficiente energéticamente y tiene una menor huella de carbono que los procesos tradicionales de fabricación de hierro. [1] [2] [3] [4] En 2018, Tata Steel anunció que había demostrado que es posible reducir más del 50% las emisiones de CO 2 con la tecnología HIsarna, sin necesidad de tecnología de captura de carbono. [5] [6]
El proceso HIsarna se desarrolló en etapas y con pausas en Koninklijke Hoogovens / Corus IJmuiden / Tata Steel IJmuiden, a partir de 1986. Las etapas finales fueron posibles gracias al consorcio de fabricación de acero con dióxido de carbono ultrabajo (ULCOS) [7] y la cooperación entre los antiguos Corus (ahora Tata Steel ) y el Grupo Rio Tinto . [8] Este último contribuyó con su tecnología HIsmelt (abreviatura de " fundición de alta intensidad ") [9] al diseño final de la instalación, lo que motivó el nombre HIsarna para el proceso ("HI" de "alta intensidad" y "sarna" de Isarna , una palabra celta para hierro ). [4] [10] [11]
HIsarna se considera uno de los desarrollos más prometedores en la reducción de emisiones de CO 2 de la industria del acero. [12]
Historia
Los primeros intentos de aplicar la tecnología de hornos ciclónicos en la reducción de mineral de hierro tuvieron lugar en Koninklijke Hoogovens en la década de 1960. La tecnología ciclónica ya se había utilizado con éxito en diferentes procesos químicos industriales y los diseñadores de Hoogovens pensaron que podría ser una estrategia de mejora para su proceso. Sin embargo, en ese momento no pudieron hacer que funcionara correctamente y el experimento se abandonó rápidamente. [2]
El primer resurgimiento serio se produjo en 1986, cuando Hoogovens buscó un método para producir acero sin tener que producir aglomerados de mineral de hierro como gránulos y sinterizado. En ese momento, el deseo era principalmente una medida de reducción de costos para abaratar el proceso en tiempos económicos difíciles. Sin embargo, los tiempos difíciles no duraron y el proyecto quedó en un segundo plano hasta principios de la década de 1990.
A principios de la década de 1990, la disponibilidad de coques se estaba volviendo limitada debido a que muchas de las principales instalaciones de coquización de Occidente, que producían coques a partir del carbón, llegaban al final de su vida económica. Las fuertes restricciones ambientales hicieron que la construcción de nuevas instalaciones fuera poco atractiva, por lo que los productores de acero buscaron formas de reducir la necesidad de coque; Hoogovens comenzó a esforzarse más en la tecnología de ciclones como solución a este problema y una instalación de prueba para la parte del ciclón demostró ser capaz de producir veinte toneladas de arrabio por hora. Sin embargo, el resto del proceso no funcionó muy bien, [ impreciso ] así que cuando los productores de acero se movieron masivamente para reemplazar parte del coque por inyección de carbón en polvo y China comenzó a producir coques en masa, el proyecto perdió impulso nuevamente. La fuerte caída de los precios de los productos básicos alrededor de 1999 hizo que el proyecto se detuviera. [2]
Sin embargo, en 2004, la Unión Europea presionó a la industria del acero para que redujera su huella de carbono; como resultado, se fundó el consorcio ULCOS y, en el período 2005-2007, la tecnología ciclónica fue seleccionada como una de las cuatro tecnologías de alto potencial. Se encontró una respuesta teórica a los problemas anteriores de la parte posterior al ciclón del horno ciclónico en la forma de un recipiente de reducción de fundición y el Grupo Rio Tinto tenía experiencia a escala industrial con el proceso requerido, llamado HIsmelt. Un acuerdo entre ellos y ULCOS agregó la tecnología HIsmelt al horno ciclónico y el resultado fue el proceso HIsarna. [2] En 2017, Tata Steel obtuvo los derechos de propiedad intelectual de Rio Tinto, que ahora posee por completo toda la propiedad intelectual de HIsarna. [13]
Planta piloto
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En 2010 se construyó la planta piloto de HIsarna en Tata Steel IJmuiden. La planta piloto tiene una capacidad de producir 65.000 toneladas de arrabio por año. [10] [11] Una primera campaña de experimentos se completó en la primavera de 2011, a la que siguieron tres campañas experimentales más exitosas. La segunda y tercera campaña fueron cofinanciadas por el Fondo de Investigación para el Carbón y el Acero (RFCS). [14] La cuarta campaña finalizó en junio de 2014. La quinta campaña comenzó en otoño de 2017. [15] [16] Este proyecto está financiado en parte por el Programa Marco Horizonte 2020 de la UE, como parte de la Segunda Industria Sostenible Low Ronda de financiación de carbono (SILC-II). [17] [18] [19]
Proceso
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El proceso HIsarna es un proceso de reducción de fundición con dos etapas de proceso directamente acopladas en las que tiene lugar la producción de arrabio líquido.
Es una combinación de un Horno Convertidor Ciclón (CCF) [20] que se coloca sobre el Recipiente de Reducción de Fundición (SRV), formando un proceso continuo de una sola pasada. La planta HIsarna tiene la forma de una botella de vino: una "botella" en la parte inferior y un delgado "cuello" en la parte superior. La geometría de este horno hace que se forme un ciclón en el cuello cuando el mineral de hierro triturado se inyecta en este ciclón junto con oxígeno (por lo que el oxígeno se inyecta en la parte superior en lugar de en la parte inferior). El calor del ciclón hace que tenga lugar la reacción de reducción inicial (parcial) que reduce el mineral de hierro a hierro. [2] [4]
Las gotas de hierro fundido luego gotean por la pared del horno hasta el lugar donde el "cuello" se ensancha en la "botella". Aquí las gotas caen de la pared a la escoria fundida, que se asienta sobre el baño de hierro líquido en el fondo del horno. Entre el ciclón y la capa de escoria, se inyecta oxígeno a través de lanzas enfriadas por agua para generar calor mediante la combustión parcial de los gases que se liberan del paso de reacción de reducción final que tiene lugar en la escoria. El carbón en polvo se inyecta en la capa de escoria, nuevamente a través de lanzas enfriadas por agua. La reacción de reducción ahora continúa "normalmente" en la parte inferior del horno, con el mineral de hierro parcialmente reducido reduciéndose aún más a arrabio normal y el conjunto se separa en dos capas fundidas (una capa superior de escoria y una capa inferior de arrabio fundido ). Ambas capas se pueden roscar individualmente y el arrabio se puede utilizar inmediatamente en el resto del proceso básico de fabricación de acero con oxígeno. [2] [4]
Ventajas
En un sentido técnico, la ventaja del proceso HIsarna es que elimina el paso de crear aglomerados de mineral de hierro y coque para crear una carga porosa para el alto horno. En el proceso tradicional, no se puede usar carbón en polvo solo, ya que se requiere la resistencia del coque para soportar la carga. En comparación, en HIsarna, la forma de polvo del carbón y el mineral son una ventaja porque el área de superficie aumentada mejora la velocidad y la calidad de la reacción de reducción en el ciclón. [2] [4]
Sin embargo, las principales ventajas del proceso se derivan de las mencionadas anteriormente: el hecho de que los pasos separados de crear aglomerados de mineral y coques desaparecen del proceso hace que el proceso sea más eficiente energéticamente y reduce su huella de carbono. [2] [3] [4] [10] [11] Esto hace que el proceso sea atractivo para los productores de acero, quienes están siendo presionados para hacer sus procesos más amigables con el medio ambiente, particularmente en Europa , donde las regulaciones gubernamentales están imponiendo cada vez más una multa financiera a emisiones de dióxido de carbono. El proceso HIsarna utiliza un 20% menos de energía y emite al menos un 20% menos de CO 2 por tonelada de acero en comparación con la producción de arrabio convencional. [4] [21] Otras ventajas medioambientales incluyen una reducción significativa de otras emisiones como NO x , SO x y polvo fino. [22] Se pueden lograr reducciones de emisiones de CO 2 de más del 50% reemplazando parte del carbón por biomasa sostenible y utilizando chatarra de acero en el proceso. [5] [6]
Además de los beneficios medioambientales directos, HIsarna también ofrece beneficios económicos. [22] El proceso es capaz de manejar minerales y carbones de bajo costo y tiene menores costos de inversión. El metal caliente producido en HIsarna también tiene ventajas para el proceso de fabricación de acero, ya que permite niveles más bajos de escoria y fósforo metálico en el convertidor BOF o cargas de metal caliente más grandes en un horno de arco eléctrico . [23]
Mayor desarrollo
Tata Steel también planea desarrollar el proceso de tal manera que el zinc se pueda recuperar, [24] con el respaldo de EIT RawMaterials, y el CO 2 se pueda capturar para su utilización o almacenamiento. [22]
En noviembre de 2018 se anunció que se podría construir una instalación piloto de HIsarna a mayor escala en el sitio de Tata Steel en Jamshedpur , India , [25] [26] pero que el sitio en IJmuiden todavía sería una ubicación potencial para una mayor implementación industrial de La tecnología. [27] [28]
Ver también
- FINEX (proceso de fabricación de acero)
- Proceso Corex
- Alto horno
Referencias
- ^ "El revolucionario proceso de fabricación de hierro reduce tanto el carbono como los costes" . Archivado desde el original el 27 de marzo de 2016 . Consultado el 19 de marzo de 2016 .
- ^ a b c d e f g h Van den Brink, Erwin (3 de septiembre de 2010), "Nieuwe ijzertijd" (PDF) , De Ingenieur (en holandés), 122 (13), págs. 50–51, ISSN 0020-1146
- ^ a b Meijer, Koen; Borlee, Jean; Skorianz, Michael; Feilmayr, Christoph; Goedert, Paul; Dry, Rod (15 de junio de 2015). HIsarna: fabricación de hierro de alta eficiencia energética . METEC-ESTAD 2015. Duesseldorf.
- ^ a b c d e f g h HIsarna: cambio de juego en la industria del acero (PDF) , Tata Steel, diciembre de 2017
- ^ a b Project voor duurzame staalproductie kan CO2-uitstoot met de helft terugdringen , Financieel Dagblad, 5 de septiembre de 2018
- ^ a b van Boggelen, JWK; Meijer, HKA; Zeilstra, C; Hage, H; Broersen, P (26 de septiembre de 2018). Hisarna: demostración de la producción de hierro con bajas emisiones de CO2 a escala piloto . SteelVIA 2018. Dubai.
- ^ "ULCOS: acería con dióxido de carbono ultrabajo" . Comisión Europea . Consultado el 17 de marzo de 2016 .
- ^ a b "HIsarna" . Consultado el 19 de marzo de 2016 .
- ^ "Proceso HIsmelt" . Rio Tinto . Consultado el 19 de marzo de 2016 .
- ^ a b c "Tecnología de fundición HIsarna" . ULCOS . Consultado el 25 de septiembre de 2010 .
- ^ a b c "Belangrijke stap in Corus 'CO 2 -project HISARNA" (en holandés). Tata Steel Holanda. 27 de agosto de 2010. Archivado desde el original el 3 de abril de 2015 . Consultado el 25 de septiembre de 2010 .
- ^ Shatokha, Volodymyr (2016), "Sostenibilidad medioambiental de la industria del hierro y el acero: hacia la consecución de los objetivos climáticos" , Revista europea de desarrollo sostenible , 5 , págs. 289–300
- ^ "Tata Steel refuerza su posición en la tecnología futura de bajas emisiones de carbono" . Tata Steel . Consultado el 8 de junio de 2018 .
- ^ Koen Meijer; et al. (2015). Campañas experimentales Hisarna B y C (HISARNA B y C) . Comisión Europea. ISBN 978-92-79-52718-0.
- ^ La innovadora tecnología de fabricación de acero para reducir drásticamente las emisiones de CO 2 entra en las pruebas finales , Tata Steel , consultado el 8 de junio de 2018
- ^ Hebben de hoogovens van IJmuiden nog toekomst (en holandés), ArvoTros, 20 de octubre de 2017 , consultado el 8 de junio de 2018
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- ^ "Desarrollo de una ruta de proceso integrado de producción de hierro y acero con bajo contenido de CO 2 para una industria siderúrgica europea sostenible" . Comisión Europea . Consultado el 19 de marzo de 2016 .
- ^ "Tata kan verder met proef CO 2 -sparende ijzerproductie" (en holandés). De Ingenieur. 1 de julio de 2015 . Consultado el 19 de marzo de 2016 .
- ^ Patente EP 0726326 , Den Huibert Willem Hartog, Hendrikus Koenraad Albertus Meijer, "Método para producir arrabio fundido", publicada el 14 de agosto de 1996 , publicada el 7 de noviembre de 2001
- ^ Jan van der Stel (28 de noviembre de 2013). Gruene und nachhaltige Roheisenerzeugung mit Gichtgasrueckfuehrung beim Hochofen und HIsarna Schmelzreduktion (PDF) . Stahl 2013 - Stahl en Bewegung. Düsseldorf: VDEh-Stahl . Consultado el 19 de marzo de 2016 .
- ^ a b c van der Stel, Jan; Meijer, Koen; Santos, Stanley; Peeters, Tim; Broersen, Pieter (15 de noviembre de 2017), HIsarna, una oportunidad para reducir las emisiones de CO 2 de la industria del acero , CATO , consultado el 5 de junio de 2018
- ^ JWK van Boggelen; HKA Meijer; C Zeilstra; Z Li (12 de junio de 2016). El uso de metal caliente HIsarna en la fabricación de acero . SCANMET V. Lulea, Suecia: SWEREA-MEFOS.
- ^ ReclaMet , EIT RawMaterials , consultado el 15 de junio de 2018
- ^ IJmuiden grijpt naast nieuwe milieuvriendelijke staalfabriek , De Volkskrant , consultado el 1 de diciembre de 2018
- ^ Tata Steel kiest onverwacht niet voor IJmuiden om nieuwe fabriek te vestigen , NHNieuws , consultado el 1 de diciembre de 2018
- ^ IJMUIDEN ZIET CO2-ZUINIG STAALPROCES NAAR INDIA VERTREKKEN , De Ingenieur , consultado el 1 de diciembre de 2018
- ^ Tata's HIsarna naar India: zo zit het , processcontrol , consultado el 1 de diciembre de 2018
enlaces externos
- Consorcio siderúrgico ULCOS Ultra-Low CO 2
- Tata Steel Europa
- Río Tinto