Wat is de DRI-industrie?

De DRI-industrie verwijst naar het segment van de staalmetallurgie dat zich toelegt op de productie van Direct Reduced Iron door ijzererts om te zetten in hoogzuiver metallisch ijzer door middel van reductie op gas- of steenkoolbasis bij temperaturen onder het smeltpunt van ijzer. Bij dit proces wordt de hoogovenroute volledig vermeden en wordt in plaats daarvan vertrouwd op het verminderen van het gas dat wordt gegenereerd in reformersystemen om zuurstof uit ijzerertspellets of ertsklonten te verwijderen. Apparatuur zoals de DRI-reformerbuis, het schachtovenlichaam en het bijbehorende gestookte verwarmingsnetwerk vormen de ruggengraat van elke DRI-productielijn, en de betrouwbaarheid van deze componenten bepaalt zowel de outputkwaliteit als de bedrijfskosten.

Kerntechnologieroutes en procesconfiguratie in de DRI-industrie

Op gas gebaseerde schachtovenprocessen zijn goed voor ongeveer 75,8 procent van de mondiale DRI-productiecapaciteit, waarbij MIDREX en Energiron de twee dominante technologielicentiegevers vertegenwoordigen. De volledige procesketen doorloopt vier onderling verbonden fasen: reductie in de schachtoven, gasreforming in met katalysator gevulde reactiebuizen, terugwinning van afvalwarmte via de convectiesectie en uiteindelijk briketteren of afkoelen. Omdat het verminderen van de gaskwaliteit de hele keten aanstuurt, staat het reformerbuizennetwerk centraal in de procesprestaties.

Op gas gebaseerde schachtovenprocessen domineren de DRI-industrie omdat ze een hoog thermisch rendement combineren met flexibele outputvormen, waaronder koude DRI, hete DRI en heet briketijzer. Het verminderen van de gasvoorbereiding is de operationele kern van deze route: aardgas vermengt zich met gerecycled ovengas en stroomt door reformerbuizen gevuld met katalysator op nikkelbasis, waardoor een waterstofrijke reactiestroom ontstaat die de daadwerkelijke reductie in de schachtoven uitvoert.

Productienormen voor DRI-reformerbuis- en katalysatorbuiscomponenten

De DRI-reformerbuis is de drukdragende kern van de reformeroven en wordt blootgesteld aan interne gastemperaturen boven 900°C, directe stralingswarmte van externe branders, aanhoudende interne druk en mechanische slijtage van het katalysatorbed. Een centrifugaal gietovenbuisproces is de standaardpraktijk voor dit onderdeel, omdat het een microstructuur met een dichte wand en een verfijnde korrelstructuur oplevert, wat zich direct vertaalt in een sterkere kruipweerstand en oxidatieweerstand vergeleken met statisch gieten.

De materiaalkeuze concentreert zich doorgaans op hittebestendige legeringen met een hoog nikkel-chroomgehalte, zoals HP- en HK-kwaliteiten, die 25 tot 35 procent chroom en 35 tot 45 procent nikkel bevatten, waarbij niobium, wolfraam en titanium worden toegevoegd om de korrelgrens te versterken. Dezelfde katalysatorbuistechnologie ondersteunt ook de reformerbuis voor waterstofopwekking die wordt gebruikt in waterstofproductie-eenheden, aangezien beide toepassingen vrijwel identieke thermische en drukvereisten delen.

• Bedrijfstemperatuur: intern 900 tot 1050°C, waarbij de wandtemperatuur kan oplopen tot 1100°C
• Drukvereisten: moeten bestand zijn tegen de interne reducerende gasdruk in combinatie met het gewicht van het katalysatorbed
• Materiaalstandaard: hittebestendige nikkel-chroomlegering met dichte centrifugaalgietstructuur
• Levensduur: typische bedrijfscyclus van ongeveer 8 tot 12 jaar
• Productieproces: centrifugaal gieten, precisiebewerking en niet-destructief testen

De faalwijzen bij het gebruik van reactiebuizen omvatten hoofdzakelijk kruipvervorming, scheuren door thermische vermoeiing, verbrossing door carburatie en afbrokkeling van de oxidehuid. Deze risico's worden aangepakt door middel van gecontroleerde afkoelsnelheden van het gietstuk, geoptimaliseerde legeringsverhoudingen en strenge inspecties van elke buisplaat, spruitstuk en collectoraansluiting voordat de assemblage de fabriek verlaat.

Uitgelichte productserie voor DRI- en gestookte verwarmingssystemen

De volgende uitrustingslijnen bestrijken het reformerbuizennetwerk, het schachtovenlichaam en de daarmee samenhangende kraak- en gestookte verwarmingssystemen die worden gebruikt in DRI-fabrieken, ethyleeneenheden en raffinageactiviteiten.

DRI-reformerbuis

DRI-industrie

DRI-oven

DRI-industrie

Hervormer buis

Oven buis

Krakende buis (stralingsspiraal)

Ethyleen Industrie

Ethyleenkraakoven

Chemische Industrie

Structureel ontwerp van DRI-oven en aanverwante gestookte verwarmingssystemen

Een op gas gebaseerde DRI-schachtoven is gebouwd als een met vuurvast materiaal bekleed cilindrisch vat. IJzerertspellets of klompjes erts worden van bovenaf geladen en dalen door de zwaartekracht naar beneden, waarbij ze het opwaarts stromende reducerende gas ontmoeten in een tegenstroompatroon dat de reductiereactie voltooit. Bij de techniek van gestookte verwarmingssystemen die deze oven ondersteunen, moet rekening worden gehouden met de hoogte-diameterverhouding van de schacht, de uniforme gasverdeling over de dwarsdoorsnede, de gecontroleerde daalsnelheid van de last en een betrouwbaar dynamisch afdichtingssysteem op de laad- en ontlaadpunten.

Veel van deze systemen delen de technische logica met een gestookte verwarmer voor olieraffinaderijen en een gestookte verwarmer voor dienstverlening in de petrochemische industrie, aangezien ze alle drie afhankelijk zijn van een stralingssectie, een convectiesectie en een nauwkeurige EPC voor de coördinatie van het ethyleenkraakovenniveau tussen het ontwerp van het ovenlichaam, de buismetallurgie en de branderindeling. De volledige projectoplevering, van procesontwerp tot en met installatie en inbedrijfstelling, zorgt ervoor dat deze onderling verbonden ovenonderdelen als één betrouwbaar systeem blijven functioneren.

Groene transformatie- en engineeringtrends in de DRI-industrie

De mondiale DRI-industrie is op weg naar een koolstofarme bedrijfsvoering. Conventioneel op aardgas gebaseerd DRI produceert al aanzienlijk lagere CO2-emissies dan de hoogovenroute, en DRI-technologie bouwt ongeveer 100 procent groene waterstof op, aangezien het reductiemiddel wordt gezien als een leidend traject voor het koolstofvrij maken van de staalsector. Toonaangevende proceslicentiegevers hebben fabrieksconfiguraties ontwikkeld die flexibel kunnen schakelen tussen aardgas, waterstof en syngas als reductiemiddelen, waardoor de deur open blijft voor een volledige transitie naar op waterstof gebaseerde reductie zonder de schachtoven zelf opnieuw op te bouwen.

Flexibiliteit op fabrieksschaal is een tweede voordeel van de DRI-route. Terwijl een combinatie van een hoogoven en een basiszuurstofoven doorgaans een jaarlijkse productie van bijna 2 miljoen ton nodig heeft om zuinig te blijven, kan een DRI-installatie gecombineerd met een vlamboogoven al in bedrijf zijn vanaf 0,5 miljoen ton per jaar. Dit maakt de DRI-industrie bijzonder praktisch voor regio's met verspreide ijzerertsvoorraden of een beperkte aardgas- en waterstofvoorziening, waardoor mini-staalfabrieken op veel kleinere kapitaalschaal worden ondersteund.

Veelgestelde vragen

Welke materialen worden doorgaans gebruikt om DRI-reformerbuizen te vervaardigen?

DRI-reformerbuizen worden doorgaans vervaardigd uit hittebestendige nikkel-chroomlegeringen zoals HP- en HK-kwaliteiten met behulp van centrifugale giettechnologie, waardoor ze bestand zijn tegen bedrijfstemperaturen boven 900 ° C en aanhoudende interne gasdruk.

Wat onderscheidt een DRI-oven van een conventionele gestookte kachel

Een DRI-oven is een schachtreactor die speciaal is gebouwd voor directe reductie van ijzererts, gedefinieerd door tegenstroomgas-vast contact, een dynamisch afdichtingssysteem en vuurvaste bekleding. Dit verschilt fundamenteel van een conventioneel gestookt verwarmingstoestel, zowel qua procesprincipe als qua constructief ontwerp.

Wat is de typische samenstelling van reducerend gas in gasgebaseerde DRI-processen

Het reduceren van gas in op gas gebaseerde DRI-processen bestaat doorgaans uit ongeveer 55 procent waterstof en 36 procent koolmonoxide, met een H2/CO-verhouding van bijna 1,5, gegenereerd door katalytische reforming van aardgas in reformerbuizen.

Wat zijn de belangrijkste productvormen van DRI

DRI wordt geproduceerd in drie hoofdvormen: koude DRI, hete DRI en heet briketijzer. Heet briketijzer wordt gemaakt door hete DRI samen te persen tot dichte briketten voor veiliger opslag en transport.

Wat is de typische levensduur van een reformerbuis

Onder normale bedrijfsomstandigheden gaat een reformerbuis doorgaans ongeveer 8 tot 12 jaar mee, afhankelijk van de bedrijfstemperatuur, drukschommelingen, de vervangingsfrequentie van de katalysator en de specifieke gebruikte legeringskwaliteit.

Welke milieuvoordelen biedt het DRI-proces vergeleken met de productie van hoogovenstaal?

Het DRI-proces verbruikt grofweg de helft van de energie van het hoogoventraject en genereert aanzienlijk minder CO2-uitstoot. In combinatie met 100 procent waterstof als reductiemiddel wordt een CO2-uitstoot van bijna nul haalbaar, waardoor dit een belangrijk traject wordt voor het koolstofvrij maken van de staalindustrie.