Iron smelting below the smelting point

Acciaio senza coke: è possibile? Gli attuali sviluppi nella fusione del ferro e nella produzione di acciaio vanno esattamente in questa direzione. Invece di ridurre l'ossido di ferro del minerale con il coke per ottenere il ferro elementare, gli operai siderurgici seguono sempre più spesso un'altra strada. Solo nell'autunno 2016 è stato messo in funzione in Texas il più grande impianto di riduzione diretta del mondo. Al posto del coke viene utilizzato del gas riducente, per lo più generato dal gas naturale. In molti impianti in tutto il mondo, i soffiatori a lobi di AERZEN stanno subentrando nell'approvvigionamento di gas alle torri di riduzione.

La spugna di ferro è la sostanza generata dalla riduzione diretta, detta anche procedura Midrex. Mentre la generazione di ferro grezzo è solitamente collegata a immagini del fuoco, gli impianti di riduzione diretta vanno in tutt'altra direzione per quanto riguarda la tecnologia di processo. Innanzitutto, questa tecnologia è stata progettata per lotti più piccoli, il che si traduce in impianti di dimensioni più piccole, che possono essere avviati e spenti con maggiore flessibilità rispetto agli altiforni tradizionali. C'è un'altra differenza tra la riduzione diretta e la "siderurgia": l'indipendenza dal coke - e quindi dal carbone. Il contesto: come agente riducente non viene utilizzato carbonio fisso come materiale sfuso, ma una miscela di gas composta da monossido di carbonio e idrogeno. Di conseguenza, il flusso di materiale combustibile è diverso: nastri trasportatori e trasportatori a coclea nelle acciaierie tradizionali; soffiatori e compressori negli impianti di riduzione diretta. In questo campo di applicazione, AERZEN è presente sul mercato in tutto il mondo, principalmente con i suoi soffiatori a lobi. 

Prima che il gas naturale possa essere utilizzato per ridurre gli ioni di ferro caricati positivamente nell'ossido di ferro trasformandoli in ferro molecolare, è necessario trattare il metano in un cosiddetto reformer. Per la reazione chimica di reforming con vapore, il gas naturale con l'iniezione di acqua e ossigeno viene modificato in monossido di carbonio e idrogeno nel corso di una reazione endotermica che utilizza calore. Entrambi i gas sono perfettamente idonei a dissolvere l'ossigeno trattenuto nell'ossido di ferro. I prodotti della reazione sono ferro, acqua e anidride carbonica.

Bricchette di spugna di ferro ad alta purezza

Grandi soffiatori multistadio di AERZEN trasportano i gas iniziali nei reformer con una portata fino a 300.000 metri cubi all'ora. Da qui, il gas separato viene convogliato in controcorrente nel forno a tino, anche per mezzo di soffiatori a lobi. La riduzione del minerale di ferro in spugna di ferro ha inizio. Questa viene poi raffreddata immediatamente, per evitare che il materiale caldo, che ha una temperatura prossima ai 1.000°C, si ossidi subito a contatto con l'aria. Inoltre, viene trasformata meccanicamente, a caldo, in bricchette o pellet. Il prodotto intermedio, in procinto di diventare acciaio di alta qualità, ha ora la qualità del ferro grezzo e può quindi essere lavorato nelle acciaierie.

Processo diverso, requisiti diversi, a seconda del luogo: come già accennato, grazie al volume di produzione ridotto rispetto alle acciaierie tradizionali, gli impianti Midrex sono adatti per sedi più piccole. Inoltre, le loro esigenze in fatto di materie prime sono diverse. Nel suo periodo di maggiore prosperità, la zona della Ruhr ha beneficiato dell'accesso al carbone come fonte di energia e all'agente redox per le sue ferriere, ma per il processo Midrex l'elemento chiave è l'accesso al gas naturale, a basso costo. Non sorprende quindi che il forno a riduzione diretta attualmente più grande sia stato messo in funzione nel 2016 negli Stati Uniti. La capacità dell'impianto in Texas è di due milioni di tonnellate di spugna di ferro, trasformata in bricchette a caldo.

Durevole e affidabile

Data l'importanza della disponibilità di gas in questi impianti, le richieste di durata e affidabilità operativa dei soffiatori sono di conseguenza elevate. Per il trasporto e la compressione dei gas di processo, AERZEN ha sviluppato i soffiatori a lobi serie GR e GQ. Nelle misure da 12 a 21, il tipo GR copre portate in ingresso da 100 a 50.000 metri cubi all'ora. Il tipo GQ, nelle misure comprese tra 17 e 22, copre la gamma di portate da 1.500 a 100.000 metri cubi all'ora. Entrambe le classi di prestazioni trasportano il gas in base al principio volumetrico.

"Le nostre macchine sono tra le più grandi disponibili sul mercato", spiega Pierre Noack, Responsabile della divisione gas di processo di AERZEN. Le loro dimensioni, associate a un'elevata densità di prestazioni, hanno il vantaggio che è sufficiente installare un numero inferiore di macchine per gestire il volume di gas richiesto. In questo modo, è più facile inserire in specifica gli impianti Midrex, e la loro messa in funzione è più rapida. Un altro vantaggio è la disponibilità. In ingegneria, e nella valutazione della tecnologia più adatta, il calcolo del tempo medio tra i guasti (MTBF) ha un ruolo sempre più importante, soprattutto per gli impianti che lavorano in continuo. Se si utilizzano compressori più grandi, se ne può ridurre il numero, il che significa che si costruiscono meno tubazioni, si installano meno connessioni e nel sistema di controllo globale si integrano meno sensori e meno attuatori. Date queste premesse, i costi di acquisizione più elevati vengono a perdere parte della loro importanza: nella valutazione dei componenti tecnici, sono i dati MTBF, gli intervalli medi di manutenzione (MTTR - mean time to repair) e i costi del ciclo di vita ad avere il ruolo fondamentale. "I nostri gruppi hanno ancora una vita utile parecchio lunga", afferma Noack, che parla di "clienti molto soddisfatti".