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produccion de HBI por reduccion directa

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Nicolas Gandino

on 23 June 2013

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Transcript of produccion de HBI por reduccion directa

Producción de HBI por Proceso MIDREX de Reducción Directa
Introducción a los Procesos de Reducción Directa
Distintos Procesos De Reducción Directa
Existen muchas formas de producir hierro directamente reducido o hierro esponja, aquí enunciaremos algunas de las mas importantes y a modo ilustrativo únicamente
Descripción del Proceso Midrex
Muchas gracias por su atención
Integrantes:
En el módulo de reducción directa (RD), se efectúa la reducción del mineral de hierro (calibrado o pellet), sin llegar a fundirlo (la temperatura de proceso es de aproximadamente 900°C), mediante el empleo de un reductor generalmente gaseoso (CO e H2), que proviene de la descomposición catalítica de algún hidrocarburo (generalmente gas natural) a 1100 °C aproximadamente.. Esto da como resultado un sólido muy poroso llamado hierro esponja o hierro directamente reducido (HRD) con alto contenido de hierro que va desde 85% al 95% o más dependiendo del proceso..
El proceso de reducción directa se desarrolló a partir de los años 70, con el auge de las llamadas miniplantas integradas. Permitió el desarrollo de empresas que no deseaban efectuar una gran inversión, como la construcción de un alto horno, porque no requerían una gran producción de acero.
Por otro lado el empleo de gas natural en la mayoría de los procesos de reducción directa, evita el costo originado en la construcción de una coquería y la importación de carbones coquizables de empleo metalúrgico, que son escasos y caros.
Horno de cuba:
Durante el año 2011 se produjeron 73,3 millones de toneladas de HRD. A continuación se muestran las producciones de HRD divididas por las principales tecnologías:
Reforma catalítica con CO2:
Para maximizar la eficiencia en la reformación, los gases que han sido utilizados en el horno, son reciclados y mezclados con gas natural fresco. Esta mezcla sirve para alimentar al Reformador, un horno recubierto con material refractario y tubos de aleación llenos de catalizador. El gas es sometido a calor y reformado a medida que pasa a través de los tubos. El gas nuevamente reformado contiene de 90 a 92 por ciento de H2 y CO, y es utilizado para alimentar directamente el horno como gas reductor.
El catalizador usado es Níquel soportado en matrices de óxido de Aluminio.
La reacción básica es:
CH4 + CO2 (exceso) ----->→ 2 CO + 2 H2
La reacción de reformación ocurre en un rango de temperatura entre 850° - 1000°C.
El gas natural utilizado debe contener como máximo una concentración de 20 ppm de S (en forma de SH2, disulfuros o tiofenos). Debe destacarse que el azufre es un veneno tanto si se encuentra en el reforming (debido a la formación de NiS), como si se halla en el HRD, ya que su presencia produce inconvenientes en el acero que se obtiene a partir de este.
Reforma:
Briquetado en caliente
Alimentación: Puede ser cualquier mezcla de mineral de hierro y pellets.
Zona superior: Precalentamiento del mineral de hierro con los gases de salida. Es de sección circular y está revestida con material refractario.
Zona de reducción: Reducción del óxido de hierro. Los gases reductores a 800-850°C, se introducen a través de varios orificios distribuidos igualmente en la periferia del horno.
Zona de enfriamiento: Tiene forma de cono invertido y no tiene revestimiento refractario. Existen rompedores de terrones mediante los cuales se asegura el descenso uniforme del lecho. El tiempo de permanencia y con ello la producción se regulan por la zona de descarga.
El tiempo total de permanencia de la carga varía entre las 5 a las 10 hs., mientras que el gas permanece en el horno 1 a 2 segundos.

En la sig. figura se muestran las diversas capacidades (en ton/año) de los distintos módulos de RD:
Hace pocos años se desarrolló también un SuperMegamod de 7,5 m. de diámetro y capaz de producir 2.000.000 ton/año de HRD.
Existe la posibilidad de obtener productos calientes, eliminando la zona de enfriamiento pero deben ser inmediatamente briquetados para evitar una reoxidación. Este sistema posee como ventaja el menor consumo de energía y menor tiempo de fusión (para plantas integradas).
Dependiendo de la materia prima y el proceso de reducción aplicado, la densidad del HRD obtenido es de aprox. 2 g / cm ³ asociado con un área de superficie específica muy alta, esta última es típicamente alrededor de 1 m² / g.
Debido a la gran superficie específica, el HRD reacciona muy fácilmente con agua (particularmente agua de mar) y/o con el oxígeno. Puesto que la reacción es exotérmica, se produce calor. Debido a su estructura esponjosa, el HRD también es un excelente aislante. Por lo tanto, el exceso de calor producido en una pila de almacenamiento de HRD no se disipa fácilmente. Esto puede causar un sobrecalentamiento y fusión de HRD en pilas, silos, o – más peligrosamente – en un buque de carga. La reacción con el agua también genera hidrógeno que produce mezclas explosivas con el aire.
Mediante la aplicación de esta técnica, el hierro de reducción directa se compacta y se vuelve mas denso inmediatamente después de su producción a altas temperaturas y presiones (típicamente alcanza densidades de alrededor de 5 g/cm3).

Proceso típico para producción de HBI:
El hierro de reducción directa es descargado en caliente del proceso de reducción. Con un tornillo sin fin se provee la alimentación en caliente a la máquina briquetadora y se introduce en la línea de contacto entre dos rodillos contrarrotativos. Los rodillos giran sincrónicamente y van formando las briquetas. Este proceso se produce a altas temperaturas (aprox. 700 ° C) y presión alta (por ejemplo 120 kN/cm de ancho de rodillo). La continua cadena de briquetas que salen de los rodillos siguen por una guía y se separan en unidades mediante un rotor con barras de impacto. Briquetas de material fino, producido en procesos de lecho fluidizado, también se pueden separar en un tambor rotatorio.

Máquina briquetadora para HRD producido por pellets
y mineral calibrado. Diámetro de rodillos: 1000 mm
Diagrama de una Briquetadora con recuperación de finos.
El mecanismo de fabricación de briquetas, así como la estructura de briquetas y, en consecuencia, los detalles de los equipos utilizados en un sistema en particular, dependen de las características del material con que se hacen las briquetas. Algunas diferencias típicas pueden ser observadas por evaluar los cortes transversales de briquetas producidas por tres diferentes procesos de reducción directa.

Ventajas del HBI frente al HRD:
-No hay cambios químicos por el proceso de fabricación de briquetas.
- Sólo una mínima pérdida de metalización, incluso después de almacenamiento a largo plazo.
- Almacenamiento aire libre tanto en los sitios de producción y en acerías.(sin necesidad de silos inertizado como con HRD).
- Mínimo riesgo de sobrecalentamiento durante el almacenamiento y el transporte.
- No se requiere inertización Especial del buque para transportarlas (hay barcos especialmente equipados para transportar HRD).
- Poca producción de finos durante la manipulación.
- Manejo similar a la chatarra (almacenamiento al aire libre, transporte con cargadores frontales, imanes, cintas, etc), una ventaja adicional es el tamaño relativamente pequeño del producto y su uniformidad ( facilidad de carga de hornos de acería).
- alta densidad y poco volumen.
- Baja humedad de saturación (máx. aproximadamente 3% en comparación con el 12-15% de HRD).



Nicolas Gandino
Nahuel Marvulli
Guido Molina
Proceso HyL I
Proceso HyL III
Proceso HyL IV
Proceso SL/RN
Proceso Finmet
Proceso Midrex
Proceso Midrex:
Fue desarrollado por la Midland Ross Corporation de la ciudad de Cleveland, Estados Unidos, en 1967. Desde 1989 casi las dos terceras partes del hierro de reducción directa obtenido mundialmente se hace a través de este método.
El proceso Midrex de reducción directa se basa en un sistema de producción a baja presión. El mineral en trozos o los pellets de mineral se cargan por el tope del reactor, y son reducidos a medida que desciende por el reactor por una corriente gaseosa reductora caliente en contracorriente. La misma consiste aproximadamente en un 95% de H2 y CO. Generalmente este gas de de gran poder reductor se produce por un método propio patentado “Midrex’s CO2 reforming process”, con un catalizador también específico.
Un único reformador se utiliza en lugar de una combinación reformador / calentador. El gas reformado no necesita ser enfriado antes de la introducción al proceso. Tampoco hay necesidad de un sistema de eliminación de CO2 separado.
El proceso puede producir DRI frío o caliente, así como HBI para su uso posterior como un sustituto de alimentación de chatarra a un horno de fusión de fabricación de acero.

Proceso SL/RN:
Se distingue de los demás por presentar un reductor sólido (carbón no coquizable), consta de dos hornos rotatorios, el primero alcanzando temperaturas de 1100 ºC. La carga de mineral de hierro es acompañada de carbón (reductor) y piedra caliza para eliminar el azufre contenido en el carbón reductor. Luego pasa a otro horno rotatorio de enfriamiento. Tiempos de residencia de 10 horas son típicos en este proceso.

Proceso Finmet:
Surge de las mejoras introducidas al proceso FIOR. El proceso Finmet consta de 4 reactores de lecho fluidizado, usando finos de mineral en la alimentación. Uno de los reactores es de precalentamiento, trabaja a 550 C aprox, los otros 3 son de reducción alcanzando temperaturas de 780-800 C. El gas de reducción es producido por la reforma de gas natural con vapor de agua. Pasa por un calentador de gas de reducción y comienza su paso en contracorriente por los 4 reactores.

Proceso HyL IV:
La diferencia fundamental con los otros procesos es que en este no existe reforma externa del gas, el propio hrd producido es el catalizador en la reforma del gas natural. Por esto es conocido como HyL ZR (Zero Reforming). La temperatura de trabajo es entre 900 y 1000 C.

Proceso HyL III:
Surge como mejora al proceso anterior siendo este ya un proceso continuo. Anunciado en 1979 por la empresa HyLSA, este proceso cuenta con un solo horno de cuba a alta presión. El agente de reforma y su generación son los mismos que en el proceso anterior, con diferencias en el modo en que trabaja el horno, ya que el mismo cuenta con dos zonas, una de reducción del mineral y la otra de enfriamiento, que trabajan a presiones distintas y cuyos gases no se mezclan y siguen caminos distintos.
Proceso HyL I:
Este fue el primer de producción de HRD, creado en México en los años 50 por la empresa Hojalata y Lámina (HyL). Este proceso se trata de 4 hornos de retorta que opera de forma discontinua. El reductor usado es un gas de reforma obtenido a partir del proceso de reforma catalítica con vapor de agua, este consta principalmente de CO y H2 (gas de agua). Al finalizar el proceso de reducción se debe abrir el reactor, descargar el HRD, limpiarlo y acondicionarlo antes de recibir otra carga de mineral. Este proceso está ya en desuso por ser la tecnología la mas rudimentaria, y porque su operación no es fácil y la producción es baja.
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