TRADUCCION: FLEXIBILIDAD EN USO DE MINERALES DE HIERRO PARA REDUCCION DIRECTA

TRADUCCION:

FLEXIBILIDAD EN USO DE MINERALES DE HIERRO PARA REDUCCION DIRECTA

RESUMEN

En procesos de reducción directa (DR), las características el costo y disponibilidad de minerales de hierro juegan un rol muy importante. La selección adecuada de materia prima optimizara la productividad, consumo de energía y la economía total de las plantas industriales.

Las especificaciones de materia prima para el proceso de reducción directa deberá ser ante todo determinante de la economía total de ambos, las plantas de reducción directa y la asociada planta de fabricación de acero.

Desde el uso económico de minerales de hierro la clave está en la factibilidad del proyecto de reducción directa, esto es de principal importancia la flexibilidad de la tecnología DR en procesos de diferentes minerales de hierro.

PALABRAS CLAVE

Reducción directa (DR), reducción directa de hierro (DRI), grado de hierro en mineral para reducción directa, planta reducción directa, tecnología de reducción directa, Briquetas de hierro en caliente (HBI), metalización.

1. INTRODUCCION

Comercialmente hay mucha disponibilidad de minerales de hierro para reducción directa, en pellets o mineral en trozos, han sido ampliamente usados en reducción directa en plantas. Por lo tanto sus comportamientos durante la reducción y condiciones deben ser conocidos por los operarios de las plantas de reducción directa.

Sin embargo en algunos otros minerales de hierro, de diferentes partes del mundo, cuyas propiedades no han sido evaluadas para reducción directa. Es por lo tanto necesario para la tecnología de reducción directa tener métodos precisos disponibles para correlacionar a escala mediana/pequeña resultados de pruebas con el rendimiento a escala industrial.

El proceso HYL ha participado activamente en el campo de la reducción directa desde 1950. Reuniendo experiencias de operaciones industriales en lecho fijo y en reactores de lecho movible, juntas con una activa búsqueda y organización de desarrollo, apoyando un muy profundo conocimiento en el comportamiento de diferentes minerales de hierro en procesos de reducción directa.

La flexibilidad de la tecnología DR en uso de diferentes materias primas es un factor clave para optimizar el costo. En consideración, operaciones en plantas HYL han probado esta flexibilidad usando mineral de hierro más barato, en pellets o trozos.

2. PROCESO HYL DE REDUCCION DIRECTA

El concepto del proceso HYL es presentado en la figura 1. El proceso es designado para la reducción directa de minerales de hierro (en pellets o trozos de mineral) por el uso de gases reductores en un reactor de lecho móvil solido-gas. El Oxigeno es removido del mineral de hierro por reacciones químicas basadas en hidrogeno (H2) y monóxidos de carbono (CO), para la producción de elevada metalización por reducción directa de hierro (DRI).

En el reactor de reducción, el carburo de hierro (Fe3C) es también formado por la combinación de carbono con hierro metálico del producto reducido.

Las condiciones de operación en el procesos HYL son basadas en una gas reductor de composición rica en hidrogeno (70-87%), elevada presión (>5.5 kg/cm^2) y alta temperatura de reducción (>920°C).

Fig. 1. Proceso de reducción directa HYL

3. TIPICO BALANCE DE MATERIA

Un típico balance de materia para plantas HYL es indicado en la Figura 2. El mineral de hierro recibido en los límites de la batería de la planta es normalmente cribado a 6.3mm ó a 3.2mm. Dependiendo de la calidad de mineral de hierro y las practicas operativas específicas de las planta DR.

La reacciones químicas principales ocurren en el proceso de reducción son relacionadas con el oxígeno removido y el carbono incorporado. El cambio químico es la formación de hierro metálico y carburo de hierro.

Fig. 2. Balance de materia típico

Hay una fracción del material fino solido que es llevado con la corriente de gas, dependiendo de la distribución de tamaño del material sólido y la velocidad del gas reductor a través del reactor. Este polvo de hierro es normalmente removido de la corriente de gas en un sistema enfriamiento/depurado, y entonces el lodo es recuperado en el clarificador del sistema de enfriamiento de agua.

Para una típica mezcla mineral de hierro, basado en 70% pellets y 30% mineral en trozos, el estimado mineral hierro consumido es cerca de 1.45 ton DRI para 94% de metalización y 2.2% carbón.

4. COSTOS PRODUCCION DRI/HBI

El mayor peso componente de los costos de producción DRI/HBI es el factor de mineral de hierro. Como se muestra en la Tabla 1, para una planta de reducción directa usando 100% pellets en precios internacionales, el DRI directo de los costos de producción es estimado para ser cerca 90US$/ton. Cerca 66% de este costo producción es relacionado al costo del mineral de hierro, siendo el resto relacionado a gas natural, electricidad, agua, y artículos varios.

Esto es claro de esta información, que el uso de mineral de hierro económico es la clave para la factibilidad de los proyectos de reducción directa. Por lo tanto, esto es de principal importancia la flexibilidad de una tecnología DR en procesar diferentes minerales de hierro, con satisfactorios resultados de productividad, calidad de producto, confiabilidad de funcionamiento y consumo de energía.

Tabla 1. Costos de producción DRI con 100% pellets.

En procesos de reducción directa con lecho móvil, una de las tendencias naturales para reducir costos es incrementar la cantidad de mineral en trozos, en el mineral de hierro de alimento. Sin embargo, aunque en más de los casos el mineral en trozos es más barato que los pellets, estos no es una regla general y una comparación costos debería ser hecha en cada caso particular. En general, en reducción directa el grado de trozos de mineral disponible en el mercado internacional puede ser usado en altos porcentajes en plantas reducción directa HYL. Un ejemplo del impacto en los costos de producción directa es presentado en la Tabla 2, para 70%pellets, 30% mineral en trozos.

Tabla 2. Costos producción DRI para 70% pellets/30% mineral en trozos.

Estos son algunos depósitos de DR según grados trozos de mineral, de donde el material puede ser hecho disponible a precios muy bajos. Sin embargo, aunque las propiedades químicas y físicas del mineral sean aceptables, el comportamiento durante reducción debe ser cuidadosamente analizado particularmente con respecto a la desintegración del material. La productividad, calidad y cuestiones de rendimiento, para la materia prima, debe definir la ecuación de economía completa de la reducción directa en la planta.

Un ejemplo del impacto del uso de trozos de mineral más barato en plantas HYL es mostrado en la Tabla 3. Como estos puede ser observado, algunas sanciones han sido consideradas en el mineral de hierro y el consumo de energía y la producción de briquetas (HBI) han sido consideradas necesarias debido a una esperada generación alta de multas. De todos modos, los costos de producción HBI pueden ser muy atractivos, previsto que la planta de reducción directa es propiamente designada para procesos con materia prima especifica.

Tabla 3. Costos producción HBI para 100% trozos

Otra interesante opción es para aquellos minerales de hierro de compañías mineras, que están en posición de integrar la minería y la planta DR, con la incorporación de una planta de peletizacion. El costo de producción directa para este caso es presentado en la Tabla 4.

Tabla 4. Costos de producción DRI con pelletizacion.

5. GRADO DR (REDUCCION DIRECTA) EN MINERALES DE HIERRO

La materia prima más adecuada para reducción directa en fabricación de acero esta seleccionada de acuerdo a los siguientes criterios:

- características físicas y químicas

- propiedades de reducción

- economía total de la reducción directa y la fabricación de acero

El típico rango de análisis químico para reducción directa según el grado de mineral de hierro es mostrado en la Tabla 5, y una comparación para diferentes fuentes de minerales de hierro es presentada en la Tabla 6.

Para el proceso de reducción directa HYL, estos no son limitaciones prácticas considerando la composición química del mineral de hierro. Impurezas comunes tal como azufre y fosforo, que pueden presentarse en algunos minerales particulares en relativa alta concentración, pueden ser usados sin ninguna limitación técnica en plantas HYL.

Particularmente, considerando el contenido de azufre en minerales de hierro, los procesos HYL son muy flexibles para usar materias primas con alto contenido de azufre, ya que el gas reductor no es reciclado a través de reformadores, y así la posibilidad de envenenar el catalizador reformado por el azufre no existe. Por otra parte, más del azufre del mineral de hierro, se convierte a H2S en el reactor de reducción, siendo eliminado por el proceso en subsecuentes pasos de separación, torres de enfriamiento y unidades de eliminación de CO2. Por lo tanto, DRI producido en plantas HYL tienen típicamente bajos niveles de azufre.

Tabla 5. Grado de composición de mineral hierro en DR

Tabla 6. Ejemplos de fuentes de mineral hierro

Esto debería ser destacado en la selección adecuada de minerales de hierro está relacionado a la economía total de la reducción directa, fabricación de acero y corriente de flujo del proceso. Aunque a baja calidad química del mineral de hierro no afectaran negativamente

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