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鉄鋼業界において、直接還元とは、金属を溶かさずに鉄酸化物を還元することによって鉄鉱石から鉄を得るための一連のプロセスです。結果として得られる製品は、事前還元された鉄鉱石です。
歴史的には、直接還元は、鉄鉱石工場でブルームと呼ばれる鉄とスラグの混合物を得るために使用されていました。20 世紀初頭、このプロセスは廃止され、代わりに 2 段階 (還元溶解して鋳鉄を製造し、その後転炉で精錬する) で鉄を製造する高炉が採用されました。
しかし、20 世紀を通じてさまざまなプロセスが開発され、1970 年代以降、ミドレックス プロセスの台頭により、事前還元鉄鉱石の生産は目覚ましい産業発展を遂げました。高炉に代わるものとして設計されたこれらのプロセスは、これまでのところ、特定の経済状況でのみ利益を生むことが証明されており、この部門は依然として世界の鉄鋼生産の 5% 未満に限られています。
歴史
ブルーマリー
歴史的に、製錬せずに鉄鉱石を還元する方法は、鋼鉄を得るための最も古い方法です。低温炉では鉄合金の融点に達することができないため、炭素、脈石、木炭が多かれ少なかれ含浸された金属鉄の不均質な凝集体であるブルームが生成されます。このプロセスは、中国では1世紀から、ヨーロッパでは13世紀から、鉄の還元と溶解を同時に行う高炉に徐々に引き継がれました。[3]
タタラやカタロニアの炉のような精巧な低温炉は、19世紀初頭まで存続しました。[1]間接法（高炉で還元溶解し、その後鋳鉄を精錬する）と比較すると、これらの方法は、次の2つの利点のうち少なくとも1つを享受していた場合にのみ存続しました。
- 高炉に適合しない鉱石（高炉を詰まらせる砂鉄や、排出できないほど粘り気のあるスラグを生成する鉱石など）を処理する能力。
- 巨大な工場とその制約（鉱石と資本の要件、販売するための生産など）よりも「合理的な」規模。
現代の直接還元
20世紀初頭には、マーティン・シーメンス法や電気炉を用いて還元鉱石を製錬することが可能となり、より高度な直接還元法が開発された。この技術的・経済的モデルに基づいて、第二次世界大戦前には多くの方法が工業化された（昭和製鉄所で採用されたクルップ・レン法、シェノー法[1]など）。しかし、それらは機密扱いのままであり、その収益性については議論が続いていた。[2]
石炭の代わりに天然ガスを使用する現代の直接還元法は、1950年代に集中的に研究された。[nb 2] 1957年12月5日、メキシコのHylsa社がモンテレイでこのタイプの最初の工業生産ユニットを稼働させ、得られた還元前の鉱石を電気アーク炉での製錬に使用した。[nb 3] [4]天然ガスによる還元前の鉱石の生産は経済的に実行可能であったため、1960年代後半にいくつかの工場が建設された。安価な天然ガスの供給[nb 4]が収益性に不可欠であったため、ほとんどの工場はガス鉱床のある国、ラテンアメリカ（多くが開発されていた）および中東に設置された。[5]
1970年、世界全体の還元鉄鉱石の生産量は79万トンに達した。当時稼働していたプロセスは、HYLプロセス（生産量68万トン）、SL/RNユニット、Puroferユニット、およびミドレックスプロセスを採用した最初のプラントであった。[4]
発明されたプロセスは収益性が高く革新的であったが、最終的には従来の高炉ベースのプロセスに取って代わるほどの技術革命とはならなかった。 [3]しかし、還元前処理された材料から生産される鉄鋼の量は着実に増加し、世界の鉄鋼生産量を上回った。
- 1975年、NMLは非冶金石炭のような固形燃料でスポンジ鉄を生産する「直接還元技術」の開発に重要な役割を果たしました。これはインド初の商業用スポンジ鉄工場の基礎となりました。[6]
- 1976年には、稼働中の施設の総量は5Mt未満であった。[3]
- 1985年には、年間生産量は1100万トンで、設備容量は約2000万トンであった[注5] 。この差はエネルギーコストの変動によって説明される。[7]
- 1991年には生産量が2000万トンに達した。[3]
- 1995年、世界全体のプレリダクト生産量は初めて3000万トンを超えた。[8]
- 2010年には7000万トンが生産され、そのうち14%はHYLプロセス、60%はミドレックスプロセスによるものだった。ミドレックスプロセスは、天然ガス火力による還元前製品の生産量の増加の大部分を占めているが、2005年以降は石炭火力プロセスが主にインドで力強い復活を遂げている。[注6] [9]
還元鉄鉱石の梱包は、スポンジ鉄とブリケットに均等に分かれています。スポンジ鉄は多孔質の金属製品で、元の鉱石に近いですが、非常に自然発火性が高く、輸送が制限されます。そのため、スポンジ鉄は高温圧縮されることが多く、製品の密度と取り扱いの安全性が向上します。[10] 2012年には、還元鉄の45％がこのようにブリケットに変換されました。[9]
化学反応
酸化鉄の還元
酸化鉄は以下の順序で還元される：[11]
Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4 → FeO [注 7] → Fe
ある酸化物から次の酸化物への遷移は、一酸化炭素CO または二水素H 2による 2 つの同時高温還元反応によって起こります。
これらの温度はエリンガム図で予測される温度とは異なります。[nb 8]実際には一酸化炭素の還元と二水素の間には相関関係があり、[nb 9]これらの反応は連携して働き、水素によってCO還元の効率が大幅に向上します。
ガス生産の削減
石炭火力発電
石炭燃焼プロセスでは、まず燃料の一部を燃焼させて燃焼物を加熱します。この燃焼の生成物はCO 2です。温度が1,000℃に達すると、CO 2 [12] は未燃焼の炭素と反応してCOを生成します。[13]
CO2 + C ⇌ 2 CO T > 1 000 °Cのとき（ブードワール反応）
水の熱分解では温度が低すぎるため、H 2を生成することはできません。実際には、水素は一酸化炭素とともに次の反応によって生成されます。
H2O + C → H2 + CO（T > 1 000 °Cの場合）
これら2つの還元ガス生成反応は、それぞれ172.45kJ/molと131.4kJ/mol [14]を消費し、非常に吸熱性が高く、充填物の加熱を制限することで作用します。
天然ガスプロセス
CO と H 2を豊富に含む還元雰囲気は、鉱石還元反応器からの酸化ガス（H 2 O と CO 2）の存在下で、約 1100 ～ 1150 °C で天然ガスを高温分解することで生成できます。
CH 4 + CO 2 → 2 CO + H 2
CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
還元ガスを生成するシステムは「改質装置」と呼ばれます。ミドレックス プロセスでは、反応器からのガスの一部 (約 3 分の 1) の燃焼によって加熱されるチューブで構成されています。
手順
還元済みの鉄鉱石を生産するプラントは、直接還元プラントとして知られています。原理的には、鉄鉱石を高温ガス (約 1000 °C) の還元作用にさらします。このガスは一酸化炭素と水素二元で構成されており、その割合は生産プロセスによって異なります。
一般的に言えば、プロセスには2つの主なタイプがあります[注10]：[12]
- 還元ガスを天然ガスから得るプロセス。この場合、鉱石はタンク内で還元されます。
- 還元ガスを石炭から得るプロセス。反応炉は通常、セメント工場で使用されるものと同様の傾斜回転窯で、石炭を石灰石と鉱石と混合し、加熱します。
プロセスを分類する別の方法は、還元ガスが還元炉とは別の特定の施設で生成されるプロセス（天然ガスを使用するほとんどのプロセスに特徴的）と、ガスが核融合炉内で生成されるプロセスを区別することです。石炭火力プロセスは一般的にこのカテゴリに分類されます。[13]ただし、多くの「ガス火力」プロセスには、石炭から還元ガスを生成するガス化ユニットが供給されます。[15]
さらに、合金を得るためには溶解段階が必要であるため、高炉のように多かれ少なかれ浸炭された液体金属を生成する還元溶解プロセスが開発されてきた。最終的に、多かれ少なかれ実験的なプロセスが数多く開発されてきた。[13]
タンクプロセス
これらのプロセスでは、鉄鉱石は密閉された容器内の別のプラントで生成され加熱された還元ガスと接触させられるため、これらのプロセスは当然天然ガスの使用に適しています。
循環プロセス
これらのプロセスでは、鉱石はタンクに投入され、完全に還元されるまでそこに留まります。その後、容器から還元前の鉱石が取り出され、未処理の鉱石が新たに充填されます。したがって、これらのプロセスは、実験室での実験から簡単に推測できます。さらに、バッチ生産に基づく原理により、プロセス制御が容易になります。
天然ガスプロセス
天然ガス循環プロセスでは、ユニットが高温の還元ガスを生成し、それが反応器に注入されます。天然ガスを還元ガスに変換するユニットの連続運転を確実にするために、複数のタンクが並行して時間差で運転されます。
このタイプの中で最もよく知られているのはHYL Iとその改良型であるHYL IIです。これは最も古い工業用直接ガス還元プロセスであり、1957年にメキシコのHylsa社によって開発されました。[17]
レトルト
これらは石炭のみを燃料とするプロセスであり、還元ガスは還元容器内で生成されます。鉱石は石炭とともに密閉容器に充填されます。その後、鉱石に含まれる酸素が炭素と結合するまで加熱され、その後、主に CO または CO2 の形で排出されます。固体材料を加熱してガスを生成するため、この反応器はレトルト カテゴリに属します。
この原理は古くからある。中国北部では木炭不足により4世紀以前に石炭を使った製法が開発された。石炭に含まれる脆い元素である硫黄と鉄の接触を避けるため、中国では細長い管状のるつぼの中に鉄鉱石を入れ、その上に石炭をかぶせて燃やす製法が開発された。 [ 24]この製法は20世紀まで生き残った。[25]
最近では、1850年代にフランスとスペインの多くの工場で稼働していたアドリアン・シェノのプロセスなど、他の歴史的なプロセスが注目を集めています。ブレア、ユーツ、レントン、ヴェルディエによるその後の改良[1]は重要ではありません。[2] [26]開発されたプロセスの中には、1908年に完成したホガナスプロセスがあります。3つの小さなユニットがまだ稼働しています（2010年現在）。生産性は高くなく、粉末鉄の製造に限られていますが、速度が遅く、密閉されたレトルトで動作するため、粉末冶金に必要な純度を簡単に達成できます。[27]
1973年に完成したKINGLOR-METORなどの他のレトルトプロセスも開発されました。2つの小さなユニットが1978年（閉鎖）と1981年[13]（おそらく閉鎖[28]）に建設されました。
継続的なプロセス
ピストンの向流原理に基づくこれらのプロセスは、高炉、より正確にはシュトゥックオーフェンに最も近い。高温の還元ガスは、シャフトとは別のユニットで天然ガスから得られ、シャフトの底部から注入され、鉱石は上部から投入される。還元前の材料は、シャフトの底部から高温だが固体の状態で抽出される。るつぼのない高炉に似ていることから、冶金学者が最初に研究したプロセスの 1 つとなったが、1857 年のドイツのグルトと 1862 年頃のフランスのウジェーヌ シェノー (アドリアンの息子) の失敗により、「鉄鉱石の還元は、ガスだけでは [...] 大量には不可能である」という結論に至った。[4]
1970 年代に開発されたミドレックス法は、連続直接還元法の最も優れた例です。技術的にも商業的にも成功を収め、1980 年以降、世界の前還元物質生産量の約 3 分の 2 を占めています。ミドレックス法は高炉と類似しているため、生産能力が高いなどの利点と、1 つの反応炉で複数の反応を同時に制御することが比較的難しい (容器内を移動する間に生成物の性質が大きく変化するため) などの欠点を共有しています。ターンキーユニットを販売するという戦略と、慎重な生産能力の増加により、このプロセスは、競合プロセスのしばしば打ち砕かれた期待と比較して、財務的[注 11]および技術的に良好な見通しを得ています。[9] [17]
直接の競合相手であるHYL IIIプロセスは、メキシコのHylsaの先駆者の後継者であるTenovaグループ（de）の研究成果です。還元前製品の生産量の約20％を占め、還元ガス生産用の社内改質ユニットを備えている点でミドレックスプロセスとは異なります。 [29]
この連続反応炉原理に基づいて開発されたプロセスは他にもある。ULCORED [30]のようにまだ研究段階のプロセスもある。ほとんどは単一の国、または単一の企業によってのみ開発された。その他のプロセスは失敗に終わった。NSCプロセスは1984年に1つのプラントが建設され、1993年にHYL IIIに転換された。[31] ARMCO（1963年に1つのユニット[32]が稼働し[33]、1982年に停止[34]）またはPUROFER（1970年から1979年まで3つのユニットが稼働し、[13] 1988年に小規模生産が再開された）[34] 。
石炭火力発電は天然ガス発電の変種であり、追加のユニットで石炭からガスを合成することができます。これらの変種のうち、1999年から1つのユニットが稼働しており[15]、2つのユニットが建設中であるMXCOLは、石炭ガス化ユニットから供給されるミドレックスです。[35]技術的には成熟していますが、より複雑であるため、投資額がわずかに少ない同等のガス火力発電プロセスと比較すると不利です。[36]
流動床
直接還元はガスと固体の化学交換であるため、還元ガスによる鉱石の流動化は魅力的な研究分野です。しかし、成分の変化、高温、流動化現象の制御の難しさなどにより、その導入は非常に困難です。
この原理に基づいて多くのプロセスが開発されてきた。その中には、HIB（1972年に稼働した単一プラント[37]、1981年にミドレックスに転換[38]）のような技術的失敗や、FIORプロセス（1976年に稼働した単一プラント、2001年以降休止、[34] FINMETの前身）のような経済的失敗もあった。[18]
1991年にFIORプロセスから開発されたFINMETプロセスは、より成熟しているように見えますが、その拡張は実現していません（2つのプラントが建設されましたが[18]、2014年時点で稼働しているのは1つだけです[ 39]）。また、最近開発されたCIRCOREDプロセス[40]も同様に停滞しています（1つのプラントが建設され、1999年に稼働し、2012年に休止されました[9]）。石炭への適応性があるにもかかわらず（CIRCOFERプロセス、工業生産なし）、同様に停滞しています。[19]
回転炉プロセス
還元炉の回転は、炉内で鉱石を循環させるための設計上の選択である可能性があります。また、存在する反応物の混合を確実にすることで、化学反応に積極的な役割を果たすこともあります。鉱石が固定床に置かれ、トンネルを通って移動する回転炉プロセスは、最初のカテゴリに分類されます。鉱石が高温で石炭と混合される回転窯プロセスは、2 番目のカテゴリを構成します。
回転炉
これらのプロセスは、石炭と混合された鉄鉱石が循環する環状炉で構成されています。高温の還元ガスが装入物の上を流れ、場合によっては装入物を通過します。鉱石は、炉内でゆっくりと回転するトレイまたはカート上に積まれます。1 回転すると、鉱石は還元され、その後排出され、酸化された鉱石に置き換えられます。
この原理に基づいて、数多くのプロセスが開発されてきた。1970年代から1980年代にかけて、INMETCOプロセスはアイデアの有効性を実証したのみで、産業への応用はなかった。[41] MAUMEE（またはDryIron）プロセスは、1990年代に2つの小さな産業ユニットが建設され、米国で実を結んだ。[42]同様に、欧州では、ベネルクス諸国の鉄鋼メーカーのコンソーシアムが1996年から1998年にかけてCOMETプロセスを研究室で開発した。コンソーシアムは1998年に研究プログラムから撤退したが、そこから派生した単一の産業実証機であるSIDCOMETは、2002年に中止された。[43] 2010年にイタリアで唯一の稼働ユニットが発足したRedIron [44]も、この研究の恩恵を受けている。日本はFASTMETプロセスを採用し、鉄分を多く含む粉末の回収専用のユニット3台を導入している[45]。また、改良版のITmk3プロセスを提案しており、米国では1台が稼働している[46] 。
この網羅的ではないリストは、1990 年代に 先進国の鉄鋼メーカーが強い関心を示したにもかかわらず、これらのプロセスのいずれも商業的に成功しなかったことを示しています。
ロータリードラム
これらのプロセスでは、鉄鉱石と石炭粉末を高温で混合し、鉱石の酸性度を下げるために少量の石灰石を加えます。カール・ヴィルヘルム・シーメンスによるプロセス[47]は、短いドラム[48]を使用するもので、 19世紀末に初めて登場しました。その後、使用されたツールは、1930年代に開発されたバセットプロセスのように、セメント工場で使用されているものからヒントを得た長い管状の回転窯に進化しました。[49]
歴史的に重要なプロセスはクルップ・レンである。1930年代に開発され、1945年には38基もの炉が存在した。当時の生産能力は100万トン/年であったが、世界中に設置された。[20]このプロセスは改良され[注12]、ドイツのクルップ・CODIR [50]炉や日本の川崎[51]および光鳳プロセスに影響を与えた。日本のプロセスはいずれも、回転炉の上流に鉄鋼副産物のペレット化ユニットを統合している。1968年（川崎）から1975年（光鳳）にかけて、各プロセス2基ずつが建設された。[22]
1960年代後半に開発され、1987年まで極秘裏に使用されていたACCARプロセス[9]では、80%の石炭と20%の石油またはガスの混合物を使用します。炭化水素は高価ではありますが、還元ガスに水素を豊富に含んでいます。[12] 1974年から稼働しているドイツのクルップ-CODIRプロセスは、それほど成功していません。稼働しているのは3基のみです。[23]最後に、SIIL、ポプリ、ジンダル、TDR、OSILプロセスはインドの鉄鋼メーカーが主導していますが、これらは特定の技術的および経済的制約を満たすために開発された単なる変種[注13]です。[12]
同じ原理に基づいて構築された他のプロセスは開発に失敗しました。例えば、Strategic-Udy [20]は1963年に稼働し、1964年に閉鎖された単一のプラントで構成されていました。[38]
1964年に開発されたSL/RN法は、2013年には石炭火力発電の主流となった。1997年には、還元前石炭生産の45%を占めていた。[21]しかし、2012年には、この法の生産能力は、石炭火力発電による総生産量1706万トンのうち、わずか180万トン/年にまで落ち込んだ。[注14] [9]
還元溶融プロセス
合金を得て製品を成形するには製錬段階が必要であるため、直接還元プロセスは下流の製錬施設と組み合わせられることがよくあります。
還元鉄鉱石のほとんどは電気炉で製錬されており、2003年には生産された5000万トンのうち4900万トンが電気炉で製錬されました。[53]プロセス統合は一般的に高度に進んでおり、直接還元炉からの還元鉄の高温（600℃以上）を有効活用しています。[29]
1 つのアイデアは、還元プラントの下流に設置されたアーク炉で還元溶融プロセス全体を実行することです。1530 °C を超える温度で動作するプラズマプロセスがいくつか考案され、テストされることもあります。炉は、非移行型アーク ( Plasmasmelt、Plasmared ) または移行型アーク (ELRED、EPP、SSP、The Toronto System、落下型プラズマ フィルム リアクター) のいずれかです。これらのプロセスはすべて、投資コストが低いという電気炉の利点と、高価なエネルギー源を使用するという欠点を共有しています。直接還元の場合、この欠点は、還元プロセスと溶解する脈石の両方のために大量の熱が必要になるという事実によって上回られます。
電気炉の代替案は、燃料を使って予備還元物を溶かすことである。キューポラ炉はこの作業に最適であるが、直接還元法が存在する理由の1つはコークスを使用しないことであるので、他の溶解炉が登場した。 1987年から稼働しているCOREX法は、高炉るつぼに供給する直接還元シャフト反応器で構成され、その中で予備還元された鉱石は石炭のみを消費して液体の製錬状態になる。このプロセスでは高温の還元ガスも生成され、ミドレックス型ユニットで価値化できる。[54] COREXに相当するものとして、ミドレックス容器の代わりにFINMET流動床をベースにした韓国のFINEX法（ FINMETとCOREXの短縮形）がある。[55]どちらのプロセスも世界中のいくつかの工場で工業的に稼働している。[39]
最後に、還元溶融炉を同一反応炉内で行う研究は数多く行われているが、まだ産業化には至っていない。例えば、ISARNA [30]プロセスとその派生であるHISARNA（ISARNAプロセスとHISMELTプロセスの組み合わせ[56]）は、還元前に溶融を行うサイクロン反応炉である。 [30]これらのプロセスは、 2011年以降オランダで試験されている産業実証機に結実している。 [56]同様に、日本の鉄鋼メーカーは1990年代に協力してDIOSプロセスを開発しており、これは多くの還元溶融プロセスと同様に、酸素転炉に似ている。[57]ブラジルで研究されているTECNOREDプロセス[58]も同じ容器内で還元溶融を行うが、あらゆる種類の固形燃料に適応するように改造された高炉に似ている。[59]開発されたこのタイプのプロセスのうち、オーストラリアに建設された年間0.8 Mtの生産能力を持つISASMELTタイプの工業ユニット1基[60]は、 2005年から2008年まで稼働し[61]、その後解体されて中国に輸送され、2016年に再稼働しました。[62]
経済的重要性
資本と資材の要件の管理
ミドレックス法が最初に開発された米国では、1960年代に直接還元法が電気製鋼に新たな息吹を吹き込む方法とみなされていました。柔軟性と工場規模の縮小に基づくミニミルの技術経済モデルは、スクラップ金属の不足とそれに伴う価格の上昇によって脅かされていました。同じ不足が冶金用コークスにも影響を及ぼしていたため、高炉ルートに戻ることは魅力的な解決策とは思えませんでした。[20]
直接還元法は理論的には、高炉との相性が悪い鉱石（炉を詰まらせる微細鉱石など）の使用に適しており、コストも安い。また、資本も少なくて済むため、電気炉と高炉という2つの実証済みの方法の代替手段としても有効である。[20]
比較表を見ると、プロセスの多様性は高品質の材料を必要とすることでも正当化されていることが分かる。高炉群に燃料を供給するコークス工場は高炉と同じくらい高価で、特定の品質の石炭を必要とする。[63] [64]逆に、多くの直接還元プロセスは、鉱石をペレットに変換するコストが高いという欠点がある。ペレットのコストは、平均して原鉱石よりも70％高い。 [65]最後に、ガス要件は投資コストを大幅に増加させる可能性がある。COREXで生産されるガスは、Midrexユニットに燃料を供給するのに非常に適しているが、[54]低投資の魅力は薄れる。[66]
直接燃料削減のメリット
ガスの取り扱いと処理は石炭をコークスに変換するよりもはるかに経済的ですが（バルクハンドリング、生産変動に対するコークス工場の高感度、環境への影響など、関連する制約は言うまでもありません）、コークスを天然ガスに置き換えることで、安価なガス資源を持つ鉄鋼メーカーにとって直接還元が魅力的になるだけです。ヨーロッパの鉄鋼メーカーが1998年に指摘したように、この点は重要です。
「秘密はない。競争力を得るには、直接削減にはギガジュール当たり2ドルの天然ガスが必要であり、これはヨーロッパの価格の半分である。」 - L'Usine nouvelle、1998 年 9 月、La déduction directe passe au charbon。
これは、高温を伴うため還元ガスが余剰となる特定の還元溶融プロセスの開発を説明しています。補助的なミドレックス直接[53]還元ユニットに供給できるCOREXやTecnoredなどの還元溶融プロセスは、投資コストが高いにもかかわらず、COを多く含むガスを生成できることによって正当化されます。[63]さらに、コークス炉ガスは鉄鋼コンビナートのエネルギー戦略において不可欠な副産物です。したがって、コークス炉がない場合、下流のツール、特に熱間圧延炉や焼鈍炉での天然ガス消費量を増やすことで補う必要があります。
したがって、直接還元プラントの世界的分布は、天然ガスと鉱石の入手可能性と直接相関している。2007年の内訳は次のとおりである。[53]
- 天然ガス処理はラテンアメリカ（すでに多くが開発されている）と中東に集中している。
- 石炭火力発電はインドで著しく成功しており、中国の鉄鋼産業の力強い発展にもかかわらず、直接還元法による鉄鋼生産の割合を維持している。[9]
巨大な需要とスクラップ金属の不足を抱える中国と、競争力のある鉱石と燃料を欠くヨーロッパは、これらのプロセスに大規模な投資をしたことがなく、高炉ルートに忠実であり続けた。一方、米国には常にいくつかのユニットがあったが、2012年以降、シェールガスの開発が天然ガスプロセスに新たな刺激を与えた。[67]
しかし、直接還元では高炉よりも多くの水素を還元剤として使用するため（これは天然ガスプロセスでは非常に明らかです）、温室効果ガスであるCO 2 の排出量がはるかに少なくなります。[63]この利点は、HISARNA、ULCOREDなどの先進国でのULCOSプロセスの開発を促進しました。圧力スイング吸着やアミンガス処理などの成熟したガス処理技術の出現も、研究者の関心を再燃させました。[30] CO 2排出量の削減に加えて、Hybritなどの純水素プロセスは、鉄鋼業界の脱炭素化を目的として積極的に研究されています。 [68]
注記
- ^ 生産能力と実際の生産量を区別することが重要です。実際、多くの工場は理論上の生産能力に一度も達したことがなく、また、経済状況により操業が利益を生むようになったときに、一時的に使用される工場も数多くあります。
- ^ 1950年から1975年の間に、1,200件の特許が登録され、100のプロセスが分析され、12の基本原理がテストされました5。2014年に、スタンレー・サントスは70の直接還元プロセスの開発と45の還元溶融プロセスを数えました... 1890年にマリオン・ハウがすでに35の直接還元プロセスを例として挙げていたことを思い出すと、これは非常に過小評価された数字です。
- ^ このユニットは HYL I プロセスを開始します。当初の生産能力は年間 75,000 トンで、1991 年まで還元前鉱石を生産しました。
- ^ 2006 年には、還元前鉱石の 92% が天然ガスを使用したプロセスから得られました。しかし、2010 年以降、この割合は 75% に低下しました。
- ^ 生産能力と実際の生産量を区別することが重要です。実際、多くの工場は理論上の生産能力に一度も達したことがなく、また、経済状況により操業が利益を生むようになったときに、一時的に使用される工場も数多くあります。
- ^ ミドレックス法とHYL法の変種には具体的な名前が付けられていなかった。これは、これらの法を販売する企業が、顧客に自社法の技術的成熟度を安心させたいと考えたためである。逆に、回転炉を改造するインドの鉄鋼メーカーは、自社の（非常に相対的な）独創性を強調することに熱心であった。
- ^ ウスタイトは実際には酸化速度が変化する非化学量論的化合物である。冶金学者は一般にFeO 1.0356という式を使用する。
- ^ 図によると、CO 還元はより低い温度で始まります。ヘマタイトとマグネタイトの場合は 690°C で、ウスタイトの場合は 830°C で始まります。H 2による還元については、ヘマタイトの還元は 630°C という早い温度で始まりますが、マグネタイトの還元には 1,050°C、ウスタイトの還元には 1,500°C (鉄の融点) 以上が必要です。
- ^ より具体的には、水素は以下の反応を通じて一酸化炭素の還元を促進します: Fe 3 O 4 + H 2 → 3 FeO + H 2 O H 2 O + CO → H 2 + CO 2 または: Fe 3 O 4 + CO → 3 FeO + CO 2 また: FeO + H 2 → Fe + H 2 O H 2 O + CO → H 2 + CO 2 または: FeO + CO → Fe + CO 2
- ^ ガス燃焼プロセスと石炭燃焼プロセスを区別することは一般的なアプローチですが、もちろん温度、還元前の鉱石の状態、得られる製品などに基づく分類など、他の分類も考えられます。
- ^ ミドレックス法とHYL法の変種には具体的な名前が付けられていなかった。これは、これらの法を販売する企業が、顧客に自社法の技術的成熟度を安心させたいと考えたためである。逆に、回転炉を改造するインドの鉄鋼メーカーは、自社の（非常に相対的な）独創性を強調することに熱心であった。
- ^ クルップ・レン法の利点の 1 つは、高価な石灰を添加して鉱石の酸性度を下げる必要がなく、珪質鉱石を処理できることです。しかし、酸性鉱石は溶けにくいため、鉄の還元が妨げられ、前還元の品質が低下します。高価で部分的な解決策は、高温で操作することです。
- ^ ミドレックス法とHYL法の変種には具体的な名前が付けられていなかった。これは、これらの法を販売する企業が、顧客に自社法の技術的成熟度を安心させたいと考えたためである。逆に、回転炉を改造するインドの鉄鋼メーカーは、自社の（非常に相対的な）独創性を強調することに熱心であった。
- ^ 生産能力と実際の生産量を区別することが重要です。実際、多くの工場は理論上の生産能力に一度も達したことがなく、また、経済状況により操業が利益を生むようになったときに、一時的に使用される工場も数多くあります。
- ^ イルメナイトおよび鉄砂の場合：粒径 0.05 ～ 0.5 mm。
- ^ 1ドル2000 ≒1.34ユーロ2010年で、為替レートを1ドル2000 ≒1.07ユーロ2000年、インフレ率を1ユーロ2000 ≒1.23ユーロ2010年と仮定すると、
- ^ 1トンのコークスは27.920 GJに相当し、1トンの石炭は25.911 GJ53に相当し、1,000 Nm3または800 kgの天然ガスは36に相当します。
- ^ 1トンのコークスは27.920 GJに相当し、1トンの石炭は25.911 GJ53に相当し、1,000 Nm3または800 kgの天然ガスは36に相当します。
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参照
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