El hierro de reducción directa (DRI) es una alternativa a la producción de acero a partir del alto horno- BOF. En el proceso de DRI el hierro se reduce en su estado solido a diferencia del alto horno, en donde se forma un metal liquido durante la reccion. El DRI puede ser transformado en acero en hornos de arco eléctrico. La producion de DRI es muy común en Medio Oriente, America del sur, India y México. La producción de DRI es atractiva debido a los bajos costos de capital, su pequeña escala y la capacidad de ocupar las materias primas locales. Sin embargo la pequeña escala en las operaciones de DRI es una barrera para las inversiones en eficiencia energética.

El gas natural y el carbón son los combustibles primarios utilizados en la producción de DRI. El consumo de energía en la producción de DRI basado en gas natural es conocido y tiene un valor de alrededor de 10,4 GJ/t-DRI. La producción a base de gas natural provoca una disminución de las emisiones de CO2 . con emisiones que van entre 0,77-0,92 t-CO2/t-acero. Dependiendo de la matriz eléctrica utilizada(hidroeléctrica, nuclear, termoeléctrica,etc,). Las tecnologías mas comunes en la producción de DRI son MIDREX y HYL III.

Los procesos de producción de DRI se pueden dividir según el reactor empleado:

-hornos de cuba (MIDREX, HYL)

-Hornos rotatorios (SL/RN process)

- rotary hearth furnaces (Fastmet/Fasmetet, y ITmk3)

- Los reactores de lecho fluidizado (Circored)

MIDREX

Fue desarrollado por midrex/Kobe Steel y utiliza un reactor de cuba. El reactor puede ser cargado con pellets, directamente con mineral grueso o un mezcla de ambos que se reduce a hierro metalico por medio de un gas reductor. El gas reductor es producido a partir de una mezcla de gas natural y gas reciclado desde el horno de reducción. La mezcla fluye a través de tubos catalizadores donde es convertido químicamente en H2 y CO. El gas reductor tiene una temperatura cercana a los 900 ° C. el mineral de hierro desciende por gravedad atreves del horno, mientras que el gas asciende a través de la columna de material, extrayendo el oxígeno desde el mineral. El DRI tiene una composición típica de 90% A 95% de hierro. El DRI sale por la parte inferior del horno, en donde puede ser comprimido en briquetas de hierro (HBI) para almacenamiento y transporte seguro. Existe un derivado del proceso MIDREX que utiliza la gasificación de carbón(MXCOL technology).

Los gases que salen del reactor son enfriados y limpiados , luego se comprimen y se mezclan con gas naturaly se hacen pasar por tubos catalíticos, que son calentados en un horno refractario. Las reaciones de refomacion con cualquier hidrocarburo saturado en el gas natural son:

la mejor reformación resulta co 96%CO+H2 y 5%CO2+H2O.en el gas reformado. La reformación se acelera con un catalizador en basde a niquel a una temperatura superior a

900°C

El procesomofrece los siguientes beneficios:

-el uso de gas natural y mineral de hierro aglomerado(pellets) hace que el proceso sea sensillo.

- el reactor funciona en contra corriente lo que proporciona una alta eficiencia.

- para duplicar la capacidad se necesita solo aumentar en 40% el diámetro del reactor, por lo tanto la tecnología ofrece buena economía de escala.

-- el proceso es flexible, con respocto a la reducion con distintas fuentes de gas. Se puede operar en una amplia razón de H2 y CO (0,5 a 3,5)

AL No existir una fusión ni una fase de escoria en la producción de DRI, la ganga debe ser separada en el horno de arco eléctrico (AEF). Esto aumenta el consumo de energía del AEF. En el caso de existir la posibilidad de transferir el DRI caliente inmediatamente al AEF, se reducirá significativamente el costo de energía y electrodos de fundir el hierro de DRI en el AEF

Proceso HYM II

Fue desarrollado en mexico y es básicamente igual al proceso midrex. El proceso usa un horno de cuba para reducir mineral grueso de hierro y pellets. Las presiones de reducción intermedia de hasta 6 bar. Este proceso puede producir DRI frio, caliente o HBI.

La planta al igual que en el proceso midrex se compones principalmente de la reducción del mineral y la regeneración del gas. En donde también se utiliza catalizadores de niquel.

El proceso puede incluir una etapa de eliminación de azufre que puede servir para tratar minerales y gas con mayor contenido de azufre.

Proceso SL/RN

Es un broceso que utiliza carbón y un horno rotatorio. Se puede alimentar este proceso con pellets, mineral grues, arena de playa o ilmenita y carbón para producir DRI. El proceso funciona a alta temperatura y presión atmosférica.

Tiene como ventaja su robustez y la posibilidad de utilizar cabon de bja calitad, lo que lo hace adecuado para países en desarrollo como india y sudafrica.este proceso genera cantidades significativas de gas natural que es utilizado para la generación de energía. Sin embargo el consumo de carbón es mucho mas alto que el de un alto horno, y la eficiencia energética pasa porque no requiere hornos de coke ni sinterizado. La metalización final es cercana al 93% y el contenido de carbón es entre 0,1 a 0,2%

Fastmet y fastmelt

Fastmet es un proceso que utiliza un horno de solera giratoria para producir DRI. Es alimentado con pellets o briquetas. En 1 o 2 capas. Se calienta a 1360 C° y luego de 6 a 12 minutos es descargado. El CO generado a partir de los pelletsy briquetas se ocupa como combustible nuievamente para reducir el consumo de combustible del quemador.

Fastmelt es lo mismo solo que al final del proceso se incluye un horno de fusión para producir metal caliente, el DRI se descarga desde el horno rotatorio y se funde en un horno eléctrico.

Proceso ITmk3

Finos de mineral de hierro y carbón pulverizado se aglomeran en granulos de material compuesto, que son cargados en un horno de solera giratoria, calentados a 1350 °c y reducidos luego se funde y se separa el hierro de la escoria. El hierro fundido se solidifica en pepitas y se descarga después del enframmiento y separado de la escoria,

Proceso circored.

Es un oprocesi de lecho gluidizado de dos etapas. Opera a temperaturas de reducción bajas, y utiliza gas natural para producir un gas reductor. El proceso utiliza finos de material con un tamaño de particala entre 0,03 y 1 mm y produce HBI.

Los finos se precalientan a 800 °C en un lecho fluidizado precalentador(CFB). Los finos secados se cargan en un lecho fluidizado circulante . el calor se genera por la combustión de gas natural y el aiire que se introduce en el CFB. Los finos alcanzan un 70% de matalizacion den el CFB, una parte es retirda y entra en el lecho fluidizado que esta compartimentado en varias secciones., aquí los finos alcanzan una metalización que varia entre 92 a 93%

. el gas que sale del lecho fluidizado pasa al CFB. El producto sale del reactor a 630 y se calienta hasta 680 para formar briquetas.

Ventajas:

- Capacidad de procesar hierro fino- Buenas condiciones de calor- Baja inverdiones y costos de operación.

El mercado

La demanda en la contruccion de plantasde reducion directa de hierro se ha incrementado. La mayoría de las plantas se basan en el proceso midrex (58%).En india en los últimos años ha habido un incremento en el volumen de producción. Producto del proceso SL/RN en donde se ocupa carbón como reductor, esto debido a que las plantas pueden ser construidas por proveedores locales, y la inversión en una planta que trata 100t/DIA de DRI se puede recuperar en 12 a 18 meses.. Mientras que en el norte de africay latino a merica, las plantas ocupan gas natural como reductor.