還元鉄とは 製鉄所について解説したDRIプロセス

還元鉄(げんかんてつ、)は、直接還元鉄(direct Reduced Iron)またはスポンジ鉄(sponge Iron)ともいい、銑鉄の液体段階を経ずに、固体状態の鉄鉱石からo×ygenを化学的にe xxtractingすることによって生成される金属鉄である。 固体製鉄は、還元ガス (reformed natural gas) または水素のいずれかを使用することにより、鉄の融点である1,5³8Cより低い温度で起こる。 還元鉄の総生産量は、2024 年で約1億4080 万トンである。その10 年CAGRは、6.6 パーセント (percent) ¢ (-) で、世界の製鉄産業全体の成長率の3 倍である

鉄の減少とは何ですか?定義と産業上の背景

冶金の分野内で、還元鉄の正確な定義は問題のプロセスの特定のパラメータに合わせて調整されます。還元鉄は、特に酸化物化合物を指しますそれにより化学的還元が達成されました; これは、合金中のFe金属に化学的に結合した酸素の除去を伴うが、鉄自体は溶融していないシルト質、多孔質、固体状態のままです。構造的にはスポンジに似ており、DRI の各部分は約 47% の空隙多孔性を担持し、重量で 86 ～ 94% の金属鉄を含みます。.

製鉄業界内では、この原料を銑鉄やスクラップ鋼と区別するために「直接還元鉄」(DRI)が受け入れられています。最小の浮浪元素 ⁄ 銅、錫、ニッケル、クロム ⁄ この材料は、電気アーク炉で特殊棒品質(SBQ)鋼を製造するためのバージン鉄源として理想的です。原料カテゴリーとして、DRI 製造は過去 10 年間で製鉄所への他のどの鉄投入量よりも急速に成長し、75 から 75 に増加しました 2024年には1億4,080万トン

食品やシリアル製品における「還元鉄」とはどういう意味ですか?

直接還元鉄の製造方法 ――直接還元プロセス

工業用 DRI 製造は、固体として開始および終了します ⁄ 酸化鉄供給原料は、溶融段階を完全にバイパスして、一連の固体化学反応を通じて結合酸素を徐々に除去されます。原料 ⁄ 鉄鉱石ペレットまたは塊 (67% Fetot、サイズ 9 ～ 16 mm、<0.008% 硫黄、主にヘマタイトまたはマグネタイト) ⁄ シャフト炉またはロータリーキルンの高温上部領域に入り、そこで重力逆プレバが還元ガスの流れに対して下向きに作用します。炉の垂直安定化ゾーン全体にわたる連続的な酸素脱結合反応によって還元が行われます。.

MIDREX = DRI直接還元技術の世界的リーダー; 2024 年に全世界で生産されたDRI全体の~54% (7620 万トン) の (量別) 責任者 改質した天然ガスが下降する鉱石負荷によって上昇する向流シャフト炉を使用する 触媒改質器は、メタンとリサイクルされたトップガスを~900° CでHおよびCOに変換します シャフトの底部から出た材料は、冷却ゾーンで~50° Cに冷却されるか、650~700° CでHBI製造用の練炭プレスに直接転用されます。.

Tenova と Danieli が共同開発した Energiron (HYL) は、圧力ベースのシャフト炉を使用しており、特に新しい H 対応プラントで市場シェアを獲得しています。 MIDREX と Energiron は合わせて、世界のガスベースの DRI 生産量で (量ベースで) ~75% のシェアを占めています。石炭ベースのプロセスは非常に少数派です。.

ガスベースの DRI 生産と石炭ベースの DRI 生産の違いは何ですか?

ガスベースのシャフト炉プロセス (MIDREX、Energiron) は、中東、アメリカ大陸、および北アフリカで優勢であり、そこでは容易に入手できる安価な天然ガスが効果的な H+CO 削減ガスの生成をサポートします。 2024 年に 5,470 万トンで世界最大の DRI 生産国としての地位を確立したインドでは、石炭ベースのロータリー キルン プロセス (SL / RN およびそのバリエーション) が優勢です。 2024 年 10 月 38 日、主にキルン ベースの世界の DRI が生産されています。 MIDREX または Energiron からであれ、ガスベースの DRI はより高い金属化 (92-96%) を提供し、石炭ベースの DRI の灰分含有量が低く、硫黄含有量が低いため、石炭ベースの DRI は平均して、より低い品質の製品をもたらす鋼鉄に約 2% 多い脈石/硫黄負荷を運びます。その結果、平圧延および SBQ 製鋼用途のガスから生成される DRI は、一般に、より高い品質のプレミアムを獲得します。.

新しいものを選択したイランのEAFオペレーター 直接削減プラントの設計と供給 イランの陸上基地とカスピ海基地では天然ガスが大量に入手可能であることを考慮すると、ルートはデフォルトでMIDREXになる。インドのオリッサ州にある新しいグリーンフィールド工場は、石炭の入手可能性と地元の送電網コストが、結果として生じる熱練炭鉄DRIの金属量が少ないにもかかわらず、比較的資本集約度の低いロータリーキルンプロセスを優先するという、まったく異なる一連の考慮事項に直面することになる。.

DRI 製品形態: スポンジ鉄、HBI、ホット DRI について説明しました

シャフト炉を 3 つの商用形式のいずれかに残すと、DRI は高温還元ゾーンと最終排出の間の冷却の程度に応じて大きく異なります。 DRI の各タイプには、特定の物理的特性、反応性、物流上の影響があります。(経済的および冶金学的考慮事項のバランスをとりながら)正しいものを選択することが重要です。.

熱練炭鉄 (HBI) は、およそ650700 OCの熱DRIを高圧で円筒形の練炭 (90-140mm 48-58mm 20-50mm、質量500 700g) に圧縮することによって製造されます。圧縮により、体積多孔性が約47%から約21%に減少し、最大飽和吸水量が12 15%から約3%に減少します。したがって、HBIは海綿鉄DRIよりも反応性が2桁大幅に低下し、海上バルク貨物および長期保管の安全性が低下します。法的なIMSBC/HBI仕様では、650° Cを超える練炭を見かけの密度が5.0 g/cm3を超えるまで要求します。この温度以下で形成された冷間成形練炭 (CBI) は、完全なDRI (B) 危険分類を保持します。.

電気アーク炉製鋼における DRI ――製鉄所がそれを選択する理由

電気アーク炉は DRI の自然な本拠地です。作動に液体溶銑を必要とする基本的な酸素炉とは異なり、EAF は固体金属鉄源の任意の組み合わせを受け入れます。 DRI とスクラップの 3 つの構造的利点: バージン鉄純度 (浮遊元素なし)、発泡スラグ化学用の制御可能な炭素含有量、および ¤ 熱間充電すると ¤ の運用コストを再形成する実質的なエネルギーオフセット ハイブリッド DRI-EAF プラント ソリューション.

トランプの要素の希釈は、おそらく最も議論の少ない利点です スクラップチャージされたEAFは、自動車細断スクラップから銅、スズ、ニッケル、クロムを蓄積します; これらの要素は、通常の製鉄で酸化によって除去できず、リサイクルサイクルごとに蓄積されます 結合されたトランプの希釈への寄与は文書化された関係に従います: DRI電荷分率の増加ごとに、結合された% (Cr + Ni + Cu + Sn) 残留物が比例して減少し、鉄鋼メーカーは、熱のバランスに低品位、低コストのスクラップを使用しながら、タイトなSBQ残留仕様を満たすことができます。.

DRIを高温で充電すると、エネルギー経済が大幅に変化します。湾岸地域DRI-EAF複合施設からのBOSHIYAのプロジェクトデータによると、冷間スクラップで同じ炉に430-460kWh/tを供給した場合のEAF電力消費量は、650-700Cで熱DRIを供給した場合の溶鋼350-400kWh/tであるのに対し、15-25%の削減です。 DRI 内の炭素含有量は等しく重要です。2.0 ～ 2.5% では、酸素を注入して燃焼すると CO が生成され、泡状のスラグ ブランケットが構築され、炉のシェルがアーク放射から保護され、追加の無煙炭注入の必要性がなくなります。.

“「DRI-EAF複合体を委託すると、急速充電と低温DRIによるエネルギー節約は即時かつ測定可能です ーEAFの電力消費量が最初の生産キャンペーンで15 から25 パーセント減少することが一貫して見られます DRIの炭素含有量は金属化率と同じくらい重要です: 2.0 から2.5 パーセントの炭素では、追加コストなしで泡状のスラグが得られ、それだけで限界プロジェクトと真に収益性の高いプロジェクトの違いを生むことができます。」”

EAF 料金には通常、DRI の何パーセントを含める必要がありますか?

最適な装入比率は、使用されるスクラップの細かさ、DRI グレーディングのレベル、炉の寸法、最終的な鋼種グレードの要件に依存するため、普遍的なものではありません。実用的には、フィーダーとオーブンの荷重比は通常、混合装入で 20 ～ 40% DRI に近くなります。レベルが 25 ～ 30% を超えると、5 番目の穴を通る連続屋根装入により、バケット装入よりも高い生産性が得られます。これは、いわゆる「フェロベルグ」(冷凍 DRI スカル)の形成を回避できるためです。超微細な線材、ベアリング鋼、または冷間圧造品質などの高品質の SBQ グレードでは、EAF は 80 ～ 100% DRI 装入レベルで日常的に動作します。これは、支配的な残留仕様が BOF でのスクラップの溶融による追加エネルギー コストを正当化するには厳しすぎる必要があるためです。.

BOSHIYAの湾岸地域のプロジェクトは、150 トンのDC EAFに充電する100% DRIを実行し、以前のBF-BOFルートと比較して48%の低いCO2 排出量を達成します。 ほとんどのミニミルアプリケーションでは、スクラップと30 ~ 50% DRIをブレンドすることが経済的です。.

DRI と銑鉄 直接還元ルートと高炉ルートの比較

DRI-EAF と BF-BOF のどちらを選択するかは 20 年間の資本コミットメントです ¢ これら 2 つのルートはどの規模でも交換できません。高炉の経済学は、関連する資産ベースを正当化するために、年間 200 万トンを超える持続的なスループットでのみ機能します。一方、DRI プラントは、時間の経過とともにモジュラー単位を追加するだけで、0.5 Mt/y から効率的に稼働し、スケールを拡大できます。 DRI-EAF による鉄の生産は、シャフトを再構築することなく化石水素からグリーン水素還元剤に変換できる唯一のルートでもあります ¢ 独自の将来性のある属性。.

完全な構成分析のために、BOSHIYA の製鉄所構成セレクターは、プロジェクト開発者にサイトごとの決定をガイドします。.

サイト固有の CAPEX および排出モデルについては、BOSHIYA が対応します EPC ターンキー 製鉄所 配達 チームはエンドツーエンドのルート分析を実行できます。 DRI-EAF 構成レビューについては、お問い合わせください。.

保管、取り扱い、再酸化のリスク ――DRI と HBI を安全に管理します

分類による自然発火性、DRI は火災と自己発熱の危険性を提示し、他のバルク鉄原料には一致しません。その多孔性 × 約 47% 空隙容積 × と高い比表面積 (0.5 ～ 4.0 m²/g) により、湿気や酸素にさらされると、完成鋼や銑鉄よりも桁違いに早く DRI の各形態が酸化します。水酸化鉄または「錆」タイプの化合物 (Fe(OH)、-FeO(OH))は、DRI が湿気にさらされるたびに生成され、発熱反応します。酸素の存在下でのさらなる酸化は、150°Cを超えるプロセスを維持するのに十分な熱を生成し、極端な状況では貨物温度が 900°C を超える可能性があります。.

酸化状態 4 での DRI 再酸化は、各超球面粒子の全深さ全体に同時に浸透します ――これは、微量水分への曝露が、完成した鋼の巨視的な表面錆よりもはるかに早く深刻な危険にどのようにエスカレートするかを説明しています。.

IMO IMSBCコードに基づき、DRI貨物は物理的な形状と水分含有量によって決まる4 つのスケジュールに割り当てられます:

• DRI(A) ⁄ HBIおよびホットプレス練炭: グループB、水分<1%、最低反応性 ⁄ ばら積み貨物船での海上輸送のためにクリア
• DRI(B) ⁄ ペレット、塊、冷間成形: グループ B、水分 ΜM0.3%、N2 不活性化が必要 (密閉ホールドでは O2 <5%)
• DRI(C) 二次微粉: グループ B、水分 ΜM0.3%、反応性を低下させるために装填時に最低 30 日間熟成
• DRI(D) 2% H2O (IMSBC Amendment 07-23, 2023) 以上のものを含む微粉: グループA + グループB 同時に ⁄ 輸送中に液化および再酸化の危険がある

循環条件を使用した場合の HBI 再酸化について: HBI は通常の条件下で保管した場合、低温 DRI よりも非常に安全ですが、2024 年の金属 (MDPI) の研究では、湿式乾燥サイクルにさらされた 4,143 個の練炭が 4 か月間で 6.96% の金属化劣化を受けたと報告されています。 - テストされた条件の中で最も高い保管のために持ち帰るもの 製鉄所の試運転に対する技術サービス:屋外での積み重ねは何ヶ月も安全であると考えられますが、HBI は屋外で安全にカバーの下や排水溝付きで保管できるため、プールする必要はありません。.

緑鋼における鉄削減の将来 ――2030 年までの傾向

2025 年、建設中のすべての新しいグローバル製鉄能力のうち42%はDRI-EAF ⁄ 10 年前に単一のメーカーや技術ライセンサーが予想していなかった構造シフトです。 CRUグループの2025 年の予測では、DRIは鉄鋼バリューチェーンにおいて10 年対10 年の成長率の高いコモディティに位置づけられています。 「Midrex World DRI Statistics 2024」によると、10 年間のCAGRは6.6% ⁄ 粗鋼生産全体の成長率の3 倍です。.

このシフトを推進するのが、 3 ルート DRI 移行フレームワーク ¤各製鉄地理が今日どこに位置するか、そしてどこに向かっているかをマッピングする地域軌跡:

H2-DRIはもはや実験室の概念ではありません。 HYBRIT (SSAB + LKAB + Vattenfall) は、2021 年にスウェーデンのルレオにあるパイロットプラントで検証済みの100%化石フリー鋼を初めて生産し、2021 年からボルボに商業用量を納入しています。 Salzgitter AGのSALCOSプロジェクトは、2026 年に2.1 Mt / y Energiron H2-DRIシャフトを稼働させ、続いて2027 年にデュイスブルクのティッセンクルップ スチールのtkH2Steelプラント (2.5 Mt / y MIDREXシャフト) を稼働させています。これらのプロジェクトはすべて、0-100%からの任意のH:天然ガス比で動作するように設計されたEnergiron ZR / MIDREX H処理装置の同様の前提の下で動作し、それによってオペレーターのH画分は、再生可能水素の資本コストが減少するにつれて時間内に拡張可能になります。 -シャフト炉の再構築は必要ありません。.

もし人が今グリーンフィールドDRI-EAF製鉄プラントを設計しているなら、メッセージは明確である: H準備は初日から設計され、短期的にガスを使用し、その後、ガスH損益分岐点よりも低い地域の再生可能電力コストの出現によりHスループットをスケールする必要があります (ヨーロッパでは2030-35 年推定)。 BOSHIYAでは、, 当社の冶金工学設計チーム 2023 年以来、すべての DRI-EAF プロジェクト仕様に H2 対応機能を組み込んでいます。.

FAQ: 直接還元鉄 ⁄ プロセス、特性、およびアプリケーション