Pembuatan Baja Berbasis Hidrogen: Mengurangi Jejak Karbon dalam Produksi Besi dan Baja

Industri produksi besi dan baja adalah sektor tunggal terbesar dalam hal emisi fosil dan industri total global, menyumbang sekitar 7 % hingga 9 % emisi gas rumah kaca (GHG). Pada saat yang sama, baja adalah komponen materi utama bagi masyarakat industri modern. Peningkatan konsumsi baja akan terus terjadi karena kebutuhan untuk memperluas dan meningkatkan infrastruktur serta meningkatkan standar hidup global dengan laju yang cukup untuk mencapai tingkat yang memuaskan. Oleh karena itu, ada tantangan untuk menemukan proses pembuatan baja yang memungkinkan penggunaan masyarakat baja sebagai materi, sambil pada saat yang sama menghindari dampak lingkungan negatif dari produksinya. Dalam konteks pengurangan emisi CO2 (karbon dioksida) pembuatan baja, rute pembuatan baja berbasis hidrogen (H2) saat ini mendapat perhatian besar karena memberikan pilihan yang menarik.

Reduksi bijih besi dengan H2 sudah dikenal sejak lama karena reaksi reduksi dengan H2 juga terjadi baik dalam produksi logam kasar di dapur tiang (BF) maupun dalam produksi besi reduksi langsung (DRI) / besi briquette panas (HBI) di dapur tiang. Dalam pembuatan besi di BF, sumber H2 adalah angin panas blas yang disertakan dan arbu halus yang disuntik. Dalam hal rute pembuatan baja berbasis DR-EAF (reduksi langsung – caur api listrik), ini secara historis selalu ditandai dengan penggunaan H2, yang biasanya dihasilkan dari gas alam (NG) melalui reformer katalitik. Karena sumber hidrokarbon adalah NG, H2 yang dihasilkan dapat memiliki konsentrasi bervariasi, dan dicampur dengan karbon monoksida (CO), tergantung pada rasio oksidan yang digunakan.

Reduksi bijih besi dengan H2 telah dipelajari selama banyak dekade. Ada penelitian pionir di Swedia oleh Wiberg dan Edstrom sudah pada tahun 1950-an, yang diikuti oleh sejumlah penelitian yang menggambarkan kinestika proses serta reaktivitas produk yang dihasilkan. Pabrik H2-DRI skala komersial pertama berbasis teknologi ranjang fluida, Circored, dibangun oleh Cliffs and Associates Ltd. di Kompleks Industri Point Lisas di Trinidad pada 1998. Pabrik memiliki kapasitas desain 500.000 ton per tahun HBI. Pabrik tidak berhasil secara komersial dan ditutup pada 2016.

Dalam skenario global saat ini, banyak kegiatan yang sedang berjalan untuk menemukan proses yang memanfaatkan reduksi bijih besi dengan H2 sehingga mengurangi emisi CO2 secara besar, jika tidak sepenuhnya menghilangkannya. Ada banyak masalah yang harus diatasi sebelum keberhasilan yang dapat memberikan persaingan yang ketat terhadap proses saat ini yang digunakan untuk pembuatan besi dan baja. Beberapa masalah utama yang harus diatasi dijelaskan dalam paragraf selanjutnya.

Salah satu masalah penting adalah menemukan metode hemat biaya untuk produksi H2 massal yang menggunakan tenaga listrik dari proses dengan emisi CO2 rendah. Sumber energi terbarukan adalah energi matahari, energi angin, energi air, energi laut, dan energi panas bumi. Dalam energi nuklir juga bahan bakar bebas fosil digunakan. Dari semua energi terbarukan, dua sumber energi terbarukan paling andal adalah energi matahari fotovoltaik (PV) dan turbin angin. Namun, kedua teknologi ini ditandai dengan penyediaan daya listrik yang fluktuatif karena sifat fluktuatif radiasi matahari dan angin, sehingga ada saatnya pasokan listrik langka dan saatnya melimpah. Untuk mengintegrasikan proporsi tinggi angin dan tenaga surya ke dalam sistem energi, solusi penyimpanan skala besar diperlukan untuk mengimbangi ketidakseimbangan temporal antara produksi dan permintaan.

Masalah kedua adalah penyimpanan H2 massal (penyimpanan gas bertekanan tinggi atau penyimpanan cair kriogenik). Penyimpanan H2 memberikan manfaat dari perspektif sumber/penggunaan listrik, tetapi tidak sepenuhnya kritis untuk konsep proses. Saat ini, alternatif paling hemat biaya untuk penyimpanan H2 adalah penyimpanan terowongan bertekanan di bawah tanah, di mana H2 disimpan dalam formasi garam di bawah tanah. Dalam skenario saat ini, ini adalah satu-satunya teknologi penyimpanan H2 yang telah diuji pada skala industri. Solusi lain yang menarik banyak perhatian saat ini meliputi penggunaan pipa gas alam dan konversi menjadi amonia atau hidrokarbon sebagai penyimpanan H2 perantara. Evaluasi awal teknologi Lined Rock Cavern (LRC) yang saat ini digunakan di Swedia untuk gas alam dianggap menjanjikan. Metode alternatif lain untuk penyimpanan H2 yang sedang dikembangkan adalah penyimpanan dalam hidrida logam dan dalam materi pori.

Masalah ketiga adalah bahwa besi yang dihasilkan melalui reduksi oleh H2 tidak mengandung karbon (C) tidak seperti logam kasar dan DRI / HBI yang mengandung C dalam persentase bervariasi. C diperlukan dalam pembuatan baja untuk C boil. Juga baja mendapatkan propertinya karena kandungan Cnya dan hence persentase C yang bervariasi ada dalam berbagai grade baja. Namun, kesulitan teknis nyata dalam hal ini tidak diantisipasi karena beberapa C tambahan dapat ditambahkan dalam EAF.

Masalah keempat adalah emisi CO2 yang terjadi selama pertambangan, pemrosesan, dan pengolahan bijih besi serta selama produksi pelet serta pengangkutan bahan-bahan ini. Proses yang memanfaatkan reduksi H2 secara lebih baik membutuhkan pelet sebagai bahan masukan. Dalam hal ini, ada kemampuan untuk menghilangkan beberapa emisi CO2 dengan menggunakan sumber energi terbarukan.

Proses pertama adalah produksi skala besar H2, yang saat ini dicapai melalui reformasi uap metana. Opsi ini dapat dipertahankan dan bahkan dioptimalkan untuk pembuatan besi berbasis H2, misalnya, dengan menargetkan kemurnian H2 97 % hingga 98 % alih-alih kemurnian normal 99,9 % plus. Namun, karena berdasarkan sumber daya fosil, kinerja dalam hal mitigasi CO2 secara keseluruhan tetap rata-rata, kecuali unit tangkapan CO2 ditambahkan, yang mewakili strategi yang berbeda dari yang saat ini diusulkan. Opsi lain yang lebih disukai adalah memproduksi H2 melalui elektrolisis air. Produksi H2 perlu bebas fosil, dan dengan demikian, metode produksi yang tepat adalah elektrolisis air dengan listrik rendah CO2, yaitu listrik terbarukan atau nuklir. Tantangannya adalah mencapai produksi massal H2 dalam kondisi ekonomi yang dapat diterima. Meskipun elektrolisis air adalah teknologi yang dikenal, beberapa pengembangan diperlukan untuk mencapai target jumlah massal H2 yang rendah CO2, dan di atas semuanya, yang terjangkau untuk pembuatan besi. Ukuran pabrik dapat dicapai dengan mengalikan sel elektrolitik. Teknologi baru yang ditingkatkan juga telah diidentifikasi, seperti sel membran pertukaran proton dan elektrolisis tekanan tinggi atau suhu tinggi.

Proses kedua adalah produksi besi melalui reduksi langsung bijih besi di dapur tiang yang dioperasikan hanya dengan H2. Ini adalah jantung proses pembuatan besi berbasis H2. Dapur tiang diisi dengan pelet atau bijih kasar di atas, yang turun karena gravitasi dan bertemu dengan aliran H2 yang naik, disuntik di sisi pada ketinggian tengah reaktor dan keluar di atas. Reaksi reduksi terjadi di bagian atas antara keluran dan masuk gas pengurang. Konversi ke besi selesai pada tingkat masuk gas. Di bawahnya, bagian kerucut dapat digunakan untuk mendinginkan DRI, namun lebih baik menggunakan H2 alih-alih metana (CH4). Rangkaian gas sisa jauh lebih sederhana daripada proses DRI konvensional dengan NG yang direformasi, dengan gas atas yang terdiri dari H2-H2O didinginkan untuk mengenkapkan air. H2 yang terpisah didaur ulang, dicampur dengan H2 segar dari pabrik elektrolisis, dan dipanaskan ulang ke suhu yang diinginkan (sekitar 800 derajat C hingga 900 derajat C).

 

Dari pemodelan matematis zona reduksi dapur tiang yang dioperasikan dengan 100 % H2, ditemukan bahwa, karena kinestika reduksi yang cepat dengan H2, metalisasi lengkap secara teoretis dapat dicapai lebih cepat daripada campuran H2-CO, menghasilkan reaktor yang lebih kecil dari dapur DR saat ini.

Proses ketiga adalah pencairan DRI bebas C di EAF untuk menghasilkan baja. Proses reduksi berbasis H2 menghasilkan produk besi nol karbon, yang menunjukkan bahwa sumber C bebas fosil diperlukan untuk menghasilkan produk baja dengan kimia yang diperlukan pada tahap pembuatan baja.

Dalam rute pembuatan baja berbasis H2 terbaik yang dipelajari dalam proyek ULCOS (pembuatan baja CO2 ultra rendah) (Fig1), H2 dianggap dihasilkan oleh elektrolisis air menggunakan listrik hidro atau nuklir. Bijih besi dianggap direduksi menjadi DRI oleh H2 di dapur tiang, dan DRI bebas C dianggap diperlakukan di EAF untuk menghasilkan baja. Rute ini menunjukkan kinerja yang menjanjikan mengenai emisi CO2 yang kurang dari 300 kg CO2 / ton baja, termasuk biaya CO2 listrik dengan emisi dari dapur DR itu sendiri hampir nol. Ini mewakili potongan 85 % emisi CO2 dibandingkan dengan sekitar 1.850 kg CO2 / ton baja saat ini dari rute BF-BOF (caur oksigen dasar). Rute baru ini adalah cara yang lebih berkelanjutan untuk membuat baja. Namun, perkembangannya di masa depan sangat tergantung pada munculnya ekonomi H2 yang disebut-sebut, ketika gas ini tersedia dalam jumlah besar, dengan biaya yang kompetitif, dan dengan emisi CO2 rendah untuk produksinya.

Fig 1 Rute pembuatan baja berbasis hidrogen

Dalam reduksi berbasis H2, bijih besi direduksi melalui reaksi gas-padat, mirip dengan rute DRI. Faktor membedakan satu-satunya adalah bahwa agen pengurang adalah H2 murni alih-alih gas CO, syngas, atau kokas. Reduksi bijih besi oleh H2 terjadi dalam dua atau tiga tahap. Untuk suhu di atas 570 derajat C, bijih hematit (Fe2O3) pertama diubah menjadi magnetit (Fe3O4), kemudian menjadi wustit (FexO), dan akhirnya menjadi besi logam sedangkan pada suhu di bawah 570 derajat C, magnetit langsung diubah menjadi besi karena wustit tidak termodinamis stabil.

Reaksi reduksi yang terlibat dalam reduksi bijih besi oleh H2 direpresentasikan oleh persamaan (i) 3 Fe2O3 + H2 = 2 Fe3O4 + H2O, (ii) x Fe3O4 + (4x-3) H2 = 3 FexO + (4x-3) H2O, dan (iii) FexO + H2 = x Fe + H2O di mana x sama dengan 0,95. Seperti yang diindikasikan oleh reaksi ini, reduksi bijih besi dengan H2 mengeluarkan uap air yang tidak berbahaya (H2O) alih-alih gas rumah kaca CO2. Reaksi keseluruhan untuk reduksi bijih hematit dengan H2 adalah Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O yang merupakan reaksi endotermis dengan panas reaksi, delta H pada 298 derajat C = 95,8 kJ/mol, yang negatif untuk keseimbangan energi proses dan memerlukan penambahan energi dengan gas pengurang / campuran gas yang disuntik. Fokus dalam mengembangkan garis produksi adalah optimisasi berdasarkan suhu reduksi, kinestika reaksi, komposisi pelet, dan teknologi untuk pemanasan awal gas pengurang.

Konsumsi H2 stoiometri untuk reduksi bijih hematit (Fe2O3) adalah 54 kg per ton besi. Oleh karena itu, pabrik baja 1 juta ton per tahun memerlukan pabrik H2 yang memiliki kapasitas hingga 70.000 cum / jam H2 pada suhu dan tekanan standar (STP). Dengan H2 sebagai gas pengurang, penting untuk mengantisipasi perubahan perilaku reaktor dibandingkan dengan reaktor dengan campuran H2-CO sebagai gas pengurang (Fig 2). Beberapa faktor dapat berinteraksi dengan cara yang berbeda, seperti kinestika, termodinamika, transfer panas, dan aliran gas. Mengenai kinestika, studi laboratorium pada reduksi oksida besi dengan CO, H2, dan campuran CO-H2 telah secara jelas menunjukkan bahwa, semuanya sama, kinestika dengan H2 lebih cepat (hingga 10 kali) daripada dengan CO. Namun, sebagian besar fitur reaksi sangat mirip dengan reduksi oleh CO dan banyak mekanisme umum bagi keduanya. Namun, ada juga perbedaan yang signifikan.

Fig 2 Perbandingan kinestika reduksi pelet hematit dengan H2, CO, dan campuran H2-CO

Faktor utama pertama adalah termodinamika, yang menguntungkan CO pada suhu rendah, seperti yang ditunjukkan oleh diagram Chaudron (Fig 3). Panah biru vertikal mewakili gaya penggerak untuk reduksi wustit-ke-besi, yang meningkat dengan suhu dengan H2 dan menurun dengan suhu dengan CO.

Fig 3 Diagram fase Chaudron dari domain fase besi sebagai fungsi suhu dan daya oksidasi gas

Faktor kedua adalah panas reaksi reduksi seperti yang ditunjukkan dalam Tab 1. Reaksi hematit-ke-magnetit kurang eksotermis dengan H2 daripada dengan CO, reaksi magnetit-ke-wustit lebih endotermis, dan terutama, reaksi wustit-ke-besi endotermis dengan H2 dan eksotermis dengan CO. Secara keseluruhan, keseimbangan adalah reduksi endotermis dengan H2 dan reduksi eksotermis dengan CO. Akibatnya, suhu dan komposisi di dapur sangat berubah dengan komposisi gas masuk. Saat keluar dari zona injeksi gas, suhu menurun karena retakan metana, tetapi dengan kandungan CO yang lebih tinggi, ranjang dipelihara pada suhu yang lebih tinggi akibat panas eksotermis dari reaksi reduksi, sedangkan suhu lebih rendah dengan lebih banyak H2.

Tab1 Nilai panas reaksi reduksi
Reaksi	Delta H, 800 derajat C
	J/mol
3Fe2O3 +H2 + 2 Fe3O4 = H2O	– 6.020
3Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2	– 40.040
Fe3O4 + H2 = 3 FeO + H2O	46.640
Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2	18.000
FeO + H2 = Fe + H2O	16.410
FeO + CO = Fe + CO2	– 17.610
Catatan: Tanda minus menunjukkan reaksi eksotermis

Meskipun dalam semua kasus, lebih banyak H2 daripada CO yang secara keseluruhan digunakan untuk tiga reduksi (hasil dari kinestika), efek terakhir, yaitu, reduksi oleh CO di zona tengah dalam kasus gas CO, menentukan mengenai tingkat metalisasi akhir. Juga, saat menggunakan hanya H2 (baik pada masuk gas pengurang maupun pada masuk bawah) zona tengah yang lebih dingin tidak ada, suhu lebih seragam secara radial, dan reduksi, karena kinestika yang efisien, berlangsung sampai selesai (100 % metalisasi).

Seperti yang terlihat di atas, reduksi dengan H2 adalah endotermis, sedangkan dengan CO adalah eksotermis. Di sisi lain, termodinamika lebih menguntungkan dengan H2 daripada dengan CO di atas 800 derajat C. Ini membuat operasi industri berbeda. Dengan H2, gas panas yang diumpankan harus membawa cukup kalori untuk memanaskan dan memelihara padat pada suhu yang cukup tinggi agar reaksi dapat terjadi. Oleh karena itu, beroperasi dengan laju aliran gas yang lebih tinggi dari stoiometri diperlukan. Kinestika juga dilaporkan lebih cepat dengan H2. Ini pada gilirannya dapat memodifikasi morfologi produk akhir (besi), yang bergantung pada kompetisi antara difusi dan reaksi kimia. Secara khusus, pembentukan whiskers tampaknya merupakan fitur spesifik dari reduksi oleh H2. Whiskers adalah biji besi yang menjulang dari fase wustit dan tumbuh seperti jari menuju bagian luar partikel. Whiskers membuat kontak besi-besi lebih sering dan dapat menjelaskan fenomena menempelnya partikel padat, kadang-kadang dialami di reaktor industri yang dioperasikan dengan kandungan H2 tinggi. Fenomena canggung lain yang diamati dengan reduksi H2 adalah terjadinya, pada beberapa suhu, penurunan kecepatan pada akhir reaksi untuk mencapai persentase terakhir tingkat konversi.

Di dapur tiang dengan H2 murni, tidak ada sumber C. Karena sifat endotermis dari reaksi, sejumlah besar panas diserap, dan suhu dalam pada lapisan bahan mentah menurun dengan cepat. Akibatnya, reaksi reduksi yang perlu mengonsumsi sejumlah besar panas menyebabkan penurunan tingkat penggunaan gas. Jumlah H2 sebagai pembawa panas perlu ditingkatkan untuk mempertahankan produktivitas yang diinginkan. Sebagai contoh, ketika tekanan di atas adalah 0,4 MPa, jumlah H2 dengan suhu 900 derajat C perluSetidaknya 2.600 cum per ton DRI untuk memenuhi kebutuhan panas reduksi dapur tiang. Jika penambahan H2 tetap sama, output DRI setengah dari yang saat ini, yang mengakibatkan peningkatan besar dalam biaya produksi DRI.

Berat jenis H2 rendah, dan densitas H2 hanya 1/20 kali dari CO. Akibatnya, molekul gas H2 yang masuk dengan cepat melarikan diri ke atas. Dibandingkan dengan jalur dan arah gas pengurang campuran, jalur H2 di dapur berubah begitu cepat sehingga H2 tidak dapat tinggal di zona suhu tinggi di bagian bawah dapur tiang untuk menyelesaikan tugas reduksi pelet bijih besi. Secara teoretis, produk DRI juga dapat mencapai indeks yang dirancang dengan mempertahankan H2 masuk dengan tekanan di atas 1 MPa dan suhu di atas 1.000 derajat C.

Lebih jauh, H2 adalah bahan yang sangat mudah terbakar dan meledak, dan dapur tiang memerlukan produksi yang sangat efisien dan stabil jangka panjang. Jika sistem dapur tiang diizinkan bekerja untuk waktu lama di kondisi ultimatif suhu tinggi dan tekanan tinggi, keselamatan menjadi masalah. Singkatnya, laju reduksi langsung dan efisiensi produksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti proporsi H2, suhu, tekanan, tingkat penggunaan gas, waktu tinggal bijih besi, transfer panas, transfer massa, dan desain dapur tiang.

Inisiatif HYBRIT

HYBRIT adalah singkatan dari ‘HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology’. Pada 4 April 2016, tiga perusahaan Swedia—SSAB, LKAB, dan Vattenfall AB meluncurkan proyek yang bertujuan untuk menyelidiki kelayakan proses produksi DRI berbasis H2, dengan listrik bebas emisi CO2 sebagai sumber energi utama. Perusahaan gabungan didirikan, HYBRIT Development AB, dengan ketiga perusahaan sebagai pemilik. Ini memberikan akses penuh ke kompetensi terbaik dalam seluruh rantai nilai dari produksi energi, pertambangan, pengolahan bijih dan produksi pelet, reduksi langsung, pencairan, dan produksi baja kasar. Studi kelayakan awal pada reduksi langsung berbasis H2 dilakukan pada 2017. Studi menyimpulkan bahwa rute proses yang diusulkan secara teknis dapat dilakukan dan, mengingat tren masa depan biaya emisi CO2 dan listrik, juga menarik secara ekonomis untuk kondisi di Swedia Utara / Finlandia.

Proses HYBRIT menggantikan batubara dengan H2 untuk reduksi langsung (DR) besi, digabungkan dengan EAF. Proses ini hampir sepenuhnya bebas fosil, dan menghasilkan pengurangan besar dalam emisi gas rumah kakanya. Proses ini di antara beberapa inisiatif yang menggunakan pengaturan H2-DR / EAF, menggabungkan reduksi langsung bijih besi dengan penggunaan H2 dengan EAF untuk pengolahan lebih lanjut menjadi baja. Produk dari proses H2-DR adalah DRI atau besi spons, yang diumpankan ke EAF, dicampur dengan porsi sisa baja yang sesuai, dan diproses lebih lanjut menjadi baja.

Aliran proses utama dari proses produksi HYBRIT ditunjukkan dalam Gambar 4. Karakteristik utama proses adalah (i) bahan bakar non-fosil digunakan dalam produksi pelet, (ii) H2 dihasilkan dengan elektrolisis menggunakan listrik bebas fosil, (iii) penyimpanan H2 dalam unit yang dirancang khusus digunakan sebagai penangkal jaringan, (iv) dapur tiang digunakan untuk reduksi bijih besi, (v) pelet yang disesuaikan digunakan sebagai umpan bijih besi, (vi) campuran gas pengurang dipanaskan sebelum injeksi ke dapur, (vii) produk dapat berupa DRI atau HBI bebas C atau terkaburi, dan (viii) DRI / HBI dicairkan bersama dengan sisa baja daur ulang di EAF.

Fig 4 Aliran proses produksi HYBRIT

Penggunaan H2 yang dihasilkan oleh elektrolisis air menggunakan listrik bebas fosil untuk mereduksi pelet bijih besi di dapur tiang adalah alternatif utama yang dipilih untuk inisiatif HYBRIT. Di bawah inisiatif ini, konversi ke rantai nilai bebas fosil dari tambang hingga baja jadi termasuk banyak masalah yang harus dikembangkan di mana kondisi pasar lokal dan geografis juga dipertimbangkan. Swedia memiliki situasi unik dengan overkapasitas listrik di bagian utara negara, dekat tambang bijih besi, akses baik ke biomassa dan pabrik baja, dan jaringan yang kuat antara industri, institusi penelitian, dan universitas.

Proses HYBRIT termasuk dalam kategori konsep teknologis yang substansial lebih dekat dengan penerapan komersial. Ini didasarkan pada penggunaan H2 sebagai agen pengurang, dengan H2 yang dihasilkan melalui elektrolisis berdasarkan listrik terbarukan. Dari sudut pandang lingkungan, keuntungan terpenting dari ini adalah bahwa buang dari proses ini adalah air (H2O) alih-alih CO2, dengan pengurangan emisi GHG yang berikutnya. Seperti pembuatan baja DRI konvensional, besi yang dihasilkan menggunakan rute DRI berbasis H2 dapat diproses lebih lanjut menjadi baja menggunakan teknologi EAF yang tersedia secara komersial. Langkah produksi H2 dan pembuatan baja EAF dapat bebas C jika tenaga listrik dan H2 dihasilkan menggunakan sumber terbarukan seperti elektrolisis PV (fotovoltaik) surya / angin / air, produksi H2 foto-kimia, atau pembiakan air termal surya.

Teknologi pembuatan besi flash menggunakan hidrogen

Teknologi transformasi baru untuk pembuatan besi alternatif sedang dikembangkan oleh konsorsium organisasi dan institusi dengan dukungan keuangan dari American Iron and Steel Institute di AS. Teknologi ini didasarkan pada reduksi gas langsung konsentrat oksida besi dalam proses reduksi flash. Teknologi ‘pembuatan besi flash (FIT)’ baru memiliki potensi untuk mengurangi konsumsi energi sebesar 32 % hingga 57 % dan menurunkan emisi CO2 sebesar 61 % hingga 96 % dibandingkan dengan operasi BF rata-rata saat ini. Teknologi ini mengurangi konsentrat bijih besi dalam reaktor flash dengan gas redukan yang sesuai seperti H2 atau gas alam, dan mungkin gas bio / batubara atau kombinasi dari keduanya. Ini adalah proses pembuatan besi flash pertama. Teknologi ini cocok untuk operasi industri yang mengonversi konsentrat bijih besi (kurang dari 100 mikron) menjadi logam tanpa perawatan lebih lanjut.

Teknologi transformatif ini menghasilkan besi sambil melewati peletisasi atau sinterisasi serta langkah pembuatan kokas. Lebih jauh, proses ini intensif karena partikel halus konsentrat direduksi dengan cepat pada suhu 1.150 derajat C hingga 1.350 derajat C. Dengan demikian, waktu tinggal yang diperlukan dalam proses ini berurutan detik alih-alih menit dan jam yang diperlukan untuk pelet dan bahkan butiran bijih besi. Reduksi 90 % -99 % terjadi dalam 2 detik hingga 7 detik pada suhu 1200 derajat C hingga 1500 derajat C. Waktu tinggal adalah kombinasi kecepatan reaksi karena suhu, ukuran bahan masukan, dan jumlah gas berlebih / jarak dari garis seimbang. Kebutuhan energi proses dengan H2 sebagai gas pengurang adalah 5,7 GJ (1.360 Mcal) / ton besi cair. Diagram seimbang Fe/FeO ditunjukkan dalam Gambar 5.

Fig 5 Diagram seimbang Fe/FeO

Bagian pemanasan reaktor adalah di mana coil pemanasan induksi memanaskan penyerap grafit. Penyerap memanaskan dinding refraktori dengan radiasi. Kedua penyerap dan refraktori memanaskan gas dan partikel dengan konveksi dan radiasi. Setelah dipanaskan ke suhu, gas dan partikel memasuki zona reaksi, di mana diasumsikan isolasi yang baik sehingga kondisi dinding diatur sebagai adiabatik. Setelah zona reaksi, ada zona pendingin dengan panel pendingin untuk mendinginkan gas dan partikel. Gambar 6 menunjukkan aliran proses pembuatan besi flash.

Fig 6 Aliran proses pembuatan besi flash

Dalam kasus FIT dengan H2 sebagai gas pengurang, emisi CO2 adalah 0,04 ton CO2 per ton besi cair. Emisi ini adalah 2,5 % dari emisi rute pembuatan besi BF. Proses besi flash dilakukan pada suhu yang cukup tinggi sehingga partikel individu memiliki cukup energi untuk menutup pori yang dibuat dari penghapusan oksigen. Dengan demikian, partikel individu jauh lebih tidak rentan terhadap pembakaran dari oksidasi cepat. Universitas Utah melakukan penelitian pada sampel bubuk kecil dan menentukan bahwa mereka tidak piroforik.

Proses menggunakan agen pengurang gas seperti NG, H2, syngas atau kombinasi dari keduanya. Ini akan diterapkan pada produksi besi sebagai umpan ke proses pembuatan baja atau sebagai bagian dari proses pembuatan baja langsung berkelanjutan. Dipertimbangkan dengan data eksperimental yang diperoleh selama fase sebelumnya dari proyek, pekerjaan pengembangan skala-up saat ini sedang berlangsung di Universitas Utah. Pengujian di caur flash laboratorium telah menghasilkan pembentukan database kinestika atas rentang luas kondisi operasi dan desain lengkap dari reaktor bench yang lebih canggih. Dengan tujuan untuk mengembangkan FIT yang layak industri, kampanye pengujian skala bench yang komprehensif direncanakan. Hasil yang diharapkan dari fase ini dari proyek adalah penentuan skalabilitas proses, hasil simulasi proses yang substansial, dan data teknik dasar yang mengarah pada desain dan konstruksi pabrik pilot industri.