Caminos hacia la descarbonización episodio siete: el horno de fundición eléctrico

16 junio 2023

Principales Proyectos de Sostenibilidad de Marketing

Jefe de Alianzas Técnicas

Principales alianzas de sostenibilidad

Vicepresidente de Ventas y Marketing de Sostenibilidad

El 23 de marzo de 2023, BHP firmó un acuerdo con la firma global de ingeniería Hatch para diseñar una planta piloto de horno de fundición eléctrica (ESF) con el objetivo de demostrar un camino para reducir la intensidad de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) en la producción de acero utilizando mineral de hierro de nuestra región occidental. Operaciones mineras de mineral de hierro de Australia (WAIO). Esta planta piloto será un activo vital para buscar optimizar y eliminar riesgos de la tecnología para ayudar a nuestros clientes que están considerando implementarla a gran escala. En este episodio de nuestra serie Caminos hacia la descarbonización, examinamos el funcionamiento interno del FSE y el importante papel que puede desempeñar en nuestro marco actualizado de descarbonización del acero.

La cadena de suministro mundial de hierro y acero es inmensa y produce casi 2 mil millones de toneladas de productos de acero al año1, que se utilizan en nuestros edificios, automóviles, electrodomésticos, turbinas eólicas y muchos otros bienes e infraestructuras que contienen acero. Mientras la industria del acero trabaja colectivamente para abordar el desafío del cambio climático, la navegación es incierta. Como comentamos en el episodio seis de esta serie, hay múltiples caminos por explorar y muchos pasos que se pueden dar hacia un posible estado final ecológico, que es la etapa de nuestro marco de descarbonización del acero en la que una producción generalizada de 'acero con emisiones cercanas a cero'2 podría ser alcanzable. En este contexto, mantener la resiliencia de la cadena de suministro es fundamental para garantizar que se satisfaga la demanda de acero durante toda la transición energética.

Las configuraciones de la cadena de suministro que prevalecen en la transición hacia un estado final ecológico deberán ofrecer una reducción profunda de las emisiones de GEI de manera rentable, manteniendo al mismo tiempo la confiabilidad y la flexibilidad.

Acelerar la descarbonización del acero manteniendo la integridad de la cadena de suministro involucra a toda la cadena de valor. Operamos al inicio de la cadena y nos enfocamos en garantizar que entreguemos minerales de hierro y carbones metalúrgicos consistentes y de alto rendimiento a nuestros clientes mientras trabajamos para descarbonizar nuestras operaciones. Para las emisiones de la cadena de valor fuera de nuestro control directo, hemos fijado el objetivo para 2030 de ayudar a los fabricantes de acero a desarrollar tecnologías y vías capaces de reducir en un 30 % la intensidad de las emisiones en la fabricación integrada de acero, y se espera una adopción generalizada después de 2030. Además, estamos persiguiendo el largo camino hacia 2030. Objetivo a largo plazo de cero emisiones netas de GEI de Alcance 3 para 2050 para nuestros clientes siderúrgicos y otros, nuestros proveedores y el envío de productos BHP. El logro de este objetivo es incierto, particularmente dados los desafíos que plantea una vía neta cero para nuestros clientes en la fabricación de acero, y no podemos garantizar el resultado por sí solos. Para la fabricación integrada de acero, el mayor contribuyente al inventario de emisiones de Alcance 3 informado por BHP en la actualidad, estamos persiguiendo estos objetivos a través de programas de investigación, inversiones de BHP Ventures y asociaciones con nuestros clientes, instituciones de investigación y proveedores de tecnología.

Basándonos en nuestra amplia investigación y experiencia en tecnología de procesos de fabricación de acero, hemos identificado vías potenciales a través de cuatro rutas de proceso para la fabricación de acero primario que son más prometedoras para alcanzar el estado final ecológico (nota: la fabricación de acero primaria es la producción de acero a base de mineral de hierro, donde se generan la mayoría de las emisiones de GEI). se generan menos emisiones, en lugar de la producción de acero a partir de chatarra, que genera menos emisiones pero está limitada por la disponibilidad de chatarra). Las cuatro rutas principales del proceso de fabricación de acero identificadas son:

Hacer avanzar la industria a lo largo de cualquiera de los caminos posibles a través de estas rutas de proceso requiere un amplio desarrollo de tecnologías aplicables, capacidades operativas e infraestructura de soporte. No todos estos desarrollos tendrán éxito y, en el caso de aquellos que lo sean, las condiciones locales influirán en dónde, cuándo, en qué combinación y en qué medida serán adoptados por las siderúrgicas. Por lo tanto, es prudente seguir vías para las cuatro rutas del proceso.

Ruta 1: Reducir los altos hornos es esencial si la industria quiere reducir materialmente la intensidad de las emisiones de GEI de la producción primaria de acero en la década de 2030.

La ruta del Alto Horno (BF) es eficiente, confiable, de gran escala y puede procesar una amplia variedad de minerales de hierro. Prevalece en la industria del acero hoy en día y representa ~70%, o ~1,4 mil millones de toneladas de producción anual de acero bruto a nivel mundial (la proporción en China es mayor, ~90%, o ~0,9 mil millones de toneladas por año)3. Las tecnologías de reducción que pueden integrarse o "conectarse" a la infraestructura de rutas BF existente presentan oportunidades vitales para acelerar la reducción de emisiones durante esta década y la próxima. Pueden aprovechar el vasto capital que ya está invertido en el sector y evitar la baja tasa de rotación de la industria, ya que tienen el potencial de aplicarse en la gran proporción de la producción primaria de acero que retendrá la flota duradera de BF. En nuestra opinión, para reducir materialmente la intensidad de las emisiones de GEI de la producción primaria de acero en la década de 2030, que se encuentra dentro de la vida útil operativa de muchos de estos activos, se requiere el desarrollo y la implementación generalizada de tecnologías de modificación de BF que reduzcan las emisiones en paralelo con las de otras rutas de proceso, que creemos que probablemente tardarán más en difundirse lo suficiente desde una participación baja o nula de la capacidad de producción actual.

BHP está contribuyendo al desarrollo de la reducción de la ruta BF a través de colaboraciones técnicas con los principales fabricantes de acero. Estas tecnologías incluyen el reciclaje de gas superior, CCUS, inyección de hidrógeno y sustitución de carbono fósil por carbono biogénico. No todas las tecnologías alcanzarán la viabilidad comercial en todas las regiones, pero creemos que una reducción considerable y rentable será cada vez más accesible para los fabricantes de acero.

Las mejoras de las materias primas desempeñan un importante papel facilitador de estas tecnologías. Con este fin, estamos avanzando en las evaluaciones de carbones coquizables con bajo contenido de cenizas, probando mejoras de nuestro producto en trozos de mineral de hierro y apoyando la adopción por parte de los clientes de los productos WAIO para la producción de pellets.

BHP no descarta tecnologías en etapa inicial y con alto potencial de reducción. Estamos invirtiendo en tecnologías incipientes de electrólisis que, si tienen éxito, implementarán una nueva ruta de proceso (Ruta 4: Reducción electroquímica por electrólisis), incluida la electrólisis de óxido fundido de Boston Metal y el hierro de baja temperatura de Electra. Sin embargo, una ruta de proceso completamente nueva en el ámbito técnicamente exigente de la fabricación de acero enfrenta desafíos para ser comercialmente viable en múltiples ubicaciones/regiones. Si es así, estas tecnologías también deben demostrar una productividad unitaria equivalente y un camino hacia la integración con las líneas de producción existentes para su implementación general.

En este episodio, nos centramos en las dos rutas de proceso que se encuentran entre estos sujetalibros; aquellos que utilizanHierro reducido directo(DRI) junto con unHorno de arco eléctrico(EAF) o unHorno de fundición eléctrico(ESF), que puede reemplazar los altos hornos en desuso o ofrecer nueva capacidad para la fabricación primaria de acero.

Ciclos de operación típicos de hornos de arco eléctrico y hornos de fundición eléctricos que utilizan DRI producido a partir de mineral de hierro tipo Pilbara.4,5,6

Las rutas de reducción directa del hierro facilitan el crecimiento de la fabricación de acero electrificado.

DRI es una forma sólida metalizada de mineral de hierro producida por una planta de DRI que opera a una temperatura por debajo del punto de fusión del mineral de alimentación. Las rutas de hornos eléctricos que utilizan DRI son atractivas para una profunda reducción de las emisiones de GEI ya que, a diferencia de la BF, la planta de DRI no requiere coque que contiene carbono para funcionar y en su lugar utiliza mezclas de gases que contienen hidrógeno para convertir químicamente el mineral de hierro en hierro, lo que reduce la intensidad de las emisiones de CO2. Actualmente, estas mezclas de gases de proceso se derivan de combustibles fósiles,7 pero en el futuro existe la posibilidad de hacer la transición del gas de proceso DRI hacia 100% hidrógeno. Además, no se produce fusión en la unidad DRI y la energía para la fusión se suministra principalmente mediante electricidad en un horno eléctrico separado. La generación de hidrógeno electrolítico "verde" y el funcionamiento del horno eléctrico se pueden alimentar con un suministro firme de energía renovable cuando sea económico hacerlo, poniendo al alcance de la mano una producción de acero con emisiones casi nulas. Sin embargo, hay buenas razones para ser cautelosos. Hay importantes obstáculos técnicos que superar y aún es necesario introducir carbono en algún punto de la ruta del proceso, ya que el acero es una aleación de hierro que contiene carbono. Además, la magnitud de la demanda de electricidad renovable que implica esta vía es enorme. Como señalamos en el episodio dos de esta serie, una sola planta de DRI de tamaño típico (es decir, 2 millones de toneladas de DRI por año) necesita el suministro de energía renovable equivalente a una pequeña central nuclear sólo para proporcionar el hidrógeno requerido. Incluyendo la energía para el horno eléctrico, la demanda total firme de energía renovable se acerca a la de una típica central nuclear de tamaño mediano de 1,0 GW. Reemplazar todas las plantas de la ruta BF en funcionamiento hoy en día requeriría aproximadamente 1.000 plantas de esta escala.

Actualmente, el EAF es el diseño de horno eléctrico predominante para el consumo de DRI, pero este diseño tiene umbrales operativos estrechos. BHP ha estado investigando el ESF como un diseño de horno alternativo que puede ofrecer un rendimiento superior y flexibilidad de materia prima en comparación con el EAF8. Hemos realizado investigaciones para determinar su idoneidad para un mayor desarrollo y hemos abogado por la consideración del FSE ante nuestros clientes. En asociación con Hatch, hemos comenzado un estudio de diseño para una planta piloto ESF.

El ESF también ha sido seleccionado recientemente para su desarrollo por los principales fabricantes de acero Tata Steel Europe, ThyssenKrupp, voestalpine, BlueScope y POSCO.

Figura 1: cuatro rutas principales del proceso de fabricación de acero proporcionan caminos potenciales hacia el estado final ecológico en nuestro marco de descarbonización del acero.

Para explicar por qué se ha dado prioridad al ESF para realizar pruebas de ampliación en nuestro programa de desarrollo, revisamos los pasos clave para convertir el mineral de hierro en acero y luego explicamos las diferentes formas en que las rutas de proceso DRI-EAF y DRI-ESF logran estos pasos.

El mineral de hierro está compuesto de óxidos de hierro y otras impurezas. Para convertirlo en acero se pasa por:

Estos no son los únicos pasos, pero sí los claves.

Por la ruta BF,reducciónyderritiendoAmbos se logran dentro del propio BF, yrefinando se realiza en un horno de oxígeno básico (BOF) separado. A través de la ruta ESF y ruta EAF, la unidad DRI que alimenta estos hornos solo realizareducciónsin fundirse, por lo que todas las impurezas quedan en el DRI sólido que posteriormente debe ser fundido y refinado para eliminarlas.

El EAF actual está diseñado para alimentar chatarra de acero.

El EAF fue diseñado y optimizado originalmente para fundir rápidamente lotes de chatarra con un potente calentamiento de un arco eléctrico y tiene tolerancias operativas estrictas.

Los EAF no son adecuados para la reducción de minerales, por lo que no pueden producir hierro a partir de mineral de hierro. El mineral debe reducirse (o "metalizarse") de antemano hasta obtener un metal a base de mineral. El metal de un alto horno y el DRI son metales a base de minerales y se han convertido en una importante materia prima para EAF para diluir impurezas residuales problemáticas en la chatarra que el horno no puede separar, como el cobre y el estaño. A medida que aumente la oferta de chatarra en el futuro, crecerá la demanda de metales a base de minerales para diluir los residuos de chatarra.

Sin embargo, cuando los EAF funcionan con niveles más altos de DRI para desplazar la producción tradicional de acero primario de ruta BF, se generan mayores volúmenes de escoria a partir de las impurezas de la ganga y el hierro se pierde fácilmente en esta escoria. La pérdida de hierro en el proceso es costosa e ineficiente, no sólo por el mineral adicional necesario para alimentar el horno, sino que las mayores pérdidas de metal también se traducen en una tasa de consumo de hidrógeno mucho mayor y una mayor dificultad técnica para minimizar las emisiones de GEI9. La eficiencia eléctrica del horno y la calidad del acero producido también son muy sensibles a la calidad de la alimentación.

Por estas razones, en la producción de DRI para EAF se utilizan las leyes más altas de mineral de hierro, normalmente por encima del 67 % de Fe con menos del 2,5 % de impurezas de ganga y bajo contenido de fósforo (la masa restante está formada principalmente por átomos de oxígeno unidos al Fe, que son el objetivo del paso de reducción). Para limitar las pérdidas de hierro en el EAF, la unidad DRI también está configurada para metalizar la mayor cantidad posible de mineral de hierro y el DRI que se produce generalmente se mezcla con al menos un 50 % de chatarra. Incluso con esta combinación de materias primas de alta calidad, los EAF actualmente no son adecuados para producir las más altas calidades de acero (por ejemplo, láminas para la fabricación de automóviles). Este no es un proceso muy flexible hoy en día y las demandas de materia prima están limitando una adopción más amplia de la ruta de producción DRI-EAF.

Wood Mackenzie estima que sólo ~3% del suministro de mineral de hierro transportado por vía marítima cumple con los umbrales de calidad típicos descritos anteriormente. La escasez y el alto costo de este mineral de hierro de 'grado DR' ha restringido la producción comercial de DRI a los pocos lugares que tienen reservas de mineral adecuadas y/o donde el gas natural (o carbón térmico) es extremadamente barato, por ejemplo, Medio Oriente, África del Norte, Estados Unidos, India y Rusia. Los productores de DRI y los operadores de EAF se han estado adaptando para mezclar ciertos tipos de material de menor calidad en sus operaciones, pero la ruta DRI-EAF sigue siendo inherentemente sensible a la calidad del alimento y, por lo tanto, solo es adecuada para una pequeña proporción de la producción mundial de mineral de hierro y acero primario.

Simplemente abrir nuevas minas que puedan cumplir con las especificaciones típicas de grado DR (después del procesamiento del mineral) no es una opción factible para hacer la transición de la industria a un estado final ecológico. Los depósitos adecuados son raros y muy difíciles de desarrollar por muchas razones; a menudo una combinación de inestabilidad geopolítica, geología, infraestructura logística de apoyo insuficiente y mano de obra calificada, e innumerables riesgos de HSE. Irónicamente, estos depósitos suelen tener un bajo contenido de mineral de hierro en el suelo, lo que tiene implicaciones fundamentales para el desarrollo minero. El mineral pasa por procesos intensivos de mejora (denominados “beneficio”) para alcanzar la especificación de producto de grado DR. Los procesos de beneficio aplicados a este tipo de yacimientos pueden ser muy eficientes para separar el hierro de la ganga para producir un producto de grado DR, pero a pesar de esto, la recuperación de masa general es inevitablemente baja, es decir, la cantidad de material que se debe extraer, mover y procesar por cada tonelada de producto mineral vendible es grande. Los costos de capital y operativos se multiplican en consecuencia y la complejidad operativa aumenta la susceptibilidad a sobrecostos, retrasos en el desarrollo y dificultades para lograr el volumen y la calidad de producción simultáneamente.

Estas minas generan grandes volúmenes de residuos de relaves durante el beneficio. El diseño de una mina para gestionar los relaves puede ser un desafío dependiendo de sus propiedades y del entorno local (especialmente el paisaje y los patrones de lluvia). En algunos casos, simplemente no se pueden obtener aprobaciones para incluir la gestión de relaves en los planes de desarrollo, lo que impide el desarrollo de la mina. La aplicación de procesos de beneficio, como la trituración del mineral hasta obtener partículas muy finas para la separación magnética, también aumenta el consumo de energía y la baja recuperación de masa del producto del material extraído generalmente se traduce en mayores emisiones operativas de GEI en la etapa de extracción aguas arriba.

Si bien es probable que se desarrolle un pequeño número de nuevas minas que puedan producir mineral de calidad DR, esperamos que la influencia en la mezcla global de minerales disponible para la industria del acero sea modesta debido a las limitaciones de escala, con la posible excepción de la planta de hierro Simandou. proyecto de mineral en Guinea si es beneficiado (lo cual no forma parte de los planes de desarrollo anunciados).

La industria requiere el desarrollo de vías para acero con emisiones casi nulas que puedan utilizar una amplia gama de minerales de hierro, en volumen suficiente para satisfacer la demanda de acero.

Para el mineral de depósitos que tienen un mayor contenido de Fe in situ, aquellos de calidad suficiente para ser comercializables con un procesamiento mínimo (denominado mineral de envío directo o DSO), también se pueden aplicar métodos de beneficio intensivo para mejorar aún más la calidad del mineral extraído. Sin embargo, muchos de estos depósitos de mineral, incluidos aquellos en nuestras operaciones WAIO, exhiben un magnetismo más débil y diferenciales de densidad entre el hierro y las impurezas contenidas en el mineral y, en consecuencia, responden menos al beneficio, que depende de estas propiedades para su efectividad. A medida que la ley objetivo de la planta de beneficio aumenta, el hierro se pierde en los desechos rechazados a un ritmo acelerado, lo que reduce la producción de la mina y erosiona el rendimiento del hierro que se recupera del depósito. Para la mayoría de las minas, esto crea un límite práctico para la calidad del producto alcanzable que está por debajo de los estándares actuales de DR, incluso con la mejor tecnología disponible para el beneficio aplicada. En algunos casos, el beneficio selectivo de las partes más sensibles de un yacimiento puede entregar un producto de calidad DR, pero solo por una fracción de la producción de la mina.

BHP tiene un programa de desarrollo de tecnología de beneficio en curso para mejorar el rendimiento de recuperación de leyes y actualmente estamos considerando la construcción de una planta de beneficio en nuestra operación minera de Jimblebar; sin embargo, alcanzar los umbrales de calidad de DR actuales para toda la producción minera no es realista para Jimblebar y la mayoría de las demás Pilbara. minas y depósitos en el futuro previsible.

Demostración de la peletización del mineral de hierro de BHP: en algunos mercados existe la percepción de que los minerales de Pilbara no pueden producir pellets. Sin embargo, a través de un programa colaborativo de investigación y desarrollo con nuestros clientes en China que operan plantas de pellets, hemos demostrado que los productos WAIO de BHP pueden mezclarse con una variedad de tipos de minerales (una práctica normal para una acería y cómo se comercializan los minerales de hierro). se utilizan ahora) para producir pellets de calidad comparable a otros pellets comerciales transportados por mar. También hemos producido cantidades a escala piloto de pellets WAIO 100% BHP que cumplen con los requisitos de calidad metalúrgica para uso BF y DRI. Al demostrar esta capacidad con nuestros clientes, abrimos pasos valiosos para lograr emisiones potencialmente cada vez más bajas para la producción de BF de nuestros minerales, y también para la producción de DRI utilizando tecnología de hornos de cuba alimentados con pellets, que es la tecnología DRI establecida que se utiliza en la industria hoy en día.

Figura 2: Curvas indicativas de recuperación de masa para el beneficio de un depósito de Pilbara y un depósito que actualmente produce producto de grado DR (promedio ilustrativo para cada depósito). Las flechas indican la dirección a lo largo de la curva que sigue el mineral extraído durante el beneficio.

El horno de fundición eléctrico: ¿una clave para desbloquear la reducción directa y flexible del mineral de hierro?

A diferencia de un EAF, el ESF está diseñado específicamente para procesar DRI y puede adaptarse para operar con diferentes grados y formas físicas de DRI (por ejemplo, pellets, finos, terrones o briquetas). Esto amplía la gama de materias primas de mineral de hierro adecuadas para incluir minerales de ley media de nuestras operaciones WAIO, que naturalmente toman la forma de trozos y finos, pero que también son susceptibles de peletización y briquetas. Es importante destacar que el metal producido por ESF también es apto para refinarse y convertirse en toda la gama de aceros acabados que produce la ruta BF. En el pasado, la competitividad de la actual fábrica de hierro BF hizo que la comercialización de la tecnología ESF fuera poco atractiva, pero el impulso hacia una producción de acero primario con emisiones cercanas a cero ha alterado sus perspectivas.

Entonces, ¿qué diferencia al FSE que le otorga estas capacidades más amplias? Al igual que con el EAF, un ESF implica la generación de calor en una mezcla ferrosa al pasar electricidad entre electrodos que descienden a través del techo del horno. Sin embargo, los procesos que ocurren en su interior son muy diferentes a los de un EAF. El ESF está configurado para funcionar de forma continua, manteniéndose las condiciones reductoras añadiendo pequeñas cantidades de carbono10 dentro del horno, que está sellado para evitar la entrada de aire. Los electrodos funcionan de manera diferente, lo que altera la trayectoria eléctrica, la densidad de potencia y los procesos metalúrgicos asociados que ocurren alrededor de los electrodos. DRI se alimenta continuamente al horno para mantener una capa de material sólido que se reduce y se funde gradualmente y que rodea los electrodos y flota sobre el metal fundido y la escoria. El entorno operativo del horno también permite controlar la química de la escoria de una manera que se asemeja a la escoria BF en lugar de a la escoria EAF. El metal fundido y la escoria se drenan periódicamente del horno a través de orificios de grifo sin detener el funcionamiento del horno.

Estas diferencias pueden parecer bastante sutiles, pero prometen abrir una nueva ruta en el proceso de fabricación de acero que sea a la vez flexible y rentable para una reducción profunda de las emisiones de GEI.

Figura 3: rangos operativos típicos para las rutas de proceso BF y DRI

Sinergias upstream y downstream

Con una ampliación exitosa, la ruta DRI-ESF sería adecuada para el reemplazo progresivo de la parte frontal de la acería, que genera muchas emisiones de GEI (altos hornos, plantas de sinterización y baterías de coque), sin dejar varados sus extensos activos de refinación y procesamiento posteriores y sus asociados. infraestructura logística, que se necesitan para fabricar y entregar una multitud de productos de acero terminados a sus usuarios finales.

Alternativamente, se pueden construir plantas de DRI independientes o combinadas de DRI-ESF en una ubicación económicamente más favorable (por ejemplo, donde el hidrógeno verde es más barato) sin renunciar al apalancamiento de la infraestructura posterior, ya que la DRI puede enviarse o el hierro producirse mediante la planta combinada. DRI-ESF se puede fundir y luego transportar a una acería existente (tenga en cuenta que la refundición de este hierro cuando llega a la acería requiere energía adicional que se evita con un DRI-ESF ubicado en el sitio de la acería).

La capacidad del ESF para producir metal fundido y escoria similares a los que produce un BF también ofrece sinergias ascendentes, al relajar los estrictos umbrales de calidad de la DRI que se aplican al EAF. Las pérdidas de hierro a la escoria son menores y el fósforo de la alimentación del mineral puede gestionarse mediante procesos de refinación posteriores. Algunos de los obstáculos técnicos más desafiantes en la producción de DRI se relacionan con el comportamiento físico cambiante del DRI (especialmente la pegajosidad) a medida que alcanza los grados más altos de metalización, por encima del 90%. Al combinar la unidad DRI con un ESF en lugar de un EAF, es posible que la metalización solo necesite alcanzar el 80-85%, evitando estos problemas por completo. Esto eliminaría el riesgo de la operación de los diseños actuales de plantas de DRI con hornos de cuba y también abriría la puerta a otras tecnologías de DR, como los diseños de lecho fluidizado, tradicionalmente desafiados por la complejidad del proceso para alcanzar una alta metalización, que pueden reducir los minerales finos (la forma más abundante). de mineral de hierro comercializado) sin necesidad de preprocesarlo en sinterizado, pepitas o pellets. Por lo tanto, el grado de metalización de la alimentación de DRI es un parámetro clave que debe investigarse al poner a prueba y ampliar el FSE. Por otro lado, probar la tecnología DR de lecho fluidizado para finos de mineral de hierro no es esencial para el éxito de la ruta DRI-ESF para minerales tipo Pilbara, por lo que se obtendrán y probarán una variedad de formas DRI para la planta.

Se espera que la escoria que produce el ESF sea similar a la escoria BF y, por lo tanto, adecuada como sustituto del cemento en lugar de necesitar eliminación. Es probable que desplazar la producción de cemento, que genera muchas emisiones de GEI, ahorre entre 150 y 200 kg de CO2 por tonelada de metal caliente producida por el FSE11.

Progresando a piloto

Los componentes tecnológicos del ESF han madurado en industrias adyacentes (por ejemplo, producción de ferroaleaciones, titania y níquel), pero los requisitos metalúrgicos, de ingeniería y operativos para su aplicación a la producción de acero con bajas emisiones de GEI a partir de minerales tipo Pilbara no se han caracterizado suficientemente. Para que el FSE pueda realizar plenamente su papel potencial en la reducción de la intensidad de las emisiones de GEI de la fabricación primaria de acero, su capacidad debe demostrarse y compartirse para permitir una amplia adopción por parte de la industria. Nuestra larga trayectoria en la industria del acero y nuestra profunda experiencia en fabricación de acero primario construida en colaboración con nuestros clientes en diferentes mercados colocan a BHP en una posición única para emprender el desarrollo con estos objetivos en mente.

La planta piloto ESF diseñada por BHP y Hatch proporcionará la plataforma necesaria para investigar sistemáticamente y tratar de eliminar riesgos y optimizar la tecnología para procesar minerales de Pilbara y es un hito clave en el viaje de desarrollo desde las pruebas de laboratorio hasta la implementación comercial exitosa.

Notas a pie de página

1 La producción total de acero bruto a nivel mundial fue de 1.890 millones de toneladas en 2022 (Asociación Mundial del Acero).

2 A lo largo de este artículo, se utiliza 'acero con emisiones casi nulas' según lo define la AIE y se implementa en el Estándar Internacional ResponsibleSteel V2.0 (umbral de nivel 4 de rendimiento 'cerca de cero'). AIE (2022), Lograr cero emisiones netas en los sectores de la industria pesada en los miembros del G7, AIE, París, Licencia: CC BY 4.0.

3 worldsteel.org/steel-topics/statistics/world-steel-in-figures-2023, Asociación Mundial del Acero

4 Las tasas de carga de DRI, chatarra, fundente y carbón que se muestran son ilustrativas y se consideran típicas de la operación eficiente de un horno con DRI producido a partir de minerales tipo Pilbara. El EAF tiene la mayor flexibilidad en la proporción de desechos, y algunas de las compensaciones clave de rendimiento se analizan en otras partes de este artículo.

5 El “acero líquido” de un EAF está listo para fundirse. El “metal caliente” de un ESF, como el metal caliente BF, necesita refinarse hasta convertirse en acero líquido antes de fundirse. Esto normalmente se realiza en un horno de oxígeno básico (BOF), pero también se puede realizar en un EAF.

6 La mayoría de las pérdidas de hierro en la escoria de los hornos eléctricos son hierro reoxidado (FeO), con pérdidas más pequeñas en forma de gotas de hierro metálico suspendidas en la escoria.

7 Gas natural reformado o carbón gasificado, que proporciona una mezcla de gases que contiene principalmente hidrógeno y monóxido de carbono con cantidades más pequeñas de dióxido de carbono, metano y vapor de agua. El contenido de hidrógeno suele ser ~55%.

8 Dos tipos destacados de ESF son el horno de arco sumergido (SAF) y el horno de baño de escoria abierto (OSBF), siendo este último más adecuado para fabricar acero. El ESF también se denomina a veces horno eléctrico reductor o fusor eléctrico (aunque técnicamente es una fundición, ya que realiza tanto reducción como fusión).

9 Las emisiones de la cadena de valor se ven amplificadas por la pérdida de rendimiento del hierro, incluso si el mineral se ha reducido con 100% de hidrógeno. Esto se debe a mayores emisiones de calcinación de flujo, mayores emisiones de Alcance 3 aguas arriba (minería y logística) y mayores emisiones de Alcance 2 si la electricidad obtenida para el EAF no es 100% renovable.

10 Se estima que hay aproximadamente entre 0,05 y 0,08 toneladas de carbono por tonelada de acero bruto, lo que equivale a entre 0,18 y 0,29 toneladas de emisiones de CO2.

11 Suponiendo 0,6 toneladas de CO2 emitidas por tonelada de cemento Portland, 250-330 kg de escoria generada por tonelada de metal caliente producido en un ESF y una relación de reemplazo de cemento: escoria de 1:1 en masa.

Chris se unió a BHP hace dos años y tomó las riendas de la gestión de Jasper Asia en 2022. Está orgulloso de la cultura inclusiva y del programa de espectadores activos de BHP, y espera que cuando sus colegas denuncien comportamientos dañinos, ayude a crear un espacio seguro para que las personas LGBTQ+ escribir y compartir sus historias.

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