DRI業界とは何ですか?

DRI 産業とは、鉄の融点以下の温度でのガスベースまたは石炭ベースの還元によって鉄鉱石を高純度の金属鉄に変換することにより、直接還元鉄を製造することに特化した鉄鋼冶金の分野を指します。このプロセスは高炉ルートを完全に回避し、代わりに改質装置システム内で生成される還元ガスを利用して鉄鉱石ペレットまたは塊鉱石から酸素を除去します。 DRI 改質管、シャフト炉本体、関連する加熱ヒーター ネットワークなどの機器は、すべての DRI 生産ラインのバックボーンを形成しており、これらのコンポーネントの信頼性が出力品質と運用コストの両方を決定します。

DRI業界のコア技術ルートとプロセス構成

ガスベースのシャフト炉プロセスは世界の DRI 生産能力の約 75.8% を占めており、MIDREX と Energiron が 2 つの主要な技術ライセンサーを代表しています。完全なプロセスチェーンは、シャフト炉内での還元、触媒を充填した反応管内でのガス改質、対流セクションによる廃熱回収、そして最終的なブリケット化または冷却という 4 つの接続された段階を経て実行されます。ガスの品質を低下させるとチェーン全体が動かされるため、改質管ネットワークはプロセス パフォーマンスの中心に位置します。

ガスベースのシャフト炉プロセスは、高い熱効率と、冷間 DRI、熱間 DRI、熱練炭などの柔軟な出力形式を組み合わせているため、DRI 業界を支配しています。還元ガスの準備は、このルートの運用の中核です。天然ガスはリサイクルされた炉ガスと混合され、ニッケルベースの触媒が充填された改質管を通って流れ、シャフト炉内で実際の還元を実行する水素豊富な反応ストリームを生成します。

DRI改質器管および触媒管部品の製造基準

DRI 改質管は改質炉の耐圧コアであり、900°C を超える内部ガス温度、外部バーナーからの直接輻射熱、持続的な内部圧力、および触媒床からの機械的摩耗にさらされます。遠心鋳造炉チューブプロセスは、緻密な壁微細構造と洗練された粒子構造を生成し、静的鋳造と比較してより強力な耐クリープ性と耐酸化性に直接つながるため、このコンポーネントの標準的な手法です。

通常、材料の選択は、25 ～ 35 パーセントのクロムと 35 ～ 45 パーセントのニッケルを含み、粒界強化のためにニオブ、タングステン、チタンが添加された HP グレードや HK グレードなどの高ニッケルクロム耐熱合金を中心に行います。両方の用途がほぼ同じ熱と圧力の要求を共有するため、同じ触媒チューブ技術が水素製造ユニットで使用される水素生成改質器チューブもサポートしています。

• 動作温度: 内部 900 ～ 1050°C、壁温度は最大 1100°C に達します
• 圧力要件: 触媒床の重量と組み合わされた内部還元ガス圧力に耐える必要があります
• 材質規格：高密度遠心鋳造構造の高ニッケルクロム耐熱合金
• 耐用年数: 通常の動作サイクルは約 8 ～ 12 年
• 製造工程：遠心鋳造、精密機械加工、非破壊検査

反応管の使用における故障モードには、主にクリープ変形、熱疲労亀裂、浸炭脆化、酸化スケール剥離などが含まれます。これらのリスクは、制御された鋳造冷却速度、最適化された合金比率、およびアセンブリが工場から出荷される前にすべての管板、マニホールド、およびコレクタ接続部を厳密に検査することによって対処されます。

DRI および加熱ヒーター システムの注目の製品シリーズ

以下の機器ラインは、改質管ネットワーク、シャフト炉本体、DRI プラント、エチレン ユニット、精製操作全体で使用される関連する分解および燃焼ヒーター システムをカバーしています。

DRI改質管

DRI産業

DRI炉

DRI産業

改質管

ファーネスチューブ

クラッキングチューブ（ラジアントコイル）

エチレン産業

エチレン分解炉

化学工業

DRI炉および関連加熱ヒーターシステムの構造設計

ガスベースの DRI シャフト炉は、耐火物で内張りされた円筒形の容器として構築されます。鉄鉱石のペレットまたは塊状の鉱石が上から装入され、重力によって下降し、向流パターンで上向きに流れる還元ガスと出会い、還元反応が完了します。この炉をサポートする加熱ヒーター システムのエンジニアリングでは、シャフトの高さと直径の比、断面全体にわたる均一なガス分布、制御された装入物降下速度、および充填点と排出点での信頼できる動的シール システムを考慮する必要があります。

これらのシステムの多くは、石油精製サービス用の加熱ヒーターおよび石油化学産業サービス用の加熱ヒーターとエンジニアリング ロジックを共有しています。これは、3 つすべてが輻射セクション、対流セクション、および炉本体設計、管冶金、およびバーナー レイアウトの間のエチレン分解炉レベルの調整のための正確な EPC に依存しているためです。プロセス設計から設置、試運転までの完全なプロジェクト実施により、これらの相互接続された炉部品が単一の信頼性の高いシステムとして動作し続けます。

DRI 業界におけるグリーン トランスフォーメーションとエンジニアリング トレンド

世界の DRI 業界は、低炭素運用に向けて移行しています。従来の天然ガスベースの DRI はすでに、高炉ルートよりも CO2 排出量が著しく低く、還元剤として 100% グリーン水素を中心に構築された DRI 技術は、鉄鋼部門の脱炭素化の主要な経路とみなされています。大手プロセスライセンサーは、還元剤として天然ガス、水素、合成ガスを柔軟に切り替えることができるプラント構成を開発しており、シャフト炉自体を再構築することなく、水素ベースの還元への完全移行への扉を開いたままにしています。

DRI ルートの 2 番目の利点は、プラント規模の柔軟性です。高炉と塩基性酸素炉を組み合わせた場合、経済性を維持するには通常、年間生産量が 200 万トン近く必要ですが、電気アーク炉と組み合わせた DRI プラントは、年間わずか 50 万トンから操業を開始できます。これにより、DRI 産業は、鉄鉱石資源が分散している地域、または天然ガスや水素の供給が限られている地域にとって特に実用的なものとなり、はるかに小さな資本規模でミニミル製鉄所をサポートします。

よくある質問

DRI 改質器チューブの製造に通常使用される材料は何ですか

DRI 改質器チューブは通常、遠心鋳造技術を使用して HP グレードや HK グレードなどの高ニッケルクロム耐熱合金から製造されており、900°C を超える動作温度と持続的な内部ガス圧力に耐えることができます。

DRI 炉と従来の加熱ヒーターの違い

DRI 炉は、鉄鉱石の直接還元用に特別に構築されたシャフト反応器で、向流気体接触、動的シール システム、および耐火物ライニングによって定義されます。これは、プロセス原理と構造設計の両方において、従来の加熱ヒーターとは根本的に異なります。

ガスベースの DRI プロセスにおける還元ガスの一般的な組成は何ですか

ガスベースの DRI プロセスにおける還元ガスは通常、約 55 パーセントの水素と 36 パーセントの一酸化炭素で構成され、H2 対 CO の比率は 1.5 に近く、改質管内での天然ガスの接触改質によって生成されます。

DRIの主な製品形態は何ですか

DRI は、冷間 DRI、熱間 DRI、および熱間練炭の 3 つの主な形式で製造されます。高温練炭鉄は、より安全な保管と輸送のために、高温の DRI を高密度の練炭に圧縮することによって作られます。

改質管の標準的な耐用年数はどのくらいですか

通常の動作条件下では、改質器チューブの寿命は、動作温度、圧力変動、触媒の交換頻度、使用する特定の合金グレードによって異なりますが、通常約 8 ～ 12 年です。

高炉製鋼と比較して、DRI プロセスにはどのような環境上の利点がありますか

DRI プロセスは、高炉ルートの約半分のエネルギーを消費し、CO2 排出量が大幅に削減されます。還元剤として 100% の水素と組み合わせると、ほぼゼロの炭素排出が達成可能となり、鉄鋼業界の脱炭素化の中核となる経路となります。