Nuovo metodo prevede come si deforma il minerale di ferro in altoforno

All'interno di un altoforno, i pellet di minerale di ferro si ammorbidiscono e si fondono sotto il peso del materiale che sta sopra di loro. Mentre si deformano, restringono gli spazi tra un pellet e l'altro, e il gas che deve risalire attraverso il forno trova meno spazio per passare. I ricercatori guidati dal professore associato Shungo Natsui dell'Università di Tohoku hanno trovato un modo per osservare questa deformazione e per misurarla.

Le tecnologie basate sull'idrogeno sono una strada promettente verso un acciaio a minori emissioni di carbonio, ma gli altiforni tradizionali resteranno importanti durante la transizione. Finora gli esperimenti si sono basati in larga misura sulle misure del restringimento complessivo del letto e della perdita di pressione del gas. Ciò rende difficile stabilire in che modo i cambiamenti all'interno dei singoli pellet contribuiscano al comportamento dell'intero letto compattato.

Il team ha lavorato con Tata Steel Europe, l'Università di Tecnologia di Delft e l'Istituto nazionale di scienza e tecnologia industriale avanzata (AIST). Hanno condotto esperimenti ad alta temperatura che riproducevano le condizioni di un altoforno e hanno usato la tomografia computerizzata a raggi X ad alta energia (TC) per ricostruire in tre dimensioni la struttura interna dei pellet. Hanno poi impiegato una simulazione basata sulle particelle chiamata Moving Particle Hydrodynamics-Implicit (MPH-I) per riprodurre la deformazione osservata. Confrontando la simulazione con le immagini TC, hanno potuto stimare la tensione di snervamento effettiva del guscio ricco di ferro, ossia quanto sforzo il materiale può sopportare prima di deformarsi in modo permanente. Misurare direttamente questa proprietà in condizioni di altoforno è complesso.

I pellet cambiano per fasi. A 1.300 °C, un guscio di ferro metallico relativamente rigido li ha aiutati a sopportare il carico. A 1.400 °C, i componenti che generano la scoria si sono concentrati all'interno dei pellet man mano che si ammorbidivano. A 1.550 °C, i pellet si erano fusi abbastanza da far gocciolare via il materiale liquido.

Il progresso chiave è che le proprietà meccaniche di un pellet possono essere stimate a partire dalla sua deformazione tridimensionale osservata, e non soltanto dal comportamento dell'intero letto. I ricercatori affermano che ciò potrebbe aiutare a prevedere la deformazione dei letti di minerale di ferro e a valutare come si comportano diverse materie prime ad alta temperatura. Per i produttori di acciaio, questo significa un modo per confrontare i minerali prima che arrivino all'altoforno, almeno in linea di principio. Il team prevede di applicare il metodo ad altri tipi di minerale di ferro e ad ambienti ricchi di idrogeno, ma non fornisce alcuna data, e i risultati ottenuti finora provengono da esperimenti di laboratorio.