Klimaatvriendelijk ijzer produceren met het Cyclone Converter Furnace

Het Cyclone Converter Furnace geldt als één van de veelbelovende technieken om een grote stap te zetten in het optimaliseren van de staalproductie. Het CCF maakt energie-intensieve voorbewerking van kolen (cokesproductie) en erts (het maken van sinteren en pellets) overbodig en is daardoor over het hele proces bekeken efficiënter dan de traditionele hoogoven.

Op papier verbruikt het CCF maar liefst 20 % minder energie en dat betekent een forse verlaging van de uitstoot van CO₂. Ook andere emissies dan kooldioxide zijn flink lager lager door het ontbreken van vooral de cokesoven (VOS, stof, NO_x) en in mindere mate de sinterfabriek (stof, NO_x).

Het basisidee van het Cyclone Converter Furnace ontstond in de jaren tachtig bij Hoogovens. Het bedrijf stopte in 1998 uit financiële overwegingen met de ontwikkeling. Voor de bouw en exploitatie van een proeffabriek op industriële schaal was namelijk 250 miljoen euro nodig. Dat bedrag viel destijds niet bij elkaar te brengen.

Het CCF concept is inmiddels nieuw leven ingeblazen dankzij het Europese project Ulcos, dat is een afkorting voor Ultra Low CO₂ Steelmaking. Het doel van het project, waaraan onder anderen alle grote Europese staalfabrikanten meedoen, is in 2050 50% minder CO₂ te produceren bij het maken van staal.

Cycloon

Het CCF werkt op basis van het zogeheten smelt-reductieproces. De oven is opgebouwd uit een smeltcycloon met daaronder in de convertor een ruwijzerbad. In de cycloon worden zuurstof en fijngemalen ijzererts tangentiaal ingeblazen, terwijl van bovenaf gemalen steenkool in het bad wordt ingebracht.

Voor menging van het metaalbad wordt vanuit de bodem stikstof ingeblazen. IJzererts en zuurstof reageren in de cycloon met het koolmonoxide dat in de gassen in het ruwijzerbad zit, waardoor het ijzererts deels wordt gereduceerd. De temperatuur loopt daarbij zo hoog op dat het ijzererts smelt. De gesmolten massa slaat tegen de wanden van de cycloon aan, en valt vervolgens in het ruwijzerbad. Bij een temperatuur boven 1600 °C reageert het met de steenkool tot ruwijzer en koolmonoxide.

Ruwijzer uit het CCF kan op dezelfde manier verder worden verwerkt als ruwijzer uit een hoogoven. Bij het proces komen brandbare restgassen vrij en grote hoeveelheden stoom van het koelwater. Doordat bij het CCF zuivere zuurstof wordt gebruikt, is het in principe mogelijk een relatief hoge concentratie van kooldioxide in de restgassen te realiseren. Dat biedt belangrijke voordelen bij het eventueel afvangen van kooldioxide. Hiervoor is het wel van belang dat het inblazen van stikstof (deels) wordt vervangen door het inblazen van restgassen. Het is nog niet bekend of en in hoeverre dat mogelijk is.

Mooi resultaat

Volgens een schatting van het Energie Onderzoekscentrum Nederland (ECN) kan de CCF technologie ergens tussen 2015 en 2020 beschikbaar zijn, mits de ontwikkeling wordt voortgezet. ‘In het kader van het Ulcos-project is besloten dat binnen afzienbare tijd een proef met een aangepast Cyclone Converter Furnace start’, zegt prof.dr. Rob Boom, directeur Strategy and Competence bij Corus Research, Development and Technology (RD&T). ‘Dat is toch wel een mooi resultaat voor een idee dat oorspronkelijk uit IJmuiden komt.’ Waar de proeffabriek gebouwd gaat worden, is nog niet bekend.