MaxH2DR
La réduction directe à l’hydrogène est LA technologie envisagée par tous les grands producteurs d’acier pour décarboner l’industrie sidérurgique, aujourd’hui responsable de 7% des émissions de CO2 anthropiques. Le procédé de réduction directe classique, utilisant un mélange CO-H2 issu du reformage du gaz naturel, est déjà une alternative industrielle au haut fourneau, mais il n’y a pas encore d’expérience avec un gaz réducteur à plus de 80% d’H2. Réduire le minerai par H2 n’est pas un problème, mais certains effets de la réduction endothermique sur la morphologie, la diffusion et la cinétique effective restent à étudier. Au niveau du réacteur, les propriétés et le mouvement des particules dans le four à cuve ne sont pas non plus connus. Il est probable que la distribution de la température et l'écoulement des solides et des gaz seront nettement différents sous atmosphère très hydrogénée. On s’attend à des variations de perméabilité locales, qui influencent l’écoulement et la qualité des produits, le collage ne peut pas non plus être exclu. Des essais et des projets industriels de réduction directe par un gaz riche en H2 ont été lancés mais ils ne permettront pas de combler les lacunes de connaissance.
MaxH2DR vise à fournir les connaissances et les données manquantes sur les processus de réduction. Un banc d'essai de laboratoire, le premier du genre, va déterminer les propriétés des granulés dans les conditions industrielles (sous H2, à haute température). Un pilote va simuler les écoulements des solides réels et des gaz dans les fours à cuve. Ces éléments expérimentaux seront combinés avec les modèles numériques développés (DEM, FE, FV), et couplage DEM-FE, pour fournir un démonstrateur hybride capable d'étudier la mise à l'échelle et d'optimiser la conception et les conditions de fonctionnement des fours de réduction directe.
Une autre tâche consiste à optimiser l'intégration du procédé H2 dans les filières de production existantes. Différents outils de simulation seront combinés pour, notamment, évaluer les impacts des propriétés des produits sur les procédés en aval, et optimiser les circuits des gaz et de l'énergie. Ainsi, les chaînes de procédés les plus prometteuses, durables et flexibles seront définies et évaluées.
A l’IJL, les recherches portent sur l’étude fine de la cinétique de réduction des oxydes de fer, en particulier l’élucidation des ralentissements cinétiques observés en fin de réaction à certaines températures, la modélisation de cette cinétique à l’échelle des boulettes de minerai, et à la modélisation et la simulation des futurs fours à cuve industriels fonctionnant sous hydrogène (code REDUCTOR).