Wervelwind houdt hoogovens schoon

Hoogovens in IJmuiden werkt aan een methode om ijzer te maken in een hete wervelwind waarin alle benodigde stoffen meedraaien....

HOOGOVENS WERKT al een kleine tien jaar aan een revolutionair productieproces. Op termijn zal dit het conventionele hoogovenproces, dat dateert uit het begin van de negentiende eeuw, kunnen vervangen.

Iedereen is enthousiast, omdat de nieuwe methode schoner en goedkoper is. Toch slaagt Hoogovens er nog steeds niet in, industriële partners te vinden die bereid zijn de benodigde honderden miljoenen guldens voor de volgende ontwikkelingsstap op tafel te leggen.

Het huidige hoogovenproces voor de productie van ruwijzer, de voorloper van staal, is vies en omslachtig. Er komt cokes aan te pas. Die wordt gemaakt door steenkool te verhitten, waarbij vluchtige componenten zoals teer en benzol eruit worden gehaald. Van het ijzererts worden bolletjes - pellets - gemaakt die een warmtebehandeling krijgen om ze compacter te maken.

Daarna gaan de cokes en de ijzerpellets netjes gestapeld de hoogovens in. Onderin die oven wordt lucht geblazen waarmee de cokes wordt verbrand. Het koolmonoxidegas dat daarbij wordt gevormd, reduceert het ijzererts tot ruwijzer. Dit kan in vloeibare vorm beneden worden afgetapt.

In die gesmolten ijzermassa zit te veel koolstof. Dit wordt verwijderd door er in een apart reactorvat zuurstofgas doorheen te blazen. Dat reageert met koolstof tot kooldioxidegas, dat in de atmosfeer verdwijnt. Staal - ijzer met een gespecificeerde hoeveelheid koolstof en eventueel andere chemische elementen voor extra harding - blijft achter. Dit krijgt een verdere behandeling in bijvoorbeeld de walserij, waar er platen van worden gemaakt.

Het hoogovenproces vereist een aantal grote, gescheiden fabrieken, onder meer voor de productie van cokes en voor de voorbehandeling van het ijzererts. Bovendien komen bij die processen - vooral bij de cokesproductie - allerlei vieze stoffen vrij die deels in dure installaties worden afgevangen en voor een deel de lucht en het water in gaan.

De technologie van het hoogovenproces is de laatste twintig jaar sterk verbeterd. De productiegang is - onder druk van almaar strengere milieu-eisen - al veel schoner en efficiënter geworden door geleidelijk cokes te vervangen door steenkool, dat in poedervorm direct in de hoogoven wordt geblazen. Inmiddels is ruim 40 procent van de cokes zo vervangen.

Veel meer kan niet omdat de cokes in het hoogovenproces niet alleen fungeert als reactieve stof, maar ook als vulmateriaal om het ijzererts goed te kunnen stapelen. Cokes is poreus. Koolmonoxidegas dat onderin wordt gevormd, kan daardoor gemakkelijk naar boven, terwijl gesmolten slak en ruwijzer naar beneden kan stromen. De productie in de huidige hoogovens is een aaneenschakeling van gecompliceerde processen, terwijl de onderliggende chemische reacties uiterst simpel zijn: ijzererts (ijzeroxide) moet slechts worden ontdaan van enkele zuurstofatomen.

Bij het nieuwe proces, dat Hoogovens in IJmuiden met enkele buitenlandse firma's heeft ontwikkeld, wordt ijzererts in één installatie met steenkool gereduceerd tot ruwwijzer, en vervolgens tot staal.

Die fabriek bestaat uit twee delen. Bovenin, in de zogeheten cycloonsmelter - het meest innovatieve deel van de installatie - worden ijzererts, steenkoolpoeder en zuurstof naar binnen geblazen. Er ontstaan wervelingen die resulteren in een intensieve menging van de poederachtige grondstoffen.

DE TEMPERATUUR is er tweeduizend graden Celsius, waardoor de chemische reacties supersnel verlopen. In de cycloonsmelter wordt ijzererts door koolmonoxidegas dat is gevormd uit steenkool, ontdaan van één zuurstofatoom. Daarbij vormt zich vloeibaar ijzermonoxide, dat langs de wand van de installatie naar beneden stroomt.

De gesmolten massa komt onderin de installatie terecht, waar extra ingebracht poederkool het tweede zuurstofatoom van het ijzererts stript. Koolmonoxidegas dat daar tevens wordt gevormd, stijgt naar boven om weer mee te doen aan de chemische omzettingen in de cycloon.

Met de hete afvalgassen van de installatie kan elektriciteit worden gemaakt. Het nieuwe proces gaat op die manier tot 20 procent efficiënter om met energie dan de huidige productiemethode. En cokes om ijzererts te stapelen, is niet meer nodig.

Door het efficiënter gebruik van steenkool is ook de uitstoot van het broeikasgas kooldioxide minder. Bovendien is het nieuwe proces flexibel. De installatie kan snel aan en uit worden gezet. Bij de huidige hoogoven kan dat niet.

Tot nu toe is alleen het cycloonproces beproefd, eerst op kleine schaal op het terrein van Hoogovens in een installatie waarin vijfhonderd kilo ruwijzer per uur kon worden geproduceerd. Deze proeven zijn in 1991 gevolgd door experimenten in een installatie van British Steel bij Newcastle. Het Engelse staalconcern deed toen nog mee aan de ontwikkeling van het proces. In 1992 moest het bedrijf afhaken vanwege financiële problemen.

Op het Hoogovensterrein bij IJmuiden is vervolgens een grotere installatie - capaciteit twintig ton ruwijzer per uur - beproefd, ook alleen het cycloongedeelte. In 1994 zijn daarin uitgebreide proeven gedaan. Daaruit is gebleken dat de smeltcycloon uitstekend werkt, en dat verdere opschaling van het proces mogelijk is.

De volgende stap is de bouw van een demonstratiefabriek, in principe compleet met zowel een cycloon als de opvangbak, het zogeheten convertervat, waarin het ijzermonoxide na de eerste reductie terechtkomt. De technologie daarvoor komt in principe uit de VS, en is reeds op voldoende schaal beproefd.

De demofabriek, is het idee, moet een half miljoen ton ruwijzer per jaar kunnen produceren. Dit komt neer op een verdere schaalvergroting van het proces met een factor vijf. De bouw van commerciële fabrieken - nog eens eens factor vier à vijf groter - ligt dan binnen handbereik. De eerste kunnen, als alles meezit, begin volgende eeuw in bedrijf worden genomen.

Het onder de knie hebben van de technologie is voor Hoogovens voorlopig vooral van strategisch belang. Het is namelijk onwaarschijnlijk dat bestaande hoogovens in IJmuiden op korte termijn zullen worden vervangen.

Deze hebben hun volledige levensduur er nog lang niet opzitten. Bovendien zijn ze technologisch modern genoeg om nog enige tijd met buitenlandse fabrieken te kunnen concurreren, meent Hoogovens.

De stapsgewijze technologische ontwikkeling van dit soort processen kost handenvol geld. De afgelopen tien jaar heeft Hoogovens, samen met haar buitenlandse partners, waaronder het staalbedrijf Ilva in Italië en het onderzoeksinstituut van een groot aantal Amerikaanse staalbedrijven - het American Iron and Steel Institute (AISI) - enige tientallen miljoenen guldens in de ontwikkeling van het staalproces van de toekomst gestoken.

Voor de volgende stap, de bouw van de demonstratiefabriek, is twee- tot driehonderd miljoen gulden nodig. Hoogovens zoekt daarvoor financieel draagkrachtige partners. Er wordt onder meer overlegd met de Amerikanen, vanwege hun specifieke kennis van de converter, en met de Italianen, die plannen hebben voor de bouw van een cyclooninstallatie in Taranto, in het uiterste zuiden van het land.

De staalindustrie zit echter al jaren in de malaise. Ontwikkelingsgeld ligt niet voor het oprapen. Hoogovens is sinds half 1994 op zoek naar partners, zonder zichtbaar resultaat. 'We zoeken, er zijn gesprekken met potentiële partners. In dat proces is geen nieuws te melden', was tot voor kort steevast het antwoord.

Het huidige antwoord is genuanceerder. 'We zeggen niets over de status van eventuele onderhandelingen', wat mogelijk duidt op uitzicht op bereidwillige financiers. Dat verklaart ook de optimistische visie van minister De Boer van Milieubeheer. Zij vindt het nieuwe proces zo revolutionair dat ze, zo stelde ze vorige week, bereid is enige tientallen miljoenen guldens in de verdere ontwikkeling te stoppen.

Broer Scholtens

Meer over