Steelmaking plants: towards lower energy consumption and lower CO₂ production using more electricity

Usines intégrées : vers de plus basses consommations d’énergie et de plus faibles productions de CO₂ grâce à une augmentation de la consommation électrique

Retraité ArcelorMittal Maizières, France
e-mail: nicolle.dom@wanadoo.fr

Received: 24 September 2010
Accepted: 27 January 2011

Abstract

Production processes of integrated steel plants, mostly based on coal as an energy source, produce about 2 tons of CO₂ per ton of steel. As specific CO₂ production has to be decreased by 20% in the mid-term (2020), immediate action is required to further decrease the specific energy consumption. The integrated plant is not energy self-sufficient as extra electricity must be bought from outside, but on the other hand, produces an excess of process gas that has to be used within the plant. Optimisation of the use of the internally produced gases is a key issue as either they are burned at the power plant with a conversion yield to electricity of about 40% and often much lower, or might be valued in the plant internal heat exchangers with a much higher efficiency such as  ~90% in the hot stoves or  ~65% or more in the present reheating furnaces. This paper shows that using the high-value coke oven gas as a chemical reactant (for DRI production) leads to significant extra metal production. From a global viewpoint, this extra metal production is almost carbon-free, as it requires only electricity for its manufacture.

Résumé

La production de l’acier dans les usines intégrées est essentiellement basée sur le carbone comme source d’énergie et conduit à la production de 2 tonnes de CO₂ par tonne d’acier laminé. À l’horizon 2020, cette production de CO₂ devrait diminuer de 20 %, ce qui implique des actions immédiates de diminution des consommations énergétiques de l’usine. L’usine intégrée est déficitaire en énergie dans la mesure où l’électricité supplémentaire doit être achetée à l’extérieur, mais elle est excédentaire en gaz qui doivent être soit brûlés à la centrale thermique avec un rendement de conversion en électricité souvent bien inférieur à 40 %, soit utilisés dans les échangeurs thermiques de l’usine avec une meilleure efficacité (~90 % aux cowpers ou 65 % ou plus dans les fours de réchauffage). Cet article montre que l’utilisation du gaz riche de cokerie pour des applications chimiques (telles que la production de minerai de fer pré-réduit), conduit à une production supplémentaire importante métal sans utilisation de carbone, puisqu’elle ne requiert que l’électricité à faible contenu de carbone pour sa production.