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Carburization in direct reduction: Effects of various CO-H2 gas mixtures

Binti Mohd Fawzi Fong, Syafinah und Ali, Mohammed Liaket und Mehlhose, Sven und Fradet, Quentin und Putra, Rafiandy Putra und Schedl, Andreas und Riedel, Uwe (2026) Carburization in direct reduction: Effects of various CO-H2 gas mixtures. Particuology, 114, Seiten 236-255. Elsevier. doi: 10.1016/j.partic.2026.04.014. ISSN 1674-2001.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
23MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674200126001690

Kurzfassung

Hydrogen and carbon monoxide govern distinct pathways in direct reduction of iron ores, influencing process efficiency and product quality. H2 enables rapid, nearly CO2-free reduction, but is strongly endothermic and yields carbon-free direct reduced iron. In contrast, CO enables reduction and supplies in-situ carbon for secondary steelmaking. Balancing these gases, and establishing renewable CO sources such as biomass-derived syngas, is central for decarbonizing steelmaking. Systematic datasets linking carburization with reduction kinetics and product characteristics under industrially relevant conditions remain scarce. Single DR-grade pellets were reduced isothermally (973–1273 K) in H2/CO atmospheres under moderate flow conditions. Weight evolution was tracked by thermogravimetry, and characterization (SEM–EDS, XRD, nanoindentation) resolved carbon distribution, phase composition, and mechanical properties. Complementary trials with simulated biogenic gas showed slower early reduction than syngas but higher final metallization; only at 973 K did a slight late-stage mass gain indicate controlled carburization. Gas composition and temperature governed the balance between Fe3C formation and free-carbon deposition. The resulting dataset enabled calibration of a porous–solid model that couples oxygen removal, carbon deposition, and carbide formation, providing a mechanistic basis for optimizing metallization and controlled carburization in hydrogen-rich and renewable CO-containing DR processes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225681/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Carburization in direct reduction: Effects of various CO-H2 gas mixtures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Binti Mohd Fawzi Fong, Syafinahsyafinah.bintimohdfawzifong (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-0540-2660220769519
Ali, Mohammed LiaketMohammed.Ali (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9314-0402220769520
Mehlhose, SvenSven.Mehlhose (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fradet, QuentinQuentin.Fradet (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4968-8494NICHT SPEZIFIZIERT
Putra, Rafiandy PutraRafiandy.Dwi.Putra (at) dbfz.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schedl, AndreasAndreas.Schedl (at) dbfz.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riedel, UweUwe.Riedel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8682-2192220769521
Datum:26 April 2026
Erschienen in:Particuology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:114
DOI:10.1016/j.partic.2026.04.014
Seitenbereich:Seiten 236-255
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Thévenin, DominiqueInstitute of Fluid Dynamics and Thermodynamics, Otto-von-Guericke University, Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
di Mare, Francescafrancesca.dimare (at) rub.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scherer, ViktorNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tsotsas, EvangelosNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Special issue 2nd International Workshop on Reactive Particle-Gas Systems - Special issue organized by the Collaborative Research Centre BULK-REACTION
ISSN:1674-2001
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Direct reduction Carburization Biogenic gas TGA Sustainable steelmaking
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Zittau
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse > Kohlenstoffarme Reduktionsmittel
Hinterlegt von: Binti Mohd Fawzi Fong, Syafinah
Hinterlegt am:15 Jul 2026 15:26
Letzte Änderung:15 Jul 2026 19:41

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