После более чем десятилетия интенсивных исследований в Китае новая технология производства чугуна готова произвести революцию в мировой сталелитейной промышленности. По словам исследователей, участвовавших в проекте, предложенный метод основан на использовании «взрывной химической реакции». В результате неё образуются ярко-красные, светящиеся капли жидкого чугуна, которые стекают вниз и скапливаются на дне печи, образуя поток чугуна высокой чистоты, который может быть непосредственно использован для разливки или «одноэтапного производства стали».
Этот метод, известный как мгновенная выплавка чугуна, «позволяет завершить процесс всего за три-шесть секунд по сравнению с пятью-шестью часами, которые требуются традиционным доменным печам», — отмечает проектная группа во главе с профессором Чжаном Вэньхаем, академиком престижной Китайской академии инженерии, в статье, опубликованной в минувшем ноябре в рецензируемом журнале «Nonferrous Metals» («Цветные металлы»). Это соответствует увеличению скорости производства чугуна в 3600 и более раз.
По расчётам Чжан Вэньхая и его коллег, новая технология может повысить эффективность использования энергии в сталелитейной промышленности Китая более чем на треть. Поскольку предложенный метод полностью устраняет необходимость в угле, он также позволит сталелитейной промышленности достичь желанной цели почти нулевых выбросов углекислого газа.
Предложенный китайскими учёными метод полностью устраняет необходимость в угле.
Мощности по производству стали в Китае уже превышают совокупный объём производства остального мира. Это доминирование дало Китаю преимущество в таких ключевых отраслях, как высокоскоростные железные дороги, судостроение и автомобилестроение.
Однако зависимость от процессов доменной плавки, которые требуют огромного количества кокса, полученного из угля, является серьёзным препятствием для достижения амбициозных целей Китая по сокращению выбросов углерода. Действительно, в процессе производства чугуна и стали генерируется 7% от общего объёма выбросов CO2, что больше, чем выбросы всего ЕС.
Команда Чжана Вэньхая заявляет, что предложенная технология мгновенной выплавки чугуна существенно снижает остроту экологических проблем.
Одной из самых сложных технических задач при внедрении технологии мгновенной выплавки чугуна является создание фурмы для распыления руды. Чтобы вызвать взрыв, железную руду, которая подаётся в перегретую печь, необходимо измельчить до порошкообразного состояния для получения большой удельной площади сырья, делающей процесс его окисления практически мгновенным.
Сотрудники Чжана Вэньхая разработали вихревую фурму с исключительной равномерной подачей, способную впрыскивать 450 т частиц железной руды в час. Реактор, оснащённый тремя такими фурмами, может производить впечатляющие 7,11 млн т чугуна в год. Как сообщается, «уже начато промышленное производство фурмы».
Технология мгновенной выплавки чугуна существенно снижает остроту экологических проблем.
Чжан Вэньхай начал заниматься технологией мгновенной плавки ещё в 1970-х годах, когда применил её для крупномасштабного производства меди. В 2000 году за эту разработку учёный стал лауреатом Национальной премии первой степени за прогресс в области науки и техники, а в 2003 году был избран в Китайскую академию инженерии. В настоящий момент потребление меди в Китае составляет почти 60% от мирового производства, что свидетельствует о серьёзном вкладе Чжана Вэньхая в развитие отрасли.
Хотя идея применения процесса мгновенной плавки в производстве чугуна появилась в США, именно команда Чжана Вэньхая разработала технологию, позволяющую напрямую производить жидкий чугун в промышленных масштабах. Разработчики получили патент в 2013 году и провели следующее десятилетие, совершенствуя метод. Проведённые лабораторные и пилотные испытания доказали осуществимость процесса. Согласно правительственной статистике, доля новых технологий, успешно прошедших пилотные испытания, превышает в Китае 80%.
На протяжении большей части зафиксированной истории Китай был лидером в производстве чугуна и стали. По оценкам американского историка Роберта Хартвелла, во времена Империи Сун в XI веке в Китае производилось 150 000 т чугуна в год — этот уровень будет достигнут всей Европой только после начала промышленной революции в XVIII веке.
Так выглядит технология мгновенной выплавки.
Сегодня технология, разработанная командой Чжана Вэньхая, может полностью изменить мировой рынок железной руды и чугуна. По словам исследователей, новый метод также исключительно хорошо работает для руд с низким или средним выходом, которые в изобилии имеются в Китае. Существующие методы производства чугуна в значительной степени зависят от руд с высоким выходом, и Китай тратит огромные деньги на импорт такого сырья из Бразилии, Африки, но прежде всего из Австралии.
В 2022 году эта страна поставила в Китай 736 млн т железной руды или более 80% от её объёмов экспорта. В 2023 году только экспорт железной руды принёс экономике Зелёного континента 136 млрд долларов. Кроме того, он ежегодно генерирует миллиарды долларов в виде налогов. Между тем, отношения между Китаем и Австралией неуклонно ухудшались в последнее десятилетие, но из-за своей зависимости от австралийской железной руды Пекин был вынужден исключить её из санкционных списков в ходе торговой войны 2020 года.
Устранение этой уязвимости может рассматриваться Китаем как стратегическая задача независимо от экономических расчётов, и внедрение технологии мгновенной выплавки чугуна, не привязанной к рудам высокого качества, помогает решить эту политическую задачу. Для Австралии, успехи экономики которой в последние четыре десятилетия в значительной степени достигнуты за счёт экспортных поставок железной руды в стремительно развивающийся Китай, это очень плохая новость. Ещё и потому, что метод, разработанный командой Чжана Вэньхая, может стать альтернативой внедряемой технологии производства «зелёной» стали в доменных печах с использованием водорода, для которой также необходима железная руда высокого качества.
Перевод Виктора Симионова
по материалам сайтов https://www.scmp.com (Китай), https://www.chemanalyst.com (США), https://www.news.com.au (Австралия)
