8 декабря прошлого года (2024) издание South China Morning Post (SCMP) опубликовало новость, которая сразу же была подхвачена многими газетами и публикациями по всему миру. Заголовок статьи гласил: «Взрывной прорыв Китая в производстве железа увеличивает производительность в 3600 раз». В статье упоминается «более чем десятилетнее интенсивное исследование», проведенное профессором Чжан Вэньхаем из Китайской академии инженерных наук и его командой инженеров, результаты которого были опубликованы в китайском журнале Nonferrous Metals. В частности, SCMP рассказывает о новом методе производства железа, который «не только быстрее и дешевле, но и более экологичен».
Этот метод использует технологию, известную как «мгновенное производство железа» (на английском — «flash ironmaking»), вместо традиционных доменных печей («blast furnaces»). Согласно описанию в SCMP, процесс заключается во впрыскивании мелко измельченного порошка железной руды в чрезвычайно горячую печь. Именно тонкость частиц руды позволяет запустить «взрывную химическую реакцию» внутри печи, как цитирует SCMP инженеров проекта.
После этой реакции на дне печи образуется «дождь из капель ярко-красного жидкого железа», а также поток высокочистого железа, которое можно напрямую использовать для литья или «производства стали в один этап» (снова цитата китайских инженеров из SCMP). Таким образом, процесс завершается «всего за 3–6 секунд, в отличие от 5–6 часов, требуемых для традиционных доменных печей». Теперь становится понятным заголовок, утверждающий, что новый метод увеличивает скорость производства железа в 3600 раз. Более того, новый процесс полностью устраняет необходимость использования угля, что поможет китайской сталелитейной промышленности достичь нулевых выбросов углекислого газа.
Одной из технических трудностей, с которой столкнулись инженеры, стала «форсунка для распыления руды». Чтобы запустить взрывную химическую реакцию, о которой говорилось ранее, железная руда должна быть равномерно распределена в высокотемпературной зоне печи с большой удельной поверхностью, сохраняя при этом высокую восстанавливаемость. Как сообщает SCMP, команда Чжана разработала «вихревую форсунку», способную равномерно впрыскивать 450 тонн частиц железной руды в час.
Вероятно, «вихревая форсунка» является одной из ключевых инноваций, предложенных исследовательской группой Чжана, поскольку Американский институт железа и стали (США) совместно с Университетом Юты, компанией Berry Metal, ArcelorMittal USA, The Timken Company и Корпорацией стали США уже проводили исследования этого метода в период с 2012 по 2018 год. Однако, похоже, они не достигли таких успехов, как китайские инженеры.
В любом случае, метод мгновенного производства уже был известен для цветных металлов. Однако команда академика Чжана разработала технологию мгновенной плавки, способную производить жидкое железо напрямую. Фактически, патент был получен в 2013 году, и с тех пор метод только совершенствовался. «Пилотные и лабораторные испытания подтвердили жизнеспособность процесса», — заявил Чжан в интервью SCMP.
Полный текст исследования, опубликованный в журнале Nonferrous Metals (хотя для его прочтения потребуется знание китайского языка), можно найти здесь:
Достижения в исследованиях технологии мгновенного производства железа.
Источники: South China Morning Post, Hackaday, Interesting Engineering, US Department of Energy.
Изображения: Zhang Wenhai.
