Сергей Григорьевич Мельник, д.т.н., профессор, старший научный сотрудник Высшей школы физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта
Россия, 1955251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Sergei G. Mel’nik, Dr. Sci (Eng.), Prof., Senior Researcher of the Higher School of Physics and Technology of Materials, Institute of Mechanical Engineering, Materials and Transport
29 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 195251, Russian Federation
Павел Валерьевич Ковалев, к.т.н., доцент, заместитель директора по образовательной деятельности Института машиностроения, материалов и транспорта
Россия, 1955251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Pavel V. Kovalev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Deputy Director for Educational Activities of the Institute of Mechanical Engineering, Materials, and Transport
29 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 195251, Russian Federation
Владислав Иванович Бондарь, к.т.н., доцент кафедры «Теория металлургических процессов»
Россия, 287642, Донецкая народная республика, Мариуполь, ул. Университетская, 7
Vladislav I. Bondar’, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of Chair of Theory of Metallurgical Processes
7 Universitetskaya Str., Mariupol, Donetsk People’s Republic 287642, Russian Federation
Сергей Владимирович Рябошук, старший преподаватель Высшей школы физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта
Россия, 1955251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Sergei V. Ryaboshuk, Senior Lecturer of the Higher School of Physics and Materials Engineering, Institute of Mechanical Engineering, Materials, and Transport
29 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 195251, Russian Federation
Ольга Вячеславовна Козьминская, к.т.н., доцент кафедры «Механика и прочность материалов и конструкций»
Россия, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Ol’ga V. Koz’minskaya, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of Chair of Mechanics and Strength of Materials and Structures
9 Moskovskii Ave., St. Petersburg 190031, Russian Federation
Алексей Андреевич Ананьев, магистрант Высшей школы физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта
Россия, 1955251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Aleksei A. Anan’ev, MA Student of the Higher School of Physics and Materials Technology of the Institute of Mechanical Engineering, Materials and Transport
29 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 195251, Russian Federation
Яна Олеговна Михайлова, аспирант Высшей школы физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта
Россия, 1955251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Yana O. Mikhailova, Postgraduate of the Higher School of Materials Physics and Technology of the Institute of Mechanical Engineering, Materials and Transport
29 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 195251, Russian Federation
Александр Анатольевич Чиянов, аспирант Высшей школы физики и технологий материалов Института машиностроения, материалов и транспорта
Россия, 1955251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Aleksandr A. Chiyanov, Postgraduate of the Higher School of Physics and Materials Technology, Institute of Mechanical Engineering, Materials, and Transport
29 Politekhnicheskaya Str., St. Petersburg 195251, Russian Federation
Сергей Павлович Сёмин, студент
Россия, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Sergei P. Semin, Student
9 Moskovskii Ave., St. Petersburg 190031, Russian Federation
Исследования и разработка технологий, направленных на снижение последствий глобального потепления, являются весьма актуальными. В работе представлены результаты анализа глобального потепления в атмосфере Земли в связи с естественным и усиленным парниковым эффектом и оценка возможного влияния металлургического производства на формирование усиленного парникового эффекта. Известно, что металлургия вносит около 8 % антропогенного СО2 , что значительно меньше, чем вносят энергетика (24 %), землепользование (18 %), транспорт (14 %) или сельское хозяйство (14 %). Около 80 % «металлургического» CО2 поставляет доменный процесс, поэтому одна из основных задач металлургии по борьбе с глобальным потеплением заключается в замене технологии получения чугуна в доменных печах бездоменной технологией прямого восстановления железа (DRI) типа Midrex. Вместе с тем вывод из эксплуатации доменных печей потребует значительного времени и на этот переходной период предлагается полигибридная технология декарбонизации процессов восстановления оксидов железа в доменной печи. Эта технология заключается в инициировании реакции конверсии водяного газа (WGSR): {H2O} + {CO} \( \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \) {H2} + {CO2} + Q (−∆H) путем подачи в печь водяного пара {H2O}. В результате термодинамического анализа процесса образования водорода {H2} установлена температура (примерно 1093 К (820 °С)), при понижении которой в соответствии с принципом Ле-Шателье происходит увеличение константы равновесия реакции и количества выделившегося водорода. На основании этого по профилю температуры любой доменной печи может быть определен начальный уровень для размещения устройств подачи пара в рабочее пространство печи. Поскольку реакция WGSR является экзотермической, следует ожидать наряду с интенсифицированием процесса восстановления железа и экономии кокса. Предлагаемая технология не вступает в противоречие с другими процессами декарбонизации, дополняя и увеличивая результативность их действия. Рассмотренная схема использования пара для интенсификации процесса восстановления железа учитывает возможность разработки и применения элементов искусственного интеллекта с учетом особенностей автоматизации и управления этим восстановлением. Авторы заявляют о приоритете предлагаемой ими полигибридной технологии декарбонизации процессов восстановления оксидов железа с помощью водорода, образующегося в результате гетерогенно-каталитического процесса на основе реакции водяного газа.
Research and development of the technologies aimed at reducing the effects of global warming are very relevant. The paper presents the results of an analysis of global warming in the Earth’s atmosphere in connection with the natural and enhanced greenhouse effect and provides an assessment of the possible impact of metallurgical production on the formation of an enhanced greenhouse effect. Metallurgy is known to contribute about 8 % of anthropogenic CO2 , which is significantly less than energy (24 %), land use (18 %), transport (14 %) or agriculture (14 %). About 80 % of the “metallurgical” CO2 is supplied by the blast furnace process, therefore, one of the main tasks of metallurgy in combating global warming is to replace the technology for producing pig iron in blast furnaces with direct iron reduction (DRI) technology of the Midrex type. At the same time, decommissioning of blast furnaces will take a considerable amount of time, and a polyhybrid technology for decarbonization of iron oxide reduction processes in a blast furnace is proposed for this transition period. This technology consists in initiating the water gas shift reaction (WGSR): {H2O} + {CO} \( \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} \) {H2} + {CO2} + Q (−∆H) by supplying water vapor {H2O} to a furnace. As a result of thermodynamic analysis of the hydrogen formation process {H2}, the temperature was established (approximately 1093 K (820 °C)), at a decrease of which, in accordance with the Le Chatelier principle, the reaction equilibrium constant and the released hydrogen amount increase. Based on this, the temperature profile of any blast furnace can be used to determine the initial level for placing steam supply devices in the furnace working space. Since the WGSR reaction is exothermic, it should be expected along with the intensification of the iron reduction process and coke saving. The proposed technology does not conflict with other decarbonization processes, complementing and increasing the effectiveness of their action. The considered scheme of using steam to intensify the iron reduction process takes into account the possibility of developing and applying artificial intelligence elements with the specifics of automation and control of this process. The authors declare the priority of their proposed polyhybrid technology for decarbonization of iron oxide reduction processes using hydrogen generated as a result of a heterogeneous catalytic process based on the reaction of water gas.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.