Вестник МГТУ. 2017, №4.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 4. С. 755–760. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-4-755-760 757 Результаты и обсуждение Упрощенно схема технологического процесса, осуществляемого на ОЭМК, выглядит следующей: рудный концентрат и твердый восстановитель окомковываются и подаются на конвейерную машину для производства металлизованных окатышей. Совместно с металлоломом окатыши попадают в электросталеплавильную печь, в которой выплавляется сталь. Жидкая сталь вакуумируется и разливается на установке непрерывной разливки стали, затем – обычная прокатка. В целом уменьшается количество операций и осуществляется более глубокая и комплексная переработка сырья. Очевидные преимущества дают возможность оценивать резкий рост производства губчатого железа, а оптимисты утверждали, что к 2000 г. доменные печи вообще исчезнут (этого не произошло). А как замена технологии получения металла отразится на потребности в энергии и в органическом топливе? Из-за различия в конкретной технологии, методах учета, объемах производства и т. д. сведения различны, но основная тенденция одинакова. Общие потребности в энергии для доменных печей и конвертеров при работе на офлюсованных окатышах на 50 % меньше, чем для прямого восстановления и электросталеплавильных печей (восстановление в шахтных печах). Минимально возможные затраты энергии при современном техническом уровне для трех наиболее совершенных технологических схем в абсолютных цифрах составят: 1) доменная печь и кислородный конвертер – 3,67; 2) электросталеплавильный цех, работающий на ломе – 1,37; 3) прямое восстановление и электросталеплавильный цех – 4,80 ГДж/т стали. Таким образом, на первый взгляд замена процессов не улучшит положение с энергией, а ухудшит его. При получении одинакового количества стали по новой технологии в сравнении с производством на крупном классическом металлургическом предприятии электрические нагрузки возрастут в пять и более раз. Выходом является создание бестопливного ядерно-металлургического электрифицированного комплекса [1]. Над проблемой ЯМЭК работали специалисты в нашей стране и за рубежом и доказали техническую осуществимость таких комплексов. На пути от классического металлургического комбината к ядерно-металлургическому электрифицированному комплексу строительство Оскольского электрометаллургического комбината является промежуточным шагом. Создание ЯМЭК ведет к фактическому качественному скачку: замене всего органического топлива (уголь + природный газ + нефтепродукты) ядерным топливом. Перейдем к рассмотрению принципиальной схемы ядерно-металлургического электрифицированного комплекса. Основа ЯМЭК – ядерная энергия, цель – получение высококачественного металла при освоении перспективных металлургических процессов, способ – электрификация всех процессов. Принципиальная схема ЯМЭК: ядерный реактор – ЯР; теплообменные аппараты – ТО; атомная электростанция – АЭС; блок подготовки восстановительных газов – БПВГ; конвейерная машина или шахтная печь; электропечь для легированных сталей или другие устройства для получения высококачественного металла; разливка и прокатка. Процесс восстановления окатышей на конвейерной машине осуществляется за счет того, что водород пропускают перпендикулярно через слой окатышей, равномерно уложенных в конвейер. Движущаяся лента конвейера с окатышами попадает вначале в зону, где окатыши сушатся, затем в зону нагрева, а уже потом в зону восстановления, куда поступает водород, нагретый до 900°С. После охлаждения получившееся губчатое железо поступает в электросталеплавильные печи. Принципиально новым блоком ЯМЭК является блок БПВГ, который может быть выполнен или путем электролитического разложения водорода, или с применением плазменного реактора. В последнем случае из двуокиси углерода (углекислого газа) СО 2 в плазменном реакторе получают окись углерода СО, которую отделяют. Затем из окиси углерода, смешанной с парáми воды Н 2 О, в присутствии катализатора получают водород и СО 2 . Водород направляют на восстановление, двуокись возвращается к началу процесса. Продуктом восстановления водородом окислов железа является вода, которая возвращается в БПВГ. Следовательно, возникает принципиальная возможность создания безотходного процесса. Ядерный энергетический блок ЯМЭК может быть основан на водо-водяном энергетическом реакторе ВВЭР (типа блока Нововоронежской АЭС), где активная зона помещается в герметическом корпусе из высокопрочной стали, а теплоотвод осуществляется водой под большим давлением или на уран-графитовых реакторах типа РБМК (реактор большой мощности кипящий), где теплоносителем служит кипящая вода (блоки Курской АЭС). Уран-графитовые реакторы канального типа позволяют получать с одного блока 1000 МВт и более. Есть важный с точки зрения электроснабжения вопрос, заключающийся в том, что АЭС выдают мощность равномерно, а металлургический завод имеет броски мощности, достигающие 60 % и более. Академик А. П. Александров отмечает [2], что существует еще много нерешенных сложных проблем: создание высокотемпературных надежных теплообменников, пригодных для обогрева водорода, тепловой защиты корпусов из напряженного железобетона, жаростойких систем регулирования и т. д., но принципиально неразрешимых проблем нет. Процесс прямого восстановления окатышей из окисных железных руд водородом, предварительно подогретым в теплообменниках и нагретым до нужной температуры за счет частичного дожигания с кислородом или в плазменных установках, – не конечный этап применения ядерной энергии.