Южно-Уральский государственный университет (НИУ), Челябинск, Россия:

В. Е. Рощин, главный научный сотрудник лаборатории «Водородные технологии в металлургии», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: roshchinve@susu.ru
А. Д. Дрозин, ведущий научный сотрудник лаборатории «Водородные технологии в металлургии», докт. техн. наук, профессор
П. А. Гамов, и. о. заведующего лабораторией «Водородные технологии в металлургии», канд. техн. наук, доцент
К. И. Смирнов, научный сотрудник лаборатории «Водородные технологии в металлургии»

В работе принимал участие ведущий научный сотрудник кафедры пирометаллургических и литейных технологий, докт. техн. наук, доцент А. В. Рощин.

Обоснована неизбежность перестройки существующей схемы производства стали не только под давлением экологических требований по декарбонизации, но и необходимостью приведения сталеплавильных технологий в соответствие с уровнем современной науки. Показано, что научной основой новых технологий восстановления металлов может стать электронная теория окисления/восстановления, которая позволяет с единых позиций рассматривать термодинамические и кинетические условия протекания процессов при частичной или полной замене ископаемых углеродсодержащих восстановителей водородом. Сравнение двух известных вариантов технологий с нулевым выбросом диоксида углерода — восстановление железа «зеленым» водородом или его получение электролизом руды — показывает кратное преимущество электролиза по величине затрат энергии и более благоприятные кинетические условия его реализации. Сделан вывод, что при разработке стратегии развития отрасли приоритет следует отдавать не получению и использованию «зеленого» водорода, а электролизу руды. Использование водорода в качестве восстановителя может быть оправданным при селективном извлечении железа из комплексных руд в агрегатах типа плазменных шахтных печей, плазменных реакторов или реакторов восстановления во взвешенном состоянии, в которых, наряду с восстановлением, проходило бы и азотирование для превращения мягкого железа в сталь.

1. The future of steelmaking – How the European steel industry can achieve carbon neutrality. URL: https://www.rolandberger.com/publications/publication_pdf/rroland_berger_future_of_steelmaking.pdf (дата обращения : 29.12.2022).
2. Декарбонизация стальной отрасли: вызов на ближайшие десятилетия. URL: https://gmk.center/wp-content/uploads/2021/07/Decarbonisation-rus_2021.pdf (дата обращения : 29.12.2022).
3. Patisson F., Mirgaux O. Hydrogen Iron making: How it Works // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 7. P. 922. DOI: 10.3390/met10070922.
4. Yan Ma, Isnaldi R., Souza Filho, Yang Bai et al. Hierarchical nature of hydrogen-based direct reduction of iron oxides // Scripta Materialia. Vol. 213. 114571. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2022.114571.
5. Ершов Ю. Л., Шакуров А. Г., Паршин В. М., Колесников А. Г., Шишов А. Ю. Водородная эра в отечественной металлургии. Сообщение 1 // Сталь. 2021. № 11. С. 50–55.
6. Ершов Ю. Л., Шакуров А. Г., Паршин В. М., Колесников А. Г., Шишов А. Ю. Водородная эра в отечественной металлургии. Сообщение 2 // Сталь. 2021. № 12. С. 48–56.

7. Roshchin V. E., Roshchin A. V. Electron mechanism of reduction processes in blast and ferroalloy furnaces // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 17. P. 14–24. DOI: 10.17580/cisisr.2019.01.03.
8. Рощин В. Е., Рощин А. В. Общая электронная теория восстановления (окисления) металлов // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 3-4. С. 271–285. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-3-4-271-285.
9. Рощин В. Е., Рощин А. В. Физика пирометаллургических процессов : учебник. — Москва; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. — 304 с.
10. Металлургия алюминия. Технология, электроснабжение, автоматизация : учебн. пособие / Г. В. Галевский, Н. М. Кулагин, М. Я. Миндис, Г. А. Сиразутдинов. — М. : Флинта, 2008. — 529 с.
11. Рощин А. В. Высокотемпературная электропроводность и реакционная способность твердых оксидов // Известия вузов. Черная металлургия. 2003. № 4. С. 3–7.
12. Рощин В. Е., Рощин А. В., Кузнецов Ю. С., Гойхенберг Ю. Н. Технологические и материаловедческие аспекты перехода в черной металлургии на безуглеродные процессы // Черные металлы. 2021. № 11. С. 10–17. DOI: 10.17580/chm.2021.11.02.
13. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 10-е, испр. и дополн. / под ред. А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. — СПб. : Иван Федоров, 2003. — 240 с.
14. ArcelorMittal suscribe una Manifestación de Interés con el Gobierno de España que contempla una inversión de 1.000 millones de euros en tecnologías para la descarbonización. URL: https://spain.arcelormittal.com/comunicados/descarbonizacion-espana/ (дата обращения : 29.12.2022).
15. H2 Green Steel строит сталелитейный завод на водороде стоимостью 2,5 млрд евро. URL: http://decarbonization.ru/news/industry/krupneishii-zavod-po-vypusku-zelenoi-stali-postroiat-v-shvetcii/?ysclid=ladunmcrai48315917 (дата обращения : 29.12.2022).
16. Шведский консорциум сообщил о поставке первой партии «чистой» стали. URL: https://trends.rbc.ru/trends/green/611fa0f19a7947f2c66ca05e (дата обращения : 29.12.2022).
17. Thyssenkrupp is accelerating the green transformation: Decision taken on the construction of Germany's largest direct reduction plant for low-CO₂ steel. URL: https://www.thyssenkrupp.com/en/newsroom/press-releases/pressdetailpage/thyssenkrupp-is-accelerating-the-green-transformation--decision-taken-on-the-construction-of-germanys-largest-direct-reductionplant-for-low-co2-steel-146809 (дата обращения : 21.01.2023)
18. Boston Metal: электролиз как чистая альтернатива производству стали. URL: https://econet.ru/articles/boston-metal-elektroliz-kakchistaya-alternativa-proizvodstvu-stali (дата обращения : 29.12.2022).
19. Корепанова С. Boston Metal обещает экологичную выплавку стали. URL: https://www.vedomosti.ru/business/articles/2021/10/26/892901-boston-metal-obeschaet (дата обращения : 29.12.2022).
20. Реакторы Boston Metal будут производить «зеленую сталь» током в 25 тыс. ампер. URL: https://hightech.plus/2022/07/17/reaktori-bostonmetal-budut-proizvodit-stal-bez-uglya-tokom-v-25-tis-amper (дата обращения : 29.12.2022).
21. В России создан научный консорциум по развитию водородных технологий. URL: https://ria.ru/20201113/tpu-1584487143.html (дата обращения : 29.12.2022).
22. В Белгородской области создают особую экономическую зону «Зеленая сталь». URL: https://www.belpressa.ru/ekonomics/biznes/43506.html?ysclid=l9w97g0m1l146095654# (дата обращения : 29.12.2022).