В даний час серед технологій прямого відновлення заліза домінують газофазові процеси, такі як Midrex, HyL та ін., що становлять близько 64,81 % світового обсягу [1]. Оскільки високі ціни на природний газ у високорозвинених країнах Північної Америки та Європи сьогодні вже перевищують 350$ за 1000 н.м³, при питомому споживанні до 15 ГДж/т прямо-відновленого заліза (близько 420 н. м³/т котунів), це спричинило різке погіршення економічних показників цих процесів. Тому всі заводи прямого відновлення заліза, в яких як відновник використовується природний газ, були закриті у високорозвинених країнах Північної Америки та Європи.

Питома витрата електроенергії при виплавленні 1 тонни сталі з котунів прямого відновлення (DRI – Direct Reduced Iron) в електродуговій печі (ЕДП) становить у середньому 500–650 кВт·год/т для холодної сировини. Витрата енергії на виплавлення сталі з DRI завжди вища, ніж при використанні металобрухту (де середня витрата становить 350–450 кВт·год/т), через необхідність плавлення порожньої породи та відновлення залишкових оксидів заліза. Нові установки Midrex сьогодні будуються тільки в країнах, де природний газ все ще дешевий, таких як Індія, Іран, Трінідад і Тобаго та деякі інші [2]. Станом на 2025 рік світовий обсяг виробництва заліза прямого відновлення різними способами склав             140,8 млн. т [3].

Тому актуальним на сьогодні є зниження витрат природного газу та споживання електроенергії при отриманні заліза прямого відновлення.

Розроблено теоретичні та технологічні основи технологічного процесу рідинного високотемпературного відновлення заліза з руди Fe₃O₄ з низькими викидами СО₂ (замість доменного та конверторного процесів), що включає:

1. Підбір шихти – шихтою є котуни з руди Fe₃O₄.

2. Підбір плавильного агрегату – плавильним агрегатом є індукційна сталеплавильна піч.

3. Підбір температури нагрівання шихти – для котунів з руди Fe₃O₄ температурою нагрівання шихти до переведення її в рідкий стан є 1600 ^оС.

4. Підбір відновлювального газу для продування рідкометалевої ванни – відновлювальним газом для розплавлених котунів з руди Fe₃O₄ є природний газ (метан, СН₄).

5. Підбір агрегатів для сховища синтезованого вуглекислого газу (СО₂) в результаті хімічної реакції відновлення заліза – агрегатом для сховища синтезованого вуглекислого газу (СО₂) є газгольдери.

6. Підбір обладнання для промислової переробки захороненого вуглекислого газу (СО₂) – таким обладнанням є промисловий комплекс для синтезу (СО₂) в метанол (СН₃ОН).

Теоретичні дослідження та розрахунки вказують, що при завалці 1190 кг руди Fe₃O₄ в тигель індукційної сталеплавильної печі отримати розплав з температурою 1600 ^оС можна при витраті 476 кВт·год електроенергії. Хімічна реакція відновлення заліза з розплаву руди Fe₃O₄ при продуванні метаном може протікати за формулою:

2Fe₃O₄ ^(1600℃) + 2СН₄ =  6Fe  + 4H₂O +2CO₂.

В результаті продування 1190 кг розплаву руди Fe₃O₄ через керамічну фурму при витраті 133,7 м³ метану (СН₄) можна отримати 1000 кг розплаву відновленого заліза і викиди у вигляді 214,86 кг водяної пари (Н₂О) та 262,6 кг вуглекислого газу (СО₂). Водяна пара конденсується у воду, а вуглекислий газ уловлюється та транспортується до місць зберігання, наприклад – у газгольдери, й подається до подальшої промислової переробки на промисловий комплекс обладнання для синтезу СО₂ в метанол СН₃ОН.

Розроблений технологічний процес рідинного високотемпературного відновлення заліза з руди Fe₃O₄ в порівнянні з таким, як Midrex потребує в 3,14 рази менше витрат природного газу й в 1,2 рази менше споживання електроенергії та є екологічним по викидам: вуглекислий газ уловлюється, транспортується у газгольдри й подається для подальшої промислової переробки в метанол.

Література:

1. Мамешин В.С., Журавльова С.В. Сучасний стан і перспективи розвитку альтернативних процесів виробництва чорних металів. Теорія і практика металургії. 2018. – №6. – С. 71-75.

2. Юнес Р., Опрышко И. А., Лобода П. И. Анализ технологий прямого восстановления оксидов металлов с применением печей с вращающимся подом. Вісник НТУУ "КПІ". Серія Машинобудування. 2011. – № 61. – т. 1. – С. 184–192.

3. World direct reduction statistics 2025 - Englewood Cliffs, New Jersey, USA. 2025.