ВСТАНОВЛЮВАННЯ ТЕРМОДИНАМІЧНИХ І ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ПЕРЕДУМОВ ПРЯМОГО ОТРИМАННЯ ЗАЛІЗА ТЕРМОЛІЗОМ ОКСИДІВ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.47.2025.1Ключові слова:
пряме отримання металів, оксиди заліза, термоліз, енергія Гіббса, температура початку розкладання, розрідження тискуАнотація
Основним шляхом виробництва залізовуглецевих розплавів є ланцюг «доменна піч — кисневий конвертер», що спричиняє значні викиди оксидів вуглецю. Це змушує розробляти такі альтернативні шляхи, як залізо прямого відновлення. Однак воно потребує відновника, яким найчастіше є вуглець чи його оксиди, а також водень. Використання вуглецевмісних матеріалів не вирішує проблеми з викидами оксидів вуглецю. Водень потребує значних енергетичних вкладень для отримання в необхідних кількостях. Альтернативою може стати термоліз — розкладання оксидів під дією температури. Проте для оксидів заліза потрібні зависокі температури. В роботі проведено термодинамічне дослідження процесу розкладання оксидів заліза системи Fe2O3—Fe3O4—FeO за умов розрядження. Встановлено, що для досягнення видимого ефекту щодо зниження температури розкладання необхідно створення розрідження до 1·10-5 атм, що повинно відобразитися на зниженні температури у 1,35—1,68 рази.
Посилання
Що таке зелена металургія? URL: https://greensteel.com.ua/zelena-metalurgiya/shho-take-zelena-metalurgiya/
Інтерв’ю CEO МЕТІНВЕСТУ Юрій Риженков 12.07.2023 «Ми маємо конкурентну перева-гу…». URL: https://metinvest.media/ua/page/mi-mamo-konkurentnu-perevagu-zelena-metalurgya--shans-dlya-ukrani-pravilno-ntegruvati-vlasnu-ekonomku-v-ekonomku-s--ceo-metnvestu-yury-rizhenkov
Bhattacharya P., Datta M. Overview of Iron and Steel Making Process in an Integrated Steel Plant June–Juli 2023. September 2023. http://doi.org/10.6084/m9.figshare.24086994.v1
Fan Z., Friedmann S.J. Low-carbon production of iron and steel: technology options, economic assessment, and policy. Jouli, 2021. Vol.5. P. 829–862.
Scarnati T.M., Alvarez I., Sammt F.L. Use of DRI in steelmaking. Feinman J. and Mac Rae D.R. Direct Reduced Iron: Technology and economics of production and use. Ch. 9, Warrendale, PA: Iron and Steel Society, 1999. P. 127–144.
Bisen A. Industrial project report on metallurgical review: Production of direct reduced iron (DRI & HBI). Technical report, 2024.
Ramakgala C., Danha G. A review of ironmaking by direct reduction processes: Quality requirements and sustainability. Procedia Manufacturing, 2019. Vol. 35. P. 242–245.
Zervas T., McMullan J.T., Williams B.C. Direct smelting and alternative processes for the production of iron and steel. International journal of energy research, 1996. Vol. 20. P. 1103–1128.
Dutta S.K., Sah R. Direct reduced iron: production. Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys. Taylor and Francis: New York, 2016. Р. 1082–1108.
Bahgat M., Abdel Halim K.S., El-Kelesh H.A., Nasr M.I. Behaviour of wüstite prepared from Baharia iron ore sinter during reduction with CO–CO2–N2 gas mixture. Mineral Processing and Extractive Metallurgy (Trans. Inst. Min. Metall. C), 2011. Vol. 120(2). P. 102–110.
Spreitzer D., Schenk J. Reduction of iron oxides with Hydrogen – a review. Res. Internat. 2019. Vol. 20(10). P. 1900108.
Osborne D. The coal handbook: towards cleaner production: coal production, 1st Edition. Woodhead Publishing, 2013. 1360 p.
Meissner S. Reduction and meltdown of pellets in the ITmk3 process. The 11th Japan-Germany Seminar on Fundamentals of Iron and Steelmaking, 2002. P. 6.
Lüngen H.B., Steffen R. Stand und Zukunftsperspektiven der alternativen Erzreduktionsverfahren, Berichtsband der 134. Vollsitzung des Hochofenausschusses, Düsseldorf, 24 May 2007.
2023 World Direct Reduction Statistics. URL: https://www.midrex.com/wp-content/uploads/MidrexSTATSBook2023.Final_.pdf
Maggiolino S. Technological achievements and experience on H2 use for DRI production in Energiron plants. Proceedings of METEC and 4th ESTAD, Düsseldorf, 24 to 28 June, 2019.
General Green Hydrogen Knowledge. URL: https://www.hydrogennewsletter.com/faq-general-green-hydrogen-knowledge/#google_vignette
Rao Y.J. Stoichiometry and thermodynamics of metallurgical process. Cambridge univ.press. Cambridge, 1985. 883 p.
Qu Y., Yang Y., Zou Z., Zeilstra C., Meijer K., Boom R. Thermal decomposition behavior of fine iron ore particles. ISIJ International, 2014. Vol. 54. No. 10. P. 2196–2205.
Xing L., Qu Y., Wang C., Shao L., Zou Z., Song W. Kinetic study on thermal decomposition behavior of hematite ore fines at high temperature. Metall. Mater. Trans. B, 2020. Vol. 51. P. 395–406.
Shamsuddin M. Physical chemistry of metallurgical processes. John Wiley & Sons, Inc., 2016. 608 p.
Salmani M., Alamdari E.K., Firoozi S. Isoconversional analysis of thermal dissociation kinetics of hematite in air and inert atmospheres. J. Therm. Anal. Calorim, 2017. Vol. 128. P. 1385–1390.
Darken L.S., Gurry R.W. The system Iron—Oxygen. II. Equilibrium and thermodynamics of liquid oxide and other phases. J. Am. Chem. Soc, 1946. Vol. 68. P. 798–816.
Ferreira S., Siguin D., Garcia F. Thermal analysis of sintering of magnetite pellets. Ironmak. Steelmak. 1994. Vol. 21. P. 119–123
Shcho take zelena metalurgiia? [What is green metallurgy?]. https://greensteel.com.ua/zelena-metalurgiya/shho-take-zelena-metalurgiya/ [in Ukrainian]
Іnterviu z CEO МЕТІNVESTU Yurii Ryzhenkov 12.07.2023 «Мy maiemo konkurentnu perevagu…». [Interview with CEO of METINVEST Yuriy Ryzhenkov 07/12/2023 “We have a competitive advantage...”.]. https://metinvest.media/ua/page/mi-mamo-konkurentnu-perevagu-zelena-metalurgya--shans-dlya-ukrani-pravilno-ntegruvati-vlasnu-ekonomku-v-ekonomku-s--ceo-metnvestu-yury-rizhenkov [in Ukrainian]
Bhattacharya P., Datta M. (2023) Overview of Iron and Steel Making Process in an Integrated Steel Plant June-Juli 2023
Fan Z., Friedmann S.J. (2021) Low-carbon production of iron and steel: technology options, economic assessment, and policy. Jouli. vol.5. P. 829–862.
Scarnati T.M., Alvarez I., Sammt F.L. (1999) Use of DRI in steelmaking. Feinman J. and Mac Rae D.R. Direct Reduced Iron: Technology and economics of production and use. Ch. 9, Warrendale, PA: Iron and Steel Society. P. 127–144.
Bisen A. (2024) Industrial project report on metallurgical review: Production of direct reduced iron (DRI & HBI). Technical report.
Ramakgala C., Danha G. (2019) A review of ironmaking by direct reduction processes: Quality requirements and sustainability. Procedia Manufacturing. vol. 35. P. 242–245.
Zervas T., McMullan J.T., Williams B.C. (1996) Direct smelting and alternative processes for the production of iron and steel. International journal of energy research. vol. 20. P. 1103–1128.
Dutta S.K., Sah R. (2016) Direct reduced iron: production. Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys. CRC Press. P. 1082–1108
Bahgat M., Abdel Halim K.S., El-Kelesh H.A., Nasr M.I. (2011) Behaviour of wüstite prepared from Baharia iron ore sinter during reduction with CO–CO2–N2 gas mixture. Mineral Processing and Extractive Metallurgy (Trans. Inst. Min. Metall. C). vol. 120(2). P. 102–110.
Spreitzer D., Schenk J. (2019) Reduction of iron oxides with Hydrogen — a review. Res. Internat. vol. 20(10). 1900108.
Osborne D. (2013) The coal handbook: towards cleaner production: coal production (1st Edition). Woodhead Publishing.
Meissner S. (2002) Reduction and meltdown of pellets in the ITmk3 process. The 11th Japan-Germany Seminar on Fundamentals of Iron and Steelmaking, 6.
Lüngen H.B., Steffe, R. (24 May 2007) Stand und Zukunftsperspektiven der alternativen Erzreduktionsverfahren, Berichtsband der 134. Vollsitzung des Hochofenausschusses, Düsseldorf.
2023 World Direct Reduction Statistics. https://www.midrex.com/wp-content/uploads/MidrexSTATSBook2023.Final_.pdf
Maggiolino S. (24 to 28 June 2019) Technological achievements and experience on H2 use for DRI production in Energiron plants. Proceedings of METEC and 4th ESTAD, Düsseldorf.
General Green Hydrogen Knowledge. https://www.hydrogennewsletter.com/faq-general-green-hydrogen-knowledge/#google_vignette
Rao Y.J. (1985) Stoichiometry and thermodynamics of metallurgical process. Cambridge univ.press. Cambridge.
Qu Y., Yang Y., Zou Z., Zeilstra C., Meijer K., Boom R. (2014) Thermal decomposition behavior of fine iron ore particles. ISIJ International. vol. 54(10). P. 2196–2205.
Xing L., Qu Y., Wang C., Shao L., Zou Z., Song W. (2020) Kinetic study on thermal decomposition behavior of hematite ore fines at high temperature. Metall. Mater. Trans. B. vol. 51. P. 395–406.
Shamsuddin M. (2016) Physical chemistry of metallurgical processes. John Wiley & Sons, Inc.
Salmani M., Alamdari E.K., Firoozi S. (2017) Isoconversional analysis of thermal dissociation kinetics of hematite in air and inert atmospheres. J. Therm. Anal. Calori. vol. 128. P. 1385–1390.
Darken L.S., Gurry R.W. (1946) The system Iron — Oxygen. II. Equilibrium and thermodynamics of liquid oxide and other phases. J. Am. Chem. Soc. vol. 68. P. 798–816.
Ferreira S., Siguin D., Garcia F. (1994) Thermal analysis of sintering of magnetite pellets. Ironmak. Steelmak. vol. 21. P. 119–123.
