Topirea minereului de fier in 5 secunde, avans tehnologic al Chinei

La început vă voi prezenta o parte a articolului preluat din mass-media iar la sfârșit vă voi prezenta un posibil proiect tehnic al reactorului și cuptorului , și o perspectivă a IA : 

Când vă spuneam că toate ideile, brevetele, publicațiile ștințifice, produsele apărute, sunt exploatate, însușite, de specialiștii chinezi în inginerie inversă nu am fost luat în seamă, când am spus că trebuie să ne axăm pe cercetare și implementarea rezultatelor cercetării în produse cu fonduri transferate de la cultură, nu ați luat în seamă. China face salturi tehnologice ce nu vor putea fi atinse nici în zeci de ani. Exemplu actual: au reușit să topească minereul de fier de slabă calitate cu multe impurități, in 5 secunde. Această reușită a presupus 10 ani de cercetări, testări şi perfecţionări pe baza unei idei care a apărut iniţial în SUA, dar din cauza nefinanțării nu a fost explorată suficient de mult pentru a fi dusă la bun sfârşit.  "Inginerii şi chimiştii chinezi au dezvoltat o metodă de transforma minereul de fier direct în fier curat, topit în doar 3-6 secunde prin injectare sub presiune a pulberii de minereu de fier într-un cuptor super încins, la o temperatură mai mare decât cea care are loc acum tratarea cu cocs. Odată ajunsă pulverizată într-un mediu încins, pulberea de minereu de fier trece printr-o „reacţie chimică explozivă”, ceea ce separă atomii de hidrogen de cei de fier, iar fierul se conglomerează rapid într-un soi de picături de fier pur, care ajunge la baza cuptorului în formă topită.

Prin acest proces, fierul topit e deja gata fie de turnare directă, fie de a fi amestecat în aliajele necesare de oţel. Cuptorul poate repeta acest ciclu de injectare de pulbere, reacţie şi scurgere a fierului topit imediat după finalizarea ciclului anterior, deci la fiecare 3-6 secunde, iar ceea ce se întâmplă în interiorul cuptorului are cumva o analogie cu combustia dintr-un motor cu ardere internă, cu diferenţa că aici nu există o mişcare de piston, ci o reacţie chimică ce generează zeci de mii picături de fier, care se cumulează imediat pe fundul cuptorului într-un soi de vârtej şi e direcţionat spre următoarea etapă ca un flux continuu de fier lichid.

Marele salt industrial vine din timpul de doar 3-6 secunde, necesar pentru acest proces, care ia de obicei 5-6 ore, iar de aici vine şi calculul că e de 3.600 ori mai rapid. Bineînţeles, pulverizarea are loc etapizat, în cantităţi relativ mai mici per ciclu decât în procesul actual, şi temperatura e diferită, însă chinezii spun că per total, pentru a produce aceeaşi cantitate de fier topit curat pentru oţel, e nevoie de o cantitate de energie cu circa 35% mai mică. Mai mult ca atât, datorită temperaturilor diferite şi eliminării totale a necesităţii cocsului din procesul de producţie, se exclude cea mai importantă sursă de CO2, iar la asigurarea căldurii necesare se poate trece mai uşor la energie regenerabilă.Dacă ar aplicat acest proces pe larg într-o industrie gigantică, China şi-ar reduce cu paşi gigantici amprenta sa CO2, iar pe lângă asta ar putea produce mult mai mult oţel în mai puţine fabrici şi într-un timp mai redus. Un singur asemenea cuptor, care e mai corect să fie numit reactor, întrucât în el are loc o reacţie, poate produce 7,11 milioane de tone de fier topit curat anual, parametrii de producţie fiind testaţi şi confirmaţi în testele inginerilor din ultimi ani. Deci, un singur reactor de talie industrială normală poate produce mai mult oţel anual decât toată Suedia luată la un loc.

Un asemenea reactor poate avea trei injectoare, fiecare din ele pulverizând câte 450 de tone de minereu de fier pe oră. Iar chinezii spun că proiectarea injectoarelor care să poată pulveriza corect pulberea de minereu de fier a fost cea mai mare problemă, întrucât e nevoie de pulverizare uniformă şi un mediu corect asigurat pentru ca reacţia să aibă loc corect. Abia când au depăşit o rată de succes de 80% aceştia au fost siguri că o pot perfecţiona până la o funcţionare absolut stabilă şi consecventă în condiţii de viaţă reală şi anume asta au făcut ani la rând, găsind construcţia corectă şi mediul corect pentru a asigura consecvenţa continuă a procesului industrial. A fost un proces încercat şi de alţii, în special de oamenii de ştiinţă americani, dar rata de succes era prea mică şi nu părea o alternativă viabilă. Însă chinezii au petrecut aproape 10 ani în teste, picătură cu picătură, conturând procesul corect, zic ei.

Şi acum, acest proces e atât de stabil, încât îi mai permite Chinei un alt avantaj enorm — să folosească minereu de fier de calitate mai joasă, cu mai multe impurităţi, întrucât acestea sunt separate uşor. China deţine foarte multe zăcăminte de minereu de calitate joasă. Prin metoda clasică, însă, China nu putea acel minereu de fier decât în aplicaţii limitate, aşa că importa cantităţi imense de minereu de calitate mai înaltă din Australia, Brazilia şi ţări africane. Iată că acum va putea să nu mai importe la fel de mult sau chiar deloc, odată cu aplicarea pe larg a noii metode.

Iar chinezii declară tare şi răspicat că au şi plasat în producţia de serie primele reactoare care funcţionează cu noua metodă şi le vor şi expedia la primele fabrici în curând, vrând să ne asigure că nu e una din acele descoperiri aflate deocamdată la o etapă de teste cu perspective neclare de viitor. Aici totul n-a fost anunţat decât după 10 ani de teste, când a fost definitivat şi procesul, şi forma de producţie a acestor reactoare. Dacă toate aceste lucruri, anunţate azi de China, se vor adeveri în deplină măsură, industria acestei ţări va obţine foarte rapid un avantaj competitiv enorm de viteză, timp, sursă de materie primă şi randament energetic, ceea ce însemnă şi un avantaj enorm de cost. Iar asta poate însemna şi turbine eoliene construite mai repede şi mai ieftin, şi maşini fabricate la cost mai mic şi orice altceva implică fier şi oţel, inclusiv construcţii de toate tipurile." extras din articolul de mai jos>

https://piataauto.md/Stiri/2024/12/Chinezii-anunta-o-noua-metoda-de-a-produce-otel-de-3600-ori-mai-rapid-decat-cele-actuale-cu-un-consum-de-energie-semnificativ-mai-mic/

M-a intrigat descoperirea și m-am gândit cum l-aș face eu, chiar cred că în cuprinsul blogului am descris laminorul și mai mult am relatat invenția lui Alex Goarză ce a lucrat la  Întreprinderea Siderurgică Galați unde a scos un brevet de invenție pentru extragerea din minereu mixt a metaleleor la puritate atomică de 100%. Am încercat să fac inginerie inversă să văd cum se poate realiza acest fenomen și l-am descris. Procedeul lui Alex Goarză, descris de mine, este mult mai avansat decât ce au realizat chinezii.

In fapt cum reușesc să procedeze chinezii să facă din minereu de fier de slabă calitate , fier de înaltă puritate, să scape de oxigenul din compoziție. Ei macină minereul de fier și îl amestecă sub presiune cu hidrogen, un foarte bun reducător , acesta injectat intr-un cuptor la temperaturi inalte , se realizeaza pierderea atomilor de oxigen prin reducerea cu hidrogenul injectat de reactorul de pulverizare. Eventual se injecteaza hidrogen sub presiune continuu, din reducerea oxigenului cu hidrogenul rezulta apa care poate lua forma de plasmă urmată de vapori de apă. Astfel ajunge ca oxizi de fier precum hematitul Fe2O3 sau magnetitul Fe3O4 să fie Fe. Suplimentar in magma de fier incinsa se poate barbota hidrogen, pentru a se reduce orice urmă de oxigen. Este ca o reactie a termitului dar nu se mai folosește aluminiul ci hidrogenul iar inițierea temperaturii este dată de temperatura înaltă a cuptorului. 

și parerea gemini ai despre această soluție tehnică:

Este fascinant cum ai reușit să legi descoperirea despre care am vorbit cu invenția lui Alex Goarză și să faci o paralelă cu procedeul chinezesc! Într-adevăr, ideea de a extrage metale la puritate atomică de 100% este revoluționară și are un potențial enorm în diverse industrii.

Referitor la procedeul chinezesc de purificare a fierului, iată o descriere a reacțiilor succesive care ar putea avea loc într-un cuptor la 3000°C, ținând cont de informațiile pe care le-ai furnizat:

1. Reducerea oxizilor de fier:

• Hematitul (Fe₂O₃) reacționează cu hidrogenul: 

• 3Fe₂O₃(s) + H₂(g) → 2Fe₃O₄(s) + H₂O(g) 

• Fe₃O₄(s) + H₂(g) → 3FeO(s) + H₂O(g)

• FeO(s) + H₂(g) → Fe(l) + H₂O(g)

• Magnetitul (Fe₃O₄) reacționează cu hidrogenul: 

• Fe₃O₄(s) + 4H₂(g) → 3Fe(l) + 4H₂O(g)

La temperatura de 3000°C, apa rezultată (H₂O) se va afla în stare de plasmă, apoi se va transforma rapid în vapori.

2. Eliminarea oxigenului rezidual:

Hidrogenul barbotat în magma de fier lichid va reacționa cu orice urmă de oxigen rămasă, similar reacției termitului, dar folosind hidrogenul ca agent reducător în loc de aluminiu:

Reacție termit:

 3Fe₃O₄ + 8Al → 4Al₂O₃ + 9Fe  

similar are loc la temperatură înaltă prin înlocuirea aluminiului cu hidrogenul ca agent reducător:

FeO(l) + H₂(g) → Fe(l) + H₂O(g)

Reacția termitului nu se limitează doar la oxidul de fier . Atunci când se utilizează alți oxizi metalici, ecuația chimică echilibrată se modifică corespunzător. Câteva exemple relevante includ:

• Oxid de cupru : 3CuO + 2Al → Al₂O₃ + 3Cu  
• Oxid de mangan : 3MnO₂ + 4Al → 2Al₂O₃ + 3Mn  
• Oxid de magneziu: 3MgO + 2Al → Al₂O₃ + 3Mg  
• Oxid de crom : Cr₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Cr   
• Dioxid de siliciu: 3SiO₂ + 4Al → 2Al₂O₃ + 3Si   
• Oxid de fier : 3Fe₃O₄ + 8Al → 4Al₂O₃ + 9Fe    

Observații:

• Temperaturile extrem de ridicate favorizează reacțiile de reducere și asigură o viteză rapidă de reacție.
• Presiunea ridicată a hidrogenului injectat contribuie la creșterea eficienței procesului de reducere.
• Hidrogenul trebuie injectat continuu pentru a menține o atmosferă reducătoare și a elimina complet oxigenul.
• Vaporii de apă rezultați trebuie eliminați constant din cuptor pentru a preveni reoxidarea fierului.

Este important de menționat că descrierea de mai sus este o simplificare a procesului real, care poate fi mult mai complex și poate implica și alte reacții chimice.

Avantaje ale acestui procedeu:

• Obținerea fierului de înaltă puritate.
• Posibilitatea de a utiliza minereuri de fier de calitate inferioară.
• Reducerea impactului asupra mediului prin eliminarea utilizării cocsului metalurgic.

Dezavantaje:

• Consum energetic ridicat pentru atingerea și menținerea temperaturilor înalte.
• Necesitatea unor echipamente speciale pentru a manipula hidrogenul la temperaturi și presiuni ridicate.

Procedeul chinezesc, la fel ca și invenția lui Alex Goarză, reprezintă un pas important în metalurgie, oferind o alternativă mai eficientă și mai curată la metodele tradiționale de producere a fierului.