Без углерода: новая технология электронагрева для металлообработки

Исследователи из Корейского научно-исследовательского института энергетики (KIER) под руководством доктора Хукиунга Ли представили инновационную технологию электронагрева, которая призвана заменить ископаемое топливо в процессе термической обработки металлов. Эта разработка особенно актуальна для производства оцинкованных стальных полос, используемых в автомобильной промышленности и производстве бытовой техники, обещая переход к полностью безуглеродным процессам.

Новая технология открывает перспективы для широкого применения в энергоемких отраслях, таких как металлургия, способствуя декарбонизации промышленных процессов. Правительство Южной Кореи активно поддерживает усилия по снижению выбросов парниковых газов, включая электрификацию производств, что ставит перед такими отраслями, как сталелитейная, задачу внедрения соответствующих технологий.

Производство оцинкованных стальных полос включает процесс непрерывного цинкования (CGL), при котором стальные листы проходят через ванну с расплавленным цинком для нанесения покрытия. На этапе производства стальные полосы подвергаются отжигу – процессу контролируемого нагрева и охлаждения, необходимому для повышения пластичности и формуемости.

Традиционно для нагрева в печах отжига используется сжигание ископаемого топлива, например, природного газа. Это неизбежно приводит к выбросам значительного количества парниковых газов, в том числе диоксида углерода и оксидов азота. Углеродный след от сталелитейной промышленности, включая процессы производства цинка, составляет около 15% от общего объема выбросов в Корее.

В ответ на эти вызовы исследовательская группа разработала «безуглеродную систему отжига». Она полностью работает на электричестве, заменяя традиционные горелки в печах отжига на электрические нагревательные элементы. Тестирование системы в условиях, приближенных к промышленному производству, показало сокращение выбросов диоксида углерода и оксидов азота более чем на 98%.

Ключевым элементом новой системы является конструкция печи. Исследователям удалось сохранить огнеупорную структуру и механизм транспортировки стальных полос, присущие традиционным печам, при этом заменив горелки на электрические нагреватели, установленные как в верхней, так и в нижней части печи. Благодаря точному расчету расстояния между нагревательными элементами и стальной полосой, система обеспечивает быстрый и равномерный нагрев за счет высокотемпературного излучения, минимизируя при этом потери тепла.

Применение разработанной системы для отжига стальных полос толщиной 0,49 мм при температуре 750°C подтвердило эквивалентность полученных характеристик стали (цвет, микроструктура, механические свойства) по сравнению с традиционными методами. При этом выбросы CO2 и NOx снизились более чем на 98%.

Более того, электрические печи отжига не требуют систем подачи топлива и воздуха, горелок и вытяжных систем, что снижает капитальные затраты и площадь установки примерно на 40%. При использовании возобновляемых источников энергии, таких как ветровая и солнечная, система становится полностью безуглеродной, что соответствует строгим мировым экологическим нормам, включая механизмы пограничной углеродной корректировки.

Доктор Хукиунг Ли отметил: «Эта демонстрация является первым в мире случаем, подтверждающим возможность достижения безуглеродного нагрева путем простой замены горелок на электрические нагревательные элементы». В дальнейшем команда планирует расширить технологию, интегрировав систему на базе искусственного интеллекта для автоматического подбора оптимальных конфигураций нагревательных элементов в зависимости от параметров стальной полосы и скорости ее подачи, развивая ее в готовое к экспорту решение.