Николай Мезенин - Занимательно о железе

В своих прогнозах специалисты исходят из предположения, что стоимость тепла, полученного в высокотемпературных ядерных реакторах с газовым охлаждением, будет более низкая, чем стоимость тепла, получаемого при сжигании химического топлива, а стоимость электроэнергии ядерной энергетической установки (ЯЭУ) будет составлять все меньшую часть стоимости электроэнергии обычных электростанций, работающих на угле или мазуте.

Как показывают расчеты, преобразование тепловой энергии в электрическую, а затем снова в тепловую в металлургическом производстве приводит к потере 60–70% первичной энергии. Вот, чем оправдано стремление к непосредственному использованию выделяемой в атомном реакторе энергии в ее первичном виде. Препятствием служит то, что в реакторе с газовым охлаждением можно рассчитывать на температуру охладителя 500–750°С, что весьма ограничивает его применение в металлургии. Для восстановления железа температура газа должна быть не ниже 1000°С.

Последние достижения в области разработки высокотемпературных реакторов в СССР и за рубежом позволяют уже в настоящее время расширить диапазон температур, получаемых в результате применения ЯЭУ, до 1200–1600°С. Не исключается в дальнейшем возможность применения в реакторе такого типа в качестве размножителя ядерного топлива с временем удвоения около трех лет, что создает новые предпосылки для снижения стоимости тепла и электроэнергии, получаемых с ЯЭУ.

В ФРГ испытывался небольшой опытный реактор, в котором для охлаждения использовался гелий при давлении 3–4 МПа и достигалась температура охладителя до 850°С. Была даже достигнута кратковременная пиковая температура охладителя 1000°С и предполагают, что можно ее поднять до 1200°С и даже до температур, превосходящих температуру плавления чугуна и стали.

Наиболее удовлетворительные результаты возможны в случае, когда атомную энергию удастся применить в виде тепловой и одновременно электрической, получаемой от использования в тепловых процессах ресурсов энергии.

В металлургии тепло охлаждающего реактор газа может быть использовано для получения восстановительной газовой смеси газификацией твердого топлива или конвертированием (изменение состава) природного газа либо жидкого топлива, а также как источник тепла для производства губчатого железа, агломерации руд, производства окатышей, нагрева дутья. Электроэнергию, полученную в реакторе, можно использовать в электропечном производстве ферросплавов или для получения стали из губчатого железа, производства кислорода и восстановителей.

В промышленно развитых странах — СССР, Японии, ФРГ, Англии — в разработанных проектах рассматривают два основных технологических комплекса с применением ЯЭУ: доменная печь — конвертор; установка прямого восстановления железа — электропечь.

В одном из вариантов компоновки ядерного реактора с доменной печью для приготовления восстановительного газа рекомендуют использовать доменный газ, который поступает в теплообменник и нагревается до 1300°С теплом гелия, охлаждающего ядерный реактор. Из теплообменника охлажденный гелий возвращается в ядерный реактор, а нагретый доменный газ направляется в камеру приготовления восстановительного газа. Здесь доменный газ проходит через слой низкокачественного угля. В результате реакции образуется восстановительный газ, вдуваемый затем в доменную печь. Предполагают, что один реактор сможет при этом обеспечить теплом 2–3 доменные печи. Вырабатываемую им электроэнергию можно будет использовать на том же металлургическом заводе для производства кислорода, в электропечах, прокатных цехах. Применение восстановительного газа, нагретого теплом ядерного реактора до высокой температуры, позволит, по предварительным расчетам, снизить наполовину удельный расход кокса в доменной печи.

Вышеописанное вполне осуществимо в текущем столетии, а в более далекой перспективе использование ЯЭУ вероятнее в производстве губчатого железа. При этом установки для производства губчатого железа и выработки электроэнергии, а также ядерный реактор представят единый производственный комплекс. Температура гелия на выходе из реактора при восстановлении природным газом должна составить 900°С, а при твердом восстановителе (кокс, каменный уголь, бурый уголь) 1200°С. Тепло от ядерного реактора используется для конверсии природного газа, нагрева восстановительного газа, производства пара. В этих проектах предполагается выплавлять сталь в электропечах и опять-таки с использованием электроэнергии, полученной в ядерном реакторе.

Несмотря на встретившиеся трудности, комплексное изучение проблемы применения ядерной энергетической установки в черной металлургии показывает, что разработка и расширение видов технологии, которые могут быть переведены на ядерную энергию, являются одним из важных направлений научно-технического прогресса в металлургии на длительную перспективу.

Жолио-Кюри считал, что проблема использования лучистой энергии Солнца более важна, чем даже освоение атомной энергии. Солнечная энергетика — реальность наших дней.

В настоящее время, когда технический прогресс требует новых источников энергии и когда остро стоит вопрос экономии природных энергетических ресурсов, большое значение придается использованию солнечной энергии. Уже сейчас области ее применения достаточно широки: от нагревательных приборов до опреснительных установок и электростанций. Однако бесплатная солнечная энергия пока еще дорого стоит. Слишком сложны гелиоустановки, мал их к.п.д.

И тем не менее установки появляются.

А каковы перспективы гелиотехники в металлургии?

Современная солнечная печь — это гелиоустановка, предназначенная для плавки и термической обработки материалов. Рабочие температуры в ней 2300–3000°С. Применяют ее при обработке материалов в особо стерильных условиях, исключающих внесение примесей в обрабатываемый материал.

Одна из наиболее крупных солнечных печей мощностью 1200 кВт построена во Франции в Одийло. Похожие на отполированные щиты 63 плоских гелиостата-отражателя направляют солнечные лучи к зеркалу печи. Диаметр зеркала равен высоте 18-этажного дома! Неудивительно, что в фокусе такого зеркала можно получить температуру свыше 3000°С.

Чтобы собрать в пучок солнечные лучи и направить их в одну точку, понадобились сложные механизмы и огромные площади: 20 840 зеркал собирают прямое солнечное излучение с площади 20 тысяч квадратных метров. Лучи Солнца гелиостаты направляют на неподвижное параболическое зеркало. Оно собирает и направляет лучи в одну точку, накаляя печь до температуры свыше 3000°С. Сравните: на Солнце температура 6000°С.