Плавка без дыма — чистые печи для стали и друзей
Уголь создал первые небоскрёбы; электроны создадут следующую цивилизацию. В нашем мире печи не кашляют — они гудят. Единственный «дым» — это тепло, которое мы собираем специально.
Почему плавка без дыма (и почему это проще, чем кажется)
«Токсичной» частью старой металлургии был не сам металл — а сгорание, используемое для нагрева и восстановления: уголь в доменных печах, дизель в карьерных самосвалах, нефть для технологического тепла. Мы убираем сгорание, сохраняя физику. Электрические дуги, индукционные катушки и водород выполняют те же задачи с меньшими побочными эффектами.
- Те же атомы, новый огонь: электроны и H₂ заменяют кокс и дизель.
- Замкнутый тепловой цикл: отходящие газы превращаются в пар и технологическое тепло, а не в погодное явление.
- Изобилие энергии: солнечная фабрика семян (Часть 3) производит мегаватты, которые нам нужны.
Сталь без угля — два чистых маршрута
Маршрут A — Лом → ЭДП (Электродуговая печь)
Мы плавим переработанную сталь с помощью электрической дуги. Добавляем щепотку извести и кислорода, снимаем шлак, отливаем, улыбаемся. Это самый энергоэффективный путь при наличии хорошего лома.
Электричество: ~0.35–0.60 МВт·ч/т стали O₂ и флюсы: умеренно Электроды: ~1–2 кг/тОпционально: индукционные печи для небольших литейных партий (приблизительно такое же потребление электроэнергии на тонну).
Маршрут B — DRI(H₂) → ЭДП
Когда нам нужен первичный железо, мы восстанавливаем железную руду водородом в шахтной печи (DRI), затем плавим в ЭДП. Водород — это просто временный переносчик электронов. Нет коксовых печей, нет агломерационных куч.
Водород: ~50–60 кг H₂/т стали Электричество (включая H₂): ~3.2–4.2 МВт·ч/т Пеллеты: высокого качества, с низким содержанием примесейЭлектролизёры при ~50–55 кВт·ч/кг H₂. Мы увеличиваем мощность солнечных панелей, чтобы питать их спокойно.
Шпаргалка на тонну (сталь)
Входы и энергия (на 1 т жидкой стали)
| Маршрут | Электричество | Водород | Примечания |
|---|---|---|---|
| Лом → ЭДП | ~0.35–0.60 MWh | — | Лучше всего там, где много чистого лома |
| DRI(H₂) → ЭАФ | ~3.2–4.2 МВт·ч* | ~50–60 кг | Электролизер + компрессия + ЭАФ |
*Предполагается электролизеры ~50–55 кВт·ч/кг H₂ и чистая электроэнергия.
Что мы заменяем (только для контекста)
| Старый путь | Энергия сгорания | Основное топливо |
|---|---|---|
| Доменная печь/конвертер (доменная печь) | ~4–6 МВт·ч/т (в виде тепла) | Кокс/уголь |
| Дизельный карьерный транспорт | — | Заменено электрическими фургонами (Часть 1) |
Мы сохраняем металлургию, удаляем дым.
Предварительно рассчитанные сценарии завода (удобные для цеха, без скриптов)
Сталь ЭАФ (путь лома)
Только электроэнергия. Диапазон учитывает состав лома и практику.
| Ёмкость | Средняя нагрузка | Минимум PV | 12 ч хранения | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 1 Мт/год | ~57 МВт | ~300 МВтp | ~0.68 ГВт·ч | 0.5 МВт·ч/т проектный |
| 5 Mt/год | ~285 МВт | ~1.46 ГВтp | ~3.42 ГВт·ч | Несколько печей в отсеках |
PV «мин» размер по суточной энергии: PVГВтp ≈ Среднее(МВт) × 5.14 (5.5 PSH, 85% выход).
Сталь DRI(H₂) + EAF
Электролизёры доминируют в нагрузке; EAF — спринтер.
| Ёмкость | Средняя нагрузка | Необходим H₂ | Минимум PV | 12 ч хранения |
|---|---|---|---|---|
| 1 Мт/год | ~400 МВт | ~55 кт/год | ~2.05 ГВтp | ~4.8 ГВт·ч |
| 5 Mt/год | ~2.0 ГВт | ~275 тыс. т/год | ~10.3 ГВтp | ~24 ГВт·ч |
Распределение мощности электролизёров (1 Мт/год): ~330–360 МВт; ЭАФ + баланс: ~40–70 МВт. Мы запускаем их на спокойной микросети, а не на пиковом режиме.
Место и оборудование (типичные кампусы 1 Мт/год)
| Блок | Регион | Примечания |
|---|---|---|
| Цех плавки ЭАФ (2–3 печи) | ~3–6 га | Закрытое помещение, акустические панели |
| Шахта DRI + площадка для пеллет | ~5–8 га | Если используется маршрут B |
| Зал электролизёров | ~2–4 га | Контейнерные стеки |
| Подготовка литья/проката | ~3–5 га | Заготовки, слябы, блюмы |
| Поле PV (мин) | ~3.0–3.5 км² | Для 2.05 ГВтp поблизости |
| Площадка хранения | ~0.5–1 км² | Контейнеры 4.8 ГВт·ч |
Мы размещаемся рядом с озером (Часть 1) для охлаждающей воды и спокойствия.
Друзья стали (чистые печи для других металлов)
Алюминий — процесс Холла-Эрульта, полностью электрифицированный
Глинозем (Al₂O₃) превращается в расплавленный алюминий в электролизных ячейках. Мы сочетаем его с электрическими кальцинарами и, где возможно, инертными анодами, чтобы устранить выбросы перфторуглеродов.
- Электроэнергия: ~14–16 МВт·ч/т алюминия (плавка)
- Рафинирование и литье (электрическое): +2–3 МВт·ч/т
- Завод 500 тыс. т/год: ~800 МВт в среднем • минимальная мощность PV ~4.1 ГВтp • 12 ч хранения ~9.6 ГВт·ч
Медь — пирометаллургия + электролитическое рафинирование, аккуратно
Сульфидные концентраты плавятся экзотермически. Мы улавливаем SO₂ для серной кислоты (полезный продукт), затем завершаем электролитическим рафинированием.
- Электроэнергия: ~2.5–4.0 МВт·ч/т катода
- Кампус 1 млн т/год: ~340 МВт в среднем • минимальная мощность PV ~1.76 ГВтp • 12 ч хранения ~4.1 ГВт·ч
- Побочный продукт: кислота с завода подается в выщелачивающие цепочки и соседние объекты
Кремний — электрометаллургия
Кварц + углерод → металлургический кремний в дуговых печах. С чистой энергией и улавливанием отработанных газов это яркая, контролируемая гроза.
- Электричество: ~11–14 МВт·ч/т
- Завод 100 тыс. т/год: ~137 МВт в среднем • PV минимум ~0.70 ГВтp • 12 ч хранения ~1.6 ГВт·ч
- Вверх по цепочке к солнечной энергии: маршруты к фабрикам пластин рядом (Часть 3)
Воздух, вода и соседи (скучно чисто по замыслу)
Воздух
- Без коксовых батарей. Крышки электродуговых печей закрыты; пары очищаются и фильтруются.
- Улавливание SO₂. Медные газы → серная кислота; никаких проблем с выхлопом.
- Дуговой разряд, а не дымовая труба. Шум и свет удерживаются корпусами.
Вода
- Закрытые контуры охлаждения с сухими охладителями; озеро справляется с сезонными колебаниями.
- Никаких необработанных сбросов; мы предпочитаем «отсутствие сбросов» как образ жизни.
- Дождевая вода с полей PV становится технологической водой после простой обработки.
Вопросы и ответы
«Водород опасен?»
Это энергично и заслуживает уважения — как электричество. Мы держим электролизёры на улице, трубы короткие, датчики повсюду, а конструкции намеренно просты.
«А как насчёт качества лома?»
Мы агрессивно предварительно сортируем (Часть 2: энергия на входе, энергия на выходе). Когда нужен первичный железо, DRI(H₂) заполняет пробел без импорта столетних выбросов.
«Разве это не слишком много энергии?»
Да — и в этом суть. Солнечная фабрика производит энергию в больших масштабах (Часть 3). Мы строим коллекторы быстрее, чем появляются оправдания, а затем напрямую подключаем их к печам.
Далее: Сталь: Кости цивилизации — Литьё слитков, заготовок и балок (Часть 5). Мы зальём солнечный свет в формы, достаточно прочные, чтобы выдержать век.