Процесс Mitsubishi

Процесс Mitsubishi — это технологический способ производства стали, основанный на комбинировании процессов прямого восстановления железа (DRI) и выплавки стали в электродуговой печи (ЭДП) с последующей внепечной обработкой. Разработан японской корпорацией Mitsubishi Heavy Industries (MHI) в 1980-х годах. Основное назначение процесса — получение высококачественной стали из железорудного сырья без использования доменных печей и коксующихся углей, что позволяет снизить выбросы углекислого газа и уменьшить зависимость от кокса.

История

Разработка процесса Mitsubishi началась в 1970-х годах, когда японская металлургическая промышленность столкнулась с необходимостью диверсификации сырьевой базы и снижения экологической нагрузки. Традиционная доменная технология требовала дорогостоящего кокса и приводила к значительным выбросам CO₂. В 1978 году компания Mitsubishi Heavy Industries приступила к созданию альтернативного метода, сочетающего прямое восстановление железа и электроплавку.

Первая промышленная установка была запущена в 1983 году на заводе компании Nippon Steel (ныне Nippon Steel Corporation) в городе Хикари (префектура Ямагути). Первоначальная мощность составляла около 500 000 тонн стали в год. В 1985 году процесс был усовершенствован: добавлена система предварительного нагрева шихты и оптимизирована конструкция электродуговой печи. К 1990-м годам технология получила распространение в странах Азии, особенно в Южной Корее и Китае, где были построены несколько заводов, работающих по этому методу.

В 2000-х годах процесс Mitsubishi был модернизирован для использования в сочетании с установками по улавливанию и хранению углерода (CCS), что позволило дополнительно сократить выбросы. По состоянию на 2025 год технология применяется на более чем 20 предприятиях мира, преимущественно в Японии, Китае, Индии и Бразилии.

Технологическая схема

Процесс Mitsubishi состоит из трёх основных стадий:

1. Прямое восстановление железа (DRI). Железорудные окатыши или кусковая руда загружаются в шахтную печь, где восстанавливаются до металлизованного железа (DRI) с помощью смеси природного газа и водорода. Температура в печи поддерживается на уровне 850–950 °C. Степень металлизации DRI составляет 92–95 %.

1. Электродуговая плавка. Полученный DRI (в горячем или холодном виде) подаётся в электродуговую печь (ЭДП) постоянного или переменного тока. В печи происходит расплавление DRI и доведение состава стали до заданных параметров. Для корректировки химического состава добавляются легирующие элементы (марганец, кремний, хром). Время плавки — 45–60 минут.

1. Внепечная обработка. Расплавленная сталь проходит через установки «печь-ковш» (LF) и вакууматор (VD/VOD) для удаления газов (кислорода, водорода, азота) и неметаллических включений. На этом этапе также производится микролегирование и модифицирование. Конечная продукция — непрерывнолитая заготовка (сляб, блюм, заготовка для сортового проката) или слиток.

Характеристики и особенности

• Энергоэффективность. Процесс Mitsubishi позволяет снизить удельный расход электроэнергии на 15–20 % по сравнению с традиционной электроплавкой на ломе за счёт использования горячего DRI (температура загрузки до 600 °C). Общий расход энергии на тонну стали составляет около 4,5–5,0 ГДж.
• Экологичность. Выбросы CO₂ сокращаются на 40–50 % по сравнению с доменным процессом, так как вместо кокса используется природный газ. При использовании «зелёного» водорода (полученного электролизом воды с использованием возобновляемых источников энергии) выбросы могут быть снижены до нуля.
• Качество стали. Продукция отличается низким содержанием серы (менее 0,005 %) и фосфора (менее 0,010 %), что позволяет получать стали для ответственных конструкций, включая трубопроводы, мосты и судостроение.
• Гибкость. Технология допускает использование различного сырья: окатышей, кусковой руды, а также смеси с металлоломом (до 30 %). Возможна быстрая смена марок стали без остановки производства.

Применение

Сталь, полученная по процессу Mitsubishi, используется в следующих отраслях:

• Нефтегазовая промышленность. Трубы большого диаметра для магистральных газопроводов и нефтепроводов, требующие высокой прочности и коррозионной стойкости.
• Автомобилестроение. Листовой прокат для кузовных деталей, штампованных элементов и рам.
• Строительство. Арматура, балки, колонны для высотных зданий и мостов.
• Судостроение. Листы для корпусов судов, включая танкеры и контейнеровозы.
• Энергетика. Детали для ветрогенераторов, турбин и котлов.

Сравнение с другими технологиями

Экономические аспекты

Капитальные затраты на строительство завода по процессу Mitsubishi составляют примерно 700–900 долларов США на тонну годовой мощности, что на 30–40 % ниже, чем для доменного комплекса. Эксплуатационные расходы зависят от цен на природный газ и электроэнергию. В регионах с дешёвым газом (Ближний Восток, Россия, США) технология экономически конкурентоспособна по сравнению с доменной. Однако в условиях высоких цен на газ (Европа, Япония) процесс уступает традиционной электроплавке на ломе.

Критика и ограничения

Основные недостатки процесса Mitsubishi:

• Зависимость от природного газа. В регионах без доступа к дешёвому газу технология нерентабельна.
• Ограниченная мощность единичного агрегата. Максимальная производительность одной линии — около 1,5 млн тонн стали в год, что меньше, чем у современных доменных печей (3–5 млн тонн).
• Необходимость высококачественного сырья. Для получения DRI с высокой степенью металлизации требуется руда с низким содержанием пустой породы (менее 3 % SiO₂ + Al₂O₃).
• Экологические риски. При использовании природного газа выбросы CO₂ всё же остаются значительными, хотя и ниже, чем в доменном процессе.

Перспективы развития

В 2020-х годах процесс Mitsubishi рассматривается как одна из переходных технологий к «зелёной» металлургии. Ведутся работы по интеграции с электролизёрами для получения водорода методом электролиза воды, что позволит полностью отказаться от ископаемого топлива. В 2023 году компания Mitsubishi Heavy Industries объявила о запуске пилотного проекта в Японии по производству стали с использованием «зелёного» водорода на основе процесса Mitsubishi. Ожидается, что коммерциализация этой версии произойдёт не ранее 2030 года.

Источники

• Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, Vol. 20, No. 3, 1983.
• «Ironmaking and Steelmaking», Vol. 32, No. 4, 2005, pp. 289–296.
• World Steel Association, «Steel Statistical Yearbook 2023».
• «Direct Reduction: A Review of Commercial Processes», 2021, Springer.
• Отчёт Международного энергетического агентства (IEA) «Iron and Steel Technology Roadmap», 2020.