DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-02

О. С. Нестеров¹,к.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0002-0183-0327
Л. І. Гармаш^1,*, к.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0002-6873-6685
К. П. Лопатенко¹, н.с.
М. Г. Болденко¹, м.н.с.
О. Л. Чайка¹, к.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0003-1678-2580
М. Г. Іванча¹, с.н.с., ORCID 0000-0002-5366-9328
М. Г. Джигота¹, м.н.с., ORCID 0000-0003-3062-5127

¹ Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
^* Автор для листування: larysagar@gmail.com

ВПЛИВ ВОДНЕВМІСНИХ ГАЗІВ НА ПРОЦЕСИ РОЗМ’ЯКШЕННЯ ТА ПЛАВЛЕННЯ РІЗНИХ ТИПІВ ЗАЛІЗОРУДНОЇ СИРОВИНИ В ДОМЕННІЙ ПЕЧІ

Анотація. Необхідною умовою ефективної і стабільної роботи доменних печей є розуміння закономірностей процесів розм’якшення-плавлення різних типів залізорудної сировини. Ці процеси дуже специфічні для різних типів сировини і різних умов, а додавання водню до сумішей відновлювальних газів суттєво впливає на їхні параметри. Основними перевагами використання водню у відновлювальних газах є його значний потенціал для заміни викопного палива та скорочення викидів CO₂, який виражається в позитивному впливу на процеси відновлення і процеси розм’якшення-плавлення та можливостей оптимізації роботи доменної печі за рахунок покращення проникності шару шихти. Серед основних недоліків і проблем – нижча ефективність використання водню в промислових умовах, висока вартість його виробництва і ендотермічна поведінка, що потребує більш високотемпературного середовища для досягнення прийнятної ефективності. Складність і багатофакторність процесів, які відбуваються в пластичній зоні доменній печі, може призводити до суперечливих наслідків при використанні водневмісних газів. В лабораторних умовах ІЧМ було проведено серію дослідів по вивченню впливу вмісту водню на властивості зони когезії (температури розм’якшення, початку плавлення і крапання та діапазони розм’якшення-плавлення) агломератів і окатишів українського виробництва. Результати досліджень показали, що для цих типів ЗРС помірне збагачення відновних газів воднем (приблизно до 10-15%) може призвести до значних покращень у роботі доменної печі. Зокрема, зі збільшенням вмісту Н₂ підвищуються температури розм’якшення та плавлення. Додавання водню позитивно впливає на високотемпературні властивості всіх досліджених видів ЗРС українського виробництва, покращуючи проникність, звужуючи когезійну зону та змінюючи характеристики розм’якшення-плавлення, що сприяє більш стабільній та ефективній роботі доменної печі, але високотемпературна поведінка різних типів ЗРС має суттєві відмінності, що необхідно враховувати при розробці рекомендацій по використанню водню в доменній печі.

Ключові слова: процеси відновлення, водень, залізорудна сировина, когезійна зона, доменна піч.

Посилання для цитування: Вплив водневмісних газів на процеси розм’якшення та плавлення різних типів залізорудної сировини в доменній печі/ О. С. Нестеров, Л. І. Гармаш, К. П. Лопатенко, М. Г. Болденко, О. Л. Чайка, М. Г. Іванча, М. Г. Джигота // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025. Вип. 39. С. 20-33. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-02.

Перелік посилань

1. Utilization and Impacts of Hydrogen in the Ironmaking Processes: A Review from Lab-Scale Basics to Industrial Practices / Kaihui Ma, Junyi Deng, Gang Wang et al.  // International Journal of Hydrogen Energy. Volume 46, Issue 52, 29 July 2021, Pages 26646-26664. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.05.095
2. Effect of Ternary Basicity of Iron Ore-Fluxed Pellets on Melting and Softening Properties in a Blast Furnace / Fa´Bio R. Silva, Leandro R. Lemos, Paulo De Freitas Nogueira et al.// Metallurgical and Materials Transactions B. Volume 52, pages 69–76. 2021. https://doi.org/10.1007/s11663-020-01917-6
3. Evaluating the Reduction-Softening Behaviour of Blast Furnace Burden with an Advanced Test / Mikko Iljana, Antti Kemppainen, Timo Paananen et al. // ISIJ International, Vol. 56 (2016), No. 10, pp. 1705-1714.  http://dx.doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2016-117
4. Reduction of Iron Ore Pellets, Sinter, and Lump Ore under Simulated Blast Furnace Conditions / Anne Heikkilä, Mikko Iljana, Hauke Bartusch et al. // Steel Research Int. 2020, 91, 2000047. https://doi.org/10.1002/srin.202000047
5. Исследования высокотемпературных свойств железорудных материалов в лабораторных условиях / А. С. Нестеров, Л. И. Гармаш, К. П.Л опатенко и др. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2018. Выпуск 32. С. 64-79. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2018-32-64-79
6. New Techniques to Measure Softening and Melting Properties of Mixed Burdens of Lump Ore and Sinter / Xinliang Liu, Tom Honeyands, Damien O’Dea et al. // Conference Paper. December 2017 // https://www.researchgate.net/publication/321832946
7. Effect of Degree of Burden Mixing on the Permeability of Ferrous Burden Layers in the Cohesive Zone / Z. W. Liu, B. Chu and Y. Z. Pan // Ironmak. Steelmak. 50 (2023), 226. https://doi.org/10.1080/03019233.2022.2099699
8. Influence of Hydrogen Content of Bosh Gas on Softening-Melting Property of Iron-Bearing Burden Material / Yang G., Zhang J., Chen Y. et al. // Iron and Steel (Peking) 47(9): 14-18. https://www.researchgate.net/publication/
   288763714
9. An Overview Analysis of Current Research Status in Iron Oxides Reduction by Hydrogen // Miškoviˇcová Z., Legemza J., Demeter P. et al. / Metals 2024, 14, 589. https://doi.org/10.3390/met14050589
10. Softening and Melting Behavior of Ferrous Burden in Hydrogen-rich Blast Furnace Blowing Break and Re-blowing / Qiang Li, Jing Song Wang, Guang Wang // ISIJ International. 2024. 65(6). https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2024-247
11. Гладков Н. А., Нестеров А. С. Процессы в слое железорудных материалов при его нагревании/ Металлы. 1987. № 3. С. 9-11.

Рукопис надійшов до редакції 02.08.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025