ЧЧто стоит за устойчивой сталью?

Кредит: Анамул Резван из Pexels

Инженеры стремятся изменить это исчисление.Недавно Стэнфордский Леора Бростопхаус-Мараис и многоинституциональная команда коллег показали, что именно наноразмерные частицы в железной руде являются причиной этих технических проблем.По их словам, открытие может проложить путь для реакторов «зеленой стали» на основе водорода на основе водорода.

«Производство стали на основе водорода со временем становится менее эффективным таким образом, что у угольных растений нет, но никто точно не понимал, почему»,-говорит Бедсельхаус-Марайс, доцент кафедры материаловедения и техники, в отношении исследования, которое было опубликованоВ материалах Национальной академии наук (PNA).«Наша цель здесь состояла в том, чтобы установить научные принципы, регулирующие эффективность реакторов для улучшения существующих реакторов - или, возможно, представить новые, более чистые реакторы завтра».

Процесс удара хорошо известен, но не очень понятен по бесчисленным причинам.В реакторах, под высокой темой водородной реакции, объясняет Деджельхаус-Мараис, наночастицы, которые всегда присутствуют в самим подготовке руд, образуя удлиненные, похожие на визи структуры, которые забивают реакторы и снижают эффективность с течением времени.В конце концов, это приводит к разрушению реактора, которая пережила производство стали на основе водорода в заднюю горелку.

Dresselhaus-Marais и Team решили решить проблему.Они проиллюстрировали критическую роль наночастиц играют в ушинге.Эти крошечные стружки, или «штрафы», как они известны, распространены в пыли железной руды и производятся во время рудной обработки и транспортировки, поскольку более крупные гранулы в масштабе в миллиметровом масштабе воедины.Частицы штрафов могут составлять примерно на ста тысяч раз меньше среднего гранулы.

Железное производство-это многоэтапный процесс, при котором железная руда (гематит, Fe2O3) сначала окисляется в магнетит (Fe3O4), а затем до промежуточного материала, известного как Wüstite (FE1-XO), прежде чем его можно будет уточнить в чистое железо (Fe)Подходит для создания стали.

Команда, как сообщает команда, - это переход от Wüstite к чистому железу.Исследователи впервые изучили и точно описали, как именно переходы в железа Wüstite с использованием передовой электронной микроскопии и методов рентгеновского рассеяния.

Предыдущие исследования ушивания смотрели только на гранулы в масштабе миллиметрового масштаба, с видом на ролевые штрафы играют в процессе Whiskering.Но именно эти меньшие частицы важнее всего.При определенных температурах они держатся вместе, создавая усы, которые забивают реакторы и вызывают сбои.

«Оказывается, Steel является одной из крупнейших существующих промышленности наночастиц»,-говорит Бедсельхаус-Марайс.«Мы надеемся, что отрасль теперь сможет использовать возможности химии Nano для лучшего контроля процесса уменьшения водорода и избежать - или устранить - швырки».

Эти выводы имеют важные последствия для будущего зеленой стали.В частности, Bresthaus-Marais показал, что путь реакции принципиально отличается для наночастиц, чем макрочастицы, и что усыпывание может происходить среди групп только наночастиц, даже если у них нет макрочастиц, на которые можно привлечь.

«Мы предполагаем, что это было бы преференциально пропустить фазу Wüstite и перейти от магнетита прямо к чистому железу, но это легче сказать, чем сделать», - говорит она.«Тем не менее, эти новые идеи могут открыть сталелитейную промышленность для нетрадиционного, но многообещающего сырья, возможно, даже обходной пеллетизации, для разработки и оптимизации новых процессов зеленой стали в будущем».

Больше информации: Xueli Zheng et al. Корреляция химии и массового транспорта в устойчивом производстве железа, Материалы Национальной академии наук (2023).Doi: 10.1073/pnas.2305097120