Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

А. В. Михайлов, профессор кафедры машиностроения, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: mikhaylov_av@pers.spmi.ru
В. Ю. Бажин, зав. кафедрой металлургии, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: bazhin_vyu@pers.spmi.ru
В. Ю. Пиирайнен, профессор кафедры материаловедения, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: piiraynen_vyu@pers.spmi.ru

Рассмотрены текущее состояние и перспективы использования альтернативных углеродсодержащих материалов в качестве исходного сырья для получения кокса с целью частичного или полного замещения угля в металлургических процессах и желательных свойств альтернативных топлив, которые способствуют такому замещению. Частичное замещение коксующегося угля низкосортным топливом низкой степени метаморфизма определено в качестве перспективного подхода для эффективного снижения уровня потребления угольного кокса и расширения сырьевых баз низкосортных топлив. Актуальным для расширения энергетических и технологических свойств углеродсодержащих компонентов с целью повышения эффективности и качества металлургических процессов является изучение вопросов использования продуктов термической переработки торфяного сырья. Проведен анализ достигнутого уровня технологий термической конверсии торфяного сырья и основные пути развития технологий в области его термической переработки с учетом накопленного ранее опыта. На основании проведенных экспериментов сделан вывод, что кокс, полученный из торфяного сырья, характеризуется высокой реакционной способностью. Интерес к использованию торфяного сырья для производства кокса обусловлен его доступностью и гораздо более низкой стоимостью по сравнению с обычно используемыми твердыми коксующимися углями. Проведен анализ существующих торфяных баз и перспективы их развития, позволившие обозначить возможное размещение совмещенных производственных комплексов. Исходное торфяное сырье преобразуется в окускованные материалы методом экструзии с помощью процессов предварительной механотермической переработки прежде чем они могут быть использованы в производстве чугуна и стали.

1. Litvinenko V. S., Petrov E. I., Vasilevskaya D. V., Yakovenko A. V. et al. Assessment of the state role in the mineral resources management. Zapiski Gornogo instituta. 2023. Vol. 259. pp. 95–111. DOI: 10.31897/PMI.2022.100
2. Trushko V. L., Trushko O. V. Integrated development of iron ore deposits based on competitive underground geotechnologies. Zapiski Gornogo instituta. 2021. Vol. 250. No. 4. pp. 569–577. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.10
3. Kuskov V. B., Sishchuk Yu. M. Improvement of beneficiation technologies for iron ores of various type and material constitution. Gornyi Zhurnal. 2016. No. 2. pp. 70–73.
4. Brooks B., Khoshk Rish S., Lomas H., Jayasekara A. et al. Advances in low carbon cokemaking – Influence of alternative raw materials and coal properties on coke quality. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2023. Vol. 173. 106083. DOI: 10.1016/j.jaap.2023.106083
5. Feshchenko R. Yu., Erokhina O. O., Litavrin I. O., Ryaboshuk S. V. Improvement of oxidation resistance of arc furnace graphite electrodes. Chernye Metally. 2023. No. 7. pp. 31–36.
6. Nazarenko M. Y., Saltykova S. N., Rudko V. A., Pihl O. Production of isotropic coke from shale tar at various parameters of the delayed coking process. ACS Omega. 2021. Vol. 6, Iss. 34. pp. 22173–22179.
7. Campos A. M. A., Assis P. S. Analysis of the unfluence of biomass addition in coal mixture for metallurgical coke production. Global Journals of Research in Engineering. 2021. Vol. 21, Iss. (E2). DOI: 10.34257/GJREEVOL21IS2PG1
8. Shagan V. A., Makarova I. V., Manasheva E. M., Baychenko S. A. et al. Prospects for the development of coke blast furnace processing. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva. 2015. No. 2 (17). pp. 5–10.
9. Mousa E., Wang C., Riesbeck J., Larsson M. Biomass applications in iron and steel industry: An overview of challenges and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 65. pp. 1247–1266.
10. Bazhin V. Yu. Structural modification of petroleum needle coke by adding lithium on calcining. Coke and Chemistry. 2015. Vol. 58. No. 4. pp. 138–142. DOI: 10.3103/S1068364X15040043
11. Babich A., Arnsfeld S., Senk D., Gudenau H. W. Investigation of usage of biomass in steelmaking. Proceedings, International Workshop on Utilisation of Biomass for Mitigation of CO₂ Emissions, Sendai, Japan, 2011. pp. 2.1/17.
12. Jahanshani S., Mathieson J. G., Somerville M. A., Haque N. et al. Development of low-emission integrated steelmaking process. J. Sustain. Metall. 2015. Vol. 1. pp. 94–114. DOI: 10.1007/s40831-015-0008-6
13. Babich A., Senk D., Solar J., Marco I. Efficiency of biomass use for blast furnace injection. ISIJ International. 2019. Vol. 59. No. 12. pp. 2212–2219. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-337
14. Carvalho L. A. L., Campos A. M. A., Assis P. S. Quality evaluation of metallurgical coke produced with sawdust and different mixture of coal. REM, International Engineering Journal. 2021. Vol. 74, Iss. 2. pp. 219–223. DOI: 10.1590/0370-44672020740115
15. Rudko V. A., Gabdulkhakov R. R., Pyagay I. N. Scientific and technical substantiation of the possibility of organizing the production of needle coke in Russia. Zapiski Gornogo instituta. 2023. Vol. 263. pp. 795–809.
16. Khanna R. N., Kejiang Li, Ziming Wang, Minmin Sun et al. Biochars in iron and steel industries. Char and Carbon Materials Derived from Biomass. 2019. pp. 429–446. DOI: 10.1016/B978-0-12-814893-8.00011-0
17. Taibi E., Gielen D., Bazilian M. The potential for renewable energy in industrial applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16, Iss. 1. pp. 735–744. DOI: 10.1016/j.rser.2011.08.039
18. Gabdulkhakov R. R., Rudko V. A., Pyagay I. N. Methods for modifying needle coke raw materials by introducing additives of various origin (review). Fuel. 2022. Vol. 310. 122265. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122265
19. Rejdak M., Bigda R., Wojtaszek M. Use of alternative raw materials in coke-making: new insights in the use of lignites for blast furnace coke production. Energies. 2020. Vol. 13. 2832. DOI: 10.3390/en13112832
20. Islamov S. R. Energy-technological processing of coals: monograph. Krasnoyarsk : Polikor, 2010. 224 p.
21. Aleksandrova T. N. Key directions in processing of carbonaceous rocks. Journal of Mining Institute. 2016. Vol. 220. pp. 568–572. DOI: 10.18454/PMI.2016.4.568
22. Glukharev N. F., Ivakhnyuk G. K., Levinson V. G., Malkov V. A. et. al. Method of processing peat into large-piece carbon reducing agent. Patent RF, No. 2083636. Applied: 13.11.1995. Published: 10.07.1997.
23. Tarasevich M. R. Electrochemistry of carbon materials. Moscow : Nauka, 1984. 253 p.
24. Matskevich E. S., Alekseenko Yu. I., Kulsky L. A. On the activation energy and conductivity mechanism in active coals. Doklady Akademii nauk SSSR. 1978. Vol. 239. No. 5. pp. 1147–1149.
25. 2023 global crude steel production totals. Available at: https://worldsteel.org/media/pressreleases/2024/december-2023-crude-steel-production-and-2023-global-otals/ (accessed: 22.05.2024).
26. Steel production in Russia and the world in 2023. Available at: https://www.mashprom.ru/press/news/proizodstvo-stali-v-rossii-i-mire-v-2023-godu/ (accessed: 22.05.2024).
27. Coke and semi-coke; of coal, lignite or peat, whether or not agglomerated; retort carbon. Available at: https://oec.world/en/profile/hs/coke (accessed: 22.05.2024).
28. GOST 5.1261–2023. Carboniferous blast furnace coke. Quality requirements for products. Introduced: 01.02.2024.
29. Strakhov V. M., Gritsenko N. G. Use of anthracite for smelting cast iron in cupola furnaces. Koks i khimiya. 1997. No. 7. pp. 11–15.
30. Feoktistov A. V., Skuratov A. P., Selyanin I. F., Temlyantsev M. V. Practice and prospects of industrial application of low-shaft furnaces. Vestnik Rossiyskoy akademii estestvennykh nauk. Zapadno-Sibirskoe otdelenie. 2016. No. 18. pp. 69–77.
31. Loison R., Foch P., Boyer A. Coke: quality and production. 2^nd ed. London; Boston : Butterworths-Heinemann, 1989. 555 p.
32. Dyskina B. Sh., Smolyakova K. R. Caustobiolites: textbook. Chelyabinsk : Izdatelskiy tsentr YuUrGU, 2012. 48 p.
33. Mastalerz M., Drobniak A., Hower J. C., O’Keefe J. M. K. Spontaneous combustion and coal petrology. Coal and Peat Fires: A Global Perspective. Elsevier, 2011. pp. 47–62.
34. Betancur Y., Lopez D., Feng J., Du Z. et al. Influence of potassium carbonate catalysis and pretreatment atmosphere on the textural, structural, and chemical properties of high and low rank coals blended with biomass and their reactivity under conventional and oxy-combustion processes. Energy. 2021. Vol. 220. 119602. DOI: 10.1016/j.energy.2020.119602
35. Xu Jiren, Morris P., Liu Junguo, Holden J. PEATMAP: Refining estimates of global peatland distribution based on a meta-analysis. Catena. 2018. Vol. 160. pp. 134–140. DOI: 10.1016/j.catena.2017.09.010
36. Mikhaylov A. V., Ivanov S. L., Bolshunov A. V. et al. Peat resources of the Northwestern Federal District of Russia and prospects for their development. Zapiski Gornogo instituta. 2013. Vol. 200. pp. 226–230.
37. Grevtsev N. V., Amdur A. M., Forshev A. A., Fedorov S. A. et al. Study of the possibility of using peat as a component of pulverized coal fuel in metallurgical processes. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2023. No. 4. pp. 93–103. DOI: 10.21440/0536-1028-2023-4-93-103
38. Yampolsky A. L. Economics of the complex use of peat resources of the USSR. Moscow : Nedra, 1979. 319 p.
39. Gebler I. V., Smolyaninov S. I. On the prospects for the development of metallurgical and chemical industries in the Tomsk region. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo instituta. 1964. Vol. 126. pp. 3–7.
40. Gebler I. V., Smolyaninov S. I., Potapenko V. E., Kosolapov V. I. Effect of ore and flux additives on the properties of peat as a metallurgical fuel. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo instituta. 1961. Vol. 111. pp. 86–90.
41. Smolyaninov S. I., Beskrovnaya R. A. Use of peat as a reducing agent and binder in the chlorination of some natural materials. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo instituta. 1963. Vol. 112. pp. 107–111.
42. Grevtsev N. V., Aleksandrov B. M., Plekhanov K. A. Prospects for the use of peat carbon-containing and ore-containing briquettes in metallurgical processes. Izvestiya Uralskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2003. Iss. 17. pp. 451–457.
43. Kim V. A. New types of carbonaceous reducing agents for smelting technical silicon. Stal. 2017. No. 2. pp. 25–27.
44. GOST 3340–88. Hard coal foundry coke. Specifications. Introduced: 01.01.1990.
45. Oleynikova L. N., Gorbunov A. V., Rakhimova V. T., Tyrtseva K. E. Production of peat coke to replace coal coke and charcoal in metallurgical processes. Energy and resource conservation. Energy supply. Alternative and renewable energy sources: Proceedings of the International scientificpractical conference. Yekaterinburg: UrFU, 2017. pp. 571–574.
46. Peat Guide. Edited by Lazarev A. V. and Korchunov S. S. Moscow : Nedra, 1982. 760 p.
47. Bizhanov A., Kurunov I. Extrusion briquettes (brex) – a new stage in agglomeration of raw materials for ferrous metallurgy. Moscow : Metallurgizdat, 2017. 234 p.
48. Mikhaylov A. V., Zyuzin B. F., Zhigulskaya A. I. Technological equipment for processing organogenic raw materials: monograph. Tver : Izdatelstvo Kondratyev A. N. 2023. 192 p.
49. Kuskov V. B., Ilyin E. S. Study of the process of agglomeration of various types of raw materials by the extrusion method. Gornyi informatsionno-analiticheskiy byulleten. 2022. No. 6-1. pp. 279–289. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_279
50. Wang Z. Energy and air pollution. Comprehensive energy systems. Elsevier, 2018. pp. 909–949. DOI: 10.1016/B978-0-12-809597-3.00127-9
51. Patrick J. W., Walker A. Macroporosity in cokes: Its significance, measurement, and control. Carbon. 1989. Vol. 27. pp. 117–123. DOI: 10.1016/0008-6223(89)90164-4
52. Terentyev A. A. Management of structure formation in peat systems during production of household fuel: thesis of inauguration of Dissertation … of Doctor of Engineering Sciences. Minsk, 1989. 45 p.