Циркулярная сталь для ускоренной декарбонизации: термодинамика, кинетика и микроструктура переработки лома в высокопрочную рулонную сталь

Производство стали обеспечивает примерно 8% глобальных выбросов CO2, при этом основной путь сталелитейного производства с использованием железных руд дает около 80% этих выбросов, главным образом из‑за использования ископаемых восстановителей и топлива. Восстановление оксидов железа с помощью водорода является альтернативой для первичного синтеза. Однако для противодействия глобальному потеплению декарбонизация сталелитейного сектора должна происходить значительно быстрее, чем текущая кинетика перехода в первичном производстве стали. Недостаточное снабжение «зеленым» водородом является особенно значительным узким местом. Увеличение доли вторичного производства стали становится все более актуальной устойчивой альтернативой первичному производству. Производство стали из лома хорошо освоено для длинномерной продукции (рельсы, прутки, проволока), но существует две основные проблемы. Во‑первых, в настоящее время лом доступен в недостаточном объеме для удовлетворения рыночного спроса: сегодня только одна треть мирового спроса на сталь может быть удовлетворена вторичной металлургией на основе лома, поскольку многие стальные изделия служат несколько десятилетий. Однако ожидается, что доступность лома увеличится примерно до двух третей от общего спроса к 2050 году, поэтому этот сектор будет существенно расти в ближайшие десятилетия. Во‑вторых, лом часто слишком загрязнен для производства высокопрочной рулонной стали. Это серьезное препятствие, поскольку современные изделия требуют строгого соблюдения допусков для ответственных и высокопрочных марок стали, например для электромобилей, систем преобразования и передачи энергии, высокоскоростных поездов, устойчивых зданий и инфраструктуры. Поэтому мы рассматриваем металлургические и микроструктурные проблемы и возможности производства высокопрочной рулонной стали посредством вторичного синтеза, с акцентом на термодинамические, кинетические, химические и микроструктурные фундаментальные аспекты, а также на влияние примесей, связанных с ломом, на свойства стали.