Trung Quốc: 'Bí kíp' luyện sắt mới giúp tăng năng suất 3.600 lần

Theo các kỹ sư tham gia dự án do Giáo sư Zhang Wenhai, một viện sĩ của Viện Hàn lâm Kỹ thuật Trung Quốc, đứng đầu, phương pháp này bao gồm việc phun bột quặng sắt nghiền mịn vào một lò nung cực nóng, gây ra "phản ứng hóa học gây nổ".

Kết quả là những giọt sắt lỏng màu đỏ rơi xuống và đọng lại ở đáy lò, tạo thành dòng sắt có độ tinh khiết cao có thể được sử dụng trực tiếp để đúc hoặc "sản xuất thép một bước".

"Được gọi là luyện gang nhanh, phương pháp này có thể hoàn thành quá trình luyện gang chỉ trong 3 đến 6 giây, so với thời gian 5 đến 6 giờ cần thiết của lò cao truyền thống", nhóm kỹ sư tham gia dự án viết trong một bài báo đăng trên tạp chí Nonferrous Metals vào tháng 11.

Điều này tương đương với tốc độ sản xuất sắt tăng gấp 3.600 lần hoặc hơn. Theo các nhà nghiên cứu, phương pháp mới này cũng hoạt động đặc biệt tốt đối với quặng có năng suất thấp hoặc trung bình có nhiều ở Trung Quốc.

Các phương pháp sản xuất sắt hiện tại phụ thuộc rất nhiều vào quặng năng suất cao và Trung Quốc phải chi một khoản tiền lớn để nhập khẩu các loại quặng này từ Úc, Brazil và châu Phi.

Theo tính toán của ông Zhang và các đồng nghiệp, công nghệ mới có thể cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của ngành công nghiệp thép Trung Quốc hơn 1/3.

"Vì nó loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về than, nó cũng sẽ cho phép ngành công nghiệp thép đạt được mục tiêu đáng mơ ước là phát thải carbon dioxide gần bằng 0", nhóm của ông Zhang nói thêm.

Năng lực sản xuất thép của Trung Quốc đã lớn hơn tổng sản lượng của phần còn lại của thế giới. Sự thống trị này đã mang lại cho Trung Quốc lợi thế trong các ngành công nghiệp quan trọng như đường sắt cao tốc, đóng tàu và sản xuất ô tô.

Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào quy trình nấu chảy lò cao, đòi hỏi một lượng lớn than cốc có nguồn gốc từ than, là một trở ngại lớn đối với việc đạt được mục tiêu giảm carbon đầy tham vọng của Trung Quốc.

Một trong những thách thức kỹ thuật lớn nhất trong dự án này là đầu phun quặng. Quặng sắt phải được phân tán trong không gian tháp có nhiệt độ cao, khả năng khử cao với diện tích bề mặt riêng lớn để kích hoạt vụ nổ.

Nhóm của ông Zhang đã phát triển một vòi phun xoáy có hiệu suất phân phối đồng đều đặc biệt, có khả năng phun 450 tấn hạt quặng sắt mỗi giờ. Một lò phản ứng được trang bị ba vòi phun như vậy có thể sản xuất ra 7,11 triệu tấn sắt mỗi năm. Theo nhóm nghiên cứu, vòi phun "đã đi vào sản xuất thương mại".

Hành trình của ông Zhang với công nghệ luyện kim nhanh bắt đầu vào những năm 1970 khi ông áp dụng nó vào sản xuất đồng quy mô lớn. Công trình của ông đã đạt giải nhất Giải thưởng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Quốc gia năm 2000 và dẫn đến việc ông được bầu vào Viện Hàn lâm Kỹ thuật Trung Quốc năm 2003.

Ngày nay, lượng tiêu thụ đồng của Trung Quốc chiếm gần 60% sản lượng toàn cầu.

Trong khi ý tưởng áp dụng quy trình này vào sản xuất sắt bắt nguồn từ Mỹ, thì nhóm của ông Zhang mới là người phát minh ra công nghệ nấu chảy nhanh có khả năng sản xuất trực tiếp sắt lỏng. Họ đã được cấp bằng sáng chế vào năm 2013 và dành cả thập kỷ tiếp theo để tinh chỉnh phương pháp này.

"Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm thí điểm đã hoàn thành đã chứng minh tính khả thi của quy trình", ông Zhang viết.

Theo số liệu thống kê của chính phủ Trung Quốc, tỷ lệ thành công của các công nghệ mới đã trải qua các thử nghiệm thí điểm vượt quá 80%.

Trong hầu hết lịch sử được ghi chép, Trung Quốc là nước đi đầu trong sản xuất sắt thép. Như nhà thơ thời Đường Lý Bạch (701-762) từng mô tả, những lò cao lớn trong một thị trấn sản xuất sắt ở tỉnh An Huy ngày nay đã chiếu sáng bầu trời đêm.

Theo ước tính của nhà sử học người Mỹ Robert Hartwell, vào thời nhà Tống vào thế kỷ 11, sản lượng sắt của Trung Quốc đạt 150.000 tấn mỗi năm - một con số mà toàn bộ châu Âu chưa đạt được cho đến sau khi Cách mạng Công nghiệp bắt đầu vào thế kỷ 18.