Глава вторая, связывающая в единый союз металлургию и атомную энергетику

Подземная металлургия. Между Сциллой и Харибдой. Преимущества кооперации металлургии и химии. И атом, и плазма в общей упряжке

Металлурги все пристальнее присматриваются к "великому джину" двадцатого века - могущественному атому. Великолепная идея, например, упрятать под землю с помощью атомных реакторов такое многотрудное хозяйство, как черная металлургия. Очень заманчиво использовать управляемую атомную реакцию, чтобы прямо под землей превратить пласт железной руды в чистое железо и выкачивать оттуда вверх по магнитопроводам готовый металл. Не пора ли подумать над тем, чтобы в будущем веке избавить земной ландшафт от заводских труб, сложного переплетения путепроводов, сотен и тысяч промышленных зданий, печей, агрегатов? Такие мечты приходят в головы даже самых фанатичных и преданных слуг традиционной металлургии. Потому что каждый человек, кем бы он ни был - служителем техники или поклонником муз, все равно остается сыном природы, остро чувствует ее красоту и ее беды.

Однако идея об атомных подземных заводах - пока что область фантастики. А если она и реальность, то довольно отдаленного будущего. А нас прежде всего интересует, что будет через 15 - 20 лет? Как можно использовать атомную энергию на заводах уже в нашем столетии?

Чем же привлекает атомная энергия металлургов? Почему в ряде стран исследовательские центры приступили к экономической оценке и даже к проектированию атомно-металлургического комбината будущего?

Атомный реактор, дающий огромное количество энергии, можно установить в любом месте. А современные источники энергии - уголь и природный газ - обычно расположены далеко от месторождений железной руды. Поэтому при выборе места для размещения нового металлургического завода, работающего на обычном топливе, проектировщики находятся как бы между Сциллой и Харибдой. Размещая завод возле рудников, приходится заведомо идти не жертвы - мириться с большими затратами на транспортировку к нему эшелонов угля и подвод газа по трубопроводам.

Атомный реактор

А атомный реактор можно установить рядом с рудником и здесь же строить завод. По мнению многих экспертов, к концу нашего столетия на Земле ежегодно будет выплавляться полтора миллиона тонн стали. Этот огненный океан металла, обеспечивающий развитие почти всех других отраслей промышленности, немыслим без гигантов энергетики - атомных реакторов. Словом, атомно-металлургические объединения имеют и вполне достойных партнеров-потребителей и реальную перспективу развития.

Многие западные специалисты считают, что атомный реактор может стать неотъемлемой частью металлургического комбината уже в середине 90-х годов. Рассмотрим же, по какому принципу можно создать атомно-металлургическое предприятие, которое еще лет тридцать назад показалось бы плодом безудержной фантазии.

В атомной установке ядерное горючее (уран) используется в виде стержней. В процессе реакции стержни сильно разогреваются и поэтому их непрерывно охлаждают циркулирующим теплоносителем. В первых реакторах стержни охлаждались водой. Ее температура не поднималась выше 300 °С. Затем применили жидкие металлы. Они нагревались в реакторе уже до 550 - 600 °С. А охладителями в новых конструкциях реакторов стали газы. Углекислый газ, уходя от реактора, нагревается до 750 °С. И, наконец, самым надежным охладителем теперь признан гелий. Его температура может достигнуть 1000 - 1200 °С. А это уже зона металлургических температур! До сих пор столь мощный источник тепла в металлургии используется недостаточно - просто не нашлись достойные потребители.

В настоящее время ученые работают в основном над использованием не тепла, а "атомного" электричества. Какой директор завода откажется получать энергию от близко расположенной атомной электростанции! Ведь работающие на угле заводские тепловые электростанции вызывают вечную тревогу санитарных врачей. Им, естественно, не нравятся соединения серы, которые выбрасываются в атмосферу трубами ТЭЦ.

Но устанавливать на каждом металлургическом заводе свою атомную электростанцию экономически невыгодно. Японские специалисты подсчитали, что атомный реактор становится рентабельным только для очень крупного металлургического комбината. А наиболее экономичное решение - скооперировать атомную электростанцию с несколькими крупными энергоемкими предприятиями, например с металлургическим и химическим комбинатами.

Короче говоря, как всякое новое дело, проблема использования атомной энергии в металлургии породила множество разноречивых мнений, гипотез и теорий.

Бывает и иначе. Вначале экспертами дается очень оптимистическая оценка, которая потом, сталкиваясь с действительностью, становится менее эффективной и заманчивой. Так обстояло дело, например, с комплексной автоматизацией в черной металлургии. Восторженная вера во всемогущество электронно-вычислительных машин, якобы способных заменить чуть ли не весь персонал цехов, сменилась мнением о необходимости только экономически оправданной автоматизации, основанной на совместной работе человека и "мыслящей" машины.

Нечто подобное происходит и с использованием атомной энергии в металлургии. Еще несколько лет назад многие ученые считали, что не только электрическую энергию, но и тепло атомного реактора можно широко использовать на современном металлургическом заводе. Предполагалось, что тепло гелия от высокотемпературного реактора будет употреблено для спекания агломерата, для нагрева воздуха, вдуваемого в домны, для сталеплавильных и нагревательных устройств прокатных станов. Теперь специалисты рассматривают эту проблему несколько с иных позиций.

Большую работу по определению перспектив комбинирования черной металлургии с ядерно-промышленными комплексами проводят ученые Центрального научно-исследовательского института черной металлургии (ЦНИИЧМ). Работники этого института В. Г. Воскобойников, Н. И. Перлов, Е. Н. Васильев и другие пришли к неожиданным выводам: непосредственный подвод тепла ядерных реакторов к агломашинам, домнам и нагревательным печам будет неэффективным. И вот почему.

На современном металлургическом заводе работают крупные агрегаты. Тепло даже самых высокотемпературных атомных реакторов не сможет нагреть вдуваемый воздух до 1300 - 1400 °С, как этого требует технология доменной плавки. По прогнозам, температура охладителя на выходе реактора к 1985 году достигнет 800 - 1000 °С. Именно на такие, сравнительно низкие для металлургии температуры и следует, по мнению специалистов ЦНИИЧМ, ориентироваться в ближайшие годы.

Тепло атомного реактора выгоднее всего, очевидно, использовать для получения и нагрева газов, которые способны самостоятельно восстанавливать железо из руды. Такие газы следует вдувать в доменную печь или в установки прямого получения железа из руд.

Интересна и такая идея: а что, если в дополнение к атомному теплу использовать плазму? Только, конечно, не высокотемпературную, над которой пока еще бьются физики, а уже укрощенную, хорошо проявившую себя - низкотемпературную. Если сначала нагревать газ теплом от атомного реактора, а потом плазмой, можно получить температуры, вполне достаточные для черной металлургии. Вот тогда можно будет серьезно говорить об атомно-металлургическом комбинате.

Атом и плазма в одной заводской упряжке! Поистине увлекательное дело. Над этой проблемой уже сейчас задумались ученые Института металлургии имени А. А. Байкова АН СССР и научно-производственного объединения "Тулачермет".

Интересные работы ведет и Европейский ядерный клуб по применению атомной энергии в черной металлургии. Ученые - члены этого клуба - продумали несколько схем атомно-металлургического промышленного комплекса. Этой же проблемой занимаются и японские специалисты. Разрабатываемый ими промышленный узел будет состоять из двух независимых производств: ядерного реактора (тепло которого пойдет на получение восстановительного газа) и собственно металлургического комбината (к которому будут подаваться этот газ, а также электроэнергия от атомной электростанции).

Возможны различные варианты взаимной увязки атомного реактора и металлургического комбината. Конечно, наиболее заманчиво расположить их рядом, на общей площадке. Тогда металлурги получили бы от ядерно-промышленного комплекса восстановительный газ в горячем виде.

Если же реактор и завод удалить друг от друга и сделать их менее взаимозависимыми, экономические показатели снизятся (газ придет на комбинат охлажденным) . Но зато появится большая гибкость в работе. Какой вариант лучше? Вот новая пища для размышлений.

Но в любом случае мы уже сейчас можем представить себе, как сильно изменится лицо металлургического производства. Атомное "сердце" комбината будет биться в постоянном ритме, вырабатывая электроэнергию и восстановительный газ. По электрокабелям и трубам живительная энергия будет идти к установкам прямого получения железа. И можно с уверенностью сказать: уже в следующем десятилетии на чертежных досках проектировщиков будут наколоты чертежи атомно-металлургических комбинатов.