Углеродная нейтрализация сталеплавильных, энергетических и цементных производств. Силуэты углерод-нейтральной промышленности.

Москва
ИНФРА-М
2024

УГЛЕРОДНАЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ 
СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ, 
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 
И ЦЕМЕНТНЫХ ПРОИЗВОДСТВ 

СИЛУЭТЫ 
УГЛЕРОД-НЕЙТРАЛЬНОЙ 
ПРОМЫШЛЕННОСТИ

С.В. ЛАСАНКИН

МОНОГРАФИЯ

УДК 669.18+666.94(075.4)
ББК 34.327:35.455
 
Л26

Ласанкин С.В.
Л26  
Углеродная нейтрализация сталеплавильных, энергетических и цементных 
производств. Силуэты углерод-нейтральной промышленности : монография / 
С.В. Ласанкин. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 307 с. — (Научная мысль). — 
DOI 10.12737/2122427.

ISBN 978-5-16-019459-2 (print)
ISBN 978-5-16-112081-1 (online)
В монографии рассматривается РОЛ-технология, позволяющая решить климатическую проблему в сталеплавильном, энергетическом и цементном производствах. 
Речь идет не об исключении углерода из технологического процесса, а о нейтрализации образующегося диоксида углерода.
В основу РОЛ-технологии положена идея производства нескольких продуктов 
с одного подогрева сырья, а основными инструментами являются универсальные 
РОЛ-камеры, сближающие союзные производства во времени и в пространстве. Это 
позволяет снизить энергоемкость совокупного продукта и направить сбереженную 
и произведенную энергию на нейтрализацию диоксида углерода.
Предназначена для научных и инженерно-технических работников, преподавателей, аспирантов и студентов, интересующихся данной проблемой.

УДК 669.18+666.94(075.4)
ББК 34.327:35.455

Р е ц е н з е н т ы:
Усачёв А.Б., доктор технических наук, директор ООО «Институт тепловых 
металлургических агрегатов и технологий “Стальпроект”»;
Ковалёв В.Н., кандидат технических наук, генеральный директор НПП 
«Энерготерм-система»;
Шишанов М.В., кандидат технических наук, доцент, исполняющий обязанности заведующего кафедрой химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева;
Шевелёв Л.Н., доктор экономических наук, профессор, академик Российской 
академии естественных наук, главный научный сотрудник Центрального научно-исследовательского института черной металлургии имени И.П. Бардина;
Бродов А.А., кандидат экономических наук, советник генерального директора Центрального научно-исследовательского института черной металлургии 
имени И.П. Бардина

ISBN 978-5-16-019459-2 (print)
ISBN 978-5-16-112081-1 (online)
© Ласанкин С.В., 2024

Данная книга доступна в цветном исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ……………………………………….6 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..8 

ГЛАВА 1  ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ………………………….12 

1.1 Производство стали………………………………………………………………………12 

1.1.1 Традиционные технологические схемы производства стали .................................. 12 

1.1.2 Производство стали с использованием жидкофазного восстановления  

железа ........................................................................................................................................... 14 

1.1.2.1 Доред-процесс ................................................................................................................. 15 

1.1.2.2 Процесс Ромелт .............................................................................................................. 17 

1.1.3 Снижение выбросов СО2 в черной металлургии ....................................................... 19 

1.2 Производство цемента……………………………………………………………………21 

1.2.1 Производство портландцемента .................................................................................... 21 

1.2.1.1 Производство клинкера с использованием металлургических шлаков ......... ...25 

1.2.1.2 Производство клинкера с использованием шлаковых расплавов ...................... 27 

1.2.1.3 Использование отходов угольной ТЭС при производстве цемента .................... 31 

1.2.2 Производство глиноземистого цемента ....................................................................... 33 

1.2.3 Очистка цементной смеси от металлических включений ....................................... 34 

1.2.4 Снижение выбросов СО2 в цементной промышленности ........................................ 36 

1.3 Углерод-возвращающие мероприятия…………………………………………………37 

1.4 Выводы……………………………………………………………………………………..45 

ГЛАВА 2 НАЧАЛО РОЛ-ТЕХНОЛОГИИ………………………………………………...48 

2.1 Союзные производства. Универсальная РОЛ-камера ................................................. 48 

2.2 Компоновочные схемы  РОЛ-камер ................................................................................ 51 

2.3 Основные технологические процессы в РОЛ-камере .................................................. 59 

2.3.1 Восстановительная плавка в РОЛ-камере .................................................................. 60 

2.3.2 Рафинирование стали в РОЛ-камере ........................................................................... 71 

2.3.3 Раскисление – легирование стали в РОЛ-камере ...................................................... 73 

2.3.4 Загущение шлака и выпуск металла из РОЛ-камеры .............................................. 76 

2.3.5 Создание благоприятных условий для работы футеровки РОЛ-камеры ............. 77 

2.3.6 Внесение металлолома в РОЛ-камеру ......................................................................... 79 

2.3.7 Удаление меди из металла в РОЛ-камере ................................................................... 80 

2.3.8 Производство ферросплавов в РОЛ-камере ............................................................... 81 

2.3.9 Получение портландцементного клинкера в РОЛ-камере ...................................... 83 

2.3.10 Переработка шлакового расплава в глиноземистый цемент ................................ 88 

ГЛАВА 3 УЛЕРОД-ПОЗИТИВНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 
КОМПЛЕКСЫ С РОЛ-КАМЕРАМИ………………………………………………………89 

3.1 Металлургические ЭТК РОЛ-ТЕХ .................................................................................. 90 

3.1.1 Обособленная работа малотоннажного ЭТК РОЛ-ТЕХ ........................................... 91 

3.1.2 Обособленная работа крупнотоннажного ЭТК РОЛ-ТЕХ ..................................... 120 

3.1.3 Работа ЭТК РОЛ-ТЕХ в составе электросталеплавильного цеха ........................ 126 

3.2 Энергетические ЭТК РОЛ-ТЕХ ...................................................................................... 131 

3.2.1 Производство электроэнергии, стали и портландцемента  

на ЭТК РОЛ-ТЕХ .................................................................................................................... 132 

3.2.2 Производство  электроэнергии, ферросилиция и глиноземистого цемента  

на ЭТК РОЛ-ТЕХ .................................................................................................................... 143 

3.3 Разработка техногенных месторождений с использованием ЭТК РОЛ-ТЕХ ....... 158 

3.3.1 Переработка сталеплавильных отвалов на ЭТК РОЛ-ТЕХ .................................. 159 

3.3.2 Переработка отвалов угольных ТЭС на ЭТК РОЛ-ТЕХ ........................................ 174 

ГЛАВА 4 УЛЕРОД-НЕЙТРАЛЬНЫЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 
КОМПЛЕКСЫ С РОЛ-КАМЕРАМИ……………………………………………………..187 

4.1 Углеродная нейтрализация производств методом сближения ................................. 187 

4.2 Углерод-возвращающее производство в ЭТК РОЛ-ТЕХ .......................................... 189 

4.3 Металлургические углерод-нейтральные ЭТК РОЛ-ТЕХ ........................................ 196 

4.3.1 Малотоннажный углерод-нейтральный ЭТК РОЛ-ТЕХ ....................................... 196 

4.3.2 Крупнотоннажный углерод-нейтральный ЭТК РОЛ-ТЕХ .................................... 206 

4.4 Энергетические углерод-нейтральные ЭТК РОЛ-ТЕХ ............................................. 216 

4.4.1 Производство электроэнергии, стали и портландцемента  

на углерод-нейтральном ЭТК РОЛ-ТЕХ ............................................................................ 216 

4.4.2 Производство электроэнергии, ферросилиция и глиноземистого цемента  

на углерод-нейтральном ЭТК РОЛ-ТЕХ ............................................................................ 225 

4.5 Разработка техногенных месторождений  

на углерод-нейтральных ЭТК РОЛ-ТЕХ ............................................................................ 234 

4.5.1 Переработка отвалов сталеплавильного производства  

на углерод-нейтральном ЭТК РОЛ-ТЕХ ............................................................................ 234 

4.5.2 Переработка отвалов угольных ТЭС на углерод-нейтральном  

ЭТК РОЛ-ТЕХ .......................................................................................................................... 243 

4.6 Энергоемкость углерод-возвращающего производства ЭТК РОЛ-ТЕХ ................ 252 

4.6.1 Оптимизация углерод-нейтрального ЭТК РОЛ-ТЕХ, перерабатывающего отвал 

угольной ТЭС ........................................................................................................................... 254 

4.6.2 Оптимизация углерод-нейтрального ЭТК РОЛ-ТЕХ, перерабатывающего 

сталеплавильный отвал ......................................................................................................... 257 

4.6.3 Оптимизация углерод-нейтральных металлургических  

ЭТК РОЛ-ТЕХ .......................................................................................................................... 257 

4.6.4 Анализ полученных результатов ................................................................................ 260 

ГЛАВА 5 ОСОБЕННОСТИ УГЛЕРОД-НЕЙТРАЛЬНОЙ  
ПРОМЫШЛЕННОСТИ…………………………………………………………………….262 

5.1 Цикл обращения антропогенного углерода ................................................................. 262 

5.2 Организационно-правовое оформление цикла обращения антропогенного 

углерода ..................................................................................................................................... 266 

5.3 Реверсия углерода ............................................................................................................. 268 

5.3.1 Варианты углерод-возвращающей кооперации ....................................................... 269 

5.4 Ставка налога на выброс СО2………………………………………………………….274 

5.5 Сценарий перехода сталеплавильной отрасли к углеродной нейтральности ...... 275 

ГЛАВА 6 РЕШЕНИЕ КЛИМАТИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ…………………………….279 

6.1 Основные результаты монографического исследования .......................................... 279 

6.1.1 Углеродная-нейтрализация союзных производств ................................................. 281 

6.1.2 Элементы углерод-нейтральной промышленности ................................................ 284 

6.2 Основные технические решения .................................................................................... 287 

6.2.1 Универсальная технологическая камера .................................................................. 287 

6.2.2 Производство нескольких продуктов с одного нагрева сырья ............................. 289 

6.2.3 Комплексный окислитель. Криогенная чистка дымовых газов .......................... 292 

6.2.4 Роботизированные углерод-нейтральные ЭТК РОЛ-ТЕХ ..................................... 294 

6.3 Место ЭТК РОЛ-ТЕХ в углерод-нейтральной промышленности ........................... 294 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………300 

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………………...304 

 
 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 

АКП – Агрегат ковш-печь 

АМД – Активная минеральная добавка 

ВМР – Вторичные материальные ресурсы 

ВНЭ – Водородный накопитель энергии 

ВЭР – Вторичные энергоресурсы 

ГД – Гидравлическая добавка 

ГТ ТЭС – Газотурбинная тепловая электростанция 

ДСП – Дуговая сталеплавильная печь 

ЕЭС – Единая энергосистема страны 

ЗШО – Золошлаковые отходы 

КН – Камера насыщения 

КОУ – Коксовый остаток угольной частицы 

КП – Камера плавления 

КПН – Камера плавления-насыщения 

ЛПК – Литейно-прокатный комплекс 

МИСиС – Московский институт стали и сплавов 

МК – Металлургический комбинат 

МКП – Малая камера плавления 

МНЛЗ – Машина непрерывного литья заготовок 

НГТ – Наполнитель газового тела 

НЛМК – Новолипецкий металлургический комбинат 

ОПК – Оборонно-промышленный комплекс 

ОАО КТЗ – Открытое акционерное общество «Калужский турбинный завод» 

ППП – Потеря при прокаливании 

ПЭВН – Пароэжекторный вакуумный насос 

СПИНЭ – Сверхпроводниковый индукционный накопитель энергии 

СГО – Система газоочистки 

СКФ – Сверхкритический флюид 

ТРК – Топочный режим котла 

ТЭ – Топливный элемент 

ТЭК – Топливно-энергетический комплекс 

ТЭР – Топливно-энергетические ресурсы 

ТЭС – Тепловая электростанция 

ТЭЦ – Теплоэлектроцентраль 

УН – Углерод-нейтральный 

УНП – Углерод-нейтральное производство 

УПП – Углерод-позитивное производство  

Шл.Дом. – Шлак доменный 

Шл.ДСП – Шлак с дуговой сталеплавильной печи 

Шл.АКП – Шлак с агрегата ковш-печь 

ЭСПЦ – Электросталеплавильный цех 

ЭТК – Энерготехнологический комплекс 

ЭТК РОЛ-ТЕХ – Энерготехнологический комплекс с РОЛ-камерами 

ФС – Ферросплав 

А – %Al2O3 

С – %CaO 

CA – CaO.Al2O3 

C3А – 3CaO.Al2O3 

C4АF –4CaO.Al2O3.Fe2O3 

C2S – 2CaO.SiO2 

C3S – 3CaO.SiO2 

F – %Fe2O3 

S – %SiO2 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Современная промышленность сформировалась в индустриальный период развития 

общества, когда на производства не накладывалось серьезных экологических ограничений, 

и они развивались в основном под влиянием экономических и общественно-политических 

факторов. В результате была создана углерод-позитивная промышленность, которая извле
кает из земных недр углерод и переводит его в атмосферу. 

Сегодня мы получаем все более веские доказательства того, что именно антропоген
ный СО2 является ключевым фактором глобального потепления. Он задерживает в атмо
сфере инфракрасное излучение, меняя тем самым климат нашей планеты.  За последние 50 

лет содержание СО2 в атмосфере увеличилось с 320ppm до 410 ppm. Климатологи утвер
ждают, что такой беспрецедентный прирост отепляющего газа вызван деятельностью чело
века. Во-первых, в атмосфере планеты увеличилось содержание изотопа углерода С12, об
разующегося в процессе сжигания топлива, а содержание тяжелых изотопов - С13 и С14, об
разующихся в атмосфере, в океанах и вулканах снизилось (эффект Зюсса). Во-вторых, точ
ные климатические модели перестают работать, если из них убрать антропогенную состав
ляющую СО2. И, наконец, в-третьих, исследования ледяных кернов с озера Восток в Ан
тарктиде подтверждают выводы об антропогенном характере климатических изменений. 

Расчеты показывают, что если не изменить ситуацию, то средняя температура на Земле пре
высит +17оС уже к 2050 году. Это может привести к необратимым климатическим и эколо
гическим последствиям. 

Чтобы исправить положение, нужно создать углерод-нейтральную промышлен
ность, которая прекратит эмиссию СО2 в атмосферу. Основными поставщиками диоксида 

углерода в атмосферу сегодня являются: тепловая энергетика, черная металлургия и це
ментные производства.  

Существуют две концепции в решении климатической проблемы: декарбонизация 

производств (исключение углерода из технологических процессов) и углеродная нейтрали
зация производств (нейтрализация образующегося СО2). 

В энергетике пошли по пути исключения углерода из производственного процесса. 

Сегодня здесь стараются активней использовать безуглеродные источники энергии: сол
нечную энергию, энергию воды, ветра, ядерную энергию, а в перспективе и энергию тер
моядерного синтеза. В настоящее время доля углерод-нейтральных генерирующих мощно
стей в энергетике составляет (10-14) %.  

Исключить углерод из сталеплавильного и цементного производства значительно 

сложней. Углерод здесь не только источник энергии, он обязательный компонент сырья и 

продукта. Таким образом, путь на углеродную нейтрализацию этих производств выглядит 

более перспективно, чем декарбонизация. 

Суть углеродной нейтрализации заключается в проведение углерод-возвращающих 

мероприятий, цель которых – исключить попадание углерода в атмосферу и вернуть его в 

производственный оборот или недра земли. В самом общем случае, комплекс углерод-воз
вращающих мероприятий может включать выделение диоксида углерода из газовых сме
сей, его транспортировку и реве́рсию (от лат. reversio – возвращение) углерода. В резуль
тате такой углеродной нейтрализации производство должно выпускать два продукта: целе
вой продукт и углерод-возвращающий (связывающий СО2) продукт.  

Следует отметить, что производство углерод-возвращающего продукта не должно 

увеличивать объем обращения углерода. Иными словами, суммарные затраты энергии на 

производство целевого и углерод-возвращающего продуктов не должны быть выше энер
гетических затрат, существующих сегодня в отрасли. Кроме этого, здесь нельзя использо
вать углерод-позитивную электроэнергию из Единой энергетической системы (ЕЭС) 

страны. Таким образом, энергетическая база, углеродной нейтрализации производства 

должна включать сбереженную (сэкономленную) энергию и углерод-нейтральную энергию 

из обособленного источника. 

Сегодня значительная часть энергии и материалов в черной металлургии не попадает 

в целевой продукт, а образует, так называемые, вторичные энергетические и материальные 

ресурсы (ВЭР и ВМР). К таким ресурсам относят раскаленные печные газы, шлаковые рас
плавы и т.д. Их вовлечение в товарное производство позволяет сберечь значительное коли
чество энергии. Известно, что металлургический шлак используют в цементном производ
стве, а раскаленные печные газы - в энергетике. Можно предположить, что эффективность 

использования вторичных ресурсов возрастет, если металлургическое, цементное и энерге
тическое производства максимально сблизить во времени и в пространстве. В этом случае 

их углеродную нейтрализацию можно будет провести совместно, связав единым углерод
возвращающим продуктом весь образующийся здесь СО2. При этом, что очень важно, ав
томатически решается вопрос об источнике углерод-нейтральной энергии. Ее можно будет 

производить на собственной тепловой электростанции (ТЭС). 

Таким образом, углеродную нейтрализацию металлургического, энергетического и 

цементного производств можно провести методом сближения (конвергенции), реализовав 

их в рамках одного энерготехнологического комплекса (ЭТК). 

Для аппаратурного оформления такого совместного производства потребуются уни
версальные технологические камеры, позволяющие сблизить указанные технологические 

процессы во времени и в пространстве. 

Промышленное использование метода сближения (конвергенции) производств тре
бует ответа на целый ряд вопросов: Что из себя представляет универсальная технологиче
ская камера? Как будут протекать в ней известные нам термохимические процессы? Как 

будут взаимодействовать в рамках ЭТК союзные производства? От чего будет зависеть 

энергетическая эффективность углерод-нейтрального ЭТК? Иными словами, для практиче
ской реализации метода нужна технология, то есть совокупность знаний об инструментах, 

методах и способах производства.  

В монографии рассматривается технология совместного производства металлопро
дукта, электроэнергии и цемента, которая позволяет создать энергетическую базу для угле
родной нейтрализации этих производств: снизить энергоемкость совокупного целевого 

продукта и обеспечить энергией углерод-возвращающие мероприятия. Кроме этого, в мо
нографии исследуются некоторые особенности углерод-нейтральной промышленности, яв
ляющиеся следствием деятельности углерод-нейтральных ЭТК. 

В первой главе рассматриваются основные предпосылки появления новой техноло
гии. Приводятся примеры из истории техники, подтверждающие техническую обоснован
ность выбранной цели. Показаны преимущества и недостатки наиболее близких, по техни
ческому содержанию способов получения чугуна, стали и цемента.  

Во второй главе вводятся основополагающие понятия новой технологии. Показана 

конструкционно-компоновочная схема универсальной технологической камеры. Приво
дится методика расчета основных технологических параметров жидкофазного восстанов
ления чугуна в универсальной технологической камере. Рассмотрены технологические про
цессы получения в ней чугуна, стали, ферросплавов и портландцементного клинкера. 

В третьей главе рассматривается работа углерод-позитивных энерготехнологиче
ских комплексов с универсальными камерами. Показаны источники снижения энергоемко
сти совокупного целевого продукта в рамках ЭТК.  

В четвертой главе рассматривается работа углерод-нейтральных ЭТК, полученных в 

результате углеродной нейтрализации комплексов, представленных в главе 3. Особое вни
мание уделено производству в рамках ЭТК углерод-возвращающего продукта – сухого 

льда. Показаны структурные параметры ЭТК, определяющие энергоемкость этого произ
водства. Приводятся результаты энергетической оптимизации углерод-нейтральных ЭТК.