A Domna egy vasolvasztó kemence

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

A modern kohászati iparban a vas olvasztásához nagyolvasztót használnak. Ez egy akna típusú kemence, amely nem túl bonyolult szerkezet, amely azonban lenyűgözőnek tűnik. A vasgyártás tökéletesítéséhez az emberiségnek több évszázados tapasztalatot kellett felhalmoznia.

Részben elmagyarázza, mi az a nagyolvasztó, nevének ószláv gyökere. Az "elengedés" azt jelenti, hogy fúj.

A nagyolvasztók ősei - shukofen

A középkorban az embereknek különböző fémekre volt szükségük. A fegyverek és szerszámok acélból készültek, rugalmasak és kemények, a háztartási eszközökhöz pedig közönséges vasat használtak. A sajtos nagyolvasztókat nagyon régóta, évezredek óta használták a kívánt fém kinyerésére, és teljesen kielégítették az igényeket, amíg az alacsony olvadáspontú érckészletek ki nem fogytak. Magasság növelésével magas hőmérsékletet értek el (így nőtt a tolóerő), kézi fújtatóval is szivattyúzták a levegőt. Idővel azonban az európaiaknak át kellett állniuk gyengébb minőségű nyersanyagokra, ami ösztönzőként szolgált a fejlődéshez. A Shtukofen lett az a találmány, amely után megjelent az első nagyolvasztó. Zárt típusú sütő volt, ami aszerint működöttbizonyos ciklus. Ércet, szenet kellett bele rakni, majd megtörtént a fúvással való fűtés (nem volt elég kézi erő, ezért vízikerekes hajtást használtak), ezután meg kellett várni a lehűlést és ki kellett vonni a fémet, elválasztva. vízkőből és más nem megfelelő, kritz nevű melléktermékből. A shukofen fő előnye a hőenergia legjobb koncentrációja volt a munkaciklus alatti zárt térfogat miatt, mivel csökkent a légkörbe való szivárgása.

Öntöttvas civilizáció

A középkori kohászok fő problémája a tizenharmadik században a vas olvaszthatatlansága volt. Amikor öntöttvasat (vagyis 1,7% vagy annál magasabb szénkoncentrációjú vas-szén ötvözetet) kaptak a shukofenben, meglepődtek az alacsony olvadásponton, de nem voltak elragadtatva. Az így kapott fémet könnyebben lehetett beszerezni, mint az acélt, és még inkább a vasat, de mechanikai tulajdonságai az akkori fogyasztók szempontjából sok kívánnivalót hagytak maga után: túl törékeny és nem elég erős. Mindössze két évszázad alatt azonban megváltozott az öntöttvashoz való hozzáállás. Először is kiderült, hogy egyszerű dolog kivenni a kemencéből, olvadt formában egyszerűen leengedhető. Másodszor, ez a fém ennek ellenére megtalálta az alkalmazását, és nagyon változatos. Harmadszor pedig nyersanyag volt a felesleges széntől való további tisztításhoz, és kiderült, hogy sokkal könnyebb acélt nyerni belőle, mint ércből. Így évszázados kísérletek után megtalálták a legtermékenyebb kohászati technológiát, és feltalálták a nagyolvasztót. Sütő a vesztfáliai Siegerland városában (15. második feleszázadban) több éven át folyamatos ciklussal működhetett, naponta több mint másfél tonna nyersvas előállításával. Akkoriban sok volt.

Nagyolvasztó építése

Csak ha közel van ehhez az óriási kemencéhez, megértheti, mekkora a modern nagyolvasztó. A fényképek csak akkor adnak képet a ciklop méretéről, ha egy olyan személyt mutatnak be, aki olyan kicsinek tűnik, mint egy hangya. A hatásos megjelenés ellenére azonban a működési elv ugyanaz, középkori maradt. A tervezés öt fő csomópontot tartalmaz. A felső, a felső, a nyersanyagok betöltésére és a kemencében való egyenletes elosztására szolgál. Alatta a kúpos alak egy része, amelyben a melegítés és a redukció folyamata zajlik (erről később). A harmadik egységet felülről gőznek nevezik, ahol a vas megolvad. Ezután egy másik, ezúttal lefelé szűkülő kúpos rész a vállak, amelyben szén-monoxid (redukálógáz) szabadul fel a kokszból. A legalul pedig egy kovácsműhely található, amelyből a készterméket és a gyártási hulladékot nyerik ki.

Folyamatkémia

A kémiai folyamatok oxidatívak és reduktívak. Az első az oxigénnel való kapcsolatot jelenti, a második pedig éppen ellenkezőleg, annak elutasítását. Az érc egy oxid, és a vas előállításához szükség van egy bizonyos reagensre, amely képes „kiválasztani” az extra atomokat. Ebben a folyamatban a legfontosabb szerepet a koksz tölti be, amely égés során nagy mennyiségű hőt és szén-dioxidot bocsát ki, amely magas hőmérsékleten kémiai úton monooxiddá bomlik.aktív és instabil anyag. A CO ismét dioxiddá válik, és az ércmolekulákkal találkozva (Fe₂O_{3) „elveszi” belőlük az összes oxigént, így távozik. csak vasat. A nyersanyagokban természetesen vannak más, felesleges anyagok is, amelyek salak nevű salakanyagot képeznek. Így működik a nagyolvasztó. Ez kémiai szempontból egy meglehetősen egyszerű redukciós reakció, hőfogyasztással együtt.}

Milyen egy modern nagyolvasztó?

Egy nagyolvasztó élettartama viszonylag rövid egy ilyen nagyságrendű létesítmény esetében – körülbelül egy évtized. Ez idő alatt a szerkezet nagy terhelésnek van kitéve, amelyet hőmelegítés nehezít, majd nagyjavításra vagy bontásra van szükség. A vastermelés nem nevezhető ártalmatlannak, foszfor, kén és más nem túl hasznos anyagok légkörbe történő kibocsátásával jár. Összességében ezek a körülmények sok országot arra ösztönöznek, hogy csökkentsék a kohászati termelést vagy korszerűsítsék azt (főleg, ha az ipar alap- és költségvetés-formáló). A modern nagyolvasztó elvileg meglehetősen egyszerű rendszer, amely azonban összetett szabályozási sémát igényel, számos szabályozási körrel, amelyek biztosítják a nyersanyagok és az energiaforrások leghatékonyabb felhasználását.