Domna este un cuptor pentru topirea fierului

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Pentru topirea fierului în industria metalurgică modernă, se folosește un furnal. Acesta este un cuptor de tip arbore, care nu este o structură foarte complexă, care, totuși, arată impresionant. Pentru a duce la perfecțiune producția de fier, omenirea a trebuit să acumuleze secole de experiență.

Explică parțial ce este un furnal, rădăcina slavonă veche a numelui său. „Dmit” înseamnă a sufla.

Strămoșii furnalelor - shukofen

În Evul Mediu, oamenii aveau nevoie de diferite metale. Armele și uneltele erau fabricate din oțel, flexibil și dur, iar fierul obișnuit era folosit pentru ustensilele de uz casnic. Furnalele cu brânză au fost folosite pentru obținerea metalului dorit de foarte mult timp, de milenii, și au satisfăcut pe deplin nevoile până la epuizarea rezervelor de minereuri cu punct de topire scăzut. O temperatură ridicată s-a realizat prin creșterea înălțimii (așa a crescut împingerea), aerul a fost pompat și cu burduf de mână. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, europenii au trebuit să treacă la materii prime de calitate inferioară, ceea ce a servit drept stimulent pentru progres. Shtukofen a devenit invenția după care a apărut primul furnal. Era un cuptor de tip inchis, care functiona conformanumit ciclu. A fost necesar să se încarce minereu, cărbune în el, apoi a avut loc încălzirea cu suflare (nu a fost suficient efort manual, așa că a fost folosit un antrenament de la roțile de apă), după care a fost necesar să așteptați răcirea și să extrageți metalul, separând aceasta din scară și alte produse secundare nepotrivite numite kritz. Principalul avantaj al shtukofen a fost cea mai bună concentrare a energiei termice datorită volumului închis în timpul ciclului de lucru, datorită scăderii scurgerii sale în atmosferă.

Civilizație din fontă

Principala problemă a metalurgiștilor medievali în secolul al XIII-lea a fost infuzibilitatea fierului. Când fonta (adică un aliaj fier-carbon cu o concentrație de carbon de 1,7% și mai mare) a fost obținută în shtukofen, au fost surprinși de punctul său de topire scăzut, dar nu au fost încântați. Metalul rezultat era mai ușor de obținut decât oțelul, și cu atât mai mult fierul, dar calitățile sale mecanice din punctul de vedere al consumatorilor de atunci lăsau de dorit: era prea fragil și nu suficient de puternic. Cu toate acestea, în doar două secole, atitudinile față de fontă s-au schimbat. În primul rând, sa dovedit a fi o chestiune simplă să-l scoateți din cuptor, putând fi pur și simplu scurs în formă topită. În al doilea rând, acest metal și-a găsit totuși aplicația și este foarte divers. Și în al treilea rând, era o materie primă pentru purificarea ulterioară din excesul de carbon și s-a dovedit a fi mult mai ușor să obțineți oțel din acesta decât din minereu. Deci, după secole de experimente, a fost găsită cea mai productivă tehnologie metalurgică și a fost inventat un furnal. Cuptor în orașul Siegerland din Westfalia (a doua jumătate a secolului al XV-leasecolul) ar putea funcționa cu un ciclu continuu timp de câțiva ani, producând zilnic peste o tonă și jumătate de fontă. Era mult pe atunci.

Construirea unui furnal

Numai prin apropierea acestui cuptor uriaș, puteți înțelege cât de mare este furnalul modern. Fotografiile dau o idee despre mărimea ei ciclopică doar atunci când arată o persoană care pare la fel de mică ca o furnică. Totuși, în ciuda aspectului impresionant, principiul de funcționare a rămas același, medieval. Designul include cinci noduri principale. Cel de sus, de sus, este conceput pentru a încărca materii prime și a le distribui uniform în interiorul cuptorului. Mai jos este o parte a formei conice în care au loc încălzirea și procesul de reducere (mai multe despre asta mai târziu). A treia unitate din partea de sus se numește abur, unde fierul este topit. Apoi, o altă parte conică, de data aceasta înclinată în jos, sunt umerii, în care monoxidul de carbon (gazul reducător) este eliberat din cocs. Și în partea de jos este o forjă din care se extrag produsul finit și deșeurile de producție.

Chimie de proces

Procesele chimice sunt oxidative și reductive. Primul înseamnă legătura cu oxigenul, al doilea, dimpotrivă, respingerea acestuia. Minereul este un oxid, iar pentru a obține fier este necesar un anumit reactiv care să poată „selecta” atomi în plus. Rolul cel mai important în acest proces îl are cocsul, care în timpul arderii eliberează o cantitate mare de căldură și dioxid de carbon, care la temperatură ridicată se descompune în monoxid, chimic.substanță activă și instabilă. CO tinde să devină din nou dioxid și, întâlnindu-se cu moleculele de minereu (Fe₂O_{3), „îi ia” tot oxigenul din acestea, lăsând numai fier. Există, desigur, în materiile prime și alte substanțe, inutile, care formează un deșeu numit zgură. Așa funcționează un furnal. Aceasta este, din punct de vedere al chimiei, o reacție de reducere destul de simplă, însoțită de consumul de căldură.}

Cum este un furnal modern?

Durata de viață a unui furnal este relativ scurtă pentru o instalație de această amploare - aproximativ un deceniu. În acest timp, structura este supusă unor sarcini mari, agravate de încălzirea termică, apoi este necesară o revizie majoră sau demolare. Producția de fier nu poate fi numită inofensivă, este asociată cu emisii de fosfor, sulf și alte substanțe nu foarte utile în atmosferă. Luate împreună, aceste circumstanțe încurajează multe țări să reducă producția metalurgică sau să o modernizeze (mai ales dacă industria este de bază și bugetară). Un furnal modern este un sistem destul de simplu în principiu, care necesită însă o schemă complexă de control cu numeroase bucle de control care să asigure cel mai eficient consum de materii prime și resurse energetice.