Домна е пещ за топене на желязо

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

За топенето на желязо в съвременната металургична индустрия се използва доменна пещ. Това е пещ от шахтов тип, която не е много сложна конструкция, която обаче изглежда впечатляващо. За да доведе производството на желязо до съвършенство, човечеството трябваше да натрупа вековен опит.

Отчасти обяснява какво е доменна пещ, старославянски корен на нейното име. „Дмит“означава да духаш.

Прародители на доменните пещи - шукофен

През Средновековието хората са имали нужда от различни метали. Оръжията и оръдията на труда били изработени от стомана, гъвкави и твърди, а обикновеното желязо се използвало за домакински съдове. Доменните пещи се използват за получаване на желания метал много дълго време, в продължение на хилядолетия, и напълно задоволяват нуждите до изчерпване на запасите от нискотопими руди. С увеличаване на височината се постига висока температура (така се увеличава тягата), въздухът също се изпомпва с ръчни маншони. С течение на времето обаче европейците трябваше да преминат към по-нискокачествени суровини, което послужи като стимул за напредък. Щукофен става изобретението, след което се появява първата доменна пещ. Беше фурна от затворен тип, която работеше споредопределен цикъл. Трябваше да се зареди руда, въглища в нея, след което се извърши нагряване с продухване (нямаше достатъчно ръчно усилие, така че беше използвано задвижване от водни колела), след което беше необходимо да се изчака охлаждане и извличане на метала, отделяне от котлен камък и други неподходящи странични продукти, наречени криц. Основното предимство на shtukofen беше най-добрата концентрация на топлинна енергия поради затворения обем по време на работния цикъл, поради намаляване на изтичането му в атмосферата.

Cast Iron Civilization

Основният проблем на средновековните металурзи през тринадесети век е нетопимостта на желязото. Когато чугунът (тоест желязо-въглеродна сплав с концентрация на въглерод от 1,7% и по-висока) беше получен в shtukofen, те бяха изненадани от ниската му точка на топене, но не бяха доволни. Полученият метал беше по-лесен за получаване от стоманата и още повече желязото, но неговите механични качества от гледна точка на тогавашните потребители оставяха много да се желае: беше твърде крехък и недостатъчно здрав. Въпреки това, само за два века отношението към чугуна се промени. Първо, се оказа, че е лесно да го извадите от пещта, може просто да се източи в разтопена форма. Второ, този метал все пак е намерил своето приложение и е много разнообразен. И трето, това беше суровина за по-нататъшно пречистване от излишния въглерод и се оказа много по-лесно да се получи стомана от него, отколкото от руда. И така, след векове на експерименти, е открита най-продуктивната металургична технология и е изобретена доменна пещ. Фурна във вестфалския град Зигерланд (втора половина на 15-тивек) може да работи с непрекъснат цикъл в продължение на няколко години, произвеждайки дневно над един и половина тона чугун. Тогава беше много.

Изграждане на доменна пещ

Само като сте близо до тази гигантска пещ, можете да разберете колко голяма е съвременната доменна пещ. Снимките дават представа за нейния циклопски размер само когато показват човек, който изглежда малък като мравка. Въпреки впечатляващия външен вид обаче, принципът на работа остава същият, средновековен. Дизайнът включва пет основни възела. Горният, горният, е предназначен да зарежда суровините и да ги разпределя равномерно вътре в пещта. Под него е част от коничната форма, в която се извършва нагряването и процесът на редукция (повече за това по-късно). Третата единица отгоре се нарича пара, където желязото се топи. След това друга конична част, този път стесняваща се надолу, са раменете, в които се отделя въглероден оксид (редуциращ газ) от кокса. А в самото дъно е ковачница, от която се извличат готовият продукт и производствените отпадъци.

Химия на процеса

Химичните процеси са окислителни и редуктивни. Първият означава връзка с кислорода, вторият, напротив, неговото отхвърляне. Рудата е оксид и за да се получи желязо, е необходим определен реагент, който може да „избере“допълнителни атоми. Най-важната роля в този процес играе коксът, който по време на горенето отделя голямо количество топлина и въглероден диоксид, който при висока температура се разлага на монооксид, химическиактивно и нестабилно вещество. CO има тенденция да се превърне отново в диоксид и, срещайки се с рудни молекули (Fe₂O_{3), "отнема" целия кислород от тях, оставяйки само желязо. В суровините, разбира се, има и други вещества, ненужни, които образуват отпадъчен продукт, наречен шлака. Ето как работи една доменна пещ. Това е, от гледна точка на химията, доста проста реакция на редукция, придружена от консумация на топлина.}

Какво е модерната доменна пещ?

Срокът на експлоатация на доменна пещ е сравнително кратък за съоръжение от такъв мащаб - около десетилетие. През това време конструкцията е подложена на големи натоварвания, утежнени от термично нагряване, след което е необходим основен ремонт или разрушаване. Производството на желязо не може да се нарече безвредно, свързано е с емисии на фосфор, сяра и други не особено полезни вещества в атмосферата. Взети заедно, тези обстоятелства насърчават много страни да съкратят металургичното производство или да го модернизират (особено ако индустрията е основна и формираща бюджет). Съвременната доменна пещ е доста проста система по принцип, която обаче изисква сложна схема за управление с множество контролни контури, които осигуряват най-ефективното потребление на суровини и енергийни ресурси.