Η Δόμνα είναι φούρνος τήξης σιδήρου

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Για την τήξη σιδήρου στη σύγχρονη μεταλλουργική βιομηχανία, χρησιμοποιείται υψικάμινος. Πρόκειται για έναν κλίβανο τύπου άξονα, ο οποίος δεν είναι μια πολύ περίπλοκη δομή, η οποία, ωστόσο, φαίνεται εντυπωσιακή. Για να φέρει την παραγωγή σιδήρου στην τελειότητα, η ανθρωπότητα έπρεπε να συσσωρεύσει εμπειρία αιώνων.

Εξηγεί εν μέρει τι είναι η υψικάμινος, η παλαιά σλαβική ρίζα του ονόματός της. "Dmit" σημαίνει φυσάω.

Πρόγονοι των υψικαμίνων - shukofen

Στον Μεσαίωνα, οι άνθρωποι χρειάζονταν διαφορετικά μέταλλα. Τα όπλα και τα εργαλεία ήταν φτιαγμένα από χάλυβα, εύκαμπτα και σκληρά, και το συνηθισμένο σίδερο χρησιμοποιήθηκε για οικιακά σκεύη. Οι υψικάμινοι χρησιμοποιούνται για την απόκτηση του επιθυμητού μετάλλου για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, για χιλιετίες, και ικανοποίησαν πλήρως τις ανάγκες μέχρι να εξαντληθούν τα αποθέματα μεταλλευμάτων χαμηλής τήξης. Υψηλή θερμοκρασία επιτεύχθηκε με την αύξηση του ύψους (έτσι αυξήθηκε η ώθηση), ο αέρας αντλήθηκε επίσης με φυσούνες χειρός. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, οι Ευρωπαίοι έπρεπε να στραφούν σε πρώτες ύλες χαμηλότερης ποιότητας, κάτι που χρησίμευσε ως κίνητρο για πρόοδο. Το Shtukofen έγινε η εφεύρεση μετά την οποία εμφανίστηκε η πρώτη υψικάμινος. Ήταν φούρνος κλειστού τύπου, που λειτουργούσε σύμφωνα μεορισμένος κύκλος. Χρειάστηκε να φορτωθεί μετάλλευμα, άνθρακας σε αυτό, και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε θέρμανση με εμφύσηση (δεν υπήρχε αρκετή χειρωνακτική προσπάθεια, επομένως χρησιμοποιήθηκε κίνηση από τροχούς νερού), μετά την οποία χρειάστηκε να περιμένουμε για ψύξη και να εξαγάγουμε το μέταλλο, χωρίζοντας από την κλίμακα και άλλα ακατάλληλα υποπροϊόντα που ονομάζονται kritz. Το κύριο πλεονέκτημα του shtukofen ήταν η καλύτερη συγκέντρωση θερμικής ενέργειας λόγω του κλειστού όγκου κατά τη διάρκεια του κύκλου εργασίας, λόγω της μείωσης της διαρροής του στην ατμόσφαιρα.

Πολιτισμός από χυτοσίδηρο

Το κύριο πρόβλημα των μεσαιωνικών μεταλλουργών τον δέκατο τρίτο αιώνα ήταν η αδιάβροχη του σιδήρου. Όταν λήφθηκε χυτοσίδηρος (δηλαδή κράμα σιδήρου-άνθρακα με συγκέντρωση άνθρακα 1,7% και άνω) στο shtukofen, εξεπλάγησαν από το χαμηλό σημείο τήξης του, αλλά δεν χάρηκαν. Το μέταλλο που προέκυψε ήταν ευκολότερο να αποκτηθεί από τον χάλυβα, και ακόμη περισσότερο από τον σίδηρο, αλλά οι μηχανικές του ιδιότητες από την άποψη των τότε καταναλωτών άφηναν πολλά να είναι επιθυμητά: ήταν πολύ εύθραυστο και όχι αρκετά ισχυρό. Ωστόσο, μέσα σε μόλις δύο αιώνες, η στάση απέναντι στο χυτοσίδηρο έχει αλλάξει. Πρώτον, αποδείχθηκε ότι ήταν ένα απλό θέμα να το αφαιρέσετε από τον κλίβανο, θα μπορούσε απλώς να στραγγιστεί σε λιωμένη μορφή. Δεύτερον, αυτό το μέταλλο έχει ωστόσο βρει την εφαρμογή του και είναι πολύ διαφορετικό. Και τρίτον, ήταν μια πρώτη ύλη για περαιτέρω καθαρισμό από την περίσσεια άνθρακα και αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ πιο εύκολο να ληφθεί χάλυβας από αυτό παρά από μετάλλευμα. Έτσι, μετά από αιώνες πειραμάτων, βρέθηκε η πιο παραγωγική μεταλλουργική τεχνολογία και εφευρέθηκε μια υψικάμινος. Φούρνος στη Βεστφαλική πόλη Siegerland (δεύτερο μισό του 15ουαιώνα) μπορούσε να λειτουργήσει με έναν συνεχή κύκλο για αρκετά χρόνια, παράγοντας καθημερινά πάνω από ενάμιση τόνο χυτοσιδήρου. Ήταν πολλά τότε.

Κατασκευή υψικάμινου

Μόνο με το να βρεθείτε κοντά σε αυτόν τον τεράστιο φούρνο, μπορείτε να καταλάβετε πόσο μεγάλη είναι η σύγχρονη υψικάμινος. Οι φωτογραφίες δίνουν μια ιδέα για το κυκλώπειο μέγεθος της μόνο όταν δείχνουν ένα άτομο που φαίνεται μικρό σαν μυρμήγκι. Ωστόσο, παρά την εντυπωσιακή εμφάνιση, η αρχή λειτουργίας παρέμεινε η ίδια, μεσαιωνική. Ο σχεδιασμός περιλαμβάνει πέντε κύριους κόμβους. Το επάνω, το πάνω μέρος, έχει σχεδιαστεί για να φορτώνει τις πρώτες ύλες και να τις κατανέμει ομοιόμορφα μέσα στον κλίβανο. Κάτω από αυτό υπάρχει ένα μέρος του κωνικού σχήματος στο οποίο λαμβάνει χώρα η θέρμανση και η διαδικασία μείωσης (περισσότερα για αυτό αργότερα). Η τρίτη μονάδα από την κορυφή ονομάζεται ατμός, όπου λιώνει ο σίδηρος. Στη συνέχεια, ένα άλλο κωνικό τμήμα, αυτή τη φορά που λεπταίνει προς τα κάτω, είναι οι ώμοι, στους οποίους απελευθερώνεται μονοξείδιο του άνθρακα (αναγωγικό αέριο) από το κοκ. Και στο κάτω μέρος βρίσκεται ένα σφυρηλάτηση από το οποίο εξάγεται το τελικό προϊόν και τα απόβλητα παραγωγής.

Χημεία διεργασιών

Οι χημικές διεργασίες είναι οξειδωτικές και αναγωγικές. Το πρώτο σημαίνει σύνδεση με το οξυγόνο, το δεύτερο, αντίθετα, την απόρριψή του. Το μετάλλευμα είναι ένα οξείδιο και για να ληφθεί σίδηρος απαιτείται ένα συγκεκριμένο αντιδραστήριο που μπορεί να «επιλέξει» επιπλέον άτομα. Τον σημαντικότερο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία παίζει ο οπτάνθρακας, ο οποίος κατά την καύση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας και διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο σε υψηλή θερμοκρασία αποσυντίθεται σε μονοξείδιο, χημικάδραστική και ασταθής ουσία. Το CO τείνει να γίνει ξανά διοξείδιο και, συναντώντας τα μόρια μεταλλεύματος (Fe₂O_{3), «αφαιρεί» όλο το οξυγόνο από αυτά, αφήνοντας μόνο σίδερο. Υπάρχουν βέβαια και άλλες ουσίες στις πρώτες ύλες, περιττές, που σχηματίζουν ένα απόβλητο προϊόν που ονομάζεται σκωρία. Έτσι λειτουργεί μια υψικάμινος. Αυτή είναι, από τη σκοπιά της χημείας, μια αρκετά απλή αντίδραση αναγωγής, που συνοδεύεται από την κατανάλωση θερμότητας.}

Πώς είναι ένας σύγχρονος υψικάμινος;

Η διάρκεια ζωής μιας υψικάμινου είναι σχετικά μικρή για μια εγκατάσταση αυτού του μεγέθους - περίπου μια δεκαετία. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η κατασκευή υπόκειται σε μεγάλα φορτία, που επιδεινώνονται από τη θερμική θέρμανση, και στη συνέχεια απαιτείται μεγάλη επισκευή ή κατεδάφιση. Η παραγωγή σιδήρου δεν μπορεί να χαρακτηριστεί αβλαβής, συνδέεται με εκπομπές φωσφόρου, θείου και άλλων όχι πολύ χρήσιμων ουσιών στην ατμόσφαιρα. Συνολικά, αυτές οι συνθήκες ενθαρρύνουν πολλές χώρες να περιορίσουν τη μεταλλουργική παραγωγή ή να την εκσυγχρονίσουν (ειδικά εάν η βιομηχανία είναι βασική και διαμορφώνει προϋπολογισμό). Ένας σύγχρονος υψικάμινος είναι ένα αρκετά απλό σύστημα κατ' αρχήν, το οποίο, ωστόσο, απαιτεί ένα σύνθετο σύστημα ελέγχου με πολυάριθμους βρόχους ελέγχου που εξασφαλίζουν την πιο αποδοτική κατανάλωση πρώτων υλών και ενεργειακών πόρων.