Domna je peć za topljenje željeza

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Za taljenje željeza u modernoj metalurškoj industriji koristi se visoka peć. Ovo je peć tipa osovine, koja nije vrlo složena struktura, koja, međutim, izgleda impresivno. Da bi proizvodnju željeza dovela do savršenstva, čovječanstvo je moralo akumulirati stoljeće iskustva.

Djelomično objašnjava što je visoka peć, staroslavenski korijen njenog imena. "Dmit" znači puhati.

Preci visokih peći - shukofen

U srednjem vijeku ljudi su trebali različite metale. Oružje i oruđe izrađivali su se od čelika, fleksibilni i tvrdi, a za kućansko posuđe koristilo se obično željezo. Visoke peći za sir koriste se za dobivanje željenog metala jako dugo, tisućljećima, i u potpunosti su zadovoljavale potrebe sve do iscrpljivanja zaliha nisko topivih ruda. Povećanjem visine postignuta je visoka temperatura (tako se povećavao potisak), a zrak se pumpao i ručnim mijehom. Međutim, Europljani su s vremenom morali prijeći na sirovine slabije kvalitete, što je poslužilo kao poticaj za napredak. Shtukofen je postao izum nakon kojeg se pojavila prva visoka peć. Bila je to pećnica zatvorenog tipa, koja je radila premaodređeni ciklus. U nju je trebalo utovariti rudu, ugljen, zatim je došlo do zagrijavanja s puhanjem (nije bilo dovoljno ručnog napora, pa se koristio pogon od vodenih kotača), nakon čega je trebalo pričekati hlađenje i izvući metal, odvajajući od kamenca i drugih neprikladnih nusproizvoda zvanih kritz. Glavna prednost shtukofena bila je najbolja koncentracija toplinske energije zbog zatvorenog volumena tijekom radnog ciklusa, zbog smanjenja njegovog ispuštanja u atmosferu.

Cast Iron Civilization

Glavni problem srednjovjekovnih metalurga u trinaestom stoljeću bila je netopivost željeza. Kada je lijevano željezo (odnosno legura željeza i ugljika s koncentracijom ugljika od 1,7% i više) dobiveno u shtukofenu, bili su iznenađeni njegovom niskom točkom taljenja, ali nisu bili oduševljeni. Dobiveni metal bilo je lakše dobiti od čelika, a još više od željeza, ali njegove mehaničke kvalitete sa stajališta tadašnjih potrošača ostavljale su mnogo željenog: bio je previše krhak i nedovoljno jak. Međutim, u samo dva stoljeća, stavovi prema lijevanom željezu su se promijenili. Prvo, pokazalo se da ga je jednostavno izvaditi iz peći, jednostavno se može isušiti u rastopljenom obliku. Drugo, ovaj metal je ipak našao svoju primjenu i vrlo je raznolik. I treće, bio je to sirovina za daljnje pročišćavanje od viška ugljika, a pokazalo se da je iz njega mnogo lakše dobiti čelik nego iz rude. Dakle, nakon stoljeća eksperimenata, pronađena je najproduktivnija metalurška tehnologija i izumljena je visoka peć. Peć u vestfalskom gradu Siegerlandu (druga polovica 15stoljeća) mogao raditi s kontinuiranim ciklusom nekoliko godina, proizvodeći dnevno preko jedne i pol tone sirovog željeza. Tada je bilo puno.

Izgradnja visoke peći

Samo ako ste blizu ove divovske peći, možete shvatiti koliko je velika moderna visoka peć. Fotografije daju predodžbu o njezinoj kiklopskoj veličini tek kada prikazuju osobu koja se čini malom poput mrava. Međutim, unatoč impresivnom izgledu, princip rada ostao je isti, srednjovjekovni. Dizajn uključuje pet glavnih čvorova. Gornji, gornji, dizajniran je za punjenje sirovina i njihovo ravnomjerno raspoređivanje unutar peći. Ispod njega je dio stožastog oblika u kojem se odvija zagrijavanje i proces redukcije (o tome kasnije). Treća jedinica s vrha naziva se para, gdje se topi željezo. Zatim drugi stožasti dio, ovaj put sužen prema dolje, su ramena, u kojima se ugljični monoksid (reducirajući plin) oslobađa iz koksa. A na samom dnu je kovačnica iz koje se vadi gotov proizvod i proizvodni otpad.

Procesna kemija

Kemijski procesi su oksidativni i reduktivni. Prvi znači vezu s kisikom, drugi, naprotiv, njegovo odbacivanje. Ruda je oksid, a za dobivanje željeza potreban je određeni reagens koji može "odabrati" dodatne atome. Najvažniju ulogu u tom procesu ima koks koji pri izgaranju oslobađa veliku količinu topline i ugljičnog dioksida koji se pri visokoj temperaturi razgrađuje u monoksid, kemijskiaktivna i nestabilna tvar. CO ponovno postaje dioksid i, susrećući se s molekulama rude (Fe₂O_{3), “oduzima” im sav kisik, ostavljajući samo željezo. U sirovinama su, naravno, i druge tvari, nepotrebne, koje tvore otpadni proizvod koji se zove troska. Ovako radi visoka peć. Ovo je, s gledišta kemije, prilično jednostavna reakcija redukcije, popraćena potrošnjom topline.}

Kakva je moderna visoka peć?

Vek trajanja visoke peći je relativno kratak za postrojenje ove veličine - oko deset godina. Tijekom tog vremena konstrukcija je podvrgnuta velikim opterećenjima, pogoršanim toplinskim zagrijavanjem, tada je potreban veliki remont ili rušenje. Proizvodnja željeza ne može se nazvati bezopasnom, povezana je s emisijom fosfora, sumpora i drugih ne baš korisnih tvari u atmosferu. Sve zajedno, ove okolnosti potiču mnoge zemlje da smanje metaluršku proizvodnju ili je moderniziraju (osobito ako je industrija osnovna i proračunska). Moderna visoka peć je u principu prilično jednostavan sustav, koji, međutim, zahtijeva složenu upravljačku shemu s brojnim upravljačkim petljama koje osiguravaju najučinkovitiju potrošnju sirovina i energetskih resursa.