Domna er en ovn til jernsmeltning

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

Til jernsmeltning i den moderne metallurgiske industri bruges en højovn. Dette er en skakt-type ovn, som ikke er en meget kompleks struktur, som dog ser imponerende ud. For at bringe produktionen af jern til perfektion var menneskeheden nødt til at akkumulere århundreders erfaring.

Forklarer delvist, hvad en højovn er, den gamle slaviske rod af dens navn. "Dmit" betyder at blæse.

Forfædre til højovne - shukofen

I middelalderen havde folk brug for forskellige metaller. Våben og værktøj var lavet af stål, fleksibelt og hårdt, og almindeligt jern blev brugt til husholdningsredskaber. Oste højovne er blevet brugt til at opnå det ønskede metal i meget lang tid, i årtusinder, og de opfyldte fuldt ud behovene, indtil reserverne af lavtsmeltende malme var opbrugt. En høj temperatur blev opnået ved at øge højden (sådan steg trykket), luften blev også pumpet med håndbælge. Men med tiden måtte europæerne skifte til råvarer af lavere kvalitet, hvilket tjente som et incitament til fremskridt. Shtukofen blev opfindelsen, hvorefter den første højovn dukkede op. Det var en lukket type ovn, som fungerede iflgbestemt cyklus. Det var nødvendigt at læsse malm, kul ind i det, derefter fandt opvarmning med blæsning sted (der var ikke nok manuel indsats, så et drev fra vandhjul blev brugt), hvorefter det var nødvendigt at vente på afkøling og udvinde metallet, adskillelse det fra skala og andre uegnede biprodukter kaldet kritz. Den største fordel ved shtukofen var den bedste koncentration af termisk energi på grund af det lukkede volumen under arbejdscyklussen på grund af et fald i dets lækage til atmosfæren.

Cast Iron Civilization

Hovedproblemet for middelaldermetallurger i det trettende århundrede var jernets usmeltelighed. Da støbejern (det vil sige en jern-carbon-legering med en kulstofkoncentration på 1,7% og højere) blev opnået i shtukofen, blev de overrasket over dets lave smeltepunkt, men de var ikke henrykte. Det resulterende metal var lettere at opnå end stål, og endnu mere jern, men dets mekaniske kvaliteter fra de daværende forbrugeres synspunkt lod meget tilbage at ønske: det var for skrøbeligt og ikke stærkt nok. Men på kun to århundreder har holdningen til støbejern ændret sig. For det første viste det sig at være en simpel sag at fjerne den fra ovnen, den kunne simpelthen drænes i smeltet form. For det andet har dette metal ikke desto mindre fundet sin anvendelse, og det er meget forskelligartet. Og for det tredje var det et råmateriale til yderligere rensning fra overskydende kulstof, og det viste sig at være meget lettere at få stål fra det end fra malm. Så efter århundreders eksperimenter blev den mest produktive metallurgiske teknologi fundet, og en højovn blev opfundet. Ovn i den westfalske by Siegerland (anden halvdel af det 15århundrede) kunne arbejde med en kontinuerlig cyklus i flere år og dagligt producere over halvandet ton råjern. Det var meget dengang.

Bygning af en højovn

Kun ved at være tæt på denne gigantiske ovn, kan du forstå, hvor stor den moderne højovn er. Fotografier giver kun en idé om hendes cyklopiske størrelse, når de viser en person, der virker så lille som en myre. Men på trods af det imponerende udseende forblev driftsprincippet det samme, middelalderlig. Designet omfatter fem hovedknuder. Den øverste, toppen, er designet til at fylde råmaterialer og fordele dem jævnt inde i ovnen. Nedenunder er det en del af den koniske form, hvor opvarmning og reduktionsprocessen finder sted (mere om det senere). Den tredje enhed fra toppen kaldes damp, hvor jern smeltes. Så er en anden konisk del, denne gang tilspidset nedad, skuldrene, hvori kulilte (reducerende gas) frigives fra koksen. Og helt i bunden ligger en smedje, hvorfra det færdige produkt og produktionsaffald udvindes.

Proceskemi

Kemiske processer er oxidative og reduktive. Den første betyder forbindelse med ilt, den anden, tværtimod, dens afvisning. Malm er et oxid, og for at opnå jern kræves der et vist reagens, der kan "udvælge" ekstra atomer. Den vigtigste rolle i denne proces spilles af koks, som under forbrændingen frigiver en stor mængde varme og kuldioxid, som ved høj temperatur nedbrydes til monoxid, kemiskaktivt og ustabilt stof. CO har en tendens til at blive dioxid igen, og når de mødes med malmmolekyler (Fe₂O_{3), "tager" alt ilt fra dem og efterlader kun jern. Der er selvfølgelig andre stoffer i råvarerne, unødvendige, som danner et affaldsprodukt kaldet slagger. Sådan fungerer en højovn. Dette er fra et kemisynspunkt en ret simpel reduktionsreaktion, ledsaget af varmeforbrug.}

Hvordan er en moderne højovn?

En højovns levetid er relativt kort for et anlæg af denne størrelsesorden - omkring et årti. I løbet af denne tid udsættes strukturen for store belastninger, forværret af termisk opvarmning, så er en større eftersyn eller nedrivning påkrævet. Jernproduktion kan ikke kaldes harmløs, den er forbundet med emissioner af fosfor, svovl og andre ikke særlig nyttige stoffer til atmosfæren. Tilsammen tilskynder disse omstændigheder mange lande til at begrænse metallurgisk produktion eller modernisere den (især hvis industrien er grundlæggende og budgetdannende). En moderne højovn er i princippet et ret simpelt system, som dog kræver en kompleks styringsordning med talrige reguleringssløjfer, der sikrer det mest effektive forbrug af råvarer og energiressourcer.