دومنه کوره ای برای ذوب آهن است

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

برای ذوب آهن در صنعت متالورژی مدرن، از کوره بلند استفاده می شود. این یک کوره از نوع شفت است، که ساختار بسیار پیچیده ای نیست، که، با این حال، چشمگیر به نظر می رسد. برای به کمال رساندن تولید آهن، بشر باید قرن ها تجربه جمع می کرد.

تا حدی توضیح می دهد که کوره بلند چیست، ریشه اسلاوونی قدیمی نام آن. "دمیت" به معنای دمیدن است.

اجداد کوره بلند - shukofen

در قرون وسطی، مردم به فلزات مختلفی نیاز داشتند. سلاح‌ها و ابزارها از فولاد، انعطاف‌پذیر و سخت ساخته می‌شد و از آهن معمولی برای وسایل خانه استفاده می‌شد. کوره های بلند پنیر برای مدت بسیار طولانی، هزاران سال است که برای به دست آوردن فلز مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرند و تا زمانی که ذخایر سنگ های معدنی کم ذوب تمام می شد، نیازها را به طور کامل برآورده می کردند. با افزایش ارتفاع، دمای بالایی حاصل شد (به این ترتیب رانش افزایش یافت)، هوا نیز با دم دستی پمپ شد. با این حال، با گذشت زمان، اروپایی ها مجبور شدند به مواد خام با کیفیت پایین تر روی بیاورند، که به عنوان انگیزه ای برای پیشرفت عمل کرد. اشتوکوفن اختراعی شد که پس از آن اولین کوره بلند ظاهر شد. کوره ای از نوع بسته بود که طبق آن کار می کردچرخه معین لازم بود سنگ معدن، زغال سنگ در آن بارگیری شود، سپس گرمایش با دمیدن انجام شد (تلاش دستی کافی وجود نداشت، بنابراین از چرخ های آب استفاده شد)، پس از آن باید منتظر خنک شدن و استخراج فلز و جداسازی بود. آن را از مقیاس و سایر محصولات جانبی نامناسب به نام کریتز. مزیت اصلی استوکوفن بهترین غلظت انرژی حرارتی به دلیل حجم بسته در طول چرخه کاری، به دلیل کاهش نشت آن در جو بود.

تمدن چدن

مشکل اصلی متالورژیست های قرون وسطی در قرن سیزدهم، غیر قابل تزریق آهن بود. هنگامی که چدن (یعنی آلیاژ آهن-کربن با غلظت کربن 1.7٪ و بالاتر) در استوکوفن به دست آمد، آنها از نقطه ذوب پایین آن شگفت زده شدند، اما آنها خوشحال نشدند. به دست آوردن فلز حاصل از فولاد و حتی بیشتر از آن آهن راحت تر بود، اما ویژگی های مکانیکی آن از نظر مصرف کنندگان آن زمان چیزهای زیادی را باقی می گذاشت: بسیار شکننده بود و به اندازه کافی قوی نبود. با این حال، تنها در دو قرن، نگرش نسبت به چدن تغییر کرده است. اولاً، بیرون آوردن آن از کوره کار ساده ای است، به سادگی می توان آن را به شکل مذاب تخلیه کرد. ثانیاً این فلز با این وجود کاربرد خود را پیدا کرده است و بسیار متنوع است. و ثالثاً، این ماده خام برای تصفیه بیشتر از کربن اضافی بود و معلوم شد که بدست آوردن فولاد از آن بسیار راحت تر از سنگ معدن است. بنابراین، پس از قرن ها آزمایش، مولدترین فناوری متالورژی پیدا شد و یک کوره بلند اختراع شد. فر در شهر سیگرلند وستفالیا (نیمه دوم پانزدهمقرن) می‌توانست با یک چرخه مداوم برای چندین سال کار کند و روزانه بیش از یک و نیم تن آهن خام تولید کند. آن موقع خیلی زیاد بود.

ساخت کوره بلند

تنها با نزدیک شدن به این کوره غول پیکر می توانید بفهمید که کوره بلند مدرن چقدر بزرگ است. عکس‌ها تنها زمانی تصوری از اندازه‌ی سیکلوپی او به دست می‌دهند که فردی را نشان دهند که به اندازه یک مورچه کوچک به نظر می‌رسد. با این حال، با وجود ظاهر چشمگیر، اصل کار همان قرون وسطایی باقی ماند. این طرح شامل پنج گره اصلی است. قسمت بالایی، بالا، برای بارگیری مواد خام و توزیع یکنواخت آنها در داخل کوره طراحی شده است. در زیر آن بخشی از شکل مخروطی است که گرمایش و فرآیند کاهش در آن انجام می شود (در ادامه بیشتر در مورد آن توضیح خواهیم داد). واحد سوم از بالا بخار نام دارد که در آن آهن ذوب می شود. سپس قسمت مخروطی شکل دیگری که این بار به سمت پایین باریک می شود، شانه ها هستند که در آن مونوکسید کربن (گاز کاهنده) از کک آزاد می شود. و در انتهای آن یک آهنگری وجود دارد که محصول نهایی و ضایعات تولید از آن استخراج می شود.

شیمی فرآیند

فرآیندهای شیمیایی اکسیداتیو و احیا کننده هستند. اولی به معنای ارتباط با اکسیژن است، دومی، برعکس، رد آن. سنگ معدن یک اکسید است و برای به دست آوردن آهن، معرف خاصی مورد نیاز است که بتواند اتم های اضافی را "انتخاب" کند. مهمترین نقش در این فرآیند را کک ایفا می کند که در طی احتراق مقدار زیادی گرما و دی اکسید کربن آزاد می کند که در دمای بالا از نظر شیمیایی به مونوکسید تجزیه می شود.ماده فعال و ناپایدار CO دوباره تمایل دارد به دی اکسید تبدیل شود، و در برخورد با مولکول های سنگ معدن (Fe₂O_{3)، تمام اکسیژن را از آنها می گیرد و ترک می کند. فقط آهن. البته مواد غیر ضروری دیگری نیز در مواد خام وجود دارد که مواد زائدی به نام سرباره را تشکیل می دهند. کوره بلند اینگونه کار می کند. این، از نقطه نظر شیمی، یک واکنش کاهش نسبتا ساده است که با مصرف گرما همراه است.}

کوره بلند مدرن چگونه است؟

عمر کوره بلند برای تأسیساتی به این بزرگی - حدود یک دهه - نسبتاً کوتاه است. در طول این مدت، سازه تحت بارهای سنگین قرار می گیرد که با گرمایش حرارتی تشدید می شود، سپس نیاز به تعمیر اساسی یا تخریب است. تولید آهن را نمی توان بی ضرر نامید، آن را با انتشار فسفر، گوگرد و سایر مواد نه چندان مفید در جو همراه است. در مجموع، این شرایط بسیاری از کشورها را تشویق می کند تا تولید متالورژی را کاهش دهند یا آن را مدرن کنند (به خصوص اگر صنعت پایه و بودجه ساز باشد). یک کوره بلند مدرن اصولاً یک سیستم نسبتاً ساده است، اما به یک طرح کنترل پیچیده با حلقه‌های کنترلی متعدد نیاز دارد که کارآمدترین مصرف مواد خام و منابع انرژی را تضمین کند.