دومنا هو فرن لصهر الحديد

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 13:49

لصهر الحديد في صناعة المعادن الحديثة ، يتم استخدام فرن صهر. هذا فرن من نوع العمود ، وهو ليس هيكلًا معقدًا للغاية ، ومع ذلك ، يبدو مثيرًا للإعجاب. لتحقيق الكمال في إنتاج الحديد ، كان على البشر أن يراكموا قرونًا من الخبرة.

يشرح جزئيًا ما هو الفرن العالي ، الجذر السلافي القديم لاسمه. "دميت" يعني النفخ.

أسلاف الأفران العالية - shukofen

في العصور الوسطى ، كان الناس بحاجة إلى معادن مختلفة. كانت الأسلحة والأدوات مصنوعة من الفولاذ ، ومرنة وصلبة ، والحديد العادي كان يستخدم للأواني المنزلية. تم استخدام أفران صهر الجبن للحصول على المعدن المطلوب لفترة طويلة جدًا ، لآلاف السنين ، وهي تلبي تمامًا الاحتياجات حتى يتم استنفاد احتياطيات الخامات منخفضة الانصهار. تم تحقيق درجة حرارة عالية من خلال زيادة الارتفاع (هذه هي الطريقة التي زاد بها الدفع) ، وتم ضخ الهواء أيضًا بواسطة منفاخ يدوي. ومع ذلك ، بمرور الوقت ، كان على الأوروبيين التحول إلى مواد خام أقل جودة ، والتي كانت بمثابة حافز للتقدم. أصبح Shtukofen الاختراع الذي ظهر بعده أول فرن صهر. كان نوع فرن مغلق يعمل وفقًا لـدورة معينة. كان من الضروري تحميل الخام والفحم فيه ، ثم تم التسخين بالنفخ (لم يكن هناك جهد يدوي كافٍ ، لذلك تم استخدام محرك من عجلات المياه) ، وبعد ذلك كان من الضروري انتظار التبريد واستخراج المعدن ، وفصله من الحجم ومنتجات ثانوية أخرى غير مناسبة تسمى كريتز. الميزة الرئيسية لـ shtukofen كانت أفضل تركيز للطاقة الحرارية بسبب الحجم المغلق أثناء دورة العمل ، بسبب انخفاض تسربه إلى الغلاف الجوي.

حضارة الحديد الزهر

كانت المشكلة الرئيسية لعلماء المعادن في العصور الوسطى في القرن الثالث عشر هي عدم قابلية الحديد للنقع. عندما تم الحصول على حديد الزهر (أي سبيكة من الحديد والكربون بتركيز كربون بنسبة 1.7٪ وما فوق) في shtukofen ، فوجئوا بنقطة انصهاره المنخفضة ، لكنهم لم يكونوا سعداء. كان الحصول على المعدن الناتج أسهل من الحصول على الفولاذ ، بل وأكثر من ذلك الحديد ، لكن صفاته الميكانيكية من وجهة نظر المستهلكين تركت الكثير مما هو مرغوب فيه: كان هشًا للغاية وليست قوية بما يكفي. ومع ذلك ، في غضون قرنين فقط ، تغيرت المواقف تجاه الحديد الزهر. أولاً ، اتضح أنه من السهل إزالته من الفرن ، ويمكن ببساطة تصريفه في شكل منصهر. ثانيًا ، وجد هذا المعدن مع ذلك تطبيقه ، وهو متنوع للغاية. وثالثًا ، كانت مادة خام لمزيد من التنقية من الكربون الزائد ، واتضح أنه من الأسهل بكثير الحصول على الفولاذ منها أكثر من الخام. لذلك ، بعد قرون من التجارب ، تم العثور على التكنولوجيا المعدنية الأكثر إنتاجية ، وتم اختراع الفرن العالي. فرن في مدينة Westphalian من Siegerland (النصف الثاني من القرن الخامس عشرقرن) يمكن أن تعمل مع دورة مستمرة لعدة سنوات ، وتنتج يوميًا أكثر من طن ونصف من الحديد الخام. كان كثيرًا في ذلك الوقت.

بناء فرن صهر

فقط من خلال الاقتراب من هذا الفرن العملاق ، يمكنك فهم حجم الفرن العالي الحديث. تعطي الصور فكرة عن حجمها الدائري فقط عندما تظهر شخصًا يبدو صغيرًا مثل النملة. ومع ذلك ، على الرغم من المظهر المثير للإعجاب ، ظل مبدأ العملية كما هو ، في العصور الوسطى. يشتمل التصميم على خمس عقد رئيسية. الجزء العلوي ، العلوي ، مصمم لتحميل المواد الخام وتوزيعها بالتساوي داخل الفرن. يوجد أدناه جزء من الشكل المخروطي الذي تحدث فيه عملية التسخين والاختزال (المزيد حول ذلك لاحقًا). الوحدة الثالثة من الأعلى تسمى البخار ، حيث يتم صهر الحديد. ثم جزء مخروطي آخر ، هذه المرة يتناقص إلى أسفل ، هو الكتفين ، حيث يتم إطلاق أول أكسيد الكربون (الغاز المختزل) من فحم الكوك. وفي القاع يوجد حدادة يتم من خلالها استخلاص المنتج النهائي ومخلفات الإنتاج.

كيمياء العمليات

العمليات الكيميائية مؤكسدة واختزالية. الأول يعني الاتصال بالأكسجين ، والثاني ، على العكس من ذلك ، رفضه. الخام هو أكسيد ، ومن أجل الحصول على الحديد ، يلزم وجود كاشف معين يمكنه "اختيار" ذرات إضافية. الدور الأكثر أهمية في هذه العملية هو فحم الكوك ، حيث يطلق أثناء الاحتراق كمية كبيرة من الحرارة وثاني أكسيد الكربون ، والذي يتحلل في درجة حرارة عالية إلى أول أكسيد كيميائيًا.مادة فعالة وغير مستقرة. يميل ثاني أكسيد الكربون إلى أن يصبح ثاني أكسيد مرة أخرى ، وعند الالتقاء بجزيئات الركاز (Fe₂O_{3) ، "يزيل" كل الأكسجين منها ، تاركًا فقط الحديد. هناك ، بالطبع ، مواد أخرى في المواد الخام ، غير ضرورية ، والتي تشكل نفايات منتج يسمى الخبث. هذه هي الطريقة التي يعمل بها الفرن العالي. هذا ، من وجهة نظر الكيمياء ، تفاعل اختزال بسيط إلى حد ما ، مصحوبًا باستهلاك الحرارة.}

ما هو شكل الفرن العالي الحديث؟

عمر الخدمة لفرن الصهر قصير نسبيًا لمنشأة بهذا الحجم - حوالي عقد من الزمان. خلال هذا الوقت ، يتعرض الهيكل لأحمال ثقيلة ، يتفاقم بسبب التسخين الحراري ، ثم يلزم إجراء إصلاح شامل أو هدم. لا يمكن وصف إنتاج الحديد بأنه غير ضار ، فهو مرتبط بانبعاثات الفوسفور والكبريت ومواد أخرى غير مفيدة للغاية في الغلاف الجوي. مجتمعة ، تشجع هذه الظروف العديد من البلدان على تقليص الإنتاج المعدني أو تحديثه (خاصة إذا كانت الصناعة أساسية وتشكل الميزانية). يعتبر الفرن العالي الحديث نظامًا بسيطًا إلى حد ما من حيث المبدأ ، والذي ، مع ذلك ، يتطلب مخطط تحكم معقدًا مع العديد من حلقات التحكم التي تضمن الاستهلاك الأكثر كفاءة للمواد الخام وموارد الطاقة.