Furnal

Titlul acestui articol este ambiguu. Alte semnificații sunt enumerate în Alt furnal (dezambiguizare).

A Furnal este o fabrică în mare parte la scară largă în proiectarea cuptorului cu arbore, în care fierul se obține prin reducerea oxidului de fier. Pe lângă minereurile de fier oxidice, cocsul și aditivii, cum ar fi nisipul de cuarț și varul rapid, fac să reacționeze (reacție redox). Minereurile sulfidice, pe de altă parte, trebuie mai întâi transformate în oxizi prin prăjire.

Alte cunoștințe de specialitate recomandate

Inspecție vizuală zilnică a balanțelor de laborator

Care este sensibilitatea scalei mele?

Care este modalitatea corectă de a verifica repetabilitatea pe scale?

Cuprins

Istoria furnalului

Această tehnologie a fost cunoscută în China cel puțin încă din timpul dinastiei Han (206 î.Hr. - 222 d.Hr.). Cele mai vechi furnale cunoscute din Europa se aflau în Suedia în secolul al XIII-lea, de exemplu în Lapphyttan. Cuptoarele individuale din Franța, Belgia și mai ales Anglia au fost identificate în secolele următoare. În Coalbrookdale în 1709, cărbunele folosit anterior a fost înlocuit cu cocs.

Cel mai vechi alt furnal complet conservat din Germania și, probabil, din întreaga lume este Luisenhütte din Woklum lângă Balve/Sauerland. Un furnal din 1783 poate fi vizualizat la Wilhelmshütte din Bornum am Harz.

Construcția și încărcarea furnalului

Furnalul este alimentat cu două materii prime esențiale de sus: așa-numitul Möller ca purtător al materiilor prime și cocsul furnalului ca purtător de energie și agent de reducere. Așa cum Möller [ahd. Amestec] este termenul folosit pentru minereul de fier (în cea mai mare parte sub formă de minereuri naturale sau ars de la prăjirea minereurilor de fier sulfidice sau carbonatice) la care se adaugă aditivi (de exemplu var, pietriș și dolomit) pentru a reduce punctul de topire al minereurilor și pentru a îmbunătăți lichefierea amestecului devine.

Materiile prime sunt transportate cu găleți transportoare (Hunte) printr-un lift înclinat până la deschiderea de umplere (borcanul clopotului) din partea superioară a furnalului, golite și aduse în interior printr-un sistem de blocare dublă a clopotului. În furnalele moderne, în acest moment sunt folosite benzi transportoare, care umple alternativ două recipiente materiale cu minereuri, agregate și cocs.

La poalele furnalului, monoxidul de carbon format din cocs și oxigenul atmosferic se oxidează în dioxid de carbon, oxigenul necesar pentru aceasta este îndepărtat din oxidul de fier, care este apoi redus la fier.

Fier de porc și zgură care atinge furnalul

Conținutul cuptorului lichefiat este îndepărtat printr-o deschidere în partea de jos a cuptorului; această deschidere este în mod normal închisă cu o masă ceramică și este forată periodic în timpul așa-numitei filetări. Conținutul de ieșire este separat în sala de filetare adiacentă cuptorului printr-un sistem de canale (cunoscut și sub numele de „piscină”) zgură plutitoare și, de asemenea, acoperit cu praf de gută, astfel încât căldura zgurii să rămână aceeași. Separatorul se mai numește Fuchs pentru că este atât de „inteligent” să se facă diferența între fier și zgură. Majoritatea furnalelor au două dispozitive de filetat. Una pentru zgură (jgheab de zgură) și una puțin mai adâncă pentru fierul lichid. Și aici diferența de densitate este utilizată pentru separare.

Zgura produsă în procesul de furnal este, de asemenea, o materie primă valoroasă. După ce a fost măcinată într-o plantă de măcinat zgură, poate fi utilizată într-o varietate de moduri ca nisip de zgură.

Procesul din furnal este continuat prin intermediul aerului fierbinte (așa-numitul vânt) suflat de sub furnal. Acest vânt, care este important pentru funcționare, este utilizat în încălzitor (Cowper) adus la temperatura. În plus față de funcția de furnizare a oxigenului, vântul învârte și materiile prime adăugate, care altfel ar coace doar pe baza cuptorului și nu ar mai trebui încălzite. Dacă are loc coacerea, procesul de supărare (scurtă întrerupere a vântului) încearcă să-l dizolve. Supărarea corespunde aprinderii unui foc de cuptor, în care tirajul amenință să stagneze din cauza prea multă cenușă pe grilă. Furnalul este un reactor contracurent: în timp ce materialul turnat trece prin reactor de sus în jos, gazele de reacție rezultate (gazele cuptorului) curg de jos în sus. Acestea sunt luate din partea de sus a gutei, curățate de particule de fum și utilizate în continuare în industria chimică sau arse în cowpern pentru a genera vânt.

Peretele exterior al furnalului este răcit permanent prin răcirea cu apă. În trecut, sistemul de răcire a fost proiectat să fie deschis, ceea ce înseamnă că apa a fost alimentată rece în peretele cuptorului și apoi s-a răcit din nou într-un turn de răcire. Acest lucru a dus la o mare pierdere de apă și energie. Noile furnale sunt echipate cu circuite închise de răcire. „Gigantul negru” din Duisburg, de exemplu, are cinci circuite de răcire diferite, toate închise separat. Apa care se pierde din cauza fluctuațiilor de temperatură sau a pierderii este înlocuită cu apă specială, cu var mic, cu 0,1 ° dH.

Alt furnal propriu-zis are de obicei 25-30 m înălțime, întregul sistem până la 60 m. „Gigantul negru” din Duisburg-Meiderich are o înălțime a cuptorului de 42 m și un diametru al ramei de aproximativ 14 m.

Cuptoarele de dimensiuni medii obțin producții zilnice de 6.000 t, furnalele mari de până la 13.000 t de fontă brută. Dacă nu este folosit ca fontă, fonta este de obicei rafinată în oțel în convertoare. În acest scop, oxigenul este suflat în fontă sau se adaugă resturi (oxid de fier) pentru a oxida impuritățile încă conținute în fontă și pentru a le spăla din metalul lichid sub formă de gaze sau zgură.

Cuptoarele sunt în funcțiune de aproximativ 10 ani. După sfârșitul acestei așa-numite călătorii de cuptor, altul propriu-zis trebuie revizuit pe larg; în majoritatea cazurilor, întreaga căptușeală din cărămidă refractară este reînnoită și diferite componente din oțel sunt înlocuite. Oportunitatea de a vă pregăti pentru o nouă călătorie în cuptor este apoi adesea utilizată pentru îmbunătățirea procesului și instalarea de echipamente noi pentru a economisi energie și a îmbunătăți calitatea.

Reacții chimice în furnal

Pe lângă arderea cocsului și formarea agentului reducător de monoxid de carbon, reducerea oxidului de fier prin monoxid de carbon (reducere indirectă) și cocs (reducere directă a minereului) este o schemă importantă de reacție chimică de bază:

Arderea producătoare de energie a cocsului. Generarea agentului reducător gazos de monoxid de carbon. Reducerea oxidului de fier în fier elementar.

Reacția 1 asigură energia pentru întregul proces. Deoarece oxigenul este furnizat sub formă de aer suflat, preîncălzit, reacția este atât de violentă încât sunt atinse temperaturi de peste 2000 ° C. Puteți vizualiza acest efect pe un foc de grătar, al cărui cărbune strălucește violent când îl suflați cu un uscător de păr cald. Pe de altă parte, reacția furnizează dioxid de carbon CO2, care este necesar pentru reacția 2.

Reacția 2 furnizează monoxid de carbon toxic (CO), care acționează ca agent de reducere efectiv în furnal. Spre deosebire de carbonul solid, CO gazos poate ajunge cu ușurință pe toate suprafețele oxizilor de fier și poate reacționa acolo. Această reacție este o reacție tipică de echilibru (echilibrul Boudouard). La temperaturi ridicate, echilibrul este în dreapta, la temperaturi scăzute în stânga.

Reacția 3 arată într-o formă rezumată reducerea oxidului tipic de fier (III) (piatră roșie de fier, rugină). De fapt, parcurge mai multe etape intermediare care au loc în diferite zone ale furnalului:

Se creează magnetita feroasă mai puternică (piatră magnetică de fier). Se formează oxid de fier (II). Rezultatul este fierul metalic care se colectează în furnalul de mai jos.

Fonta brută este prelucrată în „oțelărie” prin suflarea în oxigen sau adăugarea de resturi (oxid de fier) prin oxidarea substanțelor însoțitoare (cărbune, sulf, mangan, siliciu) și transformarea acestora în gaze (dioxid de sulf, dioxid de carbon) sau cu aditivi ca zgură (calciu și silicații și fosfații de mangan) sunt îndepărtați. Exemplu:

Oxidul de fier și fonta conținând siliciu reacționează pentru a forma fier (oțel) și dioxid de siliciu.