Domna je peć za topljenje željeza

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Za topljenje gvožđa u savremenoj metalurškoj industriji koristi se visoka peć. Ovo je peć tipa osovine, koja nije vrlo složena konstrukcija, koja, međutim, izgleda impresivno. Da bi proizvodnju gvožđa doveo do savršenstva, čovečanstvo je moralo da akumulira vekovno iskustvo.

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

Preci visokih peći - shukofen

U srednjem vijeku ljudima su bili potrebni različiti metali. Oružje i oruđe izrađivali su se od čelika, fleksibilni i tvrdi, a za kućno posuđe koristilo se obično željezo. Visoke peći za sir su se koristile za dobijanje željenog metala veoma dugo, milenijumima, i u potpunosti su zadovoljavale potrebe sve dok se ne iscrpe zalihe niskotopljivih ruda. Visoka temperatura je postignuta povećanjem visine (tako se povećavao potisak), a vazduh se pumpao i ručnim mehovima. Međutim, s vremenom su Evropljani morali da pređu na sirovine slabijeg kvaliteta, što je poslužilo kao podsticaj za napredak. Štukofen je postao izum nakon kojeg se pojavila prva visoka peć. To je bila pećnica zatvorenog tipa, koja je radila premaodređeni ciklus. U nju je trebalo utovariti rudu, ugalj, zatim je došlo do zagrijavanja sa 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 toplotne energije zbog zatvorenog volumena tokom radnog ciklusa, zbog smanjenja njegovog curenja u atmosferu.

Cast Iron Civilization

Glavni problem srednjovekovnih metalurga u trinaestom veku bila je netopivost gvožđa. Kada je lijevano željezo (odnosno legura željeza i ugljika s koncentracijom ugljika od 1,7% i više) dobijeno u shtukofenu, bili su iznenađeni njegovom niskom tačkom topljenja, 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, za samo dva veka, stavovi prema livenom gvožđu su se promenili. 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, to je bila sirovina za daljnje pročišćavanje od viška ugljika, a pokazalo se da je mnogo lakše dobiti čelik iz njega nego iz rude. Dakle, nakon stoljeća eksperimenata, pronađena je najproduktivnija metalurška tehnologija i izumljena je visoka peć. Peć u vestfalskom gradu Siegerlandu (druga polovina 15vijeka) mogao raditi u kontinuiranom ciklusu nekoliko godina, proizvodeći dnevno preko jedne i po 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 njenoj kiklopskoj veličini samo kada prikazuju osobu koja izgleda mala 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 konusnog oblika u kojem se odvija proces zagrijavanja i redukcije (o tome kasnije). Treća jedinica odozgo se zove para, gde se topi gvožđe. Zatim još jedan konusni dio, ovaj put koji se sužava prema dolje, su ramena u kojima se iz koksa oslobađa ugljični monoksid (redukcioni plin). A na samom dnu je kovačnica iz koje se vadi gotov proizvod i proizvodni otpad.

Procesna hemija

Hemijski procesi su oksidativni i reduktivni. Prvi znači vezu s kisikom, drugi, naprotiv, njegovo odbacivanje. Ruda je oksid, a da bi se dobilo željezo, potreban je određeni reagens koji može "odabrati" dodatne atome. Najvažniju ulogu u ovom procesu ima koks koji pri sagorevanju oslobađa veliku količinu toplote i ugljen-dioksida koji se na visokoj temperaturi razlaže u monoksid, hemijskiaktivna i nestabilna supstanca. CO ima tendenciju da ponovo postane dioksid i, susrećući se sa molekulima rude (Fe₂O_{3), "oduzima" sav kiseonik od njih, ostavljajući samo gvožđe. U sirovinama su, naravno, i druge supstance, nepotrebne, koje stvaraju otpadni proizvod koji se zove šljaka. Ovako radi visoka peć. Ovo je, sa stanovišta hemije, prilično jednostavna reakcija redukcije, praćena potrošnjom toplote.}

Kakva je moderna visoka peć?

Vek trajanja visoke peći je relativno kratak za objekat ove veličine - oko deceniju. Za to vrijeme konstrukcija je podvrgnuta velikim opterećenjima, otežanim toplinskim zagrijavanjem, tada je potreban veliki remont ili rušenje. Proizvodnja željeza se ne može nazvati bezopasnom, povezana je s emisijom fosfora, sumpora i drugih ne baš korisnih tvari u atmosferu. Uzeti zajedno, ove okolnosti podstiču mnoge zemlje da smanje metaluršku proizvodnju ili je modernizuju (naročito ako je industrija bazična i stvara budžet). Moderna visoka peć je u principu prilično jednostavan sistem, koji, međutim, zahtijeva složenu upravljačku shemu sa brojnim kontrolnim petljama koje osiguravaju najefikasniju potrošnju sirovina i energetskih resursa.