Domna är en ugn för järnsmältning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

För järnsmältning i den moderna metallurgiska industrin används en masugn. Detta är en ugn av schakttyp, som inte är en särskilt komplex struktur, som dock ser imponerande ut. För att få tillverkningen av järn till perfektion var mänskligheten tvungen att samla århundradens erfarenhet.

Förklarar delvis vad en masugn är, den gammalslaviska roten till dess namn. "Dmit" betyder att blåsa.

Mostugnarnas förfäder - shukofen

På medeltiden behövde människor olika metaller. Vapen och verktyg var gjorda av stål, flexibla och hårda, och vanligt järn användes till husgeråd. Ostmasugnar har använts för att erhålla den önskade metallen under mycket lång tid, i årtusenden, och de tillfredsställde helt behoven tills reserverna av lågsmältande malmer var uttömda. En hög temperatur uppnåddes genom att öka höjden (så här ökade dragkraften), luften pumpades även med handbälg. Men med tiden var européerna tvungna att byta till råvaror av lägre kvalitet, vilket fungerade som ett incitament för framsteg. Shtukofen blev uppfinningen varefter den första masugnen dök upp. Det var en sluten typ ugn, som fungerade enlviss cykel. Det var nödvändigt att ladda malm, kol i den, sedan värmdes med blåsning (det fanns inte tillräckligt med manuell ansträngning, så en drivning från vattenhjul användes), varefter det var nödvändigt att vänta på kylning och extrahera metallen, separera det från fjäll och andra olämpliga biprodukter som kallas kritz. Den största fördelen med shtukofen var den bästa koncentrationen av termisk energi på grund av den stängda volymen under arbetscykeln, på grund av en minskning av dess läckage till atmosfären.

Cast Iron Civilization

Det huvudsakliga problemet för medeltida metallurger på 1200-talet var järnets osmältbarhet. När gjutjärn (det vill säga en järn-kollegering med en kolkoncentration på 1,7% och högre) erhölls i shtukofen, blev de förvånade över dess låga smältpunkt, men de var inte förtjusta. Den resulterande metallen var lättare att få tag på än stål, och ännu mer järn, men dess mekaniska egenskaper från dåvarande konsumenters synvinkel lämnade mycket övrigt att önska: den var för ömtålig och inte tillräckligt stark. Men på bara två århundraden har attityden till gjutjärn förändrats. För det första visade det sig vara en enkel sak att ta bort den från ugnen, den kunde helt enkelt dräneras i smält form. För det andra har denna metall ändå hittat sin tillämpning, och den är väldigt mångsidig. Och för det tredje var det ett råmaterial för ytterligare rening från överskott av kol, och det visade sig vara mycket lättare att få stål från det än från malm. Så efter århundraden av experiment hittades den mest produktiva metallurgiska tekniken och en masugn uppfanns. Ugn i den westfaliska staden Siegerland (andra hälften av den 15:eårhundradet) skulle kunna arbeta med en kontinuerlig cykel i flera år, och dagligen producera över ett och ett halvt ton tackjärn. Det var mycket då.

Bygga en masugn

Bara genom att vara nära den här gigantiska ugnen kan du förstå hur stor den moderna masugnen är. Fotografier ger en uppfattning om hennes cyklopiska storlek endast när de visar en person som verkar liten som en myra. Men trots det imponerande utseendet förblev driftprincipen densamma, medeltida. Designen inkluderar fem huvudnoder. Den övre, toppen, är utformad för att ladda råvaror och fördela dem jämnt inuti ugnen. Nedanför är det en del av den koniska formen i vilken uppvärmning och reduktionsprocessen sker (mer om det senare). Den tredje enheten från toppen kallas ånga, där järn smälts. Sedan är en annan konisk del, denna gång avsmalnande nedåt, skuldrorna, i vilka kolmonoxid (reducerande gas) frigörs från koksen. Och allra längst ner finns en smedja från vilken den färdiga produkten och produktionsavfallet utvinns.

Processkemi

Kemiska processer är oxidativa och reduktiva. Den första betyder förbindelse med syre, den andra, tvärtom, dess avvisning. Malm är en oxid och för att få järn krävs ett visst reagens som kan "välja ut" extra atomer. Den viktigaste rollen i denna process spelas av koks, som vid förbränning frigör en stor mängd värme och koldioxid, som vid hög temperatur sönderfaller till monooxid, kemisktaktiv och instabil substans. CO tenderar att bli dioxid igen, och när de möter malmmolekyler (Fe₂O_{3), "tar" allt syre från dem och lämnar bara järn. Det finns förstås andra ämnen i råvarorna, onödiga, som bildar en restprodukt som kallas slagg. Så fungerar en masugn. Detta är ur kemisynpunkt en ganska enkel reduktionsreaktion, åtföljd av värmeförbrukning.}

Hur är en modern masugn?

En masugns livslängd är relativt kort för en anläggning av den här storleken - ungefär ett decennium. Under denna tid utsätts strukturen för tunga belastningar, förvärrade av termisk uppvärmning, då krävs en större översyn eller rivning. Järnproduktion kan inte kallas ofarlig, den är förknippad med utsläpp av fosfor, svavel och andra inte särskilt användbara ämnen i atmosfären. Sammantaget uppmuntrar dessa omständigheter många länder att inskränka metallurgisk produktion eller modernisera den (särskilt om industrin är grundläggande och budgetbildande). En modern masugn är i princip ett ganska enkelt system, som dock kräver ett komplext styrsystem med många styrslingor som säkerställer den mest effektiva förbrukningen av råvaror och energiresurser.