Domna là lò luyện sắt

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Để nấu chảy sắt trong ngành công nghiệp luyện kim hiện đại, một lò cao được sử dụng. Đây là loại lò kiểu trục, có cấu trúc không quá phức tạp, tuy nhiên, trông rất ấn tượng. Để đưa việc sản xuất sắt trở nên hoàn hảo, nhân loại đã phải tích lũy kinh nghiệm hàng thế kỷ.

Giải thích một phần lò cao là gì, từ gốc Slavonic Cổ của tên gọi của nó. "Dmit" có nghĩa là thổi.

Tổ tiên của lò cao - shukofen

Vào thời Trung cổ, mọi người cần các kim loại khác nhau. Vũ khí và công cụ được làm bằng thép, dẻo và cứng, còn sắt thông thường được dùng làm đồ dùng gia đình. Lò cao phô mai đã được sử dụng để thu được kim loại mong muốn trong một thời gian rất dài, hàng thiên niên kỷ, và chúng đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho đến khi nguồn dự trữ quặng có độ nóng chảy thấp cạn kiệt. Nhiệt độ cao đạt được bằng cách tăng độ cao (đây là cách lực đẩy tăng lên), không khí cũng được bơm bằng ống thổi tay. Tuy nhiên, theo thời gian, người châu Âu đã phải chuyển sang sử dụng các nguyên liệu thô chất lượng thấp hơn, vốn là động lực thúc đẩy sự phát triển. Shtukofen trở thành phát minh sau đó lò cao đầu tiên xuất hiện. Đó là một loại lò kín, hoạt động theochu kỳ nhất định. Người ta phải nạp quặng, than vào đó rồi nung nóng bằng thổi (không có đủ công sức thủ công nên dùng guồng nước), sau đó phải chờ nguội và tách kim loại ra, tách. nó từ quy mô và các sản phẩm phụ không phù hợp khác được gọi là kritz. Ưu điểm chính của shtukofen là sự tập trung năng lượng nhiệt tốt nhất do thể tích đóng trong chu kỳ làm việc, do sự giảm rò rỉ của nó vào khí quyển.

Văn minh Gang đúc

Vấn đề chính của các nhà luyện kim thời trung cổ ở thế kỷ thứ mười ba là tính khó truyền của sắt. Khi gang (nghĩa là hợp kim sắt-cacbon có nồng độ cacbon từ 1,7% trở lên) được sản xuất trong shtukofen, họ đã rất ngạc nhiên về điểm nóng chảy thấp của nó, nhưng họ không vui. Kết quả là kim loại dễ kiếm hơn thép, và thậm chí còn hơn cả sắt, nhưng phẩm chất cơ học của nó theo quan điểm của người tiêu dùng lúc bấy giờ vẫn còn nhiều điều mong muốn: nó quá mỏng manh và không đủ bền. Tuy nhiên, chỉ trong hai thế kỷ, thái độ đối với gang đã thay đổi. Đầu tiên, hóa ra là một vấn đề đơn giản để lấy nó ra khỏi lò, nó có thể được rút ra đơn giản ở dạng nóng chảy. Thứ hai, kim loại này vẫn chưa được tìm thấy ứng dụng của nó, và nó rất đa dạng. Và thứ ba, nó là một nguyên liệu thô để tinh chế thêm từ cacbon dư thừa, và hóa ra việc lấy thép từ nó dễ dàng hơn nhiều so với từ quặng. Vì vậy, sau nhiều thế kỷ thử nghiệm, công nghệ luyện kim có năng suất cao nhất đã được tìm ra, và một lò cao đã được phát minh. Lò nướng ở thành phố Siegerland, Westphalian (nửa sau ngày 15kỷ) có thể hoạt động với chu kỳ liên tục trong vài năm, sản xuất hàng ngày hơn một tấn rưỡi gang. Hồi đó rất nhiều.

Xây lò cao

Chỉ đến gần cái lò khổng lồ này, bạn mới hiểu được lò cao hiện đại lớn đến mức nào. Các bức ảnh chỉ cho ta biết kích thước của loài cyclopean khi chúng cho thấy một người có vẻ nhỏ như một con kiến. Tuy nhiên, dù có vẻ ngoài ấn tượng nhưng nguyên lý hoạt động vẫn như thời trung cổ. Thiết kế bao gồm năm nút chính. Cái phía trên, phía trên, được thiết kế để tải nguyên liệu thô và phân phối chúng đồng đều bên trong lò. Bên dưới nó là một phần của hình nón, trong đó quá trình gia nhiệt và quá trình khử diễn ra (sẽ nói thêm về điều đó ở phần sau). Đơn vị thứ ba từ trên xuống được gọi là hơi nước, nơi sắt được nấu chảy. Sau đó, một phần hình nón khác, lần này thuôn dần xuống dưới, là phần vai, trong đó carbon monoxide (khí khử) được giải phóng khỏi than cốc. Và ở dưới cùng là một lò rèn để từ đó thành phẩm và chất thải sản xuất được chiết xuất.

Quá trình hóa học

Quá trình hóa học có tính oxi hóa và tính khử. Điều đầu tiên có nghĩa là kết nối với oxy, thứ hai, ngược lại, từ chối nó. Quặng là một oxit, và để thu được sắt, cần phải có một loại thuốc thử nhất định có thể “chọn” thêm các nguyên tử. Vai trò quan trọng nhất trong quá trình này là do than cốc, trong quá trình đốt cháy giải phóng một lượng lớn nhiệt và carbon dioxide, ở nhiệt độ cao phân hủy thành monoxide, về mặt hóa họcchất hoạt động và không ổn định. CO có xu hướng trở thành đioxit trở lại, và khi gặp các phân tử quặng (Fe₂O_{3), “lấy đi” tất cả oxy từ chúng, để lại chỉ sắt. Tất nhiên, có những chất khác trong nguyên liệu thô, không cần thiết, tạo thành chất thải gọi là xỉ. Đây là cách hoạt động của một lò cao. Theo quan điểm của hóa học, đây là một phản ứng khử khá đơn giản, kèm theo sự tiêu hao nhiệt.}

Lò cao hiện đại như thế nào?

Tuổi thọ của lò cao tương đối ngắn đối với cơ sở tầm cỡ này - khoảng một thập kỷ. Trong thời gian này, kết cấu phải chịu tải trọng lớn, bị gia nhiệt nặng hơn, khi đó cần phải đại tu hoặc phá dỡ. Sản xuất sắt không thể được gọi là vô hại, nó liên quan đến việc phát thải phốt pho, lưu huỳnh và các chất không hữu ích khác vào bầu khí quyển. Tổng hợp lại, những hoàn cảnh này khuyến khích nhiều quốc gia cắt giảm sản xuất luyện kim hoặc hiện đại hóa nó (đặc biệt nếu ngành công nghiệp này là cơ bản và tạo ra ngân sách). Một lò cao hiện đại về nguyên tắc là một hệ thống khá đơn giản, tuy nhiên, đòi hỏi một sơ đồ điều khiển phức tạp với nhiều vòng điều khiển để đảm bảo tiêu thụ nguyên liệu và tài nguyên năng lượng một cách hiệu quả nhất.