Nagyolvasztó kemence
| A cikk címe kétértelmű. További jelentéseket a kohó (pontosítás) részben sorolunk fel. |
A Nagyolvasztó kemence többnyire nagyüzemű tengelykemencés kivitelű üzem, amelyben a vasat a vasoxid redukálásával nyerik. Az oxidatív vasérceken kívül kokszot és adalékanyagokat, például kvarchomokot és gyorsmészt reagálnak (redox-reakció). A szulfidérceket viszont először pörköléssel kell oxidokká alakítani.
További ajánlott szakismeretek
A laboratóriumi mérlegek napi szemrevételezése
Mi a skálám érzékenysége?
Mi a helyes módszer az ismételhetőség mérlegen történő ellenőrzésére?
Tartalomjegyzék
A kohó története
Ezt a technológiát Kínában legalább a Han-dinasztia (Kr. E. 206 - Kr. U. 222) óta ismerték. A legkorábbi ismert kohók Európában Svédországban voltak a 13. században, például Lapphyttanban. Az egyes kohókat Franciaországban, Belgiumban és mindenekelőtt Angliában azonosították a következő évszázadokra. Coalbrookdale-ben 1709-ben a korábban használt szenet koksz helyettesítette.
A legrégebbi, nagyrészt teljesen megőrzött kohókészülék Németországban és esetleg világszerte a Luisenhütte Woklumban, a Balve/Sauerland közelében. 1783-ból származó kohó megtekinthető a Wilhelmshütte-ben, Bornum am Harzban.
A kohó felépítése és betöltése
A kohót két felülről elengedhetetlen nyersanyaggal táplálják: az úgynevezett Möller-t, mint az alapanyagok hordozóját, és a kohókokszot, mint energiahordozót és redukálószert. Mint Möller [ahd. Keverék] a vasérc kifejezés (többnyire természetes ércek formájában vagy szulfidos vagy karbonátos vasércek pörköléséből kiégve), amelyhez adalékanyagokat (például mész, kavics és dolomit) adnak az ércek olvadáspontjának csökkentése és az elegy cseppfolyósodásának javítása érdekében. válik.
A nyersanyagokat szállítóvödrökkel (Hunte) ferde liften keresztül juttatják a kohó tetején lévő töltőnyílásba (harangtartó), ürítik és kettős harangzár rendszeren keresztül viszik be. A modern kohókban ma már szállítószalagokat használnak, amelyek két anyagtartályt felváltva ércekkel, adalékanyagokkal és kokszal töltenek meg.
A kohó tövében a kokszból és a légköri oxigénből képződött szén-monoxid szén-dioxiddá oxidálódik, az ehhez szükséges oxigént eltávolítják a vas-oxidból, amelyet ezután vasgá redukálnak.
Nyersvas és salak kopogtat a kohóban
A cseppfolyósított kemence tartalmát a kemence alján lévő nyíláson keresztül távolítják el; ez a nyílás általában kerámia vegyülettel van lezárva, és az úgynevezett csapolás során időszakosan fúródik. A kiáramló tartalmat a kemencével szomszédos csapcsarnokban szétválasztják egy csatornarendszeren (más néven "pocsolya") úszó salakon keresztül, és köszvényporral is lefedik, így a salak hője ugyanaz marad. A szeparátort Fuchs-nak is hívják, mert annyira "okos" különbséget tenni a vas és a salak között. A nagyolvasztóknak két csapolóeszköze van. Az egyik a salakhoz (salakos ereszcsatorna), a másik pedig a folyékony vashoz kissé mélyebbre. Itt is a sűrűség különbségét használják szétválasztásra.
A kohófolyamat során keletkező salak szintén értékes alapanyag. A salakőrlő üzemben történő őrlés után salakhomokként sokféle módon felhasználható.
A kohóban zajló folyamatot a kohó alulról befújt forró levegő (az úgynevezett szél) segítségével tartják. Ezt a működési szempontból fontos szelet szélmelegítőkben használják (Cowper) hőmérsékletre hoztuk. Az oxigénellátás funkciója mellett a szél kavargatja a hozzáadott alapanyagokat is, amelyek különben csak a sütő alján sütnének együtt, és már nem kellene őket melegíteni. Ha sütés következik be, a felborulás (a szél rövid megszakadása) folyamata megpróbálja feloldani. A felkavarás egy kemencetűznek felel meg, amelyben a huzat stagnálással fenyeget a rácson lévő túl sok hamu miatt. A kohó egy ellenáramú reaktor: Míg az öntött anyag felülről lefelé halad keresztül a reaktoron, a keletkező reakciógázok (kemence gázok) alulról felfelé áramlanak. Ezeket a köszvény tetejéről veszik ki, megtisztítják a füstrészecskéktől, és a vegyiparban további felhasználásra szánják, vagy elégetik, hogy szél keletkezzen a tehénben.
A kohó külső falát vízhűtéssel tartósan lehűtik. A hűtőrendszer korábban nyitott kialakítású volt, ami azt jelenti: a vizet hidegen adagolták a kemence falába, majd egy hűtőtoronyban ismét lehűtötték. Ez nagy víz- és energiaveszteséget eredményezett. Az új kohók zárt hűtőkörökkel vannak felszerelve. A duisburgi „fekete óriásnak” például öt különböző hűtőköre van, amelyek mind külön-külön zárva vannak. A hőmérséklet-ingadozások vagy veszteségek miatt elveszett vizet speciális, alacsony mész vízzel, 0,1 ° dH-val helyettesítik.
A tényleges kohó általában 25–30 m magas, az egész rendszer 60 m-ig. A Duisburg-Meiderichi „fekete óriás” kemencemagassága 42 m, vázátmérője pedig körülbelül 14 m.
A közepes méretű kohók napi termelés 6000 t, a nagy kohók akár 13 000 t nyersvas. Ha nem öntöttvasként használják, akkor a nyersvasat átalakítókban általában acélra finomítják. Ebből a célból oxigént fújnak a nyersvasba, vagy törmeléket (vas-oxidot) adnak hozzá annak érdekében, hogy oxidálják a nyersvasban még meglévő szennyeződéseket, és gázként vagy salakként kimossák a folyékony fémből.
A kohók körülbelül 10 éve működnek. Ezen úgynevezett kemenceút befejezése után a tényleges kohót alaposan felül kell vizsgálni; Legtöbbször a teljes tűzálló tégla bélés megújul, és különféle acél alkatrészeket cserélnek. Az új kemence-útra való felkészülés lehetőségét gyakran használják a folyamatok fejlesztésére és új berendezések telepítésére az energia-megtakarítás és a minőség javítása érdekében.
Kémiai reakciók a kohóban
A koksz elégetése és a redukálószer szén-monoxid képződése mellett a vas-oxid szénmonoxid (közvetett redukció) és koksz (közvetlen ércredukció) redukciója fontos kémiai reakció alapvető séma:
A koksz energiatermelő égése. A gáznemű redukálószer szén-monoxid képződése. A vas-oxid redukálása elemi vasra.
Az 1. reakció biztosítja az energiát a teljes folyamat számára. Mivel az oxigént fújt, előmelegített levegő formájában szállítják, a reakció olyan heves, hogy 2000 ° C feletti hőmérsékletet ér el. Ezt a hatást vizualizálhatja egy grilltűzön, amelynek szénén hevesen fehéren világít, ha meleg hajszárítóval fúj rá. Másrészt a reakció a 2. reakcióhoz szükséges szén-dioxid-CO2-t szolgáltatja.
A 2. reakció a mérgező szén-monoxidot (CO) szolgáltatja, amely a kohóban tényleges redukálószerként működik. A szilárd szénnel ellentétben a gáz halmazállapotú CO könnyen elérheti a vas-oxidok minden felületét és ott reagálhat. Ez a reakció egy tipikus egyensúlyi reakció (Boudouard-egyensúly). Magas hőmérsékleten az egyensúly jobb oldalon, alacsony hőmérsékleten bal oldalon van.
A 3. reakció összefoglaló formában mutatja a tipikus vas (III) -oxid (vörös vaskő, rozsda) redukcióját. Valójában több köztes szakaszon halad át, amelyek a kohó különböző zónáiban zajlanak:
Az eredmény a több vas-magnetit (mágneses vaskő). Vas (II) -oxid képződik. Az eredmény egy fémvas, amely összegyűlik az alábbi kohóban.
A nyersvasat az "acélműben" úgy dolgozzák fel, hogy oxigént fújnak be, vagy törmeléket (vas-oxidot) adnak hozzá a kísérő anyagok (szén, kén, mangán, szilícium) oxidálásával és gázokká (kén-dioxid, szén-dioxid) vagy salakanyagként salakként (kalcium) történő átalakításával. és a mangán-szilikátokat és foszfátokat) eltávolítjuk. Példa:
A vas-oxid és a szilíciumtartalmú nyersvas vas (acél) és szilícium-dioxid képződésével reagál.