Υψικάμινος

Ο υψικάμινος είναι ένας ειδικός τύπος κλιβάνου για την τήξη σιδήρου από μετάλλευμα. Οι υψικαμίνους είναι πολύ μεγάλοι. Μπορούν να φτάσουν σε ύψος τα 60 μέτρα (200 πόδια) και σε διάμετρο τα 15 μέτρα (49 πόδια). Η υψικάμινος είναι ο μεγαλύτερος χημικός αντιδραστήρας. Οι υψικαμίνους ονομάζονται επίσης υψηλοί φούρνοι.

Μια υψικάμινος κατασκευάζεται συνήθως με ένα χαλύβδινο περίβλημα και τούβλα από οξείδιο του μαγνησίου ή άλλο πυρίμαχο υλικό στο εσωτερικό του περιβλήματος. Ο καυτός κλίβανος δεν μπορεί να λιώσει αυτά τα τούβλα. Ο κλίβανος ψύχεται με νερό που τρέχει μέσα σε μέρος του περιβλήματος και των τούβλων.

Η διαδικασία παραγωγής σιδήρου είναι απλή. Το σιδηρομετάλλευμα είναι βασικά οξείδιο του σιδήρου. Ο σίδηρος παράγεται με την αφαίρεση του οξυγόνου. Αυτό αφήνει ακατέργαστο σίδηρο που ονομάζεται χυτοσίδηρος. Αυτή η διαδικασία απομάκρυνσης του οξυγόνου ονομάζεται τήξη. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται στη διαδικασία αναγωγής, με το μετάλλευμα να θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Ο άνθρακας απομακρύνει εύκολα το οξυγόνο από το μετάλλευμα σε υψηλές θερμοκρασίες.

Διάγραμμα υψικαμίνου1 . Θερμή έκρηξη ("άνεμος") από σόμπες Cowper 2. Ζώνη τήξης (bosh) 3 .   Ζώνη αναγωγής του οξειδίου του σιδήρου (βαρέλι) 4. Ζώνη αναγωγής του οξειδίου του σιδήρου (καμινάδα) 5. Ζώνη προθέρμανσης (λαιμός) 6 .   Τροφοδοσία μεταλλεύματος, ασβεστόλιθου και οπτάνθρακα7 . Καυσαέρια8 . Στήλη μεταλλεύματος, οπτάνθρακα και ασβεστόλιθου9 . Απομάκρυνση της σκωρίας10 . Βύθιση του λιωμένου χυτοσίδηρου11 . Συλλογή καυσαερίωνZoom
Διάγραμμα υψικαμίνου1 . Θερμή έκρηξη ("άνεμος") από σόμπες Cowper 2. Ζώνη τήξης (bosh) 3 .   Ζώνη αναγωγής του οξειδίου του σιδήρου (βαρέλι) 4. Ζώνη αναγωγής του οξειδίου του σιδήρου (καμινάδα) 5. Ζώνη προθέρμανσης (λαιμός) 6 .   Τροφοδοσία μεταλλεύματος, ασβεστόλιθου και οπτάνθρακα7 . Καυσαέρια8 . Στήλη μεταλλεύματος, οπτάνθρακα και ασβεστόλιθου9 . Απομάκρυνση της σκωρίας10 . Βύθιση του λιωμένου χυτοσίδηρου11 . Συλλογή καυσαερίων

Διαδικασία

Το μετάλλευμα, ο ασβεστόλιθος και ο άνθρακας με τη μορφή κοκ τοποθετούνται σε στρώματα στην κορυφή της υψικαμίνου. Ταυτόχρονα, θερμός αέρας που ονομάζεται "αέρας" φυσάει στο εσωτερικό του κλιβάνου. Ειδικά ακροφύσια που ονομάζονται "φυσητήρες" χρησιμοποιούνται για να εισάγουν τον αέρα στον κλίβανο. Τα ακροφύσια βρίσκονται στο κάτω μέρος του κλιβάνου. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται "ανατίναξη". Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ονομάζεται "υψικάμινος". Το κοκ αναφλέγεται (παίρνει φωτιά) και καίγεται. Αυτό δημιουργεί μονοξείδιο του άνθρακα, επειδή δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο για να δημιουργηθεί διοξείδιο του άνθρακα. Το μονοξείδιο του άνθρακα στη συνέχεια ανάγει το οξείδιο του μετάλλου σε μέταλλο και δημιουργεί διοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται για την παραγωγή σιδήρου. Ο ασβεστόλιθος σχηματίζει μια ουσία που ονομάζεται σκωρία με το πέτρωμα του σιδηρομεταλλεύματος.

Το κάτω μέρος του κλιβάνου ονομάζεται εστία. Όταν γεμίσει με υγρό χυτοσίδηρο και σκωρία, η σκωρία απομακρύνεται. Αυτό ονομάζεται απομάκρυνση. Η σκωρία είναι ελαφρύτερη από τον σίδηρο και δεν αναμιγνύεται με τον σίδηρο. Επιπλέει στην κορυφή του σιδήρου. Με ένα ειδικό τρυπάνι ανοίγεται μια τρύπα στην εστία στο επίπεδο της σκωρίας. Η υγρή σκωρία εξέρχεται από την οπή σε ένα δοχείο που ονομάζεται δοχείο σκωρίας. Στη συνέχεια, ο σίδηρος αποστραγγίζεται από την εστία. Αυτό ονομάζεται βρύση. Γίνεται μια τρύπα στον πυθμένα και ο υγρός χυτοσίδηρος βγαίνει έξω. Χρησιμοποιείται είτε απευθείας για τη χαλυβουργία, είτε τοποθετείται σε ένα ειδικό σιδηροδρομικό βαγόνι που ονομάζεται τορπιλοβαγόνι, είτε κατασκευάζεται σε καλούπια. Όταν έχει αφαιρεθεί όλος ο χυτοσίδηρος, χρησιμοποιείται πυρίμαχος πηλός για να κλείσουν οι δύο οπές. Ο πηλός στερεοποιείται πολύ γρήγορα λόγω της υψηλής θερμότητας.

Ο χυτοσίδηρος περιέχει περίπου 4% άνθρακα και θα ήταν πολύ σκληρός και πολύ εύθραυστος για να χρησιμοποιηθεί. Ο επιπλέον άνθρακας πρέπει πρώτα να καεί. Ο χυτοσίδηρος εξευγενίζεται σε χάλυβα με την αποκάρβωση (καύση του επιπλέον άνθρακα). Μια σύγχρονη μέθοδος για την αποανθρακοποίηση του χυτοσίδηρου και τον εξευγενισμό του σε χάλυβα είναι ο βασικός κλίβανος οξυγόνου. Ιστορικά υπήρχαν και άλλες μέθοδοι, όπως ο μετατροπέας Bessemer, η κάμινος ανοικτής εστίας και η κάμινος puddling.

Τα αέρια ανεβαίνουν προς τα πάνω και συλλέγονται στην κορυφή του κλιβάνου. Καθώς το αέριο περιέχει πολύ μονοξείδιο του άνθρακα, είναι ένα πολύτιμο καύσιμο. Το αέριο που συλλέγεται στην κορυφή του υψικαμίνου ονομάζεται αέριο υψικαμίνου. Στη συνέχεια πλένεται και ξηραίνεται και συλλέγονται όλα τα στερεά σωματίδια, όπως η αιθάλη ή η σκόνη μεταλλεύματος. Στη συνέχεια, το αέριο καίγεται σε ειδικούς φούρνους που ονομάζονται φούρνοι Cowper ή θερμοί φούρνοι υψικαμίνων σε διοξείδιο του άνθρακα. Η θερμότητα από την καύση του αερίου της υψικαμίνου χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την προθέρμανση του αέρα ανατίναξης, του "αέρα", ο οποίος με τη σειρά του εκτοξεύεται στην ίδια την υψικαμίνου.

Η σκωρία δεν είναι απόβλητο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Μπορεί να γίνει τούβλα και να χρησιμοποιηθεί για κατασκευές ή να αναμιχθεί με σκυρόδεμα. Το σκυρόδεμα που περιέχει σκωρία υψικαμίνου είναι ισχυρότερο από το συνηθισμένο σκυρόδεμα και είναι σχεδόν καθαρό λευκό, ενώ το κανονικό σκυρόδεμα είναι βρώμικο γκρι.

Μια υψικαμίνου μπορεί συνήθως να λειτουργήσει για 10 έως 20 χρόνια χωρίς διακοπή. Αυτό ονομάζεται "εκστρατεία".

Χημικό παράδειγμα

Σε θερμοκρασία 900-1600°C, λαμβάνει χώρα αναγωγή με άνθρακα:

1.

3 {\displaystyle 3} {\displaystyle 3}

Fe2O3{\displaystyle Fe_{2}O_{3}}{\displaystyle Fe_{2}O_{3}}+ {\displaystyle +} {\displaystyle +}C{\displaystyle C} {\displaystyle C}

⟶ {\displaystyle \longrightarrow } {\displaystyle \longrightarrow }

2 {\displaystyle 2} {\displaystyle 2}

Fe3O4{\displaystyle Fe_{3}O_{4}}{\displaystyle Fe_{3}O_{4}}+ {\displaystyle +} {\displaystyle +}CO{\displaystyle CO} {\displaystyle CO}

2.

F e 3 O 4 + C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C}

⟶ {\displaystyle \longrightarrow } {\displaystyle \longrightarrow }

3 {\displaystyle 3} {\displaystyle 3}

FeO{\displaystyle FeO}{\displaystyle FeO}+ {\displaystyle +} {\displaystyle +}C O {\displaystyle CO} {\displaystyle CO}

3.

F e O + C {\displaystyle FeO+C} {\displaystyle FeO+C}

⟶ {\displaystyle \longrightarrow } {\displaystyle \longrightarrow }

Fe{\displaystyle Fe}{\displaystyle Fe}+ C O {\displaystyle +CO} {\displaystyle +CO}

Τώρα έχει γίνει σίδερο.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι η υψικάμινος;


A: Η υψικάμινος είναι μια μεγάλη κάμινος που χρησιμοποιείται για την τήξη σιδήρου από μετάλλευμα.

Ερ: Πόσο μεγάλες μπορούν να είναι οι υψικαμίνους;


Α: Οι υψικαμίνους μπορούν να έχουν ύψος έως 60 μέτρα και διάμετρο 15 μέτρα.

Ερ: Ποια είναι η άλλη ονομασία του υψικαμίνου;


Α: Οι υψικαμίνους ονομάζονται επίσης υψηλοί φούρνοι.

Ερ: Από ποια υλικά κατασκευάζονται οι υψικαμίνους;


Α: Οι υψικαμίνους κατασκευάζονται συνήθως με χαλύβδινο περίβλημα και τούβλα από οξείδιο του μαγνησίου ή άλλα πυρίμαχα υλικά.

Ερ: Πώς ψύχεται η υψικάμινος;


Α: Η υψικάμινος ψύχεται με νερό που τρέχει μέσα σε μέρος του περιβλήματος και των τούβλων.

Ερ: Ποια είναι η διαδικασία τήξης και πώς παράγεται ο σίδηρος;


Α: Η διαδικασία παρασκευής του σιδήρου είναι η τήξη, η οποία περιλαμβάνει την αφαίρεση του οξυγόνου από το σιδηρομετάλλευμα. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται στη διαδικασία αναγωγής, με το μετάλλευμα να θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό αφήνει ακατέργαστο σίδηρο που ονομάζεται χυτοσίδηρος.

Ερ: Ποιος είναι ο ρόλος του άνθρακα στη διαδικασία αναγωγής για την παραγωγή σιδήρου;


Α: Ο άνθρακας απομακρύνει εύκολα το οξυγόνο από το μετάλλευμα σε υψηλές θερμοκρασίες.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3