2023 著者: Howard Calhoun | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-24 12:24
現代の冶金産業における鉄の製錬には、高炉が使用されます。シャフト式の炉で、それほど複雑な構造ではありませんが、見た目は印象的です。鉄の生産を完璧にするために、人類は何世紀にもわたる経験を積み重ねなければなりませんでした。
高炉とは何か、その名前の古いスラヴ語の語源を部分的に説明しています。 「Dmit」は吹くという意味です。
高炉の祖先-秀光フェン
中世では、人々はさまざまな金属を必要としていました。武器や道具は鋼でできていて、しなやかで硬く、家庭用品には普通の鉄が使われていました。チーズ高炉は、何千年もの間、非常に長い間、目的の金属を得るために使用されており、低融点鉱石の埋蔵量がなくなるまで、ニーズを完全に満たしていました。高さを上げることで高温になり（推力が上がる）、ハンドベローズで空気を汲み上げました。しかし、時間の経過とともに、ヨーロッパ人は低品質の原材料に切り替える必要があり、それが進歩の動機となりました。シュトゥコフェンが発明となり、その後最初の高炉が登場しました。密閉型オーブンで、特定のサイクル。鉱石と石炭を積み込み、吹き付けによる加熱を行う必要があり（手作業が足りなかったため、水車からの駆動を使用）、冷却を待って金属を抽出し、分離する必要がありました。それは、スケールや、kritzと呼ばれるその他の不適切な副産物からのものです。シュツコフェンの主な利点は、大気中への漏れが減少するため、作業サイクル中の閉鎖体積による熱エネルギーの最高の集中でした。
鋳鉄文明
13世紀の中世の冶金学者の主な問題は、鉄の不融性でした。シュツコフェンで鋳鉄（炭素濃度1.7％以上の鉄-炭素合金）が得られたとき、融点が低いことに驚きましたが、喜ばれませんでした。得られた金属は鋼よりも入手が容易で、鉄よりも入手が容易でしたが、当時の消費者の観点から見たその機械的品質には、あまりにも壊れやすく、十分な強度がありませんでした。しかし、わずか2世紀で、鋳鉄に対する態度が変わりました。第一に、それを炉から取り除くことは簡単なことであることが判明しました、それは単に溶融した形で排出することができました。第二に、それにもかかわらず、この金属はその用途を見出しており、非常に多様です。そして第三に、それは過剰な炭素からさらに精製するための原料であり、鉱石からよりもそれから鋼を得る方がはるかに簡単であることが判明しました。そのため、何世紀にもわたる実験の結果、最も生産性の高い冶金技術が発見され、高炉が発明されました。ジーガーラントのウェストファリアの都市のオーブン（15日の後半世紀）は、数年間の連続サイクルで動作し、毎日1.5トン以上の銑鉄を生産する可能性があります。当時はたくさんありました。
高炉の建設
この巨大な炉に近づくだけで、現代の高炉の大きさがわかります。写真は、アリと同じくらい小さいように見える人を示している場合にのみ、彼女のサイロプ式のサイズのアイデアを与えます。しかし、印象的な外観にもかかわらず、動作原理は同じ、中世のままでした。この設計には、5つのメインノードが含まれています。上部の上部は、原材料を積み込み、炉内に均等に分散させるように設計されています。その下には、加熱と還元プロセスが行われる円錐形の一部があります（これについては後で詳しく説明します）。上から3番目のユニットは蒸気と呼ばれ、鉄が溶けます。次に、今度は下向きに先細りになる別の円錐形の部分は、一酸化炭素（還元ガス）がコークスから放出される肩です。そして一番下には、完成品と生産廃棄物が抽出される鍛造品があります。
プロセスケミストリー
化学プロセスは酸化的および還元的です。最初は酸素との接続を意味し、2番目は逆にその拒絶を意味します。鉱石は酸化物であり、鉄を得るためには、余分な原子を「選択」できる特定の試薬が必要です。このプロセスで最も重要な役割は、燃焼中に大量の熱と二酸化炭素を放出するコークスによって果たされます。コークスは、高温で化学的に一酸化炭素に分解します。活性で不安定な物質。 COは再び二酸化鉄になる傾向があり、鉱石分子（Fe 2O3）と出会うと、それらからすべての酸素を「奪い」、鉄のみ。もちろん、原料にはスラグと呼ばれる廃棄物を形成する不要な物質が含まれています。これが高炉の仕組みです。これは、化学の観点からは、熱の消費を伴うかなり単純な還元反応です。
現代の高炉はどのようなものですか？
高炉の耐用年数は、この規模の施設では比較的短く、約10年です。この間、構造物は大きな負荷にさらされ、熱加熱によって悪化します。その後、大規模なオーバーホールまたは解体が必要になります。鉄の生産は無害とは言えません。それは、リン、硫黄、その他のあまり役に立たない物質の大気への放出に関連しています。総合すると、これらの状況は、多くの国が冶金生産を削減または近代化することを奨励しています（特に業界が基本的で予算編成の場合）。最新の高炉は原理的にはかなり単純なシステムですが、原材料とエネルギー資源の最も効率的な消費を保証する多数の制御ループを備えた複雑な制御方式が必要です。
