Furnal

Desen schematic al unui furnal:
1. Debitul de aer cald de la sobele Cowper
2. zona de topire
3. zona de reducere a oxidului de fier
4. zona de reducere a oxidului feric
5. zona de preîncălzire
6. Intrarea de minereuri brute, flux și cocs
7. gaze de eșapament
8. coloană care conține minereu, flux și cocs
9. îndepărtarea deșeurilor
10. metal topit scăpând
11. evacuarea gazelor de eșapament

Alt cuptor în portul Sagunto, Valencia, Spania.

Un vechi furnal în Sestao , Spania

Alt furnal este un tip de instalație utilizată în industria siderurgică pentru producția de fontă pornind de la minereu de fier; furnalul produce fontă gri , adică un aliaj binar de fier și carbon , printr-un proces în care arderea cocsului de carbon, topirea mineralelor și reducerea oxizilor metalici (de exemplu Fe ₂ O ₃ ) prezenți în natură ca un mineral feros, printr-o atmosferă reducătoare . Producția unui furnal modern poate fi cuprinsă între 2.000 și 8.000 de tone pe zi.

Alt furnal își datorează numele dimensiunii sale; de fapt, poate atinge o înălțime de 11 metri (mai mult de 50 m având în vedere și sistemul de încărcare deasupra) și un diametru maxim de aproximativ 12 metri. ^[1]

fundal

Cele mai vechi furnale cunoscute au fost plantate în Dürstel ( Elveția ), în Sauerland ( Germania ) și în Lapphyttan ( Suedia ), unde complexul a rămas activ între 1150 și 1350 . Cel din Liège datează din 1340 . Cistercienii au contribuit la difuzarea sa în Europa , în special în Champagne ( Franța ) și Laskill ( Marea Britanie ). Un pas important a fost făcut în 1776 , când aplicarea motorului cu aburi pe burduf a făcut posibilă atingerea temperaturilor mai ridicate. În 1828 James Beaumont Neilson a brevetat procesul care a suflat aer cald, sporind eficiența.

Descriere și informații generale

Alt furnal este un cuptor cuva, a cărui formă este alcătuită din două secțiuni de con trunchiate, din care „cuva” constituie conul superior, conul inferior se numește „sac”, unit de o secțiune cilindrică centrală (numită „burta”) ). Sarcina are loc de sus și este formată din straturi de cocs și minereu de fier care sunt încărcate în straturi alternative.

Este un cuptor care funcționează continuu: straturile încărcăturii coboară încet pe măsură ce cuptorul este alimentat prin introducerea de noi straturi la intervale regulate.

Este un cuptor cu vânt: deoarece pentru a atinge aceste valori de temperatură este necesar să sufli în aer preîncălzit de jos, la care se poate adăuga oxigen. Injecția de aer numită „vânt fierbinte” (1100-1200 ° C), de asemenea continuă, are loc printr-o coroană de tuburi (numite tuburi) în corespondență cu burta cuptorului.

Concomitent cu vântul fierbinte, poate fi aruncat cărbune fosil micronizat (aproximativ 100 microni), cu scopul de a reduce utilizarea cocsului de carbon mai scump (care, totuși, nu poate fi eliminat complet, deoarece este necesar pentru a menține încărcătura permeabilă la gaze).

Structura cuptorului este constituită extern dintr-o armură specială din oțel, căptușită intern cu cărămizi refractare pe un substrat de ciment refractar. Pereții cuptorului mai solicitați termic sunt răcite intern de schimbătoare de cupru răcite, la rândul lor, de apă care trece prin ele.

Cuptorul este compus, începând de sus, din următoarele părți:

Gură de încărcare

Este partea superioară cu dispozitivele de încărcare, deschidere, închidere și colectare a fumului. În gură, temperatura gazului de ieșire este sub 200-300 ° C.

Tino

Constituie cea mai mare parte a furnalului și are forma unui con trunchiat cu baza principală în partea de jos. Extinderea descendentă facilitează coborârea încărcăturilor și ia în considerare și extinderea lor datorită temperaturii crescute. Se realizează folosind refractare silicice aluminice (acide).

Burtă

Este partea cilindrică dintre cuvă și pungă; uneori această parte a furnalului poate fi redusă la circumferința simplă care leagă punga de cuvă. Aici începe topirea sarcinilor, la temperaturi cuprinse între 1.350 și 1.500 ° C.

Sac

Este partea conică cu o secțiune care crește în sus. În partea inferioară există duze pentru introducerea sursei de aer cald din furnal. Topirea încărcăturilor se finalizează în pungă cu o temperatură cuprinsă între 1.800 ° C și 2.000 ° C. Pentru a reduce consumul de cocs, unele furnale asigură suflarea prafului de cărbune (mai ieftin decât cocsul) împreună cu aerul fierbinte (praf sub 100 microni).

Creuzet

Este un cilindru format din blocuri carbonice de grafit și argilă. Se află în partea inferioară a furnalului. Pe creuzet sunt dispuse, de sus în jos, două orificii de ieșire a zgurii, distanțate unghiular la aproximativ 1,50 m de partea de jos a creuzetului și două găuri de turnare în fierul-mamă, de asemenea distanțate unghiular și dispuse chiar deasupra fundului creuzetului . Aici temperatura ajunge la 1.600 ° C. De obicei se realizează cu căptușeală refractară grafitică (neutră).

Hrănirea unui furnal

Minereurile de fier care alcătuiesc încărcăturile unui furnal sunt:

Mineral	Formula chimica	Densitate ( $Kg \over dm^{3}$ ${\ displaystyle Kg \ over dm ^ {3}}$ ${Kg \ over dm ^ {3}}$ )	% Teoretic de fier	% Mediu de fier din material	Notă
Magnetit	Fe ₃ O ₄	5	72.4	45/70	Restul de 37,6% din mineral constituie ganga, adică pământul.
Hematit roșu	Fe ₂ O ₃	5.2	69,9	45/60	Este un mineral bun, deoarece conține puțin fosfor.
Limonit	2Fe ₂ O ₃ $\cdot$ ${\ displaystyle \ cdot}$ $\ cdot$ 3H ₂ O	3.7	59,8	30/50
Siderit	FeCO ₃	3.8	48.2	30/40

Cele patru minerale menționate anterior sunt însoțite de obicei de elemente care pot fi considerate atât pozitive, cât și negative, iată câteva dintre ele:

sulf - întotdeauna nedorit;
arsenic - întotdeauna nedorit;
mangan - în general bine acceptat;
fosfor : astăzi nu mai este un inconvenient datorită noilor convertoare de oxigen LD .

Pregătirea minereurilor de fier

Zdrobitor

Cu zdrobirea, efectuată cu ajutorul concasoarelor rotative cu măcinare excentrică, mineralul este redus la o dimensiune variind între 8 și 35 mm.

Îmbogăţire

Procesul de îmbogățire își propune să îndepărteze cât mai mult gangua din mineral. Cele mai comune metode de îmbogățire apar pentru:

separare magnetică: metoda este aplicabilă exclusiv magnetitei, deoarece doar acest mineral este magnetic;
diferența de densitate: după ce a fost măcinată, mineralul este separat de gangă cu site speciale;
separarea flotabilității;
separarea prin flotație;
etc.

Calcinare

Calcinarea este o operație de disociere care se efectuează fără intervenția agenților străini mineralului și cu încălzire numai. Se efectuează în cuptoare la o temperatură de 200/300 ° C și se efectuează în general:

pe limonitele cărora se produce separarea apei în funcție de reacție:

2Fe_{2}O_{3}\cdot 3H_{2}O\longrightarrow 2Fe_{2}O_{3}+3H_{2}O

{\ displaystyle 2Fe_ {2} O_ {3} \ cdot 3H_ {2} O \ longrightarrow 2Fe_ {2} O_ {3} + 3H_ {2} O}

2Fe_ {2} O_ {3} \ cdot 3H_ {2} O \ longrightarrow 2Fe_ {2} O_ {3} + 3H_ {2} O

pe siderite care se disociază în oxid feros, eliberând dioxid de carbon, conform reacției:

FeCO_{3}\longrightarrow FeO+CO_{2}

{\ displaystyle FeCO_ {3} \ longrightarrow FeO + CO_ {2}}

FeCO_ {3} \ longrightarrow FeO + CO_ {2}

Prăjire

Scopul prăjirii este de a transforma mineralul într-un material mai tratabil în furnal sau de a elimina toate sau o parte din elementele dăunătoare. Prăjirea poate fi:

prăjire reductivă: într-un cuptor tubular se încarcă hematit și o cantitate mică de cărbune; apare următoarea reacție:

3Fe_{2}O_{3}+CO\longrightarrow 2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}

{\ displaystyle 3Fe_ {2} O_ {3} + CO \ longrightarrow 2Fe_ {3} O_ {4} + CO_ {2}}

3Fe_ {2} O_ {3} + CO \ longrightarrow 2Fe_ {3} O_ {4} + CO_ {2}

Cu toate acestea, o parte din oxidul magnetic este transformat în continuare după cum urmează:

Fe_{3}O_{4}+CO\longrightarrow 3FeO+CO_{2}

{\ displaystyle Fe_ {3} O_ {4} + CO \ longrightarrow 3FeO + CO_ {2}}

Fe_ {3} O_ {4} + CO \ longrightarrow 3FeO + CO_ {2}

prăjire oxidantă: într-un cuptor tubular sau grătar, încălzit la o temperatură sub 500 ° C în prezența aerului, magnetitele sunt încărcate; apare următoarea reacție:

4Fe_{3}O_{4}+O_{2}\longrightarrow 6Fe_{2}O_{3}

{\ displaystyle 4Fe_ {3} O_ {4} + O_ {2} \ longrightarrow 6Fe_ {2} O_ {3}}

4Fe_ {3} O_ {4} + O_ {2} \ longrightarrow 6Fe_ {2} O_ {3}

Aglomerare și peletizare

Minerale de dimensiuni fine din parcuri de zdrobire sau îmbogățire magnetică sau omogenizare etc. nu pot fi încărcate direct în furnal. Pentru toate aceste materiale este necesar un proces de aglomerare sau peletizare. Unul sau altul dintre cele două procese se efectuează, în funcție de dimensiunea particulelor materialelor și precis:

aglomerare pentru praf cu dimensiuni> 0,1 mm;
peletizare pentru pulberi cu dimensiuni <0,1 mm.

Aglomerare

Procesul constă în amestecarea materialului feros fin cu pulbere de cocs și plasarea acestuia în cuptoare speciale pentru grătar, încălzite la temperaturi ridicate: 1.000 / 3.000 ° C.

Acest material astfel tratat, fie prin fuziunea incipientă a boabelor de silice conținute în acesta, fie prin apariția unei recristalizări reale, este transformat într-un aglomerat având aspectul unei mase spongioase.

Peletizare

Procesul de peletizare se efectuează pentru acele materiale care sunt prea fine pentru care aglomerarea ar fi excesivă.

Procesul constă în amestecarea mineralului, cu granulometrie foarte mică, cu apă, var și un aglomerant, de obicei bentonit , în tamburi rotative în care există formarea de pelete sferoidale de 10/25 mm diametru numite de peletele verzi englezești. Ulterior, este uscat și ars la 1.300 ° C, în cuptoare cu grătar continuu de tip dwight-lloyd.

Coca-Cola

Același subiect în detaliu: Coca-Cola (cărbune) .

Întuneric

Un material numit flux este adăugat minereului de fier și cocsului plasat în furnal, care se unește chimic, la o temperatură relativ scăzută, de aproximativ 1.200 ° C, la ganga mineralului și la cenușa cocsului, formând substanțe care se topesc ușor.

Fluxul este de obicei un material stâncos de tip calcaros, mai rar este format din dolomită , argilă , nisip etc. Pentru a reduce consumul de cocs în furnal, adăugarea acestui flux trebuie să fie într-o cantitate și o calitate care să dea naștere următorului indice de basicitate $I_{b}$ ${\ displaystyle I_ {b}}$ $Eu_ {b}$ :

$I_{b}={CaO \over SiO_{2}}=1,25$ ${\ displaystyle I_ {b} = {CaO \ peste SiO_ {2}} = 1,25}$ $I_ {b} = {CaO \ peste SiO_ {2}} = 1,25$

Schema unui centru de oțel cu ciclu integral, etape de producție:
1. Minereu de fier
2. Întuneric
3. Cărucioare transportoare
4. Gura de încărcare
5. Stratul de cocs și fondant
6. Strat de ciocolată neagră și minerale de fier
7. Debitul de aer cald la aproximativ 1200 ° C
8. Eliminarea deșeurilor
9. Creuzet pentru turnare din fontă
10. Zăpadă pentru zgură
11. Turnarea cu oală
12. Recipient pentru separarea particulelor solide
13. Recuperatori
14. Coș de fum
15. Conductă pentru aerul cald trimis în furnal
16. Cărbune praf
17. Cuptor de cocserie
18. Cola
19. Ieșirea fumului din furnal

Fazele principale de operare

Furnalul este în esență o instalație chimică în care au loc anumite reacții. Principalele pot fi clasificate în trei categorii.

Reacțiile de reducere a minereului de fier și carburarea fierului

Reducerea are loc atât prin acțiunea oxidului de CO (reducere indirectă), cât și prin acțiunea cocsului (reducere directă). De fapt, oxigenul conținut în aerul introdus la temperatură și presiune ridicate în furnal reacționează cu cocsul roșu, formând mai întâi dioxid de carbon (CO ₂ ) și apoi monoxid de carbon conform reacțiilor $C+O_{2}\longrightarrow CO_{2}$ ${\ displaystyle C + O_ {2} \ longrightarrow CO_ {2}}$ $C + O_ {2} \ longrightarrow CO_ {2}$ ;

$CO_{2}+C\longrightarrow 2CO$ ${\ displaystyle CO_ {2} + C \ longrightarrow 2CO}$ $CO_ {2} + C \ longrightarrow 2CO$

În coloana de gaz care crește în sus există, prin urmare, monoxid de carbon (CO) care are dubla funcție de a reduce mineralul și de a alimenta fierul astfel obținut, conform următoarelor reacții:

reacție de reducere:

$Fe_{2}O_{3}+3CO\longrightarrow 2Fe+3CO_{2}$ ${\ displaystyle Fe_ {2} O_ {3} + 3CO \ longrightarrow 2Fe + 3CO_ {2}}$ $Fe_ {2} O_ {3} + 3CO \ longrightarrow 2Fe + 3CO_ {2}$

și dacă este prezent magnetit:

$Fe_{3}O_{4}+4CO\longrightarrow 3Fe+4CO_{2}$ ${\ displaystyle Fe_ {3} O_ {4} + 4CO \ longrightarrow 3Fe + 4CO_ {2}}$ $Fe_ {3} O_ {4} + 4CO \ longrightarrow 3Fe + 4CO_ {2}$

reacție de carburare:

$3Fe+2CO\longrightarrow Fe_{3}C+CO_{2}$ ${\ displaystyle 3Fe + 2CO \ longrightarrow Fe_ {3} C + CO_ {2}}$ $3Fe + 2CO \ longrightarrow Fe_ {3} C + CO_ {2}$

Nu tot monoxidul de carbon reacționează în acest fel; o parte va rămâne cu fumurile care ies, adică gazele furnalului. Alt monoxid de carbon se formează prin reducerea directă a mineralului cu cocs, conform reacției:

$Fe_{2}O_{3}+3C\longrightarrow 2Fe+3CO$ ${\ displaystyle Fe_ {2} O_ {3} + 3C \ longrightarrow 2Fe + 3CO}$ $Fe_ {2} O_ {3} + 3C \ longrightarrow 2Fe + 3CO$

și dacă este prezent magnetit:

$Fe_{3}O_{4}+4C\longrightarrow 3Fe+4CO$ ${\ displaystyle Fe_ {3} O_ {4} + 4C \ longrightarrow 3Fe + 4CO}$ $Fe_ {3} O_ {4} + 4C \ longrightarrow 3Fe + 4CO$

În același timp, mai mult fier este carburat prin reacția directă a cocsului:

$3Fe+C\longrightarrow Fe_{3}C$ ${\ displaystyle 3Fe + C \ longrightarrow Fe_ {3} C}$ $3Fe + C \ longrightarrow Fe_ {3} C$

Reducerea altor oxizi

Principalele reacții care apar sunt trei:

$MnO+C\longrightarrow Mn+CO$ ${\ displaystyle MnO + C \ longrightarrow Mn + CO}$ $MnO + C \ longrightarrow Mn + CO$ ;

$SiO_{2}+2C\longrightarrow Si+2CO$ ${\ displaystyle SiO_ {2} + 2C \ longrightarrow Si + 2CO}$ $SiO_ {2} + 2C \ longrightarrow Si + 2CO$ ;

$P_{2}O_{5}+5C\longrightarrow P_{2}+5CO$ ${\ displaystyle P_ {2} O_ {5} + 5C \ longrightarrow P_ {2} + 5CO}$ $P_ {2} O_ {5} + 5C \ longrightarrow P_ {2} + 5CO$ ;

În timp ce manganul, obținut prin reducerea oxidului său (MnO), este foarte util pentru desulfurarea fontei, siliciu și fosfor rămân fără reacții speciale în fonta însăși.

Desulfurarea fontei

Eliminarea sulfului nociv este realizată de mangan și var. Manganul însoțește mineralul sau este introdus intenționat ca mineral auxiliar, în timp ce varul provine din disocierea calcarului care însoțește mineralul sau este introdus în mod specific cu fluxul. Manganul și varul reacționează după cum urmează:

$FeS+Mn\longrightarrow MnS+Fe$ ${\ displaystyle FeS + Mn \ longrightarrow MnS + Fe}$ $FeS + Mn \ longrightarrow MnS + Fe$ ;

$MnS+CaO+C\longrightarrow CaS+Mn+CO$ ${\ displaystyle MnS + CaO + C \ longrightarrow CaS + Mn + CO}$ $MnS + CaO + C \ longrightarrow CaS + Mn + CO$

După cum se poate observa din reacții, manganul reacționează cu sulful de fier FeS, astfel încât în a doua reacție se reformează, reintrând în ciclu. Compusul CaS împreună cu o parte din sulfura MnS intră în zgură.

Reacții de reducere a oxidului

Pornind de la un mineral feros (Fe ₃ O ₄ sau Fe ₂ O ₃ ), metalul este recuperat prin reducerea oxizilor prin reacție:

2MeO\longrightarrow 2Me+O_{2}(\Delta G<0)

{\ displaystyle 2MeO \ longrightarrow 2Me + O_ {2} (\ Delta G <0)}

2MeO \ longrightarrow 2Me + O_ {2} (\ Delta G <0)

unde Me reprezintă un atom metalic . Folosind regula Gibbs (o afinitate mai mare indică o stabilitate mai mare cu o creștere consecventă a energiei de rupere a legăturilor) este posibil să se întocmească un tabel (numit Ulich ) care indică afinitatea metalului cu oxigenul:

Grupa IV (oxizi refractari): $CaO\rightarrow Ca$ ${\ displaystyle CaO \ rightarrow Ca}$ $CaO \ rightarrow Ca$ ; $MgO\rightarrow Mg$ ${\ displaystyle MgO \ rightarrow Mg}$ $MgO \ rightarrow Mg$ ; $Al_{2}O_{3}\rightarrow ZAl$ ${\ displaystyle Al_ {2} O_ {3} \ rightarrow ZAl}$ $Al_ {2} O_ {3} \ rightarrow ZAl$ ; $SiO_{2}\rightarrow Si$ ${\ displaystyle SiO_ {2} \ rightarrow Si}$ $SiO_ {2} \ rightarrow Da$
Grupul III (moderat refractar): $MnO\rightarrow Mn$ ${\ displaystyle MnO \ rightarrow Mn}$ $MnO \ rightarrow Mn$ ; $Cr_{2}O_{2}\rightarrow Cr$ ${\ displaystyle Cr_ {2} O_ {2} \ rightarrow Cr}$ $Cr_ {2} O_ {2} \ rightarrow Cr$ ; $SnO\rightarrow Sn$ ${\ displaystyle SnO \ rightarrow Sn}$ $SnO \ rightarrow Sn$ ; $WO_{3}\rightarrow W$ ${\ displaystyle WO_ {3} \ rightarrow W}$ $WO_ {3} \ rightarrow W$ ; $FeO\rightarrow Fe$ ${\ displaystyle FeO \ rightarrow Fe}$ $FeO \ rightarrow Fe$
Grupul II (Reductibil): $NiO\rightarrow Ni$ ${\ displaystyle NiO \ rightarrow Ni}$ $NiO \ rightarrow Ni$ ; $CoO\rightarrow Co$ ${\ displaystyle CoO \ rightarrow Co}$ $CoO \ rightarrow Co$ ; $Cu_{2}O\rightarrow Cu$ ${\ displaystyle Cu_ {2} O \ rightarrow Cu}$ $Cu_ {2} O \ rightarrow Cu$ ;
Grupul I (Reductibil prin încălzire simplă): $Ag_{2}O\rightarrow Ag$ ${\ displaystyle Ag_ {2} O \ rightarrow Ag}$ $Ag_ {2} O \ rightarrow Ag$

Printre agenții reducători prezenți în natură se află hidrogenul care are o afinitate foarte puternică cu oxigenul, așa că în teorie ar putea fi exploatată următoarea reacție:

FeO+H_{2}\leftrightarrows Fe+H_{2}O

{\ displaystyle FeO + H_ {2} \ leftrightarrows Fe + H_ {2} O}

{\ displaystyle FeO + H_ {2} \ leftrightarrows Fe + H_ {2} O}

cu toate acestea, utilizarea hidrogenului implică un risc foarte puternic de explozie. Pentru grupele II și III este posibil să se utilizeze CO monoxid de carbon care are o afinitate foarte puternică și tinde să evolueze:

FeO+CO\leftrightarrows Fe+CO_{2}

{\ displaystyle FeO + CO \ leftrightarrows Fe + CO_ {2}}

{\ displaystyle FeO + CO \ leftrightarrows Fe + CO_ {2}}

Monoxidul de carbon provine din lipsa combustiei de oxigen a cocsului

2C+O_{2}\leftrightarrows 2CO

{\ displaystyle 2C + O_ {2} \ leftrightarrows 2CO}

{\ displaystyle 2C + O_ {2} \ leftrightarrows 2CO}

C+CO_{2}\leftrightarrows 2CO

{\ displaystyle C + CO_ {2} \ leftrightarrows 2CO}

{\ displaystyle C + CO_ {2} \ leftrightarrows 2CO}

Procesul de reducere prin $C. SAU$ ${\ displaystyle CO}$ $CO$ se numește reducere indirectă , în timp ce asta prin $C.$ ${\ displaystyle C}$ $C.$ se numește reducere directă . Din punct de vedere energetic, reducerea directă necesită mult mai multă căldură în comparație cu reducerea indirectă. Pentru temperaturile prezente în procesul de furnal, reducerea directă nu poate fi complet eliminată.

În furnal, monoxidul de carbon , necesar pentru procesul de reducere, este creat prin arderea cocsului cu aer la 1.200 ° C care este suflat de jos prin intermediul unor duze, numite tuberculi. Furnalul este alimentat de sus cu straturi alternante de cărbune de cocserie metalurgic, flux și minereu de fier (de obicei oxizi, cum ar fi hematit , magnetit , wüstit și limonit ). Funcția cocsului de carbon din interiorul furnalului este multiplă:

produce gazul necesar procesului de reducere a oxidului de fier;
generează căldura necesară topirii minereurilor de fier;
susține mecanic sarcina de fier;
permite procesul de carburare a fontei lichide prin scăderea punctului său de topire.

Ciclul integral

Transformă minereul în fontă. Încărcarea durează aproximativ 8 ore pentru a trece de la gură la creuzet; taxa se autosusține pe cea precedentă. La nivelul burții există fier pur în contact cu carbonul și există carburarea care permite o reducere a temperaturii de topire (atinge aproximativ 1.350 ÷ 1.550 ° C la capătul burții ^[2] ) și există o picurare de fontă lichidă caracterizată prin compoziția chimică:

C = 4,1-4,4%; Mn = 0,5-1,5%; P = 0,1-0,9%; S <0,1%; Da = 0,5%

care nu are utilizări industriale dacă nu este purificat de elemente chimice nedorite (în special sulf și fosfor care induc fragilitate în aliaj). Pentru ecuația Bouduard avem 2 parametri independenți și vom varia temperatura în interiorul furnalului. Pentru a ajunge la echilibru la o anumită temperatură, este necesar un anumit procent de CO și, presupunând o presiune atmosferică, există un singur parametru care să varieze. Dacă treceți la T = cost nu mai sunteți în echilibru: în punctul A există o penurie de CO și datorită principiului lui Le Châtelier reacția se deplasează spre stânga (ecuația lui Bouduard este exotermă ). În analogie putem face același lucru cu

FeO+CO\leftrightarrows Fe+CO_{2}

{\ displaystyle FeO + CO \ leftrightarrows Fe + CO_ {2}}

{\ displaystyle FeO + CO \ leftrightarrows Fe + CO_ {2}}

Dacă combinați curbele, veți obține un grafic care arată unde să lucrați în furnal. Zona superioară este numită indirectă, deoarece se pare că reacția servește la generarea de CO ₂ , în timp ce în realitate are sarcina de a dezoxida FeO. Reducerile indirecte sunt exoterme, prin urmare aceste reacții hrănesc planta, în timp ce cele directe sunt neutre sau ușor endoterme cu scădere de căldură (de unde necesitatea introducerii aerului cald cu praf de cărbune). La gură, carbonat de calciu _CaCO3 este introdus la aproximativ 800 ° C , care va reacționa conform reacției

CaCO_{3}\leftrightarrows CaO+CO_{2}

{\ displaystyle CaCO_ {3} \ leftrightarrows CaO + CO_ {2}}

{\ displaystyle CaCO_ {3} \ leftrightarrows CaO + CO_ {2}}

reacția este puternic endotermă și crește zona de reducere indirectă. Din punctul în care este prezent doar Fe, începe procesul de carburare.

Subproduse ale furnalului

Furnalul are ca scop producția de fier matern, dar produce și două subproduse: gaz slab sau gaz de furnal și zgură sau zgură de furnal.

Este un gaz combustibil și un material relativ sărac, dar cantitățile foarte mari produse duc la recuperarea și utilizarea lor.

Bietul gaz

Gazul pentru furnal este produs în cantități variabile între 2500 și 3500 Nm3 ( metru cub normal ) pentru fiecare tonă de fontă mamă, corespunzând la 5/7 Nm3 pentru fiecare kg de cocs introdus. În trecut, acest gaz a fost dispersat în aer, dar astăzi se preferă colectarea acestuia din motive ecologice și reutilizarea acestuia în recuperatoare Cowper, economisind bani, pentru încălzirea cuptoarelor.

Loppe

Datorită densității diferite, se separă de fierul-mamă din creuzet. Acestea constau din silice, var, alumină, magnezie, anhidridă fosforică, oxid de fier etc. Zgura se produce în cantitate de 0,3 t pentru fiecare tonă de fontă produsă.

La ieșirea din furnal, zgurile sunt transformate în granule prin investirea lor cu un jet puternic de apă, apoi sunt trimise la fabricile de ciment unde, amestecate și măcinate cu o cantitate adecvată de gips, formează așa-numita explozie ciment cuptor.

Alte

Durata ciclului integral este de aproximativ 20 de ani. Ultimele uzine din Italia sunt cele din Taranto , construite în anii șaizeci și Ferriera di Servola din Trieste. Astăzi, în Italia , furnalele nu mai sunt construite datorită tranziției de la ciclul integral la ciclul de deșeuri, care utilizează în schimb cuptorul electric.

Alt furnal continuă să funcționeze continuu timp de 7 ani fără a fi oprit vreodată. După 7 ani, pereții de oțel și materialul refractar prezent în interiorul furnalului sunt reînnoite; acest material refractar este util pentru menținerea căldurii și temperaturilor atinse în furnal. Pe laturile furnalului există două turnuri, numite turnurile lui Cowper (dintre care, la un moment dat, unul se încălzește, iar celălalt se răcește) ^[1] care sunt folosite pentru a colecta fumurile emise de furnal. Acestea sunt inițial filtrate pentru a elimina deșeurile, apoi aerul fierbinte este reintrodus în furnal pentru a avea o sursă de aer deja fierbinte disponibilă și nu pentru a fi încălzită, în timp ce fumurile și gazele sunt direcționate către turbinele cu gaz pe care le va produce curent electric.

La fiecare două / două ore și jumătate, de la creuzet, capătul furnalului, fonta topită este exploatată și separată de zgura prezentă; astfel de zguri, numite zgură, se găsesc mai mult la suprafață, deoarece introducerea fluxului, împreună cu mineralele de fier, le permite să fie aduse „la suprafață”. Această zgură este apoi refolosită, de exemplu, pentru fabricarea cimentului pentru furnal, reutilizată tocmai pentru construcția furnalului.

Fonta, după ce a fost bătută, poate fi făcută să se solidifice formând așa-numitele blocuri de fontă sau poate fi transportată la fabricile de oțel prin intermediul vagonului torpilelor ; acesta din urmă este util pentru menținerea temperaturii, prin urmare fonta în stare fluidă. Odată ajuns la fabricile de oțel, fonta este transformată în oțel datorită convertoarelor de insuflare de oxigen. Cei mai importanți convertoare sunt Martin-Siemens , Bessemer , Thomas și Linz Donawitz (LD) , deși cel mai utilizat este LD. Acești convertoare, prin introducerea oxigenului, reduc procentul de carbon prezent în fontă. De fapt, oțelul este un aliaj de carbon și fier, în care procentul de carbon variază de la 0,1% la 1,9%.

Notă

^ ^a ^b Arduino , p. 317 .
^ Arduino , p. 318 .

Bibliografie

Gianni Arduino, Renata Moggi, Educație tehnică , ediția I, Lattes, 1990.
William F. Smith, Știința și tehnologia materialelor , ediția a II-a, McGraw-Hill, 1995, ISBN 88-386-0709-5 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lema « furnal »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre furnal

linkuri externe

( EN ) Alt furnal / Alt furnal (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Fotografii de furnal , pe stahlseite.de . Adus la 25 septembrie 2019 (arhivat din original la 6 ianuarie 2015) .
Alt furnal , în Treccani.it - Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 27012 · LCCN (EN) sh85014790 · GND (DE) 4160175-0 · BNF (FR) cb11952049q (data)

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie

[Ard317-1] Arduino , p. 317 .

[Ard318-2] Arduino , p. 318 .

[1]

[2]