2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54
Rautasulatukseen nykyaikaisessa metallurgisessa teollisuudessa käytetään masuunia. Tämä on kuilutyyppinen uuni, joka ei ole kovin monimutkainen rakenne, joka kuitenkin näyttää vaikuttav alta. Jotta raudan tuotanto saataisiin täydellisyyteen, ihmiskunnan oli kerättävä vuosisatojen kokemusta.
Osittain selittää, mitä masuuni on, sen nimen vanhaslaavilainen juuri. "Myönnä" tarkoittaa puh altaa.
Masuunien esi-isät - shukofen
Keskiajalla ihmiset tarvitsivat erilaisia metalleja. Aseet ja työkalut tehtiin teräksestä, taipuisasti ja kovista, ja tavallista rautaa käytettiin kodinvälineinä. Juustomasuunit on käytetty halutun metallin saamiseksi hyvin pitkään, vuosituhansia, ja ne täyttivät tarpeet täysin, kunnes matalassa lämpötilassa sulavien malmien reservit loppuivat. Korkea lämpötila saavutettiin nostamalla korkeutta (näin työntövoima kasvoi), ilmaa myös pumpattiin käsipalkeilla. Ajan myötä eurooppalaiset joutuivat kuitenkin siirtymään huonolaatuisempaan raaka-aineeseen, mikä toimi kannustimena edistymiseen. Shukofenista tuli keksintö, jonka jälkeen ensimmäinen masuuni ilmestyi. Se oli suljettu uuni, joka toimi sen mukaantietty sykli. Siihen piti ladata malmia, hiiltä, sitten tapahtui lämmitys puhalluksella (käsinvoimaa ei ollut tarpeeksi, joten käytettiin vesipyörien ajoa), jonka jälkeen oli odotettava jäähtymistä ja poistettava metalli erottamalla. se on peräisin skaalasta ja muista sopimattomista sivutuotteista, joita kutsutaan kritziksi. Shtukofeenin tärkein etu oli lämpöenergian paras konsentraatio työjakson aikana suljetun tilavuuden vuoksi, koska sen vuoto ilmakehään väheni.
Cust Iron Civilization
Keskiaikaisten metallurgien pääongelma 1200-luvulla oli raudan sulamattomuus. Kun valurautaa (eli rauta-hiili-seosta, jonka hiilipitoisuus oli 1,7 % tai enemmän) saatiin shukofeenista, he yllättyivät sen alhaisesta sulamispisteestä, mutta he eivät olleet iloisia. Tuloksena oleva metalli oli helpompi saada kuin teräs ja vielä enemmän rauta, mutta sen mekaaniset ominaisuudet jättivät silloisten kuluttajien näkökulmasta toivomisen varaa: se oli liian hauras eikä tarpeeksi vahva. Kuitenkin vain kahdessa vuosisadassa asenteet valurautaa kohtaan ovat muuttuneet. Ensinnäkin sen poistaminen uunista osoittautui yksinkertaiseksi, se voitiin yksinkertaisesti tyhjentää sulassa muodossa. Toiseksi tämä metalli on kuitenkin löytänyt sovelluksensa, ja se on hyvin monipuolinen. Ja kolmanneksi, se oli raaka-aine lisäpuhdistukseen ylimääräisestä hiilestä, ja osoittautui, että siitä oli paljon helpompi saada terästä kuin malmista. Joten vuosisatojen kokeilujen jälkeen löydettiin tuottavin metallurginen tekniikka ja keksittiin masuuni. Uuni Westfalenin kaupungissa Siegerlandissa (15. päivän toinen puoliskovuosisadalla) voisi toimia jatkuvalla kierrolla useita vuosia ja tuottaa päivittäin yli puolitoista tonnia harkkorautaa. Se oli paljon silloin.
Masuunin rakentaminen
Vain olemalla lähellä tätä jättimäistä uunia, voit ymmärtää kuinka suuri nykyaikainen masuuni on. Valokuvat antavat käsityksen hänen sykloopin koosta vain, kun niissä näkyy henkilö, joka näyttää pieneltä kuin muurahainen. Vaikuttavasta ulkonäöstä huolimatta toimintaperiaate pysyi kuitenkin samana, keskiaikainen. Suunnittelu sisältää viisi pääsolmua. Yläosa, yläosa, on suunniteltu lataamaan raaka-aineita ja jakamaan ne tasaisesti uunin sisällä. Sen alla on osa kartiomaista muotoa, jossa kuumennus- ja pelkistysprosessi tapahtuu (myöhemmin lisää). Kolmatta yksikköä ylhäältä kutsutaan höyryksi, jossa rauta sulatetaan. Sitten toinen kartiomainen, tällä kertaa alaspäin kapeneva osa on olakkeet, joissa koksista vapautuu häkää (pelkistävää kaasua). Ja aivan pohjassa on takomo, josta valmis tuote ja tuotantojätteet louhitaan.
Prosessikemia
Kemialliset prosessit ovat oksidatiivisia ja pelkistäviä. Ensimmäinen tarkoittaa yhteyttä happeen, toinen, päinvastoin, sen hylkäämistä. Malmi on oksidi, ja raudan saamiseksi tarvitaan tietty reagenssi, joka pystyy "valitsemaan" ylimääräisiä atomeja. Tärkein rooli tässä prosessissa on koksilla, joka palaessaan vapauttaa suuren määrän lämpöä ja hiilidioksidia, joka korkeassa lämpötilassa hajoaa monooksidiksi, kemiallisestiaktiivinen ja epästabiili aine. CO:lla on taipumus muuttua jälleen dioksidiksi ja kohdatessaan malmimolekyylejä (Fe2O3) "ottaa pois" niistä kaiken hapen jättäen vain rautaa. Raaka-aineissa on tietysti muitakin tarpeettomia aineita, jotka muodostavat kuona-nimisen jätetuotteen. Näin masuuni toimii. Tämä on kemian näkökulmasta melko yksinkertainen pelkistysreaktio, johon liittyy lämmön kulutus.
Millainen moderni masuuni on?
Masuunin käyttöikä on suhteellisen lyhyt tämän suuruisen laitoksen kohdalla - noin vuosikymmen. Tänä aikana rakenteeseen kohdistuu suuria kuormituksia, joita pahentaa lämpölämmitys, minkä jälkeen tarvitaan suuri kunnostus tai purku. Raudan tuotantoa ei voida kutsua vaarattomaksi, se liittyy fosforin, rikin ja muiden ei kovin hyödyllisten aineiden päästöihin ilmakehään. Yhdessä nämä olosuhteet rohkaisevat monia maita supistamaan metallurgista tuotantoa tai modernisoimaan sitä (varsinkin jos ala on perus- ja budjettia muodostava teollisuus). Nykyaikainen masuuni on periaatteessa melko yksinkertainen järjestelmä, joka kuitenkin vaatii monimutkaisen ohjausjärjestelmän, jossa on lukuisia ohjaussilmukoita, jotka varmistavat raaka-aineiden ja energiaresurssien tehokkaimman kulutuksen.
