2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53
Kaasaegses metallurgiatööstuses kasutatakse raua sulatamiseks kõrgahju. See on šaht-tüüpi ahi, mis ei ole väga keeruline struktuur, kuid tundub muljetavaldav. Raua tootmise täiuslikuks viimiseks pidi inimkond koguma sajandeid kogemusi.
Selgitab osaliselt, mis on kõrgahi, selle nime vanaslaavi tüvi. "Dmit" tähendab puhuma.
Kõrgahjude esivanemad – shukofen
Keskajal vajasid inimesed erinevaid metalle. Relvad ja tööriistad olid terasest, painduvad ja kõvad, majapidamisriistadeks kasutati tavalist rauda. Juustukõrgahjusid on soovitud metalli saamiseks kasutatud väga pikka aega, aastatuhandeid ja need rahuldasid vajadusi täielikult kuni madala sulamistemperatuuriga maakide varude ammendumiseni. Kõrguse tõstmisega saavutati kõrge temperatuur (nii tõusis tõukejõud), õhku pumbati ka käsilõõtsaga. Kuid aja jooksul pidid eurooplased üle minema madalama kvaliteediga toorainele, mis oli edusammude stiimul. Shtukofenist sai leiutis, mille järel ilmus esimene kõrgahi. Tegemist oli suletud tüüpi ahjuga, mis töötas vastav altteatud tsükkel. Sinna oli vaja laadida maak, kivisüsi, seejärel toimus puhumisega kuumutamine (käsitsi jõupingutusi ei olnud piisav alt, seega kasutati sõitu vesiratastelt), misjärel tuli oodata jahtumist ja eraldada metall. seda katlakivist ja muudest sobimatutest kõrvalsaadustest, mida nimetatakse kritziks. Shtukofeeni peamine eelis oli soojusenergia parim kontsentratsioon töötsükli suletud mahu tõttu, mis on tingitud selle atmosfääri lekke vähenemisest.
malmist tsivilisatsioon
Keskaegsete metallurgide peamiseks probleemiks 13. sajandil oli raua mittesulavus. Kui shukofeenis saadi malmi (st raua-süsiniku sulamit süsiniku kontsentratsiooniga 1,7% ja rohkem), üllatasid nad selle madalat sulamistemperatuuri, kuid nad ei olnud rahul. Saadud metalli oli kergem saada kui terast ja veelgi enam rauda, kuid selle mehaanilised omadused jätsid toonase tarbija seisukohast soovida: see oli liiga habras ega piisav alt tugev. Kuid kõigest kahe sajandiga on suhtumine malmi muutunud. Esiteks osutus selle ahjust eemaldamine lihtsaks, selle sai lihts alt sula kujul nõrutada. Teiseks on see metall siiski leidnud oma rakenduse ja see on väga mitmekesine. Ja kolmandaks oli see tooraine edasiseks puhastamiseks liigsest süsinikust ja sellest terast saada oli palju lihtsam kui maagist. Nii leiti pärast sajandeid kestnud katseid kõige produktiivsem metallurgiatehnoloogia ja leiutati kõrgahi. Ahi Vestfaali linnas Siegerlandis (15. sajandi teine poolsajand) võis töötada pideva tsükliga mitu aastat, tootes päevas üle pooleteise tonni malmi. Siis oli seda palju.
Kõrgahju ehitamine
Ainult selle hiiglasliku ahju lähedal olles saate aru, kui suur on kaasaegne kõrgahi. Fotod annavad tema kükloobi suurusest aimu ainult siis, kui neil on kujutatud inimest, kes näib olevat sama väike kui sipelgas. Vaatamata muljetavaldavale välimusele jäi tööpõhimõte siiski samaks, keskaegseks. Disain sisaldab viit peamist sõlme. Ülemine, ülemine, on mõeldud tooraine laadimiseks ja nende ühtlaseks jaotamiseks ahju sees. Selle all on osa koonusekujulisest kujust, milles toimub kuumutamine ja redutseerimisprotsess (sellest lähem alt hiljem). Kolmandat üksust ül alt nimetatakse auruks, kus raud sulatatakse. Siis veel üks kooniline, seekord allapoole kitsenev osa, on õlad, milles koksist eraldub süsinikmonooksiidi (redutseeriv gaas). Ja päris põhjas on sepikoda, millest ammutatakse valmistoode ja tootmisjäätmed.
Protsessi keemia
Keemilised protsessid on oksüdatiivsed ja redutseerivad. Esimene tähendab ühendust hapnikuga, teine, vastupidi, selle tagasilükkamist. Maak on oksiid ja raua saamiseks on vaja teatud reaktiivi, mis suudab "valida" lisaaatomeid. Kõige olulisem roll selles protsessis on koksil, mille põlemisel eraldub suur hulk soojust ja süsihappegaasi, mis kõrgel temperatuuril laguneb keemiliselt monooksiidiks.aktiivne ja ebastabiilne aine. CO kipub uuesti muutuma dioksiidiks ja maagi molekulidega (Fe2O3) „võtab ära” neilt kogu hapniku, jättes maha ainult raud. Muidugi on tooraines ka muid mittevajalikke aineid, mis moodustavad jääkprodukti, mida nimetatakse räbuks. Nii töötab kõrgahi. See on keemia seisukoh alt üsna lihtne redutseerimisreaktsioon, millega kaasneb soojuse tarbimine.
Milline on kaasaegne kõrgahi?
Kõrgahju kasutusiga on sellise ulatusega rajatise kohta suhteliselt lühike – umbes kümme aastat. Selle aja jooksul on konstruktsioon allutatud suurele koormusele, mida süvendab termiline kuumutamine, seejärel on vajalik kapitaalremont või lammutamine. Raua tootmist ei saa nimetada kahjutuks, see on seotud fosfori, väävli ja muude mitte eriti kasulike ainete atmosfääri paiskamisega. Kokkuvõttes julgustavad need asjaolud paljusid riike piirama metallurgia tootmist või seda moderniseerima (eriti kui tööstusharu on põhiline ja eelarvet moodustav). Kaasaegne kõrgahi on põhimõtteliselt üsna lihtne süsteem, mis aga eeldab keerulist juhtimisskeemi koos arvukate juhtkontuuridega, mis tagavad kõige tõhusama tooraine ja energiaressursside tarbimise.
