Доменна пещ
Доменната пещ е специален вид пещ за топене на желязо от руда. Доменните пещи са много големи. Височината им може да достигне 60 метра, а диаметърът - 15 метра. Доменната пещ е най-големият химически реактор. Доменните пещи се наричат още високи пещи.
Доменната пещ обикновено се изгражда от стоманен корпус и тухли от магнезиев оксид или друг огнеупорен материал в корпуса. Горещата пещ не може да разтопи тези тухли. Пещта се охлажда с вода, която тече в част от корпуса и тухлите.
Процесът на производство на желязо е прост. Желязната руда е основно железен оксид. Желязото се получава чрез отстраняване на кислорода. Така се получава сурово желязо, наречено чугун. Този процес на отстраняване на кислорода се нарича топене. В процеса на редукция се използва въглерод, като рудата се нагрява до висока температура. Въглеродът лесно отнема кислорода от рудата при високи температури.
Схема на доменната пещ1 . Гореща струя ("вятър") от пещите на Коупър 2. Зона на топене (бош) 3. Зона на редукция на железен оксид (барел) 4. Зона на редукция на железен оксид (комин) 5. Зона за предварително нагряване (гърло) 6. Подаване на руда, варовик и кокс7 . Отпадъчни газове8 . Колона от руда, кокс и варовик9 . Отстраняване на шлаката10 . Изтегляне на разтопения чугун11 . Събиране на отпадъчни газове
Процес
Рудата, варовикът и въглеродът под формата на кокс се поставят на пластове в горната част на доменната пещ. В същото време горещ въздух, наречен "вятър", се вкарва във вътрешността на пещта. За вкарването на въздуха в пещта се използват специални дюзи, наречени "туиери". Дюзите се намират в долната част на пещта. Този процес се нарича "взривяване". Затова пещта се нарича "доменна". Коксът се възпламенява (запалва се) и изгаря. При това се образува въглероден оксид, тъй като няма достатъчно кислород, за да се получи въглероден диоксид. След това въглеродният оксид редуцира металния оксид до метал и прави въглероден диоксид. Този процес се използва за производството на желязо. Варовикът образува със скалата на желязната руда вещество, наречено шлака.
Долната част на пещта се нарича огнище. Когато тя се напълни с течно желязо и шлака, шлаката се отстранява. Това се нарича изпичане. Шлаката е по-лека от желязото и не се смесва с него. Тя плува върху желязото. Със специална бормашина се прави дупка в огнището на нивото на шлаката. Течната шлака се изхвърля през отвора в съд, наречен шлаков съд. След това желязото се източва от огнището. Това се нарича изчукване. На дъното се прави дупка и течният чугун излиза навън. Той се използва директно за производство на стомана, поставя се в специален вагон, наречен торпедо, или се прави на форми. Когато целият чугун е изваден, за затваряне на двата отвора се използва огнеупорна глина. Глината се втвърдява много бързо поради високата температура.
Чугунът съдържа около 4% въглерод и би бил твърде твърд и крехък за използване. Допълнителният въглерод трябва първо да се изгори. Чугунът се преработва в стомана чрез обезвъглеродяване (изгаряне на допълнителния въглерод). Модерен метод за обезвъглеродяване на чугуна и рафинирането му в стомана е основната кислородна пещ. В миналото е имало и други методи, като например конвертор на Бесемер, открита пещ и пещ за разтопяване.
Газовете се издигат нагоре и се събират в горната част на пещта. Тъй като газът съдържа много въглероден оксид, той е ценно гориво. Газът, който се събира на върха на доменната пещ, се нарича газ от доменната пещ. След това той се промива и изсушава, като се събират всички твърди частици, като сажди или руден прах. След това газът се изгаря в специални пещи, наречени пещи на Коупър или горещи доменни пещи, във въглероден диоксид. Топлината от изгарянето на доменния газ се използва за предварително загряване на въздуха за взривяване, "вятъра", който на свой ред се вкарва в самата доменна пещ.
Шлаката не е отпадък. Тя може да се използва по различни начини. Може да се направи на тухли и да се използва в строителството или да се смеси с бетон. Бетонът, който съдържа шлака от доменни пещи, е по-здрав от обикновения бетон и е почти чисто бял, докато обикновеният бетон е мръсно сив.
Обикновено една доменна пещ може да работи без прекъсване в продължение на 10 до 20 години. Това се нарича "кампания".
Химически пример
При температура 900-1600°C се извършва редукция с въглерод:
| 1. | 3 {\displaystyle 3} | Fe2O3{\displaystyle Fe_{2}O_{3}} | ⟶ {\displaystyle \дълга права стрелка } | 2 {\displaystyle 2} | Fe3O4{\displaystyle Fe_{3}O_{4}} |
| 2. | F e 3 O 4 + C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} | ⟶ {\displaystyle \дълга права стрелка } | 3 {\displaystyle 3} | FeO{\displaystyle FeO} | |
| 3. | F e O + C {\displaystyle FeO+C} | ⟶ {\displaystyle \дълга права стрелка } | Fe{\displaystyle Fe} |
Сега вече е направено желязо.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява доменната пещ?
О: Доменната пещ е голяма пещ, използвана за топене на желязо от руда.
В: Колко големи могат да бъдат доменните пещи?
О: Доменните пещи могат да бъдат високи до 60 метра и с диаметър 15 метра.
В: Как се нарича още една доменна пещ?
О: Доменните пещи се наричат още високи пещи.
В: От какви материали са направени доменните пещи?
О: Обикновено доменните пещи са изградени от стоманен корпус и тухли, изработени от магнезиев оксид или други огнеупорни материали.
В: Как се охлажда доменната пещ?
О: Доменната пещ се охлажда с вода, която тече в част от корпуса и тухлите.
В: Какъв е процесът на топене и как се получава желязото?
О: Процесът на производство на желязо е топене, което включва отстраняване на кислорода от желязната руда. В процеса на редукция се използва въглерод, като рудата се нагрява до висока температура. Така се получава сурово желязо, наречено чугун.
Въпрос: Каква е ролята на въглерода в процеса на редукция при производството на желязо?
О: Въглеродът лесно отнема кислорода от рудата при високи температури.
