Domna ist ein Ofen zum Schmelzen von Eisen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Zum Schmelzen von Eisen in der modernen metallurgischen Industrie wird ein Hochofen verwendet. Dies ist ein Schachtofen, der keine sehr komplexe Konstruktion ist, die jedoch beeindruckend aussieht. Um die Eisenproduktion zu perfektionieren, musste die Menschheit jahrhundertelange Erfahrung sammeln.

Erklärt teilweise, was ein Hochofen ist, die altslawische Wurzel seines Namens. "Dmit" bedeutet blasen.

Vorfahren der Hochöfen - Shukofen

Im Mittel alter brauchten die Menschen verschiedene Metalle. Waffen und Werkzeuge wurden aus flexiblem und hartem Stahl hergestellt, und gewöhnliches Eisen wurde für Haush altsgeräte verwendet. Käsehochöfen werden seit Jahrtausenden zur Gewinnung des gewünschten Metalls verwendet und haben den Bedarf vollständig gedeckt, bis die Reserven an niedrigschmelzenden Erzen erschöpft waren. Eine hohe Temperatur wurde durch Erhöhung der Höhe erreicht (so erhöhte sich der Schub), die Luft wurde auch mit Handbälgen gepumpt. Im Laufe der Zeit mussten die Europäer jedoch auf Rohstoffe geringerer Qualität umsteigen, was als Anreiz für den Fortschritt diente. Shtukofen wurde die Erfindung, nach der der erste Hochofen erschien. Es war ein Ofen vom geschlossenen Typ, der gembestimmten Zyklus. Es war notwendig, Erz und Kohle hineinzuladen, dann erfolgte eine Erwärmung durch Blasen (es war nicht genug manueller Aufwand, daher wurde ein Antrieb von Wasserrädern verwendet), wonach auf die Abkühlung gewartet und das Metall extrahiert und getrennt werden musste es aus Kalk und anderen ungeeigneten Nebenprodukten namens Kritz. Der Hauptvorteil von Shtukofen war die beste Konzentration von Wärmeenergie aufgrund des geschlossenen Volumens während des Arbeitszyklus, aufgrund einer Verringerung seines Austritts in die Atmosphäre.

Gusseisenzivilisation

Das Hauptproblem mittel alterlicher Metallurgen im dreizehnten Jahrhundert war die Unschmelzbarkeit von Eisen. Als Gusseisen (d. h. eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einer Kohlenstoffkonzentration von 1,7 % und mehr) in Shtukofen erh alten wurde, waren sie über seinen niedrigen Schmelzpunkt überrascht, aber sie waren nicht erfreut. Das resultierende Metall war leichter zu beschaffen als Stahl und noch mehr Eisen, aber seine mechanischen Eigenschaften ließen aus Sicht der damaligen Verbraucher zu wünschen übrig: Es war zu zerbrechlich und nicht stark genug. In nur zwei Jahrhunderten hat sich jedoch die Einstellung gegenüber Gusseisen geändert. Erstens erwies es sich als einfach, es aus dem Ofen zu entfernen, es konnte einfach in geschmolzener Form abgelassen werden. Zweitens hat dieses Metall dennoch seine Anwendung gefunden, und es ist sehr vielfältig. Und drittens war es ein Rohstoff für die weitere Reinigung von überschüssigem Kohlenstoff, und es stellte sich heraus, dass es viel einfacher war, daraus Stahl zu gewinnen als aus Erz. So wurde nach jahrhundertelangen Experimenten die produktivste metallurgische Technologie gefunden und ein Hochofen erfunden. Ofen im westfälischen Siegerland (zweite Hälfte des 15Jahrhundert) konnte über mehrere Jahre mit einem kontinuierlichen Kreislauf arbeiten und täglich über anderthalb Tonnen Roheisen produzieren. Damals war es viel.

Hochofen bauen

Nur wenn man in der Nähe dieses riesigen Hochofens ist, kann man verstehen, wie groß der moderne Hochofen ist. Fotografien geben nur dann eine Vorstellung von ihrer zyklopischen Größe, wenn sie eine Person zeigen, die so klein wie eine Ameise erscheint. Trotz des beeindruckenden Aussehens blieb das Funktionsprinzip jedoch dasselbe, mittel alterlich. Das Design umfasst fünf Hauptknoten. Die obere, die Oberseite, dient dazu, Rohstoffe zu laden und sie gleichmäßig im Ofen zu verteilen. Darunter befindet sich ein Teil der konischen Form, in der die Erwärmung und der Reduktionsprozess stattfinden (dazu später mehr). Die dritte Einheit von oben heißt Dampf, wo Eisen geschmolzen wird. Dann ein weiterer konischer Teil, der sich diesmal nach unten verjüngt, sind die Schultern, in denen Kohlenmonoxid (Reduktionsgas) aus dem Koks freigesetzt wird. Und ganz unten ist eine Schmiede, aus der das fertige Produkt und die Produktionsabfälle gewonnen werden.

Prozesschemie

Chemische Prozesse sind oxidativ und reduktiv. Das erste bedeutet Verbindung mit Sauerstoff, das zweite dagegen seine Ablehnung. Erz ist ein Oxid, und um Eisen zu erh alten, ist ein bestimmtes Reagenz erforderlich, das zusätzliche Atome „auswählen“kann. Die wichtigste Rolle in diesem Prozess spielt Koks, der bei der Verbrennung eine große Menge an Wärme und Kohlendioxid freisetzt, das sich bei hoher Temperatur chemisch zu Monoxid zersetztaktive und instabile Substanz. CO neigt dazu, wieder zu Dioxid zu werden, und beim Zusammentreffen mit Erzmolekülen (Fe₂O_{3) „entzieht“es ihnen den gesamten Sauerstoff und verlässt es nur Eisen. Natürlich gibt es in den Rohstoffen andere unnötige Stoffe, die ein Abfallprodukt namens Schlacke bilden. So funktioniert ein Hochofen. Dies ist chemisch gesehen eine ziemlich einfache Reduktionsreaktion, die mit Wärmeverbrauch einhergeht.}

Wie sieht ein moderner Hochofen aus?

Die Lebensdauer eines Hochofens ist für eine Anlage dieser Größenordnung relativ kurz - etwa ein Jahrzehnt. Während dieser Zeit ist die Struktur starken Belastungen ausgesetzt, die durch thermische Erwärmung noch verstärkt werden, dann ist eine Generalüberholung oder ein Abriss erforderlich. Die Eisenproduktion kann nicht als harmlos bezeichnet werden, sie ist mit Emissionen von Phosphor, Schwefel und anderen nicht sehr nützlichen Substanzen in die Atmosphäre verbunden. Zusammen genommen veranlassen diese Umstände viele Länder dazu, die metallurgische Produktion zu drosseln oder zu modernisieren (insbesondere wenn die Industrie basal und budgetbildend ist). Ein moderner Hochofen ist im Prinzip eine recht einfache Anlage, die jedoch ein komplexes Regelschema mit zahlreichen Regelkreisen erfordert, die für einen möglichst effizienten Verbrauch von Rohstoffen und Energieressourcen sorgen.