Domna ir dzelzs kausēšanas krāsns

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Dzelzs kausēšanai mūsdienu metalurģijas rūpniecībā tiek izmantota domna. Šī ir šahtas tipa krāsns, kas nav īpaši sarežģīta konstrukcija, kas tomēr izskatās iespaidīgi. Lai panāktu dzelzs ražošanu līdz pilnībai, cilvēcei bija jāuzkrāj gadsimtu pieredze.

Daļēji izskaidro, kas ir domnas krāsns, tās nosaukuma vecslāvu sakne. “Atļaut” nozīmē pūst.

Domnu senči - šukofēns

Viduslaikos cilvēkiem bija vajadzīgi dažādi metāli. Ieroči un instrumenti tika izgatavoti no tērauda, elastīgi un cieti, un sadzīves piederumiem tika izmantots parasts dzelzs. Siera domnas tika izmantotas vēlamā metāla iegūšanai ļoti ilgu laiku, gadu tūkstošiem, un tās pilnībā apmierināja vajadzības, līdz tika izsmeltas zemas kušanas rūdu rezerves. Augsta temperatūra tika panākta, palielinot augstumu (tā pieauga vilce), gaiss tika sūknēts arī ar rokas plēšām. Tomēr laika gaitā eiropiešiem bija jāpāriet uz zemākas kvalitātes izejvielām, kas kalpoja kā stimuls progresam. Štukofēns kļuva par izgudrojumu, pēc kura parādījās pirmā domna. Tā bija slēgta tipa krāsns, kura darbojās atbilstošinoteiktu ciklu. Vajadzēja iekraut tajā rūdu, ogles, tad notika apkure ar pūšanu (nepietika roku piepūles, tāpēc tika izmantota piedziņa no ūdensriteņiem), pēc tam bija jāgaida dzesēšana un jāizņem metāls, atdalot. to no skalas un citiem nepiemērotiem blakusproduktiem, ko sauc par kritz. Štukofēna galvenā priekšrocība bija labākā siltumenerģijas koncentrācija slēgtā tilpuma dēļ darba cikla laikā, jo samazinājās tā noplūde atmosfērā.

Čuguna civilizācija

Viduslaiku metalurgu galvenā problēma trīspadsmitajā gadsimtā bija dzelzs nekausējamība. Kad štukofēnā tika iegūts čuguns (tas ir, dzelzs-oglekļa sakausējums ar oglekļa koncentrāciju 1,7% un vairāk), viņi bija pārsteigti par tā zemo kušanas temperatūru, taču viņi nebija sajūsmā. Iegūto metālu bija vieglāk iegūt nekā tēraudu un vēl jo vairāk dzelzi, taču tā mehāniskās īpašības no toreizējo patērētāju viedokļa atstāja daudz vēlamo: tas bija pārāk trausls un nepietiekami izturīgs. Tomēr tikai divu gadsimtu laikā attieksme pret čugunu ir mainījusies. Pirmkārt, izrādījās, ka to izņemt no krāsns ir vienkārši, to var vienkārši izkausētā veidā notecināt. Otrkārt, šis metāls tomēr ir atradis savu pielietojumu, un tas ir ļoti daudzveidīgs. Un, treškārt, tas bija izejmateriāls tālākai attīrīšanai no liekā oglekļa, un izrādījās, ka no tā iegūt tēraudu ir daudz vieglāk nekā no rūdas. Tātad pēc gadsimtiem ilgiem eksperimentiem tika atrasta visproduktīvākā metalurģijas tehnoloģija, un tika izgudrota domna. Krāsns Vestfāles pilsētā Zīgerlandē (15. gada otrā pusegadsimts) varēja strādāt ar nepārtrauktu ciklu vairākus gadus, katru dienu saražojot vairāk nekā pusotru tonnu čuguna. Toreiz tas bija daudz.

Domnas celtniecība

Tikai atrodoties šīs milzu krāsns tuvumā, jūs varat saprast, cik liela ir modernā domna. Fotogrāfijas sniedz priekšstatu par viņas ciklopisko izmēru tikai tad, ja tajās redzams cilvēks, kurš šķiet mazs kā skudra. Tomēr, neskatoties uz iespaidīgo izskatu, darbības princips palika nemainīgs, viduslaiku. Dizains ietver piecus galvenos mezglus. Augšējais, augšējais, ir paredzēts izejvielu iekraušanai un vienmērīgai sadalei krāsnī. Zem tā ir daļa no konusveida formas, kurā notiek sildīšanas un samazināšanas process (vairāk par to vēlāk). Trešo vienību no augšas sauc par tvaiku, kurā tiek izkausēta dzelzs. Tad vēl viena koniska daļa, kas šoreiz sašaurinās uz leju, ir pleci, kuros no koksa izdalās oglekļa monoksīds (reducējošā gāze). Un pašā apakšā ir kalve, no kuras iegūst gatavo produkciju un ražošanas atkritumus.

Procesa ķīmija

Ķīmiskie procesi ir oksidatīvi un reducējoši. Pirmais nozīmē savienojumu ar skābekli, otrais, gluži pretēji, tā noraidīšanu. Rūda ir oksīds, un, lai iegūtu dzelzi, ir nepieciešams noteikts reaģents, kas var “atlasīt” papildu atomus. Nozīmīgākā loma šajā procesā ir koksam, kas degot izdala lielu daudzumu siltuma un oglekļa dioksīda, kas augstā temperatūrā sadalās monoksīdā, ķīmiski.aktīva un nestabila viela. CO atkal mēdz kļūt par dioksīdu un, saskaroties ar rūdas molekulām (Fe₂O_{3), “atņem” no tām visu skābekli, atstājot. tikai dzelzs. Izejvielās, protams, ir arī citas nevajadzīgas vielas, kas veido atkritumu produktu, ko sauc par sārņiem. Šādi darbojas domnas krāsns. No ķīmijas viedokļa tā ir diezgan vienkārša reducēšanas reakcija, ko pavada siltuma patēriņš.}

Kāda ir moderna domna?

Domnas kalpošanas laiks šāda mēroga iekārtai ir salīdzinoši īss - aptuveni desmit gadi. Šajā laikā konstrukcija tiek pakļauta lielai slodzei, ko pastiprina termiskā apkure, tad nepieciešams kapitālais remonts vai nojaukšana. Dzelzs ražošanu nevar saukt par nekaitīgu, tā ir saistīta ar fosfora, sēra un citu ne pārāk noderīgu vielu emisiju atmosfērā. Kopumā šie apstākļi mudina daudzas valstis samazināt metalurģijas ražošanu vai to modernizēt (īpaši, ja nozare ir pamata un budžetu veidojoša). Mūsdienīga domna principā ir diezgan vienkārša sistēma, kurai tomēr ir nepieciešama sarežģīta vadības shēma ar daudzām vadības cilpām, kas nodrošina visefektīvāko izejvielu un energoresursu patēriņu.