Domna je peč za taljenje železa

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Za taljenje železa v sodobni metalurški industriji se uporablja plavž. To je jaška peč, ki ni zelo zapletena konstrukcija, ki pa izgleda impresivno. Da bi človeštvo doseglo popolnost proizvodnje železa, si je moralo nabrati stoletja izkušenj.

Delno pojasnjuje, kaj je plavž, staroslovanski koren njenega imena. "Dmit" pomeni pihati.

Predniki plavžev - shukofen

V srednjem veku so ljudje potrebovali različne kovine. Orožje in orodje so izdelovali iz jekla, upogljivega in trdega, za gospodinjske pripomočke pa so uporabljali navadno železo. Sirne plavže so za pridobivanje želene kovine uporabljale že zelo dolgo, tisočletja in so v celoti zadovoljevale potrebe, dokler niso bile izčrpane zaloge nizko tališča. Visoka temperatura je bila dosežena s povečanjem višine (tako se je povečal potisk), zrak je bil črpan tudi z ročnimi mehi. Vendar so morali Evropejci sčasoma preiti na manj kakovostne surovine, kar je služilo kot spodbuda za napredek. Shtukofen je postal izum, po katerem se je pojavila prva plavža. To je bila pečica zaprtega tipa, ki je delovala podoločen cikel. Vanjo je bilo treba naložiti rudo, premog, nato je prišlo do segrevanja s pihanjem (ročnega napora ni bilo dovolj, zato je bil uporabljen pogon iz vodnih koles), nato pa je bilo treba počakati na hlajenje in izvleči kovino, ločiti iz skale in drugih neprimernih stranskih proizvodov, imenovanih kritz. Glavna prednost shtukofena je bila najboljša koncentracija toplotne energije zaradi zaprtega volumna med delovnim ciklom, zaradi zmanjšanja njegovega uhajanja v ozračje.

Cast Iron Civilization

Glavni problem srednjeveških metalurgov v trinajstem stoletju je bila netopivost železa. Ko so v shtukofenu dobili lito železo (to je zlitina železo-ogljik s koncentracijo ogljika 1,7% in več), so bili presenečeni nad nizkim tališčem, a niso bili navdušeni. Nastalo kovino je bilo lažje pridobiti kot jeklo, še bolj pa železo, vendar so njegove mehanske lastnosti z vidika takratnih potrošnikov pustile veliko želenega: bila je preveč krhka in premalo močna. Vendar pa se je v samo dveh stoletjih odnos do litega železa spremenil. Prvič, izkazalo se je, da ga je enostavno odstraniti iz peči, preprosto ga je bilo mogoče izsušiti v staljeni obliki. Drugič, ta kovina je kljub temu našla svojo uporabo in je zelo raznolika. In tretjič, bila je surovina za nadaljnje čiščenje od odvečnega ogljika in izkazalo se je, da je iz njega veliko lažje pridobiti jeklo kot iz rude. Tako je bila po stoletjih poskusov najdena najbolj produktivna metalurška tehnologija in izumljena je bila plavž. Peč v vestfalskem mestu Siegerland (druga polovica 15stoletja) bi lahko več let delal z neprekinjenim ciklom in dnevno proizvedel več kot eno in pol tono surovega železa. Takrat je bilo veliko.

Gradnja plavža

Le če ste blizu te velikanske peči, lahko razumete, kako velik je sodoben plavž. Fotografije dajejo predstavo o njeni kiklopski velikosti šele, ko prikazujejo osebo, ki se zdi majhna kot mravlja. Vendar je kljub impresivnemu videzu načelo delovanja ostalo enako, srednjeveško. Zasnova vključuje pet glavnih vozlišč. Zgornji, zgornji, je zasnovan tako, da nalaga surovine in jih enakomerno porazdeli znotraj peči. Pod njim je del stožčaste oblike, v katerem poteka segrevanje in proces redukcije (o tem kasneje). Tretja enota z vrha se imenuje para, kjer se tali železo. Nato je še en stožčasti del, ki se tokrat zoži navzdol, ramena, v katerih se iz koksa sprošča ogljikov monoksid (reducirni plin). In na samem dnu je kovačnica, iz katere se pridobivajo končni izdelek in proizvodni odpadki.

Procesna kemija

Kemični procesi so oksidativni in reduktivni. Prvi pomeni povezavo s kisikom, drugi, nasprotno, njegovo zavrnitev. Ruda je oksid in za pridobitev železa je potreben določen reagent, ki lahko "izbere" dodatne atome. Najpomembnejšo vlogo pri tem procesu ima koks, ki pri zgorevanju sprošča veliko toplote in ogljikovega dioksida, ki se pri visoki temperaturi kemično razgradi v monoksid.aktivna in nestabilna snov. CO spet postane dioksid in, ko se sreča z molekulami rude (Fe₂O_{3), jim "odvzame" ves kisik in zapusti samo železo. V surovinah so seveda tudi druge snovi, nepotrebne, ki tvorijo odpadni produkt, imenovan žlindra. Tako deluje plavž. To je z vidika kemije dokaj preprosta redukcijska reakcija, ki jo spremlja poraba toplote.}

Kakšna je sodobna plavža?

Življenjska doba plavža je relativno kratka za objekt te velikosti - približno desetletje. V tem času je konstrukcija izpostavljena velikim obremenitvam, ki jih poslabša toplotno segrevanje, nato pa je potreben večji remont ali rušenje. Proizvodnja železa ni mogoče imenovati neškodljiva, povezana je z emisijami fosforja, žvepla in drugih ne zelo koristnih snovi v ozračje. Te okoliščine skupaj spodbujajo številne države, da omejijo metalurško proizvodnjo ali jo posodobijo (še posebej, če je industrija osnovna in proračunska). Sodobna plavža je načeloma dokaj preprost sistem, ki pa zahteva kompleksno krmilno shemo s številnimi krmilnimi zankami, ki zagotavljajo najučinkovitejšo porabo surovin in energentov.