Nagyolvasztó
A kohó egy speciális típusú kemence, amelyben ércből vasat olvasztanak. A kohók nagyon nagyok. Akár 60 méter (200 láb) magasak és 15 méter (49 láb) átmérőjűek is lehetnek. A kohó a legnagyobb kémiai reaktor. A nagyolvasztókemencéket magas kemencéknek is nevezik.
A nagyolvasztó kemencét általában acélból készült tokkal és a tok belsejében magnézium-oxidból vagy más tűzálló anyagból készült téglákkal építik. A forró kemence nem tudja megolvasztani ezeket a téglákat. A kohót a tok és a téglák egy részén belül folyó vízzel hűtik.
A vasgyártás folyamata egyszerű. A vasérc alapvetően vasoxid. A vasat az oxigén eltávolításával állítják elő. Ezáltal nyers vas marad, amit nyersvasnak neveznek. Az oxigén eltávolításának folyamatát olvasztásnak nevezzük. A redukciós folyamat során szenet használnak, az ércet pedig magas hőmérsékletre hevítik. A szén magas hőmérsékleten könnyen kivonja az oxigént az ércből.
Nagyolvasztó kemence diagram1 . Forró fúvás ("szél") a Cowper-kályhákból 2. Olvadási zóna (bosh) 3. A vasoxid redukciós zónája (hordó) 4. A vas-oxid redukciós zónája (kémény) 5. Előmelegítő zóna (torok) 6. Érc, mészkő és koksz betáplálása7 . Kipufogógázok8 . Érc, koksz és mészkő oszlop9 . A salak eltávolítása10 . Az olvadt nyersvas csapolása11 . A füstgázok összegyűjtése
Process
Az érc, a mészkő és a koksz formájában lévő szén rétegenként kerül a kohó tetejére. Ezzel egyidejűleg forró levegőt, úgynevezett "szelet" fújnak a kohó belsejébe. A levegőnek a kemencébe juttatásához speciális fúvókákat, úgynevezett "fúvókákat" használnak. A fúvókák a kemence alján vannak. Ezt a folyamatot "fúvásnak" nevezik. Ezért nevezik a kemencét "nagyolvasztónak". A koksz meggyullad (lángra kap) és elég. Ennek során szén-monoxid keletkezik, mivel nincs elég oxigén a szén-dioxid előállításához. A szén-monoxid ezután a fémoxidot fémmé redukálja, és szén-dioxidot hoz létre. Ezt a folyamatot használják a vas előállítására. A mészkő a vasérc kőzetével egy salak nevű anyagot képez.
A kemence alsó részét tűzhelynek nevezik. Amikor ez megtelik folyékony nyersvaszal és salakkal, a salakot eltávolítják. Ezt nevezik lehabolásnak. A salak könnyebb a vasnál, és nem keveredik a vassal. A vas tetején lebeg. Egy speciális fúróval lyukat fúrnak a tűzhelyen a salak szintjén. A folyékony salak a lyukon keresztül a salakedénynek nevezett tartályba kerül. A vasat ezután lecsapolják a tűzhelyről. Ezt nevezik csapolásnak. Az alján egy lyukat készítenek, és a folyékony nyersvas kijön. Ezt vagy közvetlenül acélgyártásra használják fel, vagy egy speciális vasúti kocsiba, az úgynevezett torpedókocsiba rakják, vagy formákba készítik. Amikor az összes nyersvasat eltávolították, tűzálló agyaggal lezárják a két lyukat. Az agyag a nagy hő hatására nagyon gyorsan megszilárdul.
A nyersvas mintegy 4% szén-dioxidot tartalmaz, és túl kemény és törékeny lenne a felhasználáshoz. A felesleges szenet először ki kell égetni. A nyersvasból a széntelenítéssel (a felesleges szén kiégetésével) acéllá finomítják. A nyersvas széntelenítésére és acéllá történő finomítására a modern módszer az oxigénes alapkemencék. Történelmileg más módszerek is léteztek, mint például a Bessemer-konverter, a nyitott kemencés kemence és a pocsolyakemence.
A gázok felemelkednek és a kemence tetején összegyűlnek. Mivel a gáz sok szén-monoxidot tartalmaz, értékes tüzelőanyag. A kohó tetején összegyűlt gázt nevezzük kohógáznak. Ezt követően kimossák és megszárítják, és minden szilárd részecskét, például kormot vagy ércport összegyűjtenek. A gázt ezután speciális kemencékben, úgynevezett Cowper-kemencékben vagy forró kohókban szén-dioxiddá égetik. A kohógáz elégetéséből származó hőt ezután a robbantási levegő, a "szél" előmelegítésére használják, amelyet viszont magába a kohóba fújnak.
A salak nem hulladék. Különböző módon felhasználható. Készíthetünk belőle téglát és felhasználhatjuk építkezéshez, vagy betonhoz keverhetjük. A kohósalakot tartalmazó beton erősebb, mint a közönséges beton, és szinte tiszta fehér, míg a közönséges beton piszkosszürke.
Egy kohó általában 10-20 évig is működhet leállás nélkül. Ezt nevezik "kampánynak".
Kémiai példa
A 900-1600 °C-os hőmérsékleten szénnel történő redukció következik be:
| 1. | 3 {\displaystyle 3} | Fe2O3{\displaystyle Fe_{2}O_{3}}} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 2 {\displaystyle 2} | Fe3O4{\displaystyle Fe_{3}O_{4}}} |
| 2. | F e 3 O 4 + C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C}} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 3 {\displaystyle 3} | FeO{\displaystyle FeO} | |
| 3. | F e O + C {\displaystyle FeO+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | Fe{\displaystyle Fe} |
Most már vasat készítettek.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kohó?
V: A kohó egy nagy kemence, amelyet vas olvasztására használnak ércből.
K: Milyen nagyok lehetnek a kohók?
V: A nagyolvasztók akár 60 méter magasak és 15 méter átmérőjűek is lehetnek.
K: Mi a másik neve a kohónak?
V: A nagyolvasztókemencéket magas kohóknak is nevezik.
K: Milyen anyagokból készülnek a kohók?
V: A nagyolvasztókemencéket általában acélburkolatból és magnézium-oxidból vagy más tűzálló anyagokból készült téglákból építik.
K: Hogyan hűtik a kohót?
V: A kohót a tok és a téglák egy részén belül folyó vízzel hűtik.
K: Mi az olvasztás folyamata, és hogyan készül a vas?
V: A vas előállításának folyamata az olvasztás, amelynek során a vasércből eltávolítják az oxigént. A redukciós folyamat során szenet használnak, az ércet pedig magas hőmérsékletre hevítik. Ezáltal nyers vas marad, amelyet nyersvasnak neveznek.
K: Mi a szén szerepe a vas előállításának redukciós folyamatában?
V: A szén magas hőmérsékleten könnyen kivonja az oxigént az ércből.
