Domna est un four pour la fonte du fer

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Pour la fusion du fer dans l'industrie métallurgique moderne, un haut fourneau est utilisé. Il s'agit d'un four à cuve, qui n'est pas une structure très complexe, mais qui a cependant l'air impressionnant. Pour amener la production de fer à la perfection, l'humanité a dû accumuler des siècles d'expérience.

Explique en partie ce qu'est un haut fourneau, la racine en vieux slave de son nom. "Dmit" signifie souffler.

Ancêtres des hauts fourneaux - shukofen

Au Moyen Âge, les gens avaient besoin de différents métaux. Les armes et les outils étaient en acier, souple et dur, et le fer ordinaire était utilisé pour les ustensiles ménagers. Les hauts-fourneaux à fromage ont été utilisés pour obtenir le métal désiré pendant très longtemps, pendant des millénaires, et ils ont pleinement satisfait les besoins jusqu'à épuisement des réserves de minerais à bas point de fusion. Une température élevée était atteinte en augmentant la hauteur (c'est ainsi que la poussée augmentait), l'air était également pompé avec des soufflets à main. Cependant, au fil du temps, les Européens ont dû se tourner vers des matières premières de qualité inférieure, ce qui a servi d'incitation au progrès. Shtukofen est devenu l'invention après laquelle le premier haut fourneau est apparu. C'était un four de type fermé, qui fonctionnait seloncertain cycle. Il fallait charger du minerai, du charbon dedans, puis chauffer avec soufflage (il n'y avait pas assez d'effort manuel, donc un entraînement par roues hydrauliques était utilisé), après quoi il fallait attendre le refroidissement et extraire le métal, en séparant à partir de tartre et d'autres sous-produits inappropriés appelés kritz. Le principal avantage du shtukofen était la meilleure concentration d'énergie thermique due au volume fermé pendant le cycle de travail, en raison d'une diminution de sa fuite dans l'atmosphère.

Cast Iron Civilization

Le principal problème des métallurgistes médiévaux au XIIIe siècle était l'infusibilité du fer. Lorsque la fonte (c'est-à-dire un alliage fer-carbone avec une concentration en carbone de 1,7% et plus) a été obtenue dans le shtukofen, ils ont été surpris par son bas point de fusion, mais ils n'étaient pas ravis. Le métal ainsi obtenu était plus facile à obtenir que l'acier, et encore plus le fer, mais ses qualités mécaniques du point de vue des consommateurs d'alors laissaient à désirer: il était trop fragile et pas assez résistant. Cependant, en seulement deux siècles, les attitudes envers la fonte ont changé. Tout d'abord, il s'est avéré simple de le retirer du four, il pouvait simplement être drainé sous forme fondue. Deuxièmement, ce métal a néanmoins trouvé son application, et il est très diversifié. Et troisièmement, c'était une matière première pour une purification plus poussée de l'excès de carbone, et il s'est avéré beaucoup plus facile d'en obtenir de l'acier qu'à partir de minerai. Ainsi, après des siècles d'expériences, la technologie métallurgique la plus productive a été trouvée et un haut fourneau a été inventé. Four dans la ville westphalienne de Siegerland (seconde moitié du 15esiècle) pouvait fonctionner en cycle continu pendant plusieurs années, produisant quotidiennement plus d'une tonne et demie de fonte brute. C'était beaucoup à l'époque.

Construire un haut fourneau

Ce n'est qu'en étant proche de ce four géant que vous pouvez comprendre la taille du haut fourneau moderne. Les photographies ne donnent une idée de sa taille cyclopéenne que lorsqu'elles montrent une personne qui semble aussi petite qu'une fourmi. Cependant, malgré l'apparence impressionnante, le principe de fonctionnement est resté le même, médiéval. La conception comprend cinq nœuds principaux. La partie supérieure, la partie supérieure, est conçue pour charger les matières premières et les répartir uniformément à l'intérieur du four. En dessous se trouve une partie de la forme conique dans laquelle le chauffage et le processus de réduction ont lieu (plus à ce sujet plus tard). La troisième unité à partir du haut s'appelle la vapeur, où le fer est fondu. Ensuite, une autre partie conique, cette fois effilée vers le bas, est constituée des épaulements, dans lesquels le monoxyde de carbone (gaz réducteur) est libéré du coke. Et tout en bas se trouve une forge d'où sont extraits le produit fini et les déchets de production.

Chimie des procédés

Les processus chimiques sont oxydatifs et réducteurs. Le premier signifie la connexion avec l'oxygène, le second, au contraire, son rejet. Le minerai est un oxyde, et pour obtenir du fer, un certain réactif est nécessaire pour « sélectionner » des atomes supplémentaires. Le rôle le plus important dans ce processus est joué par le coke, qui lors de la combustion libère une grande quantité de chaleur et de dioxyde de carbone, qui à haute température se décompose en monoxyde, chimiquementsubstance active et instable. Le CO a tendance à redevenir du dioxyde et, rencontrant des molécules de minerai (Fe₂O_{3), leur "enlève" tout l'oxygène, laissant uniquement du fer. Il y a, bien sûr, d'autres substances dans les matières premières, inutiles, qui forment un déchet appelé laitier. C'est ainsi que fonctionne un haut fourneau. Il s'agit, du point de vue de la chimie, d'une réaction de réduction assez simple, accompagnée d'une consommation de chaleur.}

À quoi ressemble un haut fourneau moderne ?

La durée de vie d'un haut fourneau est relativement courte pour une installation de cette ampleur - environ une décennie. Pendant ce temps, la structure est soumise à de lourdes charges, aggravées par un échauffement thermique, puis une révision majeure ou une démolition est nécessaire. La production de fer ne peut pas être qualifiée d'inoffensive, elle est associée à des émissions de phosphore, de soufre et d'autres substances peu utiles dans l'atmosphère. Prises ensemble, ces circonstances incitent de nombreux pays à réduire la production métallurgique ou à la moderniser (surtout si l'industrie est basique et budgétaire). Un haut fourneau moderne est un système assez simple en principe, qui nécessite cependant un schéma de contrôle complexe avec de nombreuses boucles de contrôle qui garantissent la consommation la plus efficace de matières premières et de ressources énergétiques.