Yüksek fırın
Yüksek fırın, cevherden demir eritmek için kullanılan özel bir fırın türüdür. Yüksek fırınlar çok büyüktür. Boyları 60 metreye (200 ft) ve çapları 15 metreye (49 ft) kadar çıkabilir. Yüksek fırın en büyük kimyasal reaktördür. Yüksek fırınlara yüksek fırınlar da denir.
Bir yüksek fırın genellikle çelik bir kasa ve kasanın içinde magnezyum oksit veya başka bir refrakter malzemeden yapılmış tuğlalarla inşa edilir. Sıcak fırın bu tuğlaları eritemez. Fırın, kasanın ve tuğlaların bir kısmının içinden akan su ile soğutulur.
Demir yapma süreci basittir. Demir cevheri temelde demir oksittir. Demir, oksijenin uzaklaştırılmasıyla elde edilir. Geriye pik demir adı verilen ham demir kalır. Bu oksijen giderme işlemine ergitme denir. İndirgeme işleminde karbon kullanılır ve cevher yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Karbon, yüksek sıcaklıklarda cevherdeki oksijeni kolayca alır.
Yüksek fırın şeması1 . Cowper sobalarından gelen sıcak üfleme ("rüzgar") 2. Erime bölgesi (bosh) 3. Demir oksit indirgeme bölgesi (varil) 4. Demir oksit indirgeme bölgesi (yığın) 5. Ön ısıtma bölgesi (boğaz) 6. Cevher, kireçtaşı ve kok beslemesi7 . Egzoz gazları8 . Cevher , kok ve kireçtaşı kolonu9 . Cürufun uzaklaştırılması10 . Erimiş pik demirin kılavuzlanması11 . Atık gazların toplanması
Süreç
Cevher, kireçtaşı ve kok formundaki karbon, yüksek fırının tepesine katmanlar halinde konur. Aynı zamanda fırının içine "rüzgar" adı verilen sıcak hava üflenir. Havayı fırının içine koymak için "tuyer" adı verilen özel nozullar kullanılır. Nozullar fırının alt kısmındadır. Bu işlem "patlatma" olarak adlandırılır. Bu yüzden "yüksek fırın" olarak adlandırılır. Kok tutuşur (alev alır) ve yanar. Bu karbon monoksit oluşturur çünkü karbon dioksit yapmak için yeterli oksijen yoktur. Karbon monoksit daha sonra metal oksidi metale indirger ve karbon dioksit yapar. Bu işlem demir yapmak için kullanılır. Kireçtaşı, demir cevherinin kayasıyla birlikte cüruf adı verilen bir madde oluşturur.
Fırının alt kısmına ocak adı verilir. Sıvı pik demir ve cüruf ile dolduğunda, cüruf çıkarılır. Buna sıyırma denir. Cüruf demirden daha hafiftir ve demirle karışmaz. Demirin üzerinde yüzer. Ocakta özel bir matkapla cüruf seviyesinde bir delik açılır. Sıvı cüruf delikten cüruf kabı adı verilen bir kaba geçer. Demir daha sonra ocaktan boşaltılır. Buna kılavuz çekme denir. Altta bir delik açılır ve sıvı pik demir dışarı çıkar. Ya doğrudan çelik yapımında kullanılır, torpido vagonu adı verilen özel bir demiryolu vagonuna konur ya da kalıp haline getirilir. Pik demirin tamamı çıkarıldığında, iki deliği kapatmak için ateşe dayanıklı kil kullanılır. Kil, yüksek ısı nedeniyle çok hızlı bir şekilde katılaşır.
Pik demir yaklaşık %4 oranında karbon içerir ve kullanılamayacak kadar sert ve kırılgan olacaktır. Fazladan karbonun önce yakılması gerekir. Pik demir, karbonsuzlaştırılarak (fazladan karbon yakılarak) çeliğe dönüştürülür. Pik demirin karbonsuzlaştırılması ve çeliğe dönüştürülmesi için modern bir yöntem bazik oksijen fırınıdır. Tarihsel olarak Bessemer konvertörü, açık ocak fırını ve puddling fırını gibi başka yöntemler de vardır.
Gazlar yükselir ve fırının üst kısmında toplanır. Gaz çok miktarda karbon monoksit içerdiğinden değerli bir yakıttır. Yüksek fırının tepesinde toplanan gaza yüksek fırın gazı denir. Daha sonra yıkanır ve kurutulur ve kurum veya cevher tozu gibi tüm katı parçacıklar toplanır. Gaz daha sonra Cowper sobaları veya sıcak yüksek fırınlar adı verilen özel fırınlarda yakılarak karbondioksite dönüştürülür. Yüksek fırın gazının yakılmasından elde edilen ısı daha sonra patlatma havasını, yani "rüzgarı" önceden ısıtmak için kullanılır ve bu da yüksek fırının içine püskürtülür.
Cüruf atık değildir. Çeşitli şekillerde kullanılabilir. Tuğla haline getirilebilir ve inşaat için kullanılabilir veya betonla karıştırılabilir. Yüksek fırın cürufu içeren beton normal betondan daha güçlüdür ve normal betonun kirli gri olduğu yerde neredeyse saf beyazdır.
Bir yüksek fırın genellikle 10 ila 20 yıl boyunca durmadan çalışabilir. Buna "kampanya" denir.
Kimyasal örnek
900-1600°C sıcaklıkta karbon ile bir indirgeme meydana gelir:
| 1. | 3 {\displaystyle 3} | F e 2 O 3 {\displaystyle Fe_{2}O_{3}} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 2 {\displaystyle 2} | F e 3 O 4 {\displaystyle Fe_{3}O_{4}} |
| 2. | F e 3 O 4 + C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 3 {\displaystyle 3} | F e O {\displaystyle FeO} | |
| 3. | F e O + C {\displaystyle FeO+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | F e {\displaystyle Fe} |
Şimdi demir yapıldı.
Sorular ve Yanıtlar
S: Yüksek fırın nedir?
C: Yüksek fırın, cevherden demir eritmek için kullanılan büyük bir fırındır.
S: Yüksek fırınlar ne kadar büyük olabilir?
C: Yüksek fırınlar 60 metre yüksekliğe ve 15 metre çapa kadar çıkabilir.
S: Yüksek fırının diğer adı nedir?
C: Yüksek fırınlara yüksek fırınlar da denir.
S: Yüksek fırınlar hangi malzemelerden yapılır?
C: Yüksek fırınlar genellikle çelik bir kasa ve magnezyum oksit veya diğer refrakter malzemelerden yapılmış tuğlalarla inşa edilir.
S: Yüksek fırın nasıl soğutulur?
C: Yüksek fırın, kasanın ve tuğlaların bir kısmının içinden akan su ile soğutulur.
S: Eritme süreci nedir ve demir nasıl yapılır?
C: Demir yapma süreci, demir cevherinden oksijenin uzaklaştırılmasını içeren eritme işlemidir. İndirgeme işleminde karbon kullanılır ve cevher yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Bu işlem sonucunda pik demir adı verilen ham demir elde edilir.
S: Karbonun demir yapımında indirgeme sürecindeki rolü nedir?
C: Karbon yüksek sıcaklıklarda cevherdeki oksijeni kolayca alır.
