Altoforno
Un altoforno è un tipo speciale di forno per la fusione del ferro dal minerale. Gli altiforni sono molto grandi. Possono essere alti fino a 60 metri (200 piedi) e avere un diametro di 15 metri (49 piedi). L'altoforno è il più grande reattore chimico. Gli altiforni sono anche chiamati forni alti.
Un altoforno è di solito costruito con una cassa d'acciaio e mattoni fatti di ossido di magnesio o altro materiale refrattario all'interno della cassa. Il forno caldo non può fondere questi mattoni. Il forno viene raffreddato con acqua che scorre all'interno di una parte della cassa e dei mattoni.
Il processo di produzione del ferro è semplice. Il minerale di ferro è fondamentalmente ossido di ferro. Il ferro è fatto rimuovendo l'ossigeno. Questo lascia il ferro grezzo chiamato ghisa. Questo processo di rimozione dell'ossigeno è chiamato fusione. Il carbonio è usato nel processo di riduzione, con il minerale riscaldato ad un'alta temperatura. Il carbonio toglie facilmente l'ossigeno dal minerale ad alte temperature.
Schema dell'altoforno1 . Esplosione calda ("vento") dalle stufe Cowper 2. Zona di fusione (bosh) 3. Zona di riduzione dell'ossido ferroso (barile) 4. Zona di riduzione dell'ossido ferrico (pila) 5. Zona di preriscaldamento (gola) 6. Alimentazione di minerale, calcare e coke7 . Gas di scarico8 . Colonna di minerale, coke e calcare9 . Rimozione delle scorie10 . Spillatura della ghisa fusa11 . Raccolta dei gas di scarico
Processo
Il minerale, il calcare e il carbonio sotto forma di coke sono messi nella parte superiore dell'altoforno a strati. Allo stesso tempo, l'aria calda chiamata "vento" viene soffiata all'interno del forno. Ugelli speciali chiamati "tuyeres" sono usati per mettere l'aria nel forno. Gli ugelli si trovano sul fondo della fornace. Questo processo è chiamato "sabbiatura". È per questo che si chiama "altoforno". Il coke si infiamma (prende fuoco) e brucia. Questo crea monossido di carbonio perché non c'è abbastanza ossigeno per fare anidride carbonica. Il monossido di carbonio riduce poi l'ossido di metallo al metallo e crea anidride carbonica. Questo processo è usato per fare il ferro. Il calcare forma una sostanza chiamata scoria con la roccia del minerale di ferro.
La parte inferiore del forno è chiamata focolare. Quando si è riempito di ghisa liquida e scorie, le scorie vengono rimosse. Questa operazione si chiama scrematura. Le scorie sono più leggere del ferro e non si mescolano al ferro. Galleggia sopra il ferro. Si fa un buco nel focolare al livello delle scorie con un trapano speciale. La scoria liquida esce attraverso il foro in un contenitore chiamato pentola delle scorie. Il ferro viene poi drenato dal focolare. Questa operazione si chiama spillatura. Si fa un foro sul fondo e la ghisa liquida esce. Viene usato direttamente per la fabbricazione dell'acciaio, messo in uno speciale vagone ferroviario chiamato siluro o fatto in stampi. Quando tutto il ghisa è stato rimosso, l'argilla resistente al fuoco viene usata per chiudere i due fori. L'argilla diventa solida molto rapidamente a causa dell'alto calore.
La ghisa contiene circa il 4% di carbonio e sarebbe troppo dura e fragile per essere usata. Il carbonio in più deve essere prima bruciato. La ghisa viene raffinata in acciaio decarbonizzandola (bruciando il carbonio in più). Un metodo moderno per decarburare la ghisa e raffinarla in acciaio è il forno a ossigeno di base. Storicamente ci sono stati anche altri metodi, come il convertitore Bessemer, il forno a focolare aperto e il forno a pozzo.
I gas salgono e vengono raccolti nella parte superiore del forno. Poiché il gas contiene molto monossido di carbonio, è un combustibile prezioso. Il gas raccolto in cima all'altoforno è chiamato gas d'altoforno. Viene poi lavato e asciugato e tutte le particelle solide come la fuliggine o la polvere di minerale vengono raccolte. Il gas viene poi bruciato in forni speciali chiamati stufe Cowper o stufe ad alta temperatura in anidride carbonica. Il calore prodotto dalla combustione del gas dell'altoforno viene poi usato per preriscaldare l'aria di sabbiatura, il "vento", che a sua volta viene fatto esplodere nell'altoforno stesso.
Le scorie non sono rifiuti. Possono essere utilizzate in vari modi. Può essere trasformata in mattoni e usata per la costruzione, oppure può essere mescolata al calcestruzzo. Il calcestruzzo che contiene scorie d'altoforno è più forte del calcestruzzo ordinario ed è quasi bianco puro, mentre il calcestruzzo normale è grigio sporco.
Un altoforno può di solito lavorare da 10 a 20 anni senza fermarsi. Questo si chiama "campagna".
Esempio chimico
Alla temperatura di 900-1600°C, avviene una riduzione con il carbonio:
| 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} |
Ora il ferro è stato fatto.
Domande e risposte
D: Che cos'è un altoforno?
R: Un altoforno è un grande forno utilizzato per fondere il ferro dal minerale.
D: Quanto possono essere grandi gli altiforni?
R: Gli altiforni possono raggiungere i 60 metri di altezza e i 15 metri di diametro.
D: Qual è un altro nome per un altoforno?
R: Gli altiforni sono anche chiamati forni alti.
D: Di quali materiali sono fatti gli altiforni?
R: Gli altiforni sono solitamente costruiti con una cassa in acciaio e mattoni in ossido di magnesio o altri materiali refrattari.
D: Come viene raffreddato l'altoforno?
R: L'altoforno viene raffreddato con acqua che scorre all'interno di una parte della cassa e dei mattoni.
D: Qual è il processo di fusione e come si produce il ferro?
R: Il processo di produzione del ferro è la fusione, che comporta la rimozione dell'ossigeno dal minerale di ferro. Il carbonio viene utilizzato nel processo di riduzione, con il minerale riscaldato ad alta temperatura. Si ottiene così il ferro grezzo, chiamato ghisa.
D: Qual è il ruolo del carbonio nel processo di riduzione per la produzione di ferro?
R: Il carbonio toglie facilmente l'ossigeno dal minerale alle alte temperature.
