เทคโนโลยีการผลิตเหล็ก การทดลองถลุงเหล็กจากแร่หนองน้ำเพื่อผลิตเหล็ก

การผลิตเหล็กในมาตุภูมิเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ อันเป็นผลมาจากการขุดค้นทางโบราณคดีในพื้นที่ที่อยู่ติดกับ Novgorod, Vladimir, Yaroslavl, Pskov, Smolensk, Ryazan, Murom, Tula, Kyiv, Vyshgorod, Pereyaslavl, Vzhishch รวมถึงในพื้นที่ทะเลสาบ Ladoga และที่อื่น ๆ หลายร้อยแห่ง มีการค้นพบสถานที่ที่มีหม้อหลอมละลาย เตาหลอมชีสที่เรียกว่า "หลุมหมาป่า" และเครื่องมือการผลิตที่เกี่ยวข้องกับโลหะวิทยาโบราณ ในหลุมหมาป่าแห่งหนึ่ง ขุดเพื่อถลุงเหล็ก ใกล้กับหมู่บ้าน Podmokloye ทางตอนใต้ของภูมิภาคมอสโก อ่างถ่านหินพบเหรียญหนึ่งเมื่อวันที่ 189 ของยุคมุสลิมซึ่งสอดคล้องกับต้นศตวรรษที่ 9 ของเหตุการณ์สมัยใหม่ ซึ่งหมายความว่าพวกเขารู้วิธีถลุงเหล็กในแผ่นหลังของมาตุภูมิในยุคก่อนคริสต์ศักราชอันห่างไกลและลึกซึ้งเหล่านั้น

ชื่อของชาวรัสเซียตะโกนถึงเราอย่างแท้จริงเกี่ยวกับความชุกของโลหะวิทยาทั่วดินแดนของรัสเซียโบราณ ': Kuznetsov, Kovalev, Koval, Kovalenko, Kovalchuk ในแง่ของความชุก นามสกุล "โลหะวิทยา" ของรัสเซียอาจเทียบได้กับ John Smith ชาวอังกฤษตามแบบฉบับ (ซึ่งในความเป็นจริง ช่างตีเหล็กคือช่างตีเหล็กคนเดียวกัน)

อย่างไรก็ตาม เส้นทางของดาบหรือกระบอกปืนมักจะเริ่มต้นเร็วกว่ามากเสมอ การปลอมแปลงโลหะและโดยเฉพาะการหลอมโลหะ ประการแรกโลหะใดๆ ก็ตามถือเป็นเชื้อเพลิง (ถ่านหินหรือโค้กสำหรับการถลุง) และประการที่สองคือวัตถุดิบสำหรับการผลิต

ที่นี่ฉันต้องเน้นทันที เหตุใดเชื้อเพลิงจึงเป็นเงื่อนไขหลัก และแร่เหล็กเองก็ถูกผลักไสอย่างกล้าหาญให้อยู่เบื้องหลัง? ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับการขนส่งแร่และเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการผลิตเหล็กในยุคกลาง

ท้ายที่สุดแล้ว เชื้อเพลิงหลักและคุณภาพสูงสุดสำหรับการถลุงเหล็กเกรดสูงในยุคกลางก็คือ ถ่าน.
แม้กระทั่งในปัจจุบันนี้ ในยุคที่รู้แจ้ง หน้าที่ของการได้มาซึ่งคุณภาพ ถ่านไม่ได้ง่ายอย่างที่คิดเมื่อมองแวบแรก
ถ่านคุณภาพสูงสุดได้มาจากไม้ในจำนวนจำกัดเท่านั้น - จากไม้เนื้อแข็งที่ค่อนข้างหายากและเติบโตช้า (โอ๊ค, ฮอร์นบีม, บีช) และจากตามแบบฉบับ เบิร์ชรัสเซีย.
จากต้นสน - ต้นสนหรือต้นสนถ่านกลายเป็นความเปราะบางมากกว่าและให้ผลตอบแทนที่มากกว่าและ ฝุ่นถ่านหินและการพยายามได้ถ่านที่ดีจากแอสเพนหรือออลเดอร์ที่มีใบอ่อนนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย - ผลผลิตของถ่านที่ดีจะลดลงเกือบครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับไม้โอ๊ค

หากมีป่าไม่เพียงพอในพื้นที่ที่พบแหล่งสะสมเหล็ก หรือหากป่าในพื้นที่ถูกทำลายโดยนักโลหะวิทยารุ่นก่อนๆ ก็จำเป็นต้องประดิษฐ์สารทดแทน ersatz ต่างๆ
ตัวอย่างเช่น ในเอเชียกลาง แม้จะมีแหล่งแร่เหล็กคุณภาพสูง แต่ไม้ก็มีความหนาแน่น ดังนั้น แทนที่จะใช้ถ่าน จึงจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเชิงนวัตกรรมต่อไปนี้:

ถ้าใครไม่เข้าใจนี่คือมูลวัว อาจเป็นม้า เนื้อแกะ แพะ หรือลา มันไม่ได้มีบทบาทพิเศษ มูลถูกนวดด้วยมือเป็นเค้กแบน (ประมาณนี้) แล้วนำไปตากแดดให้แห้ง
เห็นได้ชัดว่าในสถานการณ์เช่นนี้ไม่จำเป็นต้องพูดถึง "ความคงที่ขององค์ประกอบ" ของเชื้อเพลิงและอุณหภูมิเปลวไฟจากการเผาไหม้ของ "เชื้อเพลิงคอมโพสิต" นั้นต่ำกว่าถ่านคุณภาพสูงมาก

การทดแทนถ่านที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอีกประการหนึ่งปรากฏขึ้นในโลกในเวลาต่อมา แน่นอนว่าเรากำลังพูดถึง โคกซึ่งเป็นรากฐานของโลหะวิทยาเหล็กสมัยใหม่ทั้งหมด
ประวัติความเป็นมาของ “การประดิษฐ์” โค้กมีประวัติย้อนกลับไปเพียงสองร้อยปีเท่านั้น ท้ายที่สุดแล้ว แบตเตอรี่ของเตาอบโค้กที่ "ถ่านหินเผาไหม้ตัวเอง" ถือเป็นการระดมยิงครั้งแรกที่ทรงพลังที่สุดของการปฏิวัติอุตสาหกรรม เธอคือแบตเตอรี่เตาโค้ก ไม่ใช่ ปั้นจั่นน้ำมันสร้าง "โลกแห่งถ่านหินและไอน้ำ" ที่เราชอบจดจำในหนังสือ ภาพยนตร์ และอนิเมะเกี่ยวกับ Steampunk

นานก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม อังกฤษได้พัฒนาแหล่งถ่านหินที่อุดมสมบูรณ์แล้ว ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อทำความร้อนในบ้านโดยเฉพาะ การถลุงแร่ในอังกฤษดำเนินการเช่นเดียวกับที่อื่นๆ ในโลก โดยใช้ถ่านเท่านั้น นี่เป็นเพราะลักษณะข้อเท็จจริงอันไม่พึงประสงค์ของถ่านหินส่วนใหญ่ - พวกเขามีฟอสฟอรัสและกำมะถันจำนวนมากซึ่งเป็นอันตรายต่อเหล็กที่ผลิตในโรงตีเหล็กมาก

อย่างไรก็ตามบริเตนใหญ่เป็นเกาะ และท้ายที่สุด ความต้องการที่เพิ่มขึ้นของโลหะวิทยาที่ใช้ถ่านจากอังกฤษ เกินความสามารถทั้งหมดของป่าอังกฤษ Robin Hoods ชาวอังกฤษไม่มีที่ซ่อนอีกต่อไป- การเพิ่มขึ้นของการถลุงเหล็กทำให้ป่า Foggy Albion เกือบทั้งหมดเหลือเพียงความว่างเปล่า ในที่สุด สิ่งนี้ก็กลายเป็นอุปสรรคต่อการผลิตเหล็ก เนื่องจากจำเป็นต้องมีการถลุง ฟืนจำนวนมหาศาล: สำหรับการแปรรูปแร่หนึ่งตัน - ไม้ดิบเกือบ 40 ลูกบาศก์เมตร
เนื่องจากการผลิตเหล็กที่เพิ่มขึ้นจึงมีความเสี่ยงที่จะทำลายป่าไม้โดยสิ้นเชิง ประเทศถูกบังคับให้นำเข้าโลหะจากต่างประเทศ ส่วนใหญ่มาจากรัสเซียและสวีเดน ความพยายามที่จะใช้ถ่านหินฟอสซิลในการถลุงเหล็กไม่ประสบผลสำเร็จมาเป็นเวลานาน ด้วยเหตุผลที่ระบุไว้ข้างต้น
เฉพาะในปี ค.ศ. 1735 ผู้ผลิต Abraham Derby หลังจากมีประสบการณ์หลายปีได้ค้นพบวิธีหลอมเหล็กหล่อโดยใช้ถ่านโค้ก มันเป็นชัยชนะ แต่ก่อนชัยชนะนี้เมื่อต้นคริสต์ศตวรรษที่ 9 ยังเหลือเวลาอีกกว่า 900 ปี

ดังนั้นให้ขนฟืน (หรือแม้แต่ถ่านที่เสร็จแล้ว) ไปที่เตารีด ไม่ทำงาน, ไม่เป็นผลเพียงเพราะการขนส่งของกระบวนการ - เชื้อเพลิงที่ต้องการคือ 4-5 เท่าของมวลแร่และมากกว่านั้นโดยปริมาตร - อย่างน้อยสิบเท่า นำเหล็กมาเติมเชื้อเพลิงได้ง่ายกว่า

เชื้อเพลิงเข้า มาตุภูมิโบราณมีและมีมากมาย แล้วฮาร์ดแวร์บนแพลตฟอร์มรัสเซียล่ะ?
แต่มีคำถามเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์
แร่เหล็กคุณภาพสูง ไม่ใช่ที่ราบรัสเซีย.

ฉันได้ยินเสียงตะโกนทันที:“ แล้วความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์ล่ะ? แร่เหล็กแม่เหล็กคุณภาพสูงที่สุดในโลก!”
ใช่ บางส่วนของคุณภาพที่สูงที่สุดในโลก เปิดดำเนินการในปี พ.ศ. 2474 ความลึกของการเกิดขึ้น - จาก 200 ถึง 600 เมตร เห็นได้ชัดว่างานนี้ไม่ได้มีไว้สำหรับเทคโนโลยีที่มีอยู่ในการกำจัดของชาวสลาฟโบราณในคริสต์ศตวรรษที่ 9 ตอนนี้ทุกอย่างดูสวยงาม แต่ในเวลานั้นภาพของเหมืองแร่เหล็กสมัยใหม่เป็นเหมือนการเดินทางสู่ Alpha Centauri เพื่อมนุษยชาติยุคใหม่ ในทางทฤษฎีเป็นไปได้ แต่ในทางปฏิบัติกลับไม่ใช่:

ด้วยเหตุนี้ในศตวรรษที่ 9 ในมาตุภูมิจึงจำเป็นต้องเลือกสิ่งที่รวมอยู่ในรายการแร่เหล็กทั้งหมดที่มนุษยชาติใช้อยู่ในปัจจุบัน:

แร่เหล็กแม่เหล็ก - มากกว่า 70% Fe ในรูปแบบ แมกนีไทต์ Fe3O4 (ตัวอย่าง: ความผิดปกติของสนามแม่เหล็กเคิร์สต์ที่เราอธิบายไว้)
- แร่เหล็กสีแดง - 55-60% Fe ในรูปแบบ ออกไซด์ Fe2O3 (ตัวอย่าง: ความผิดปกติของแม่เหล็กเคิร์สต์อีกครั้งหรือแอ่ง Krivoy Rog)
- แร่เหล็กสีน้ำตาล (ลิโมไนต์) - 35-55% Fe ในรูปแบบ ของผสมไฮดรอกไซด์เฟอร์ริกเหล็ก Fe2O3-3H2O และ Fe2O3-H2O (ตัวอย่าง: เงินฝาก Kerch ถูกทำลายโดยยูเครน)
- แร่เหล็กสปาร์ - มากถึง 40% Fe ในรูปแบบ คาร์บอเนต FeCO3 (ตัวอย่าง: ฝากบาคาล)

แมกนีไทต์และฮีมาไทต์อยู่ลึกบนแท่นรัสเซียโดยไม่มีแร่เหล็กสปาร์เลย
สิ่งที่เหลืออยู่คือแร่เหล็กสีน้ำตาล (ลิโมไนต์)
วัตถุดิบถ้าพูดอย่างอ่อนโยนนั้นมีหมัด - แค่ดูความเข้มข้นของเหล็กในนั้น แต่สิ่งที่ตลกก็คือมันมีอยู่ในอาณาเขตของสิ่งที่เป็นมาตุภูมิในตอนนั้น เกือบทุกที่. นอกจากนี้ "เกือบทุกที่" นี้กลับกลายเป็นปาฏิหาริย์ว่าอยู่ใกล้กับแหล่งเชื้อเพลิงถ่านหินคุณภาพสูงในขณะนั้น - ป่าอันยิ่งใหญ่ของที่ราบรัสเซีย

แน่นอนว่าเรากำลังพูดถึงพีทบึงและลิโมไนต์ซึ่งมักเรียกกันว่า บึงเหล็ก.
นอกจากเหล็กบึงแล้ว พวกมันยังมีต้นกำเนิดที่คล้ายกันอีกด้วย ทุ่งหญ้าและทะเลสาบเหล็ก. อย่างไรก็ตาม ดังที่คุณจะเห็นในภายหลัง การขุดหาเหล็กดังกล่าวทำกำไรได้มากที่สุดในหนองน้ำ

เพื่อให้เข้าใจถึงความแพร่หลายของการดึงทรัพยากรท้องถิ่นนี้ใน Rus อย่างแท้จริงก็เพียงพอแล้วเช่นเดียวกับในกรณีของ "นามสกุลโลหะ" เพียงเปิดแผนที่ทางภูมิศาสตร์ใด ๆ และดูชื่อของรัสเซีย, ยูเครน, เบลารุสหรือ หมู่บ้านลิทัวเนีย
และทันทีที่มีคำนามยอดนิยมจำนวนมากที่มีคำว่า Guta, Buda, Ruda จะดึงดูดสายตาคุณ นี่คือความหมาย:

Guta: โรงงานหลอมแก้ว
แร่: การทำเหมืองเหล็กในบึง
Buda: การสกัดโปแตชจากเถ้าพืช

คุณจะพบหมู่บ้านเช่นนี้ทุกที่ - ในแถบกว้างในหนองน้ำ Polesie - ตั้งแต่ Brest ไปจนถึง Sumy มีแหล่งที่มาของ "แร่หนองน้ำ" มากมายในมาตุภูมิ โดยทั่วไป “เหล็กหนองน้ำ” จะเกิดขึ้นเกือบทุกที่ซึ่งมีการเปลี่ยนจากดินที่มีออกซิเจนไปเป็นชั้นที่ปราศจากออกซิเจน (ตรงบริเวณรอยต่อของสองชั้นนี้)
ในหนองน้ำชายแดนนี้ตั้งอยู่อย่างเรียบง่ายไม่เหมือนกับภูมิประเทศประเภทอื่น ใกล้กับพื้นผิวมากดังนั้น ก้อนเหล็กสามารถขุดด้วยพลั่วได้อย่างแท้จริง โดยเอาพืชหนองน้ำชั้นบาง ๆ ออกเท่านั้น

นี่คือลักษณะของบึงเหล็ก: .
แต่สิ่งนี้เองที่ช่วย Rus' ได้อย่างชัดเจน

คราบเหล็กในบึงนั้นคลาสสิคมาก ผู้วาง.
โดยทั่วไปแล้วตัววางจะมีปริมาณเงินฝากน้อยกว่าตัวแร่ โดยปริมาตรรวมของตัววางนั้นแทบจะไม่เกินหมื่นตัน (ในขณะที่ตัววางแร่สามารถมีแร่ได้หลายล้านและพันล้านตัน) แต่ตัววางในเหมืองมักจะง่ายกว่าการขุดตัวแร่มาก
โดยทั่วไปตัววางสามารถพัฒนาได้เกือบด้วยมือเปล่าและมีการบดขยี้หินเพียงเล็กน้อย เนื่องจากตัววางมักจะเกิดขึ้นในหินตะกอนที่ถูกทำลายไปแล้ว
โดยทั่วไปนี่เป็นวิธีปฏิบัติทั่วไป: ผู้วางจะถูกขุดก่อน จากนั้นจึงเป็นแร่
นอกจากนี้สำหรับโลหะ แร่ธาตุ หรือสารประกอบทุกชนิด

อย่างไรก็ตาม "ดีบุกไม้" (ซึ่งฉันเขียนถึงในซีรีส์เกี่ยวกับภัยพิบัติยุคสำริด) ก็เป็นตัววางเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถพูดได้ว่าการวางเหล็กในบึงสำหรับการขุดนั้นเป็นงานง่ายๆ

เหล็กหนองน้ำถูกขุดด้วยสามวิธีหลัก

ครั้งแรก - ในฤดูร้อนตะกอนก้นถูกตักขึ้นมาจากแพในทะเลสาบหนองน้ำและแม่น้ำที่ไหลจากหนองน้ำ แพถูกยึดไว้ในที่แห่งหนึ่งด้วยเสา (คนหนึ่ง) และอีกคนหนึ่งใช้คนค้ำเพื่อเอาตะกอนออกจากด้านล่าง ข้อดีของวิธีนี้คือความเรียบง่ายและความเครียดทางร่างกายต่ำต่อผู้ปฏิบัติงาน
ข้อเสีย - แรงงานไร้ประโยชน์จำนวนมากเนื่องจากไม่เพียงแต่เป็นเศษหินที่ถูกตักขึ้นมาด้วยเหล็กบึงเท่านั้น แต่ยังต้องยกน้ำปริมาณมากพร้อมกับตะกอนด้วย นอกจากนี้เป็นการยากที่จะใช้ตักเพื่อเอาดินออกให้ลึกมาก

วิธีที่สอง. ในฤดูหนาว ในบริเวณที่ช่องแคบกลายเป็นน้ำแข็งจนถึงด้านล่าง น้ำแข็งจะถูกตัดออกก่อน จากนั้นตะกอนด้านล่างที่มีเหล็กบึงก็ถูกตัดลงด้วย ข้อดีของวิธีนี้: ความสามารถในการเลือกชั้นขนาดใหญ่ที่มีเหล็กบึง ข้อเสีย: การสกัดน้ำแข็งและพื้นน้ำแข็งเป็นเรื่องยากทางกายภาพ การสกัดสามารถทำได้ในระดับความลึกของการแช่แข็งเท่านั้น

วิธีที่สามเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด บนชายฝั่งใกล้กับช่องทางหรือทะเลสาบบึงมีการประกอบโครงสำหรับบ่อน้ำในขนาดที่ใหญ่กว่าเท่านั้นเช่น 4 x 4 เมตร จากนั้นพวกเขาก็เริ่มขุดชั้นหินเสียที่ปกคลุมภายในบ้านไม้ซุงออก และค่อยๆ ขุดลึกลงไปในบ้านไม้ซุง จากนั้นจึงเลือกหินที่บรรจุเหล็กบึงไว้ด้วย ม้วนท่อนไม้ถูกเพิ่มเข้ามาเมื่อบ้านไม้ลึกขึ้น
น้ำที่ไหลอย่างต่อเนื่องก็ได้รับการประกันตัวเป็นระยะ แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่จะขุดโดยไม่ต้องเสริมกำแพงด้วยท่อนไม้ แต่ในกรณีที่มีแนวโน้มว่าจะพังทลายของดินที่ถูกชะล้างออกไปและคนงานเผลอหลับไปในหลุม - ไม่น่าจะมีใครรอดได้ - ผู้คนอย่างรวดเร็ว สำลักและจมน้ำ ข้อดีของวิธีนี้: ความสามารถในการเลือกทั้งชั้นที่มีเหล็กบึง และค่าแรงน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีที่สอง นอกจากนี้ ก่อนเริ่มการขุดก็เป็นไปได้ก่อนที่จะเริ่มการขุดเพื่อประมาณคุณภาพของวัตถุดิบที่สกัดได้ ("ชาวบ้านยังตัดสินความดีของแร่ตามประเภทของต้นไม้ที่ปลูกบนนั้น ดังนั้นต้นที่พบภายใต้ ต้นเบิร์ชและแอสเพนถือว่าดีที่สุดเพราะเหล็กจากมันนิ่มกว่าและในสถานที่ที่ป่าสปรูซเติบโตมันจะแข็งแกร่งขึ้นและแข็งแกร่งขึ้น")
ข้อเสีย: คุณต้องทำงานอยู่ในน้ำตลอดเวลา

โดยทั่วไปแล้ว คนงานเหมืองชาวรัสเซียโบราณมีช่วงเวลาที่ยากลำบาก แน่นอนว่าตอนนี้ นักจำลองสถานการณ์ทั่วโลกกำลังทัศนศึกษาและแม้แต่ขุดหลุมในสถานที่ที่แห้งกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่า ซึ่งพวกเขาสามารถขุดแร่ในหนองน้ำได้อย่างง่ายดาย:

เด็กๆ ของนักจำลองสถานการณ์มีความสุข ในศตวรรษที่ 9 ฉันคิดว่าทุกอย่างแตกต่างออกไป

อย่างไรก็ตามเพื่อที่จะเข้าใจสถานการณ์ในรัสเซียในศตวรรษที่ 9-12 เราต้องเข้าใจ มาตราส่วนการตกปลาที่บรรพบุรุษของเราจัดขึ้นโดยใช้ทรัพยากรที่สิ้นเปลืองเช่นผู้ทำหนองน้ำ

ท้ายที่สุดแล้ว หากกระบวนการขุดตะกอนในหนองน้ำไม่ทิ้งร่องรอยใด ๆ ที่สามารถติดตามมานานหลายศตวรรษ การแปรรูปเหล็กบึงในเวลาต่อมาก็ทิ้งร่องรอยไว้ในชั้นวัฒนธรรม และประเภทไหนด้วย!

แท้จริงแล้วสำหรับกระบวนการเป่าชีสซึ่งในเวลานั้นใช้ในโลหะวิทยาของรัสเซียโบราณและผลิตตะกรันที่มีธาตุเหล็กสูงนั้นเป็นสิ่งจำเป็น รวยมากแร่เหล็ก. อย่างที่เราจำได้ และลิโมไนต์นั้นเป็นแร่ที่น่าสงสาร
เพื่อให้ได้ลิโมไนต์เข้มข้นจำเป็นต้องเสริมสมรรถนะแร่ที่ขุดได้ล่วงหน้าทั้งหนองบึงและทุ่งหญ้า ดังนั้นนักโลหะวิทยาชาวรัสเซียโบราณจึงจำเป็นต้องเสริมสมรรถนะแร่เหล็กในบึงเพื่อนำไปถลุง

การดำเนินการเสริมสมรรถนะเป็นเงื่อนไขทางเทคโนโลยีที่สำคัญมากสำหรับการผลิตเหล็กในเตาหลอมชีส
การศึกษาในภายหลังโดยการวิเคราะห์อนุสรณ์สถานทางประวัติศาสตร์เผยให้เห็นวิธีการเสริมสมรรถนะแร่ดังต่อไปนี้:

1) การอบแห้ง (การผุกร่อนภายในหนึ่งเดือน)
2) การยิง;
3) การบด;
4) การซัก;
5) การกรอง

การผลิตแร่ที่มีความเข้มข้นสูงไม่สามารถจำกัดได้เพียงการดำเนินการเดียวหรือสองครั้ง แต่จำเป็นต้องมีการประมวลผลอย่างเป็นระบบด้วยวิธีการทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น การดำเนินการที่รู้จักกันดีทางโบราณคดีคือการย่างแร่
ดังที่คุณทราบ การคั่วยังต้องใช้เชื้อเพลิงคุณภาพสูง (ถ่าน) และในปริมาณที่มากด้วย

ในระหว่างการสำรวจทางโบราณคดีใกล้กับหมู่บ้าน Lasuna บนชายฝั่งอ่าวฟินแลนด์ มีการค้นพบกองแร่ที่ถูกเผาในหลุมแห่งหนึ่ง สำหรับการดำเนินการเสริมสมรรถนะแร่ทั้งหมด จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ง่ายมาก: สำหรับการบดแร่ - บล็อกไม้และปูน และสำหรับการกรองและล้าง - ตะแกรงไม้ (แท่งตาข่าย)
ข้อเสียของการยิงแร่บึงในกองไฟและหลุมคือการกำจัดน้ำที่ไม่สมบูรณ์เมื่อย่างชิ้นใหญ่และสูญเสียมากเมื่อย่างชิ้นเล็ก

ใน การผลิตที่ทันสมัยแน่นอนว่าการตกแต่งนั้นง่ายกว่ามาก - แร่ที่บดละเอียดผสมกับโค้กบดเดียวกันแล้วป้อนลงในอุปกรณ์ที่คล้ายกับเครื่องบดเนื้อขนาดใหญ่ เครื่องเจาะจะป้อนส่วนผสมของแร่และโค้กลงบนตะแกรงที่มีรูขนาดไม่เกิน 8 มม. เมื่อบีบออกผ่านรูส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันจะเข้าสู่เปลวไฟในขณะที่โค้กไหม้ทำให้แร่ละลายและนอกจากนี้กำมะถันยังถูกเผาออกจากแร่ดังนั้นจึงเกิดการกำจัดซัลเฟอร์ของวัตถุดิบไปพร้อม ๆ กัน

ท้ายที่สุดแล้วเหล็กบึงก็เหมือนกับถ่านหินมีสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย - กำมะถันและฟอสฟอรัส แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่จะหาวัตถุดิบที่มีฟอสฟอรัสน้อย (ก็ค่อนข้างน้อย - ในแร่เหล็กจะมีน้อยกว่าในบึงเหล็กเสมอ) แต่แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะพบเหล็กบึงที่มีฟอสฟอรัสและกำมะถันเพียงเล็กน้อย ดังนั้น นอกเหนือจากอุตสาหกรรมการสกัดเหล็กบึงทั้งหมดแล้ว อุตสาหกรรมเสริมสมรรถนะขนาดใหญ่ก็เกิดขึ้นเช่นกัน

เพื่อให้เข้าใจถึงขอบเขตของการกระทำนี้ ฉันจะยกตัวอย่างหนึ่ง: ระหว่างการขุดค้นใน Old Ryazan ใน 16 จาก 19 ที่อยู่อาศัยของประชาชนพบร่องรอยของการปรุงอาหารด้วยเหล็กแบบ "บ้าน" ในหม้อในเตาอบธรรมดา
Jacob Reitenfels นักเดินทางชาวยุโรปตะวันตกซึ่งเคยไปเยือน Muscovy ในปี 1670 เขียนว่า "ประเทศของชาว Muscovites เป็นแหล่งขนมปังและโลหะที่มีชีวิต"

ดังนั้น ในที่เปลือยเปล่าซึ่งไม่มีอะไรอยู่ข้างใต้ ยกเว้นดินป่าที่ยากจนซึ่งมีต้นเบิร์ชแคระและหนองพรุ จู่ๆ บรรพบุรุษของเราก็ค้นพบ "เหมืองทองคำ" อย่างแท้จริงอยู่ใต้ฝ่าเท้าของพวกเขา และแม้ว่าจะไม่ใช่หลอดเลือดดำ แต่เป็นผู้วาง และไม่ใช่ทองคำ แต่เป็นเหล็ก สถานการณ์ก็ไม่เปลี่ยนแปลง

ประเทศที่กำลังเกิดใหม่นี้ยังคงได้รับตำแหน่งในโลกและเส้นทางอารยธรรมที่จะนำไปสู่ปืน Balaklava สู่รถถัง T-Z4 และสู่ Topol-M ICBM
ทรัพยากร. งาน. การผลิต. อาวุธ.

เพราะมีทรัพยากรคุณย่อมมีอาวุธเข้ามาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ หรือ - มีคนอื่นมาหาทรัพยากรของคุณ
ยุคเหล็กเริ่มต้นในรัสเซีย
อาวุธรัสเซียหนึ่งศตวรรษหรือมากกว่าหนึ่งสหัสวรรษ

สหัสวรรษที่ดาบจะขึ้น - และลงอีกครั้งหลังจากที่ศัตรูคนต่อไปพ่ายแพ้และถูกโยนออกไปจากป่าเบิร์ชและบึงพรุ

และศัตรูก็เข้ามาไม่นาน
อันที่จริงในศตวรรษที่ 10 การแข่งขันทางอาวุธในยุคเหล็กกำลังได้รับแรงผลักดันอยู่แล้ว

ผู้นำ:

เช้า. คนโง่

วี.เอฟ. คุซเนตโซวา

การแนะนำ

เรามีความสนใจในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาโลหะวิทยาในภูมิภาคของเรามานานแล้วประวัติศาสตร์นี้เกี่ยวข้องกับพี่น้อง Batashov เป็นหลักซึ่งเป็นเจ้าของโรงงานในเขตของเรา ในปีที่แล้ว เราได้ศึกษาโรงงานของพวกเขาใน Ilev, Snoved รวมถึงใน Ryazan และ ภูมิภาควลาดิเมียร์. เป็นที่ทราบกันดีว่าที่โรงงาน Batashov มีวงจรโลหะวิทยาเต็มรูปแบบตั้งแต่การขุดแร่ไปจนถึงการผลิตผลิตภัณฑ์เหล็ก ในกระบวนการศึกษาประวัติความเป็นมาของโรงงาน เรามีความสนใจอย่างมากในการพัฒนาเทคโนโลยีโลหะวิทยา และเราอุทิศงานนี้ให้กับกระบวนการผลิตเหล็กแบบโบราณ

การพัฒนาโลหะวิทยาเหล็ก

วัตถุเหล็กชิ้นแรกที่นักโบราณคดีรู้จักมีอายุย้อนไปถึงศตวรรษที่ 10 ก่อนคริสต์ศักราช เหล็กชิ้นแรกมีมูลค่าสูงและไม่ได้นำไปใช้ทำเครื่องมือในทันที วิธีการที่เก่าแก่ที่สุดในการรับเหล็กจากแร่คือวิธีที่เรียกว่าการเป่าชีสซึ่งมีการบรรทุกแร่เหล็กและถ่านหินเข้าไปในโรงหลอมหรือเตาเผาในระหว่างการเผาไหม้ซึ่งเหล็กจะลดลงบางส่วนจากแร่ อากาศที่ไม่ร้อนแบบ "ดิบ" ถูกสูบเข้าไปในโรงตีเหล็ก ซึ่งเป็นที่มาของชื่อของเทคนิคนี้ การหลอมแร่เหล็กที่ถูกบดในเตาหลอมผสมกับถ่านเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง เมื่อถ่านหินถูกเผาไหม้ เม็ดเหล็กแข็งที่ขุดขึ้นมาจากแร่ก็จมลงไปที่ก้นเตา และเมื่อเชื่อมเข้าด้วยกันก็เกิดก้อนเป็นรูพรุนที่เรียกว่ากฤษสา ในการบดอัดโลหะ Kritsa ที่แช่แข็งที่ถูกเอาออกจากโรงตีเหล็กนั้นถูกตีขึ้นหลายครั้งเพื่อให้ได้ชิ้นส่วนเหล็กเสาหินที่มีน้ำหนักมากถึง 5-6 กิโลกรัม ผลิตภัณฑ์โลหะผสมจะได้เค้กทรงกลมแบน

ต่อจากนั้นในการผลิตเหล็กเตาหลอมแบบดั้งเดิมถูกแทนที่ด้วยเตาถลุงเหล็ก: เตาเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าและมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นด้วย ผลิตภัณฑ์ของเตาถลุงเหล็กคือเหล็กหมู (เหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนสูง) จากนั้นนำไปแปรรูปเป็นเหล็กหรือเหล็กกล้า

เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของการทำงาน

เป้าหมายของการทำงาน: เพื่อสร้างวิธีการทำชีสเพื่อให้ได้ธาตุเหล็กในสภาพที่ทันสมัย

งาน:

1) ค้นหาแร่ที่จำเป็นในการหลอมเหล็ก

2) สร้างเตาหลอมที่ตรงกับแบบจำลองโบราณให้ใกล้เคียงที่สุด

3) ดำเนินกระบวนการหลอมละลาย

4) วิเคราะห์ตัวอย่างที่ได้รับ

คำอธิบายการผลิตเหล็กในวรรณคดี

แหล่งที่มาแห่งหนึ่งที่เราฟื้นฟูวิธีการหาเหล็กโบราณคือหนังสือของ Jules Verne เรื่อง "The Mysterious Island" หนังสือเล่มนี้บรรยายถึงการที่หลายๆ คนลงเอยบนเกาะทะเลทรายโดยสวมเสื้อผ้าแบบเดียวกัน และค่อยๆ สร้างสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ สำหรับตนเอง รวมถึงการถลุงเหล็กตามความต้องการของตนเอง

วิธีการถลุงของพวกเขาเรียกว่า "คาตาลัน" มันเป็นดังนี้ “วิธีการแบบคาตาลันในความหมายที่แท้จริงที่สุดนั้นจำเป็นต้องมีการสร้างเตาเผาและถ้วยใส่ตัวอย่าง โดยวางแร่และถ่านหินเป็นชั้นๆ” แต่พระเอกของหนังสือ วิศวกร ไซรัส สมิธ ตั้งใจจะทำโดยไม่มีโครงสร้างเหล่านี้ เขาสร้าง “โครงสร้างถ่านหินและแร่เป็นลูกบาศก์และควบคุมกระแสอากาศเข้าสู่ใจกลางของมัน” “ถ่านหินและแร่สามารถรวบรวมได้ง่ายจากพื้นผิวโลกในบริเวณใกล้เคียง ขั้นแรกให้แร่ถูกบดเป็นชิ้นเล็ก ๆ และทำความสะอาดสิ่งสกปรกด้วยมือ จากนั้นถ่านหินและแร่ก็กองซ้อนกันทีละชั้น เช่นเดียวกับที่คนขุดแร่ทำกับไม้ที่เขาต้องการเผา ดังนั้น ภายใต้อิทธิพลของอากาศที่สูบลมโดยเครื่องสูบลม ถ่านหินจึงต้องเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นจึงกลายเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูแร่เหล็กที่เป็นแม่เหล็ก ซึ่งก็คือนำออกซิเจนออกไปจากแร่นั้น” การระเบิดทางอากาศถูกจัดการโดยใช้เครื่องเป่าลมปิดผนึก

ได้เหล็กมา แต่ “มันเป็นเรื่องยาก ชาวอาณานิคมต้องใช้ความอดทนและความเฉลียวฉลาดทั้งหมดจึงจะปฏิบัติได้สำเร็จ ในท้ายที่สุดมันก็ประสบความสำเร็จและได้รับเหล็กเปล่าในสภาพเป็นรูพรุนซึ่งยังคงต้องมีการปลอมแปลงเพื่อขับไล่ตะกรันของเหลวออกไป ดังนั้นจึงได้โลหะที่หยาบแต่ใช้งานได้”

เราพยายามทำให้สิ่งที่จูลส์ เวิร์น อธิบายไว้เป็นจริง ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิธีการของเราคือเราใช้เตา

ขั้นตอนการรับธาตุเหล็ก

การทำเหมืองแร่

เมื่อวันที่ 3 มิถุนายน 2010 เราไปสำรวจบริเวณโดยรอบหมู่บ้าน Elizaryeva ซึ่งอย่างที่เราทราบมีเหมืองแร่เหล็ก จาก Sarov เราไปถึงสถานที่นั้นภายในเวลาประมาณ 20 นาที เมื่อถึงที่หมายเราก็ไปค้นหาแร่ที่ควรจะอยู่ในบริเวณเหมืองเก่า เราพบแร่ส่วนใหญ่ที่ไม่มีหญ้าและชั้นดินถูกรื้อออก (ร่องดับเพลิง) หรือบดอัด (ถนน) ในร่องลึกนั้นเราพบแร่ส่วนใหญ่ขนาดต่างๆ มากถึง 15*10*10 ซม. (โดยประมาณ) แร่ส่วนใหญ่เป็นสีเทาและสีน้ำตาล แร่ที่โดดเด่นมีสีน้ำตาล เรารวบรวมถังแร่ เรายังเห็นซากท่อประมาณสิบโหลซึ่งเต็มไปด้วยหญ้าแล้ว

ไปป์เก่าใกล้หมู่บ้าน Elizaryeva

แร่เหล็ก

การบดแร่

เราตัดสินใจบดแร่ให้มีขนาดไม่เกิน 1 ซม. 3 เพื่อให้ละลายได้ง่ายขึ้น เราบดแร่ทั้งหมดในถังและได้ประมาณ 3/5 ของถังแร่ที่บด

การวางเตา

มีการใช้เศษอิฐปูนทรายสำหรับเตาเผา เตาถูกวางโดยใช้ส่วนผสมของซีเมนต์และทราย เราผสมปูนและซ้อนอิฐทีละแถวในเตาอบ โดยยึดไว้กับครก

การเตรียมสารละลาย

เตาอบของเรา

ฟิวส์

เตาถูกอุ่นโดยการเผาฟืนเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงครึ่ง

เราเทแร่ลงในเตาที่ให้ความร้อน จากนั้นจึงใส่ถ่านที่ซื้อจากร้านค้าเป็นชั้นๆ เราต้องทำให้มีอุณหภูมิถึง 900 องศาเซลเซียส ดังนั้นนอกเหนือจากสภาวะที่ธรรมชาติมอบให้เราแล้ว เรายังต้องใช้เครื่องดูดฝุ่นในการเป่า (เครื่องเป่าลมเลียนแบบ) มีเครื่องดูดฝุ่นสองตัว และพวกเขาเปิดเครื่องทีละเครื่อง โดยทำงานได้นาน 30 นาทีโดยไม่หยุดพัก แต่หลังจากการหลอมละลายเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงเตาก็เริ่มแตกเนื่องจากอิฐปูนทรายไม่สามารถทนได้ อุณหภูมิสูง. แต่ถึงแม้จะแตก แต่ส่วนที่ละลายก็ไม่แตกสลายภายใน 2 ชั่วโมง 30 นาที ในระหว่างกระบวนการหลอม เราวัดอุณหภูมิภายในเตาเผาโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ อุณหภูมิอยู่ระหว่าง 800 ถึง 1300 องศาเซลเซียส ขั้นตอนการเตรียมการทั้งหมดใช้เวลา 4 ชั่วโมง

ระเบิดทางอากาศ. ในภาพ - Valentina Fedorovna Kuznetsova - เจ้าของเครื่องดูดฝุ่น

การวัดอุณหภูมิโดยใช้ไพโรมิเตอร์ดำเนินการโดย Alexey Kovalev

ผลละลาย

หลังจากแยกชิ้นส่วนเตาในวันรุ่งขึ้น เราก็เอาชิ้นส่วนสีเทาที่มีเงาโลหะจางๆ ออกมา

การแยกชิ้นส่วนเตา

ตัวอย่างโลหะที่ได้

เห็นได้ชัดว่ามีปฏิกิริยาทางโลหะวิทยาเกิดขึ้น (ก่อนและหลัง)

ความพยายามที่จะปลอมแปลงโลหะที่เกิดขึ้น

ตามวิธีที่ Jules Verne อธิบายไว้ ตัวอย่างของโลหะที่ได้จะต้องถูกปลอมแปลง ในการทำเช่นนี้เราได้พาพวกเขาไปที่โรงตีเหล็กซึ่งช่างตีเหล็กได้ให้ความร้อนแก่พวกเขาในโรงตีเหล็ก แต่โลหะของเราก็พังทลายลงภายใต้ค้อนของเขา การตรวจสอบที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการ VNIIEF แห่งหนึ่งพบว่าสารที่ได้ประกอบด้วยเหล็ก 20% และส่วนที่เหลือคือเหล็กออกไซด์

บทสรุป

เราได้รับโลหะดังกล่าวแล้ว แต่ปรากฏว่าไม่เหมาะสมสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ใดๆ

อะไรที่เป็นของเรา ข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้? เราโพสต์ประสบการณ์ออนไลน์และได้รับความคิดเห็นมากมาย ซึ่งบางส่วนก็มีคุณค่า

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผู้ใช้ชื่อเล่น 3meys บอกเราว่า:

“เมื่อทำการถลุงแร่ อุณหภูมิควรอยู่ที่ประมาณ 900 องศา และควรมีออกซิเจนที่ไม่เผาไหม้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อไม่ให้โลหะออกซิไดซ์กลับ”

จากนี้ เราสรุปได้ว่าเรามีอุณหภูมิสูงกว่าที่จำเป็นเล็กน้อย และเหล็กออกซิไดซ์ที่ลดลง ซึ่งอธิบายความเปราะบางและความพรุนของตัวอย่างที่เราได้รับ

อย่างไรก็ตามเราเชื่อว่าเราบรรลุเป้าหมายแล้ว - เราดำเนินการถลุงซึ่งเป็นผลมาจากกระบวนการทางโลหะวิทยา ด้วยการทดลองของเรา เราเข้าใกล้ความเข้าใจในการผลิตโลหะวิทยาโบราณมากขึ้น

รับทราบ

ผู้เขียนและผู้จัดการขอขอบคุณพนักงานของสถาบันฟิสิกส์การระเบิดของศูนย์นิวเคลียร์สหพันธรัฐรัสเซีย-VNIIEF Alexey Evgenievich Kovalev สำหรับการวัดอุณหภูมิโดยใช้ไพโรมิเตอร์ และ Mikhail Igorevich Tkachenko สำหรับการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของแร่และโลหะ

บรรณานุกรม

1. Mikhailov L. (หัวหน้างาน A.M. Podurets, V.F. Kuznetsova) โรงงาน Unzhensky ของ Batashevs รายงานที่การอ่านของโรงเรียน Kharitonov, Sarov, 2010
2. Voskoboynikov V.G. , Kudrin V.A. , Yakushev A.M. โลหะวิทยาทั่วไป มอสโก, 2545
3. http://erzya.ru/culture/57-krichniki.html
4. เวิร์น เจ. เกาะลึกลับ มินสค์, 1984.
5. http://leprosorium.ru/comments/948169

แอปพลิเคชัน

การเปรียบเทียบเทคโนโลยีในปัจจุบัน ในศตวรรษที่ 17 - 18 (เมื่อวาน) กับของเรา

การขุดแร่:

การบดแร่:

รับถ่านหิน:

ได้แร่เหล็กด้วยวิธีปกติ: การขุดแบบเปิดหรือใต้ดิน และการขนส่งต่อไปยังการเตรียมเบื้องต้น โดยที่วัสดุถูกบด ล้าง และแปรรูป

แร่จะถูกเทลงในเตาหลอมเหล็กและเผาด้วยลมร้อนและความร้อน ซึ่งเปลี่ยนให้กลายเป็นเหล็กหลอมเหลว จากนั้นจึงนำออกจากด้านล่างของเตาหลอมเป็นแม่พิมพ์ที่เรียกว่าสุกร ซึ่งจะเย็นตัวลงเพื่อผลิตเหล็กหล่อ นำมาแปรรูปเป็นเหล็กดัดหรือแปรรูปเป็นเหล็กได้หลายวิธี

เหล็กคืออะไร?

ในตอนแรกมีเหล็ก มันเป็นหนึ่งในนั้น สามารถพบได้เกือบทุกที่รวมกับองค์ประกอบอื่น ๆ มากมายในรูปของแร่. ในยุโรปการเริ่มต้นทำงานกับเหล็กมีขึ้นตั้งแต่ 1700 ปีก่อนคริสตกาล

ในปี 1786 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Berthollet, Monge และ Vandermonde ระบุอย่างแม่นยำว่าความแตกต่างระหว่างเหล็ก เหล็กหล่อ และเหล็กกล้านั้นเกิดจากปริมาณคาร์บอนที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม เหล็กที่ทำจากเหล็กกลายเป็นโลหะที่สำคัญที่สุดของการปฏิวัติอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 การผลิตเหล็กทั่วโลกอยู่ที่ 28 ล้านตัน มากกว่าในปี 1880 ถึงหกเท่า เมื่อเริ่มสงครามโลกครั้งที่หนึ่งมีการผลิต 85 ล้านตัน ภายในไม่กี่ทศวรรษ มันก็เข้ามาแทนที่เหล็กได้จริง

ปัจจุบันมีแบรนด์สินค้า (สารประกอบเคมี) มากกว่า 3,000 แบรนด์ ไม่นับแบรนด์ที่สร้างขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของแต่ละบุคคล ทั้งหมดนี้มีส่วนทำให้เหล็กเป็นวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแก้ปัญหาความท้าทายในอนาคต

วัตถุดิบสำหรับการผลิตเหล็ก: ประถมศึกษาและมัธยมศึกษา

การถลุงโลหะนี้โดยใช้ส่วนประกอบหลายอย่างเป็นวิธีการขุดที่พบได้บ่อยที่สุด วัสดุชาร์จสามารถเป็นได้ทั้งวัสดุหลักหรือวัสดุรอง องค์ประกอบหลักของประจุคือเหล็กพิก 55% และเศษโลหะที่เหลือ 45% โลหะผสมเฟอร์โรอัลลอย เหล็กหล่อที่ผ่านการแปลงสภาพ และโลหะบริสุทธิ์ทางเทคนิคใช้เป็นองค์ประกอบหลักของโลหะผสม ตามกฎแล้วองค์ประกอบรองจะรวมถึงโลหะเหล็กทุกประเภท

แร่เหล็กเป็นวัตถุดิบที่สำคัญและเป็นพื้นฐานที่สุดในอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า ในการผลิตเหล็กหล่อหนึ่งตัน ต้องใช้วัสดุนี้ประมาณ 1.5 ตัน ในการผลิตเหล็กหมู 1 ตัน ต้องใช้โค้กประมาณ 450 ตัน โรงงานโลหะวิทยาหลายแห่งใช้ด้วยซ้ำ

น้ำเป็นวัตถุดิบที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับดับโค้ก, ทำความเย็นเตาหลอมระเบิด, สร้างไอน้ำในประตูการทำงานของอุปกรณ์ไฮดรอลิกและการถอดออก น้ำเสีย. ต้องใช้อากาศประมาณ 4 ตันในการผลิตเหล็กหนึ่งตัน ฟลักซ์ใช้ในเตาหลอมเพื่อขจัดสิ่งเจือปนจากการถลุงแร่ หินปูนและโดโลไมต์รวมกับสิ่งเจือปนที่สกัดออกมาเพื่อสร้างตะกรัน

ทั้งเตาหลอมและเตาหลอมเหล็กนั้นบุด้วยวัสดุทนไฟ ใช้สำหรับเตาหลอมที่ออกแบบมาเพื่อถลุงแร่เหล็ก ใช้ซิลิกาหรือทรายในการปั้น อลูมิเนียม โครเมียม โคบอลต์ ทองแดง ตะกั่ว แมงกานีส โมลิบดีนัม นิกเกิล ดีบุก ทังสเตน สังกะสี วาเนเดียม ฯลฯ ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเหล็กเกรดต่างๆ แมงกานีสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการถลุงเหล็กในบรรดาโลหะผสมเหล่านี้

เศษเหล็กที่ได้จากการรื้อโครงสร้างโรงงาน กลไก เก่า ยานพาหนะฯลฯ มีการประมวลผลและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนี้

เหล็กหล่อสำหรับเหล็ก

การถลุงเหล็กโดยใช้เหล็กหล่อนั้นดำเนินการบ่อยกว่าวัสดุอื่นมาก เหล็กหล่อเป็นคำที่มักหมายถึงเหล็กสีเทา อย่างไรก็ตาม ยังระบุได้ด้วยกลุ่มเฟอร์โรอัลลอยจำนวนมาก คาร์บอนมีส่วนประกอบประมาณ 2.1 ถึง 4 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ในขณะที่ซิลิคอนโดยทั่วไปมีส่วนประกอบอยู่ที่ 1 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักในโลหะผสม

เหล็กและเหล็กกล้าถูกหลอมที่จุดหลอมเหลวระหว่าง 1150 ถึง 1200 องศา ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กบริสุทธิ์ประมาณ 300 องศา เหล็กหล่อยังมีความลื่นไหลที่ดี สามารถแปรรูปได้ดีเยี่ยม และทนทานต่อการเสียรูป ออกซิเดชัน และการหล่อ

เหล็กยังเป็นโลหะผสมของเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนแปรผัน ปริมาณคาร์บอนของเหล็กอยู่ระหว่าง 0.2 ถึง 2.1 มวล% และเป็นวัสดุโลหะผสมที่ประหยัดที่สุดสำหรับเหล็ก การถลุงเหล็กจากเหล็กหล่อมีประโยชน์ในด้านวิศวกรรมและโครงสร้างที่หลากหลาย

แร่เหล็กสำหรับเหล็กกล้า

กระบวนการถลุงเหล็กเริ่มต้นด้วยการแปรรูปแร่เหล็ก หินที่มีแร่เหล็กถูกบดขยี้ แร่ถูกขุดโดยใช้ลูกกลิ้งแม่เหล็ก แร่เหล็กเนื้อละเอียดจะถูกแปรรูปเป็นก้อนเนื้อหยาบเพื่อใช้ในเตาถลุงเหล็ก ถ่านหินถูกทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนซึ่งส่งผลให้มีรูปแบบคาร์บอนที่เกือบบริสุทธิ์ จากนั้นส่วนผสมของแร่เหล็กและถ่านหินจะถูกให้ความร้อนเพื่อผลิตเหล็กหลอมหรือเหล็กหมูซึ่งใช้ในการผลิตเหล็ก

ในเตาออกซิเจนหลัก แร่เหล็กหลอมเหลวเป็นวัตถุดิบหลัก และผสมกับเศษเหล็กและโลหะผสมในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อผลิตเหล็กเกรดต่างๆ เตาอาร์คไฟฟ้าจะละลายเศษเหล็กรีไซเคิลให้เป็นเหล็กใหม่โดยตรง เหล็กประมาณ 12% ทำจากวัสดุรีไซเคิล

เทคโนโลยีการถลุง

การหลอมเป็นกระบวนการที่ได้โลหะมาในรูปของธาตุหรือสารประกอบธรรมดาจากแร่ของมันโดยการให้ความร้อนเหนือจุดหลอมเหลว โดยปกติเมื่อมีสารออกซิไดซ์ เช่น อากาศ หรือสารรีดิวซ์ เช่น โค้ก

ในเทคโนโลยีการผลิตเหล็ก โลหะที่รวมกับออกซิเจน เช่น เหล็กออกไซด์ จะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง และออกไซด์จะเกิดขึ้นร่วมกับคาร์บอนในเชื้อเพลิง ซึ่งออกมาเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์หรือคาร์บอนไดออกไซด์
สิ่งเจือปนอื่นๆ เรียกรวมกันว่าเส้นเลือด จะถูกกำจัดออกโดยการเติมกระแสซึ่งพวกมันรวมกันเป็นตะกรัน

การหลอมเหล็กสมัยใหม่ใช้เตาสะท้อนเสียง แร่และลำธารที่มีความเข้มข้น (โดยปกติจะเป็นหินปูน) จะถูกโหลดไปที่ด้านบน และด้านที่หลอมละลาย (สารประกอบของทองแดง เหล็ก กำมะถัน และตะกรัน) จะถูกดึงออกจากด้านล่าง จำเป็นต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนครั้งที่สองในเตาอบคอนเวอร์เตอร์เพื่อขจัดเหล็กออกจากพื้นผิวด้าน

วิธีการพาออกซิเจน

กระบวนการ BOF เป็นกระบวนการผลิตเหล็กชั้นนำของโลก การผลิตของโลกเหล็กแปรรูปในปี 2546 มีจำนวน 964.8 ล้านตันหรือ 63.3% ของการผลิตทั้งหมด การผลิตคอนเวอร์เตอร์เป็นแหล่งของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ. ความท้าทายหลักในเรื่องนี้คือการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก การปล่อยก๊าซเรือนกระจก และการลดของเสีย สาระสำคัญอยู่ที่การใช้พลังงานสำรองและทรัพยากรวัสดุ

ความร้อนคายความร้อนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นระหว่างการเป่าลมร้อน

กระบวนการหลักในการผลิตเหล็กโดยใช้ทุนสำรองของเราเอง:

• เหล็กหมูหลอมเหลว (บางครั้งเรียกว่าโลหะร้อน) จากเตาหลอมเหล็กจะถูกเทลงในภาชนะขนาดใหญ่ที่กันไฟได้ซึ่งเรียกว่าทัพพี
• โลหะในทัพพีจะถูกส่งไปยังขั้นตอนการผลิตเหล็กหลักหรือขั้นตอนก่อนการประมวลผลโดยตรง
• ออกซิเจนบริสุทธิ์สูงที่ความดัน 700-1,000 กิโลปาสคาลจะถูกฉีดด้วยความเร็วเหนือเสียงลงบนพื้นผิวของอ่างเหล็กผ่านหอกระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งแขวนอยู่ในภาชนะและยกไว้เหนืออ่างหลายฟุต

การตัดสินใจเตรียมการรักษาจะขึ้นอยู่กับคุณภาพของโลหะร้อนและความต้องการ คุณภาพขั้นสุดท้ายกลายเป็น. คอนเวอร์เตอร์รุ่นแรกสุดที่มีพื้นแบบถอดได้ ซึ่งสามารถถอดและซ่อมแซมได้ ยังคงใช้งานอยู่ เปลี่ยนหอกที่ใช้เป่าแล้ว เพื่อป้องกันการติดขัดของ tuyere ในระหว่างการล้าง จึงมีการใช้ปลอกแขนแบบมีรูที่มีปลายทองแดงเรียวยาว ปลายทิปหลังจากการเผาไหม้ จะเผา CO ที่เกิดขึ้นจากการเป่าเข้าไปใน CO 2 และให้ความร้อนเพิ่มเติม ลูกดอก ลูกบอลทนไฟ และเครื่องตรวจจับตะกรันใช้ในการกำจัดตะกรัน

วิธีการพาออกซิเจน: ข้อดีและข้อเสีย

ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสำหรับอุปกรณ์ฟอกแก๊ส เนื่องจากการก่อตัวของฝุ่น เช่น การระเหยของเหล็ก ลดลง 3 เท่า เนื่องจากผลผลิตเหล็กลดลงทำให้ผลผลิตเหล็กเหลวเพิ่มขึ้น 1.5 - 2.5% ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความเข้มข้นของการไล่ล้างในวิธีนี้เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตของคอนเวอร์เตอร์ได้ 18% คุณภาพของเหล็กจะสูงขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิในบริเวณเป่าลดลงส่งผลให้การก่อตัวของไนโตรเจนลดลง

ข้อเสียของวิธีการถลุงเหล็กนี้ทำให้ความต้องการการบริโภคลดลงเนื่องจากระดับการใช้ออกซิเจนเพิ่มขึ้น 7% เนื่องจากการใช้เชื้อเพลิงสูง โลหะแปรรูปมีปริมาณไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่จำเป็นต้องดำเนินการไล่อากาศด้วยออกซิเจนเป็นระยะเวลาหนึ่งหลังจากสิ้นสุดกระบวนการ ในบรรดาวิธีการทั้งหมด วิธีการแปลงออกซิเจนมีการเกิดตะกรันสูงสุด สาเหตุก็คือ ไม่สามารถตรวจสอบกระบวนการออกซิเดชันภายในอุปกรณ์ได้

วิธีเปิดเตา

กระบวนการเตาแบบเปิดประกอบด้วยการแปรรูปเหล็กทั้งหมดที่ผลิตในโลกส่วนใหญ่ในศตวรรษที่ 20 วิลเลียม ซีเมนส์ในทศวรรษที่ 1860 แสวงหาวิธีการเพิ่มอุณหภูมิในเตาหลอมโลหะ เป็นการรื้อฟื้นข้อเสนอเก่าๆ ให้ใช้ความร้อนเหลือทิ้งที่เกิดจากเตาเผา เขาอุ่นอิฐที่อุณหภูมิสูง จากนั้นใช้เส้นทางเดียวกันเพื่อนำอากาศเข้าไปในเตาเผา อากาศอุ่นทำให้อุณหภูมิเปลวไฟเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมันหนักที่ทำให้เป็นอะตอมถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง อากาศและเชื้อเพลิงได้รับความร้อนก่อนการเผาไหม้ เตาหลอมเต็มไปด้วยเหล็กระเบิดเหลวและเศษเหล็ก พร้อมด้วยแร่เหล็ก หินปูน โดโลไมต์ และฟลักซ์

ตัวเตาทำจากวัสดุทนไฟสูง เช่น อิฐแมกนีไซต์สำหรับเตาไฟ เตาเผาแบบเปิดมีน้ำหนักมากถึง 600 ตัน และโดยทั่วไปจะติดตั้งเป็นกลุ่มเพื่อให้อุปกรณ์เสริมขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการชาร์จเตาเผาและแปรรูปเหล็กเหลวสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แม้ว่ากระบวนการเตาแบบเปิดจะถูกแทนที่เกือบทั้งหมดในประเทศอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ด้วยกระบวนการออกซิเจนพื้นฐานและเตาอาร์กไฟฟ้า แต่ก็ผลิตเหล็กได้ประมาณ 1/6 ของเหล็กทั้งหมดที่ผลิตทั่วโลก

ข้อดีและข้อเสียของวิธีนี้

ข้อดี ได้แก่ ใช้งานง่ายและง่ายต่อการผลิตโลหะผสมเหล็กพร้อมสารเติมแต่งต่างๆ ที่ทำให้วัสดุมีคุณสมบัติพิเศษต่างๆ สารเติมแต่งและโลหะผสมที่จำเป็นจะถูกเติมทันทีก่อนสิ้นสุดการถลุง

ข้อเสียได้แก่ ประสิทธิภาพที่ลดลงเมื่อเทียบกับวิธีแปลงออกซิเจน นอกจากนี้คุณภาพของเหล็กยังต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการถลุงโลหะแบบอื่น

วิธีการผลิตเหล็กด้วยไฟฟ้า

วิธีการถลุงเหล็กสมัยใหม่โดยใช้ปริมาณสำรองของตัวเองคือเตาที่ให้ความร้อนแก่วัสดุที่มีประจุโดยใช้อาร์คไฟฟ้า เตาอาร์คอุตสาหกรรมมีขนาดตั้งแต่หน่วยขนาดเล็กที่มีความสามารถในการรับน้ำหนักประมาณหนึ่งตัน (ใช้ในโรงหล่อเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กหล่อ) ไปจนถึง 400 ตันที่ใช้ในโลหะวิทยาทุติยภูมิ

เตาอาร์กที่ใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยอาจมีความจุเพียงไม่กี่สิบกรัม อุณหภูมิเตาอาร์คไฟฟ้าอุตสาหกรรมอาจสูงถึง 1800 °C (3.272 °F) ในขณะที่การติดตั้งในห้องปฏิบัติการอาจเกิน 3000 °C (5432 °F)

เตาอาร์คแตกต่างจากเตาเหนี่ยวนำตรงที่วัสดุชาร์จสัมผัสโดยตรงกับอาร์กไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าในขั้วจะไหลผ่านวัสดุที่มีประจุ เตาอาร์คไฟฟ้าใช้สำหรับการผลิตเหล็ก ประกอบด้วยวัสดุบุทนไฟ มักระบายความร้อนด้วยน้ำ มีขนาดใหญ่ และปิดด้วยหลังคาแบบยืดหดได้

เตาอบส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามส่วน:

• เปลือกประกอบด้วยผนังด้านข้างและชามเหล็กด้านล่าง
• เตาประกอบด้วยวัสดุทนไฟที่ขยายชามล่าง
• หลังคาแบบกันไฟหรือระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถออกแบบเป็นส่วนลูกหรือเป็นกรวยตัดทอน (ส่วนทรงกรวย)

ข้อดีและข้อเสียของวิธีการ

วิธีการนี้ครองตำแหน่งผู้นำในด้านการผลิตเหล็ก วิธีการถลุงเหล็กใช้เพื่อสร้างโลหะคุณภาพสูงที่ปราศจากสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการทั้งหมดหรือประกอบด้วยปริมาณเล็กน้อย เช่น ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส และออกซิเจน

ข้อได้เปรียบหลักของวิธีนี้คือการให้ความร้อน ซึ่งคุณสามารถควบคุมอุณหภูมิหลอมเหลวได้อย่างง่ายดาย และได้อัตราการให้ความร้อนที่เหลือเชื่อสำหรับโลหะ งานอัตโนมัติจะเป็นส่วนเสริมที่น่าพึงพอใจสำหรับโอกาสที่ดีเยี่ยมสำหรับการแปรรูปเศษโลหะต่างๆ คุณภาพสูง

ข้อเสีย ได้แก่ การใช้พลังงานสูง

กระบวนการได้เหล็กเริ่มต้นด้วยขั้นตอนการถลุงเหล็กหมูซึ่งมีคาร์บอนอยู่เป็นจำนวนมาก (ซึ่งเข้าสู่เหล็กหมูจากโค้กหรือถ่านที่ใช้ในการถลุงแร่) เหล็กหล่อนั้นแข็งมาก แต่ก็เปราะ คาร์บอนสามารถลบออกจากเหล็กหล่อได้อย่างสมบูรณ์ เหล็กดัดที่ได้จึงเป็นวัสดุที่อ่อนตัวได้แต่ค่อนข้างอ่อน คาร์บอนจำนวนหนึ่งจะถูกนำกลับเข้าไปอีกครั้ง และผลลัพธ์ที่ได้คือเหล็กกล้าที่มีความเหนียวเพียงพอและในขณะเดียวกันก็มีความแข็งเพียงพอ

คำนวณปริมาณไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการหลอมเหล็กหล่อ 1 ตันในเตาไฟฟ้า หากเราสมมติ ก) ปฏิกิริยารีดักชันของเหล็กในเตาเผาจะเกิดขึ้นตามแผนภาพต่อไปนี้:

กระบวนการทางโลหะวิทยาทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษาได้ กระบวนการปฐมภูมิหมายถึงการสกัดโลหะจากวัตถุดิบธรรมชาติหรือวัตถุดิบสังเคราะห์ต่างๆ (กระบวนการเตาหลอมเหล็ก การสกัดเหล็กโดยตรง การถลุงเหล็ก

ในกระบวนการถลุงเหล็กทั้งหมดจะมีส่วนประกอบของเหล็กเหลว จำนวนเล็กน้อยออกซิเจนละลายน้ำ (สูงถึง 0.1%) ในระหว่างการตกผลึกของเหล็ก ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนที่ละลายอยู่และเกิดเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (C) ก๊าซนี้ (เช่นเดียวกับก๊าซอื่นๆ ที่ละลายในเหล็กเหลว) จะถูกปล่อยออกมาจากเหล็กในรูปของฟองอากาศ นอกจากนี้ออกไซด์ของเหล็กและโลหะเจือปนจะถูกปล่อยออกมาตามขอบเกรนของเหล็ก ทั้งหมดนี้นำไปสู่การเสื่อมสภาพ คุณสมบัติทางกลกลายเป็น.

แมงกานีสถูกขุดในรูปของเฟอร์โรแมงกานีสซึ่งมีแมงกานีส 85-88% คาร์บอนมากถึง 7% ส่วนที่เหลือเป็นเหล็ก เฟอร์โรแมงกานีสถูกหลอมจากส่วนผสมของแร่แมงกานีสและแร่เหล็กโดยใช้ถ่านหินเป็นตัวรีดิวซ์ สมการปฏิกิริยาสำหรับการลด MnOz

ในระหว่างการออกซิเดชันของคาร์บอนและสิ่งสกปรก เหล็กโลหะส่วนหนึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็น FeO ออกไซด์ (ขยะโลหะ) เพื่อลดการสูญเสียโลหะ มันจะถูกสร้างใหม่ ซึ่งก็คือ ลดเหลือเป็นเหล็ก ด้วยเหตุนี้ในกระบวนการถลุงเหล็กจึงมีการแบ่งช่วงเวลาตามลำดับสองช่วงเวลา - ออกซิเดชั่นและการลดลงซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพ

B. ระยะเวลาการฟื้นตัวของการถลุงระหว่างการถลุงเหล็กที่แปลงออกซิเจนจะถูกแยกเชิงพื้นที่จากช่วงออกซิเดชันและเกิดขึ้นหลังจากที่เหล็กถูกปล่อยออกจากคอนเวอร์เตอร์ในทัพพี พร้อมกันกับการลดลงของเหล็กออกไซด์ FeO ในการรีดิวซ์

กระบวนการทางเทคโนโลยีของการแปรรูปแร่เหล็ก ถ่านหิน หินปูน และเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสามารถแบ่งออกเป็น 3-4 ขั้นตอนหลัก ซึ่งดำเนินการแยกกันเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เฉพาะ ซึ่งในขั้นตอนต่อไปจะถูกแปรรูปเป็นประเภทใหม่ ของผลิตภัณฑ์ ขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการสามารถเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนเดียว การติดตั้งเทคโนโลยี. สิ่งนี้จะไม่เพียงช่วยประหยัดพลังงานและค่าขนส่งเท่านั้น แต่ยังช่วยลดความซับซ้อนอีกด้วย กระบวนการทางเทคโนโลยี. ขั้นตอนทางเทคโนโลยีหลักในการผลิตเหล็กหล่อและเหล็กกล้ามีดังต่อไปนี้: การเตรียมวัตถุดิบ (ถ่านโค้ก การย่างหินปูน การผลิตซินเตอร์และเม็ดแร่เหล็ก) การผลิตเหล็กหล่อ (การถลุงแร่ด้วยระเบิด การผลิตเหล็กหล่อฟองน้ำ ผ่านการลดปริมาณเหล็กโดยตรง) เหล็ก (ในเตาแบบเปิดและเตาอาร์กไฟฟ้า Bessemer และเครื่องแปลงออกซิเจนขั้นพื้นฐาน) ผลิตภัณฑ์รีด (การหล่อเหล็กแท่งยาวอย่างต่อเนื่อง การรีดเหล็กยาว การผลิตท่อ การตีขึ้นรูป)

โลหะชนิดแรกที่ใช้อาจเป็นทองคำและเงิน เนื่องจากสามารถพบได้ในธรรมชาติในสภาพอิสระ ส่วนใหญ่จะใช้ในผลิตภัณฑ์ตกแต่ง ทองแดงเริ่มถูกนำมาใช้ประมาณ 8,000 ปีก่อนคริสตกาลเพื่อผลิตเครื่องมือ อาวุธ เครื่องครัว และเครื่องประดับ ประมาณ 3,800 ปีก่อนคริสตกาล มีการประดิษฐ์ทองสัมฤทธิ์ ซึ่งเป็นโลหะผสมของทองแดงและดีบุก เป็นผลให้มนุษยชาติย้ายจากยุคหินไปสู่ยุคสำริด จากนั้นก็พบวิธีหลอมเหล็ก และยุคเหล็กก็เริ่มต้นขึ้น ในขณะที่ผู้คนสะสมของพวกเขา การทดลองทางเคมีวงกลมก็ขยายออก วัสดุที่มีประโยชน์ซึ่งมนุษย์เรียนรู้ที่จะได้มาจากการแปรรูปแร่หลากหลายชนิด

ไม่แนะนำให้ใช้วิธีการเผาทองแดงด้วยวิธีไพโรเมทัลโลหการสำหรับการแปรรูปแร่คุณภาพต่ำที่ไม่สามารถเสริมสมรรถนะได้ หมวดหมู่นี้รวมถึงแร่ออกซิไดซ์ทั้งเกรดต่ำและเกรดสูงกว่า รวมถึงการทิ้งแร่ซัลไฟด์คุณภาพต่ำและหางแร่จากการแปรรูป สำหรับวัตถุดิบนี้ จะใช้วิธีการกรองทองแดงออกจากแร่และสกัดจากสารละลายผ่านการตกตะกอนของเหล็กหรืออิเล็กโทรไลซิสด้วยแอโนดที่ไม่ละลายน้ำ

แร่ที่พบมากที่สุดซึ่งได้รับโครเมียมคือแร่เหล็กโครเมียม PeCgaO คำนวณเนื้อหา (เป็นเปอร์เซ็นต์) ของสิ่งเจือปนในแร่หากทราบว่าจาก 1 ตันในระหว่างการถลุงจะได้เฟอร์โรโครม 240 กิโลกรัม (โลหะผสมของเหล็กและโครเมียม) ที่มีโครเมียม 65%

ปริมาณธาตุเหล็กในแร่นี้โดยน้ำหนักเป็นเท่าใด (เป็นเปอร์เซ็นต์) ต้องใช้คาร์บอนเท่าไรในการถลุงเหล็ก

การใช้แร่โพลีเมทัลลิกซัลไฟด์ที่ซับซ้อนทำให้เกิดโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก กรดซัลฟูริก และเหล็กออกไซด์หลากหลายชนิดสำหรับการถลุงเหล็กหล่อ ตัวอย่างการใช้วัสดุธรรมชาติแบบบูรณาการซึ่งเป็นส่วนผสมของสารอินทรีย์ ได้แก่ การใช้ถ่านโค้กควบคู่ไปด้วย การผลิตสารเคมี, น้ำมัน หินดินดาน พีท และการแปรรูปไม้ ได้รับผลิตภัณฑ์หลายร้อยรายการจากเชื้อเพลิงแต่ละประเภท ก่อนหน้านี้ เมื่อใช้ถ่านหินโค้ก ผลิตภัณฑ์เดียวของกระบวนการนี้คือโค้ก ก๊าซถูกเผาในเตาเผา และน้ำมันดินถูกทิ้งไป ปัจจุบันเบนซีนไฮโดรคาร์บอน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และสารที่มีคุณค่าอื่นๆ ถูกแยกออกจากก๊าซเตาอบโค้ก

การถลุงแก้ว. กระจกสามารถโปร่งใสหรือโปร่งแสง ไม่มีสีหรือสีก็ได้ เป็นผลิตภัณฑ์จากการหลอมใหม่ที่อุณหภูมิสูงโดยมีส่วนผสมของซิลิคอน (ควอตซ์หรือทราย) โซดา และหินปูน เพื่อให้ได้แสงเฉพาะหรือผิดปกติและอื่นๆ คุณสมบัติทางกายภาพวัสดุอื่นๆ (อะลูมิเนียม โปแตช โซเดียมบอเรต ลีดซิลิเกตหรือแบเรียมคาร์บอเนต) ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งในการหลอมละลายหรือทดแทนส่วนหนึ่งของโซดาและหินปูนในประจุ การหลอมที่มีสีเกิดขึ้นจากการเติมเหล็กหรือโครเมียมออกไซด์ (สีเหลืองหรือสีเขียว) แคดเมียมซัลไฟด์ (สีส้ม) โคบอลต์ออกไซด์ (สีน้ำเงิน) แมงกานีส (สีม่วง) และนิกเกิล (สีม่วง) อุณหภูมิที่ต้องอุ่นส่วนผสมเหล่านี้เกิน 1500 °C แก้วไม่มีจุดหลอมเหลวจำเพาะและอ่อนตัวลงเป็นสถานะของเหลวที่อุณหภูมิ 1,350-1,600 ° C การใช้พลังงานแม้ในเตาเผาที่ออกแบบมาอย่างดีคือแก้วที่ผลิตได้ประมาณ 4,187 กิโลจูล/กก. อุณหภูมิเปลวไฟที่ต้องการ (1800-1950 °C) ทำได้โดยการเผาไหม้ก๊าซผสมกับอากาศ ซึ่งได้รับความร้อนถึง 1000 °C ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสร้างใหม่ ซึ่งสร้างจากอิฐทนไฟและให้ความร้อนโดยผลิตภัณฑ์ของเสียจากการเผาไหม้ ก๊าซถูกเป่าเข้าไปในกระแสอากาศร้อนผ่านผนังด้านข้างของหัวด้านบนของเครื่องกำเนิดใหม่ซึ่งเป็นห้องเผาไหม้หลัก และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เมื่อปล่อยความร้อนให้กับแก้วที่ละลายแล้ว ออกจากเตาเผาและเข้าไปในเครื่องกำเนิดใหม่ ตั้งอยู่ตรงข้าม เมื่ออุณหภูมิของอากาศทำความร้อนที่จ่ายให้กับการเผาไหม้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ การไหลของอากาศและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะกลับกัน และก๊าซจะเริ่มไหลเข้าสู่การไหลของอากาศที่ได้รับความร้อนในรีเจนเนอเรเตอร์ที่อยู่ตรงข้าม

อิเล็กโทรดโคโรนาในตัวตกตะกอนไฟฟ้าสถิตแนวตั้งคือลวดกลมบาง ลวดที่มีหนามแหลมเล็กๆ หรือลวดที่มีหน้าตัดรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือรูปดาว เนื่องจากอิเล็กโทรดโคโรนามักจะยาวเกิน 6 ม. ลวดกลมแม้จะบางพอที่จะทำให้โคโรนามีความเสถียร แต่ก็อาจไม่แข็งแรงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการสั่นสะเทือนระหว่างการเขย่า ในเรื่องนี้มีการใช้ลวดเกจที่มีขนาดใหญ่กว่ากับหน้าตัดรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือรูปดาวซึ่งมีขอบแหลมคมซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการก่อตัวของเม็ดมะยมที่มั่นคง ในเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าสถิตบางชนิด แนะนำให้ใช้อิเล็กโทรดลวดหนาม และล่าสุดได้ถูกนำมาใช้เพื่อสะสมไอของเหล็กออกไซด์ในการถลุงเหล็กด้วยออกซิเจน

หลักการใช้ของเสียอุตสาหกรรม (การใช้วัตถุดิบแบบบูรณาการ เทคโนโลยีไร้ขยะ) การเปลี่ยนของเสียเป็นผลพลอยได้จากการผลิตช่วยให้สามารถใช้วัตถุดิบได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนผลิตภัณฑ์และป้องกันมลภาวะ สิ่งแวดล้อม. ตัวอย่างเช่น การแปรรูปแร่โพลีเมทัลลิกซัลไฟด์ที่ซับซ้อนทำให้เกิดโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ซัลเฟอร์ กรดซัลฟิวริก และเหล็ก (III) ออกไซด์สำหรับการถลุงเหล็กหล่อ การใช้วัตถุดิบแบบบูรณาการทำหน้าที่เป็นพื้นฐานในการรวมกิจการ ในขณะเดียวกันก็มีอุตสาหกรรมใหม่ๆ เกิดขึ้นที่แปรรูปของเสียจากองค์กรหลักซึ่งให้ผลสูง ผลกระทบทางเศรษฐกิจและคือ องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดเคมีของเศรษฐกิจของประเทศ

โลหะสามารถสกัดได้จากแร่โดยตรงโดยการลดด้วยไฟฟ้าหรือสารเคมี การลดอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งมีการกล่าวถึงไปแล้วในนิกาย 19.6 ใช้ในระดับอุตสาหกรรมเพื่อให้ได้โลหะโซเดียม แมกนีเซียม และอลูมิเนียมที่มีฤทธิ์มากที่สุด โลหะที่เกิดปฏิกิริยาน้อย เช่น ทองแดง เหล็ก และสังกะสี ถูกผลิตขึ้นในระดับอุตสาหกรรมโดยการลดการใช้สารเคมี โดยส่วนใหญ่ของโลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยนั้นได้มาจากการลดการหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นกระบวนการดังกล่าวจึงเรียกว่าการถลุง

คาร์บอนไดออกไซด์เกิดจากการรีดิวซ์ของเหล็กออกไซด์ [สมการ (22.20)] และจากการสลายตัวของหินปูนด้วย แต่หินปูนไม่เพียงแต่มีบทบาทในการจ่ายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในการถลุงเหล็กเท่านั้น โดยทั่วไปแร่ที่นำกลับมาประกอบด้วย

เมื่อทำการถลุงเหล็ก ตะกรันจะลอยอยู่บนพื้นผิวของโลหะหลอมเหลว เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันจากอากาศที่เข้ามา เหล็กและตะกรันที่เกิดขึ้นจะถูกเอาออกจากเตาเป็นระยะ เหล็กที่ผลิตในเตาถลุงเหล็กเรียกว่าเหล็กหล่อและมีคาร์บอนมากถึง 5% และสิ่งสกปรกอื่น ๆ มากถึง 2% ได้แก่ ซิลิคอน ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์

เมื่อหลอมเหล็กหล่อในเตาถลุงเหล็ก กระบวนการทางเคมีต่างๆ จะเกิดขึ้น โดยเฉพาะการลดลงของเหล็ก (III) ออกไซด์ด้วยคาร์บอน (II) ออกไซด์ ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยสมการ Fe203 + 3C0 = Fe-(-3C02

ปฏิกิริยาเคมีระหว่างการถลุงเหล็กและเหล็กกล้าเกิดขึ้นในสารละลายเป็นหลัก เหล็กและเหล็กกล้าเหลวเป็นสารละลายของธาตุต่างๆ ในเหล็ก ในเตาถลุงเหล็กและเตาถลุงเหล็กพวกมันจะทำปฏิกิริยากับตะกรันของเหลวซึ่งเป็นสารละลายของออกไซด์

ซีลีเนียมและเทลลูเรียมพบได้ในแร่ธาตุหายาก เช่น Cl33e, Pb5e, A25e, Cu2Te, PbTe, A2Te และ AuTe และยังเป็นสิ่งเจือปนในแร่ซัลไฟด์ของทองแดง เหล็ก นิกเกิล และตะกั่วอีกด้วย จากมุมมองทางอุตสาหกรรม แหล่งที่มาสำคัญของการสกัดองค์ประกอบเหล่านี้คือ แร่ทองแดง. อยู่ในกระบวนการเผาเมื่อทำการหลอมโลหะทองแดง ส่วนใหญ่ซีลีเนียมและเทลลูเรียมยังคงอยู่ในทองแดง ในระหว่างการทำให้ทองแดงบริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า ตามที่อธิบายไว้ในนิกาย 19.6 สิ่งเจือปน เช่น ซีลีเนียม และเทลลูเรียม พร้อมด้วย โลหะมีค่าทองคำและเงินสะสมอยู่ในตะกอนแอโนดที่เรียกว่า เมื่อตะกอนแอโนดได้รับการบำบัดด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่อุณหภูมิประมาณ 400°C ซีลีเนียมจะถูกออกซิไดซ์เป็นซีลีเนียมไดออกไซด์ ซึ่งจะระเหยจากส่วนผสมของปฏิกิริยา

ในบางกรณี (เช่น เมื่อหลอมเหล็กหม้อแปลง) จำเป็นต้องมีความเข้มข้นของคาร์บอนต่ำมากที่ 0.002-0.003% จากสมการข้างต้นเป็นที่ชัดเจนว่าเพื่อจุดประสงค์นี้จำเป็นต้องลด PCO การใช้เตาสุญญากาศในโลหะวิทยาสมัยใหม่ทำให้สามารถหลอมเหล็กและเหล็กกล้าที่มีปริมาณคาร์บอนน้อยที่สุดได้

เมื่อทำการถลุงเหล็กจากแร่เหล็กแม่เหล็ก ปฏิกิริยาอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นในเตาถลุงเหล็กจะถูกแสดงโดยสมการ Res04 + CO = 3ReO + Oj โดยใช้ข้อมูลในตารางที่ 1 5 การใช้งาน กำหนดผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลของปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปในทิศทางใด

แร่เหล็กแม่เหล็ก ปริมาณแร่เหล็กออกไซด์ของแร่เหล็ก 50-70% ประกอบด้วยเหล็กออกไซด์เป็นส่วนใหญ่ (11, ป่วย) RbzO, วัตถุดิบสำหรับการผลิตเหล็กหล่อ, สารเติมแต่งในการผลิตเหล็ก (การถลุง)

ยู-88. จากแร่เหล็กโครเมียม Fe(CrO2)a จำนวน 1 ตัน ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการถลุงโลหะผสมเหล็กและโครเมียม 240 กิโลกรัม - เฟอร์โรโครม ซึ่งมีโครเมียม 65% คำนวณเปอร์เซ็นต์ของสิ่งเจือปนในแร่

เมื่อทำการหลอมเหล็กโครเมียมสูงประเภท X18N10T จะเกิดหอยเชลล์แปลก ๆ ที่มีปริมาณ AlA TiO เพิ่มขึ้น (มากถึง 33%) เหล็กออกไซด์ (มากถึง 57%) และโครเมียมออกไซด์ (มากถึง 33%) จะเกิดขึ้นในการทำงาน พื้นผิวของซับในทนไฟ ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของซับเพิ่มขึ้น

เป็นผลให้เกิดชั้นของเหลวสองชั้นขึ้นในเตาเผา - ตะกรันที่เบากว่าอยู่ด้านบน และโลหะหลอมที่ประกอบด้วย FeS และ U2S (ด้าน) ด้านล่าง ตะกรันถูกระบายออกและของเหลวเคลือบจะถูกเทลงในคอนเวอร์เตอร์ซึ่งมีการเติมฟลักซ์และอากาศจะถูกเป่าเข้าไป ตัวแปลงสำหรับการถลุงทองแดงนั้นคล้ายกับที่ใช้ในการผลิตเหล็กโดยมีเพียงอากาศเท่านั้นที่ถูกจ่ายเข้าไปจากด้านข้าง (เมื่อจ่ายอากาศจากด้านล่างทองแดงจะถูกระบายความร้อนและแข็งตัวอย่างมาก) ทองแดงหลอมเหลวก่อตัวขึ้นในคอนเวอร์เตอร์ เหล็กซัลไฟด์จะกลายเป็นออกไซด์ซึ่งกลายเป็นตะกรัน

ปริมาณกำมะถันขั้นสุดท้ายในโค้กที่เผาจากน้ำมันดิน Arlan นั้นเหมือนกับในโค้กจากสารตกค้างที่แตกร้าวของน้ำมัน Romashkin นั่นคือน้อยกว่า 1% โดยพื้นฐานแล้วตัวบ่งชี้ที่เหลือจะเหมือนกัน ยกเว้นปริมาณวาเนเดียม (สูงกว่าโค้ก Arlan 1.5 เท่า) เหล็กและโลหะอื่น ๆ ปริมาณวานาเดียมที่เพิ่มขึ้นในโค้กที่ปราศจากซัลเฟอร์ไรซ์นั้นอธิบายได้จากปริมาณวานาเดียมที่มีปริมาณสูงในน้ำมัน Arlan ด้วยเหตุนี้โค้กดังกล่าวจึงไม่สามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอลูมิเนียมได้ เมื่อทำการถลุงอะลูมิเนียม วาเนเดียมก็เหมือนกับโลหะอื่นๆ ที่ผลิตจากโค้ก

งานนี้อธิบายถึงผลกระทบของแมงกานีสต่อการแตกร้าวของซัลไฟด์ของเหล็ก แมงกานีสในปริมาณตั้งแต่ 1 ถึง 167o ถูกนำมาใช้ในระหว่างการถลุงเหล็กเสริมที่มี 0.04% C ลงในเหล็กกล้า 20 และลงในเหล็ก U8 ผลการวิจัยแสดงไว้ในตาราง 1.2 ซึ่งจะเห็นได้ว่าโลหะผสมเหล็กกับแมงกานีสเพิ่มความไวต่อการแตกร้าวในสภาพแวดล้อมที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์ และผลกระทบด้านลบของแมงกานีสขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนในเหล็ก ดังนั้นผลกระทบเชิงลบของแมงกานีสสำหรับเหล็กเสริม เหล็ก 20 และเหล็ก U8 เริ่มปรากฏที่เนื้อหา 3 2 n 1% ตามลำดับ ผู้เขียนเชื่อมโยงผลกระทบด้านลบของแมงกานีสต่อการแตกร้าวของเหล็กกับลักษณะของ

ในสาขาโลหะวิทยา ความสำคัญอย่างยิ่งมีโลหะผสมของเหล็กและซิลิคอน - เฟอร์โรซิลิคอน มันถูกใช้สำหรับการกำจัดออกซิเดชันของเหล็กหลายเกรดและสำหรับการผลิตเฟอร์โรอัลลอยด์ซิลิคอน-คาร์บอน เฟอร์โรซิลิคอนที่มีเนื้อหา 9-17% 51 ถูกหลอมในเตาถลุงเหล็กจากควอตซ์ ตะไบเหล็ก และโค้ก เฟอร์โรซิลิคอนที่มีปริมาณซิลิกอนสูงเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับการผลิตชิ้นส่วนสำหรับอุปกรณ์เคมีเนื่องจากมีความทนทานต่อกรดเป็นพิเศษ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารรีดิวซ์ในการถลุงซิลิโคแมงกานีส เฟอร์โรทังสเตน และเฟอร์โรโมลิบดีนัม การเติมซิลิคอนลงในเหล็กในรูปของเฟอร์โรซิลิกอนในระหว่างการถลุงทำให้มีความยืดหยุ่นและเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน

คุณลักษณะบางอย่างของกระบวนการถลุงทั่วไปสามารถแสดงได้ด้วยตัวอย่างการลดปริมาณธาตุเหล็ก การถลุงเหล็กอย่างต่อเนื่องจะดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์พิเศษที่เรียกว่าเตาหลอมเหล็ก การแสดงแผนผังจะแสดงในรูปที่. 22.16. ส่วนผสมของโค้ก หินปูน และแร่บด ซึ่งมักจะมี FejO ถูกบรรจุไว้ที่ด้านบนของเตาถลุงเหล็ก (โค้กคือกากของแข็งที่ได้จากถ่านโค้กเชื้อเพลิงธรรมชาติ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นถ่านหิน เพื่อกำจัดส่วนประกอบที่ระเหยง่ายออกไป) อากาศร้อนซึ่งบางครั้งอุดมด้วยออกซิเจน จะถูกสูบเข้าไปในเตาเผาจากด้านล่าง เพื่อให้ได้เหล็ก 1 ตัน ต้องใช้แร่ประมาณ 2 ตัน โค้ก 1 ตัน และหินปูน 0.3 ตัน เตาหลอมเหล็กหนึ่งเตาสามารถผลิตเหล็กได้มากถึง 2,000 ตันต่อวัน อากาศที่สูบเข้าไปในเตาเผาจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนจนเกิดเป็น CO ในกรณีนี้ ปริมาณความร้อนจะถูกปล่อยออกมาจนอุณหภูมิประมาณ 1,500°C เกิดขึ้นที่ส่วนล่างของเตาเผา การลดลงของเหล็กโลหะสามารถอธิบายได้ด้วยปฏิกิริยา

แร่เหล็กแม่เหล็กซึ่งประกอบด้วย FegOi 90% สามารถผลิตได้กี่ตันเมื่อถลุงเหล็กหมู 2 ตันที่มีปริมาณเหล็ก 93% หากผลผลิตผลิตภัณฑ์อยู่ที่ 92%

การนำซิลิคอนเข้าสู่เหล็กและเหล็กหล่อจะมาพร้อมกับการก่อตัวของซิลิไซด์ของเหล็ก (เฟอร์โรซิลิกอน FeSi) เหล็กหล่อที่มีซิลิคอน 15-17% สามารถทนกรดได้ เฟอร์โรซิลิกอนจะถูกเติมลงในเหล็กเมื่อถูกถลุงเพื่อขจัดออกซิเจนที่มีอยู่

MATE เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กบางชนิด (Cu, N1, Pv ฯลฯ) จากแร่เหลว Sh. - โลหะผสมของเหล็กซัลไฟด์กับซัลไฟด์ของโลหะที่เกิดขึ้น (เช่น Cu, 8)

ปรากฏการณ์การลดจุดหลอมเหลวของสารละลายมีความสำคัญทั้งในธรรมชาติและเทคโนโลยี ตัวอย่างเช่นการถลุงเหล็กหล่อจากแร่เหล็กได้รับการอำนวยความสะดวกอย่างมากโดยข้อเท็จจริงที่ว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กลดลงประมาณ 400 ° C เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าคาร์บอนและองค์ประกอบของตัวทำละลายอื่น ๆ ละลายอยู่ในนั้น เช่นเดียวกับออกไซด์ทนไฟที่ประกอบเป็นหินเสีย ซึ่งเมื่อรวมกับฟลักซ์ (CaO) จะทำให้เกิดสารละลาย (ตะกรัน) ที่ละลายที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ ทำให้สามารถดำเนินการกระบวนการแบทช์อย่างต่อเนื่องในเตาถลุงเหล็ก โดยปล่อยเหล็กเหลวและตะกรันออกมา ]