Come funziona l'altoforno?

Introduzione

Gli altiforni svolgono un ruolo importante nella produzione dell'acciaio, riducendo il minerale di ferro in ferro attraverso un processo di fusione per riduzione ad alta temperatura. In questo articolo vedremo più da vicino come funziona un altoforno, le sue parti e funzionalità e il suo utilizzo in altri settori.

Che cos'è un altoforno?

Gli altiforni sono alti pozzi verticali che utilizzano il calore e le reazioni chimiche per trasformare il minerale di ferro in ferro fuso. In sostanza, si tratta di un'enorme scatola d'acciaio che lavora ad alta pressione e calore, convertendo il minerale di ferro nel metallo che è il principale fattore di produzione dell'acciaio. La parola "esplosione" si riferisce in realtà all'aria ad alta pressione che viene immessa nel forno per sostenere il processo. Il forno a ossigeno di base (BOF) è impiegato principalmente nella produzione di ferro e acciaio e il suo utilizzo si è evoluto nel corso dei secoli.

Ingredienti principali di un altoforno

Minerale di ferro

Il minerale di ferro è l'alimento primario dell'altoforno, solitamente costituito da ossidi come l'ematite (Fe2O3) o la magnetite (Fe3O4). Questi minerali hanno un elevato contenuto di ferro, ma il metallo si combina chimicamente con l'ossigeno e altri elementi. Il minerale di ferro viene convertito in ferro mediante reazioni chimiche.

Coca Cola

Il coke è un materiale ad alta intensità di carbonio prodotto dal riscaldamento del carbone in assenza di ossigeno.

Pietra calcarea

Per contribuire a rimuovere le impurità presenti nel minerale di ferro, come la silice, nella fornace si utilizza il calcare. Queste impurità si mescolano quando il calcare si forma in un sottoprodotto chiamato scoria della fornace.

La formulazione in altoforno per la produzione di ferro significa che questi materiali vengono caricati nel forno in condizioni definite.

Come funziona l'altoforno?

L'altoforno viene caricato con minerale di ferro, coke e calcare e va. Il coke e i materiali fibrosi vengono introdotti nella parte superiore del forno in modo alternato. A questo punto il forno lavora a una temperatura molto alta, circa 2000°C (3632°F) L'aria calda viene soffiata nel forno dal basso, accendendo il coke e innescando le reazioni chimiche che decomporranno il minerale.

I materiali passano attraverso diversi processi dall'alto verso il basso del forno, che produrranno ferro liquefatto sul fondo del forno. È utile considerare ogni fase in dettaglio: il riscaldamento, le reazioni chimiche e la separazione delle impurità - si può capire come funziona l'altoforno.

Il ruolo dell'aria nel forno

Un tuyere o un ugello speciale sul fondo del forno inietta aria nel forno. L'aria soffiata apporta un nuovo apporto di ossigeno per mantenere il coke in combustione, con anidride carbonica e monossido di carbonio come prodotti della reazione. Il CO è fondamentale, in quanto è un agente riducente che reagisce con il minerale di ferro per ottenere il ferro.

L'aria ad altissima pressione è necessaria per mantenere la temperatura adeguata nell'altoforno, che facilita la reazione chimica. Senza questo getto d'aria, le reazioni chimiche non avverranno in modo efficiente e il forno non sarà in grado di produrre ferro fuso.

Reazioni dell'altoforno

Riduzione del minerale di ferro

Il coke genera monossido di carbonio (CO) e reagisce con l'ossido di ferro(III) (Fe2O3) secondo:

Fe2O3+3CO→ 2Fe+3CO2

Questa reazione fa uscire l'ossigeno dal minerale di ferro, producendo ferro puro (Fe) che diventa ferro liquido che si deposita sul fondo del forno.

Formazione di scorie

Il calcare (CaCO3) viene introdotto per combinarsi con le impurità del minerale di ferro, come la silice (SiO2), formando scorie:

CaCO3→ CaO+3CO2

L'ossido di calcio (CaO) si combina poi con le impurità per formare il silicato di calcio (scoria), che sale in cima al ferro fuso.

Queste reazioni sono la chiave di volta di reazioni dell'altoforno che convertono le materie prime in ferro fuso utilizzabile.

Il ferro fuso e le scorie

Una volta terminata la reazione, il ferro fuso affonda sul fondo del forno e le scorie galleggiano in alto. L'ossido di ferro, come viene chiamata la materia prima, cade sul fondo del forno, dove si scioglie, e il ferro fuso viene prelevato attraverso una speciale valvola. Il materiale impuro, noto come "scoria", viene estratto dal forno separatamente.

Attingere al ferro fuso

Una volta che si è formata una quantità sufficiente di ghisa fusa sul fondo del forno, questa viene "buttata" fuori attraverso un beccuccio e messa in uno stampo o in un contenitore. Questo ferro, chiamato ghisa, è la materia prima per l'ulteriore produzione di acciaio. È in questo forno siderurgico che verrà ridotto in carbonio e utilizzato per produrre acciaio. Il ferro prodotto negli altiforni svolge un ruolo fondamentale.

Cosa succede alle scorie?

I prodotti di scarto dell'altoforno non vengono sprecati. Spesso vengono riciclati per lavori di costruzione, compaiono nelle pavimentazioni o vengono ulteriormente lavorati per ottenere cemento. In alcuni casi, le scorie possono essere trattate in modo da recuperare il contenuto di ferro e sono quindi un sottoprodotto prezioso.

Temperatura e controllo

L'ottimizzazione del funzionamento dell'altoforno richiede un attento controllo della temperatura. Se è troppo fredda, le reazioni non saranno efficienti. Se è troppo alta, il forno può essere danneggiato. Controllo della temperatura Regolazione del coke o del flusso d'aria. Questi fattori sono stati successivamente integrati in sistemi avanzati di controllo dell'altoforno per regolare di conseguenza e controllare il buon funzionamento dell'altoforno.

Il ruolo dell'altoforno nella produzione dell'acciaio

L'altoforno è un grande forno fusorio che costituisce una parte fondamentale del processo di produzione dell'acciaio. La sua funzione principale è quella di convertire il minerale di ferro in metallo caldo per siderurgia.
Il processo prevede che il minerale di ferro e il coke vengano alimentati dalla parte superiore dell'altoforno, mentre i gas riducenti nella parte inferiore salgono verso l'alto. Infine, l'ossido di ferro viene convertito in metallo caldo.
L'altoforno produce quindi ghisa, che viene poi trasformata in acciaio nella seconda fase.

Miglioramenti moderni

Le nuove tecnologie si sono sviluppate per rendere gli altiforni un'opzione più efficiente dal punto di vista energetico ed ecologico. I nuovi forni sono dotati di sofisticati meccanismi di controllo per ottimizzare la temperatura, il flusso d'aria e l'ingresso dei materiali. Non solo gli altiforni possono funzionare con materiali alternativi, ad esempio la biomassa, per ridurre le emissioni di carbonio. Ma sono anche sempre più spesso progettati per funzionare almeno con materiali alternativi per ridurre le emissioni di carbonio. carbone come loro. Aiutando così l'industria a passare a pratiche sostenibili.

Conclusione

L'altoforno è un componente essenziale della produzione di acciaio e di altre industrie. Per questo motivo, la comprensione del processo dell'altoforno e di ciò che avviene al suo interno permette di capire quanto possa essere complessa la produzione industriale. I principi del funzionamento dell'altoforno hanno guidato le industrie per secoli e continuano ad avere un ruolo vitale nella produzione moderna.