高炉の仕組み

はじめに

高炉は、鉄鉱石を高温の還元製錬によって鉄にする、鉄鋼生産において重要な役割を担っています。今回は、高炉の仕組みや部品・機能、他の分野での利用について詳しく見ていきましょう。

高炉とは何か？

基本的に高炉は、熱と化学反応を利用して鉄鉱石を溶けた鉄に変える、背の高い垂直シャフトである。基本的には、高圧と高熱の下で働く巨大な鉄の箱であり、鉄鉱石を製鉄の主原料である金属に変える。ブラスト」とは、プロセスを維持するために炉内に送り込まれる高圧空気のことである。塩基性酸素炉（BOF）は主に鉄鋼の製造に使用され、その使用法は何世紀にもわたって進化してきた。

高炉の主成分

鉄鉱石

鉄鉱石は高炉の主要な鉄原料であり、通常はヘマタイト（Fe2O3）やマグネタイト（Fe3O4）などの酸化物である。これらの鉱石は鉄の含有量が高いが、金属は酸素や他の元素と化学的に結合している。鉄鉱石は化学反応によって鉄に変換される。

コーク

コークスは、酸素のない状態で石炭を加熱することによって生成される炭素集約型の物質である。

ライムストーン

鉄鉱石に含まれるシリカなどの不純物を除去するために、石灰石が使用される。石灰石は、炉からスラグと呼ばれる副産物に形成されるときに、これらの不純物が混合される。

製鉄用高炉での配合とは、これらの原料を決められた条件下で炉に装入することを意味する。

高炉の仕組み

高炉には鉄鉱石、コークス、石灰石が装入されて行く。破片と繊維状の材料は、交互に層状に炉の上部に導入されます。熱風が炉の底から吹き込まれ、コークスに点火し、鉱石を分解する化学反応を起こします。

原料は炉頂から炉底までいくつかの工程を経て、炉底で液状化した鉄になる。加熱、化学反応、不純物の分離など、それぞれの段階を詳しく考えると、高炉の仕組みが見えてくる。

炉における空気の役割

炉の底にある羽口または特殊なノズルから炉内に空気が送り込まれる。吹き込まれた空気は、コークスの燃焼を維持するための新鮮な酸素の供給源となり、反応生成物として二酸化炭素と一酸化炭素が発生する。このCOは、鉄鉱石と反応して鉄を得るための還元剤であるため、非常に重要である。

超高圧空気は、化学反応を促進する高炉内の温度を適正に保つために必要なものである。この送風がなければ、化学反応は効率的に行われず、炉は溶けた鉄を作ることができない。

高炉の反応

鉄鉱石の還元

コークスは一酸化炭素（CO）を発生し、酸化鉄（III）（Fe2O3）と反応する：

Fe2O3+3CO→ 2Fe+3CO2

この反応によって鉄鉱石から酸素が追い出され、純鉄（Fe）が生成され、液体鉄となって炉底に沈殿する。

スラグの形成

石灰石（CaCO3）が導入され、鉄鉱石に含まれるシリカ（SiO2）などの不純物と結合し、スラグを形成する：

CaCO3→ CaO+3CO2

酸化カルシウム（CaO）はその後、不純物と結合してケイ酸カルシウム（スラグ）となり、溶けた鉄の上部に上昇する。

これらの反応は、「批評家精神」の根幹をなすものである。 高炉反応 原料を使用可能な溶けた鉄に変える。

溶けた鉄とスラグ

反応が終わると、溶けた鉄は炉の底に沈み、スラグは上に浮いてくる。原料として知られる酸化鉄は炉の底に落ちて溶け、溶けた鉄は特殊なバルブを通って引き抜かれる。スラグ」と呼ばれる不純物は、炉から別々に取り出される。

溶けた鉄を叩く

炉の底に十分な量の溶けた鉄ができると、注ぎ口から型や容器に「たたき」出される。銑鉄と呼ばれるこの鉄は、さらなる鉄鋼生産の原料となる。この製鋼炉で炭素を還元し、鉄を作るのだ。高炉で生産される鉄は、重要な役割を果たしている。

スラグはどうなるのか？

高炉から出る廃棄物は無駄にならない。建設工事に再利用されたり、舗装材に使われたり、セメントに加工されたりすることも多い。場合によっては、スラグを処理して鉄分を回収することもでき、貴重な副産物となっている。

温度とコントロール

高炉の操業を最適化するには、温度を注意深く管理する必要がある。温度が低すぎると反応が効率的に行われません。高すぎると炉が損傷します。温度制御 コークスや空気流量の調整。これらの要素は、後に高度な高炉制御システムに組み込まれ、適宜調整され、高炉の円滑な操業を制御するようになりました。

鉄鋼生産における高炉の役割

高炉は大型の溶解炉で、鉄鋼生産プロセスの重要な部分である。高炉の主な機能は、鉄鉱石を高温の金属に変換し、鉄鋼の原料とすることである。 製鋼.
そのプロセスは、鉄鉱石とコークスが高炉の上部から供給され、下部の還元ガスが上方に移動する。最後に酸化鉄が高温の金属に変わる。
つまり、高炉で銑鉄を生産し、それを第2工程で鋼鉄に変える。

近代的な改良

新しい技術は、高炉をよりエネルギー効率が高く、生態学的に健全な選択肢とするために開発されました。新しい高炉は、温度、空気の流れ、材料の投入を最適化する高度な制御機構を備えています。高炉は、バイオマスなどの代替材料で操業して炭素排出量を削減できるだけではありません。を削減するために、少なくとも代替材料で稼動するように設計されることが増えています。 カーボン 排出量を削減する。そのため、業界が持続可能な慣行へと移行する手助けをしている。

結論

高炉は、製鉄業やその他の産業にとって不可欠な要素である。そのため、高炉のプロセスやそこで行われることを理解することで、工業生産がいかに複雑なものであるかを理解することができます。高炉操業の信条は、何世紀にもわたって産業を牽引し、現代の製造業においても重要な役割を担い続けています。