Haut fourneau
Un haut-fourneau est un type de four spécial pour la fusion du fer à partir du minerai. Les hauts-fourneaux sont très grands. Ils peuvent atteindre 60 mètres de hauteur et 15 mètres de diamètre. Le haut-fourneau est le plus grand réacteur chimique. Les hauts-fourneaux sont également appelés "hauts-fourneaux".
Un haut fourneau est généralement construit avec un caisson en acier et des briques en oxyde de magnésium ou autre matériau réfractaire à l'intérieur du caisson. Le four chaud ne peut pas faire fondre ces briques. Le four est refroidi par l'eau qui coule à l'intérieur d'une partie de la carcasse et des briques.
Le processus de fabrication du fer est simple. Le minerai de fer est essentiellement de l'oxyde de fer. Le fer est fabriqué en éliminant l'oxygène. Il en résulte du fer brut appelé fonte brute. Ce processus d'élimination de l'oxygène est appelé fusion. Le carbone est utilisé dans le processus de réduction, le minerai étant chauffé à une température élevée. Le carbone enlève facilement l'oxygène du minerai à haute température.
Schéma du haut fourneau1 . Soufflage chaud ("vent") des poêles Cowper 2. Zone de fusion (bosh) 3. Zone de réduction de l'oxyde ferreux (tonneau) 4. Zone de réduction de l'oxyde ferrique (cheminée) 5. Zone de préchauffage (gorge) 6. Alimentation en minerai, en calcaire et en coke7 . Gaz d'échappement8 . Colonne de minerai, de coke et de calcaire9 . Élimination des scories10 . Extraction de la fonte brute en fusion11 . Collecte des gaz résiduaires
Processus
Le minerai, le calcaire et le carbone sous forme de coke sont introduits par couches dans le haut fourneau. En même temps, de l'air chaud appelé "vent" est soufflé à l'intérieur du four. Des buses spéciales appelées "tuyères" sont utilisées pour introduire l'air dans le four. Les tuyères se trouvent au bas du four. Ce procédé est appelé "sautage". C'est pourquoi on l'appelle "haut fourneau". Le coke s'enflamme (s'allume) et brûle. Cela crée du monoxyde de carbone car il n'y a pas assez d'oxygène pour fabriquer du dioxyde de carbone. Le monoxyde de carbone réduit alors l'oxyde métallique en métal et produit du dioxyde de carbone. Ce procédé est utilisé pour fabriquer du fer. Le calcaire forme une substance appelée scorie avec la roche du minerai de fer.
La partie inférieure du four est appelée foyer. Lorsqu'elle s'est remplie de fonte brute liquide et de scories, celles-ci sont retirées. C'est ce qu'on appelle l'écrémage. Le laitier est plus léger que le fer et ne se mélange pas avec ce dernier. Il flotte sur le fer. Un trou est fait dans le foyer au niveau du laitier à l'aide d'une perceuse spéciale. Le laitier liquide sort par le trou dans un récipient appelé pot à laitier. Le fer est ensuite évacué du foyer. C'est ce que l'on appelle le taraudage. Un trou est pratiqué au fond et la fonte liquide en sort. Elle est soit utilisée directement pour la fabrication de l'acier, soit mise dans un wagon spécial appelé wagon torpille, soit transformée en moules. Lorsque toute la fonte brute a été retirée, on utilise de l'argile résistant au feu pour fermer les deux trous. L'argile devient très rapidement solide en raison de la chaleur élevée.
La fonte brute contient environ 4 % de carbone et serait trop dure et trop fragile pour être utilisée. Le carbone supplémentaire doit d'abord être brûlé. La fonte brute est affinée en acier en la décarburant (en brûlant le carbone supplémentaire). Une méthode moderne de décarburation de la fonte brute et d'affinage en acier est le four à oxygène. Historiquement, il y a eu d'autres méthodes, comme le convertisseur Bessemer, le four à sole ouverte et le four à flaques.
Les gaz montent et sont collectés sur le dessus du four. Comme le gaz contient beaucoup de monoxyde de carbone, c'est un combustible précieux. Le gaz collecté au sommet du haut fourneau est appelé gaz de haut fourneau. Il est ensuite lavé et séché et toutes les particules solides, comme la suie ou la poussière de minerai, sont collectées. Le gaz est ensuite brûlé dans des fours spéciaux appelés "cowpers" ou "hauts fourneaux" pour en faire du dioxyde de carbone. La chaleur dégagée par la combustion du gaz de haut fourneau est ensuite utilisée pour préchauffer l'air de soufflage, le "vent", qui est à son tour soufflé dans le haut fourneau lui-même.
Les scories ne sont pas des déchets. Il peut être utilisé de différentes manières. Il peut être transformé en briques et utilisé pour la construction, ou il peut être mélangé avec du béton. Le béton qui contient du laitier de haut fourneau est plus résistant que le béton ordinaire et est d'un blanc presque pur, alors que le béton normal est gris sale.
Un haut fourneau peut généralement fonctionner pendant 10 à 20 ans sans s'arrêter. C'est ce qu'on appelle une "campagne".
Exemple chimique
A la température de 900-1600°C, une réduction avec le carbone se produit :
| 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} |
Maintenant, le fer a été fabriqué.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce qu'un haut fourneau ?
R : Un haut-fourneau est un grand four utilisé pour fondre le fer à partir du minerai.
Q : Quelle est la taille des hauts fourneaux ?
R : Les hauts fourneaux peuvent mesurer jusqu'à 60 mètres de haut et 15 mètres de diamètre.
Q : Quel est l'autre nom d'un haut-fourneau ?
R : Les hauts fourneaux sont également appelés "fours hauts".
Q : De quels matériaux sont faits les hauts-fourneaux ?
R : Les hauts fourneaux sont généralement constitués d'une caisse en acier et de briques en oxyde de magnésium ou d'autres matériaux réfractaires.
Q : Comment le haut fourneau est-il refroidi ?
R : Le haut fourneau est refroidi par de l'eau qui coule à l'intérieur d'une partie de la caisse et des briques.
Q : Quel est le processus de fusion et comment fabrique-t-on le fer ?
R : Le processus de fabrication du fer est la fusion, qui consiste à éliminer l'oxygène du minerai de fer. Le carbone est utilisé dans le processus de réduction, le minerai étant chauffé à haute température. Il en résulte du fer brut appelé fonte brute.
Q : Quel est le rôle du carbone dans le processus de réduction du fer ?
R : Le carbone élimine facilement l'oxygène du minerai à haute température.
