استخلاص الحديد من الهيماتيت — صهر بلومري من الخام إلى الكتلة

يحتوي الهيماتيت (Fe₂O₃) على حوالي 70% حديد من حيث الكتلة. في فرن بلومري، يختزل أول أكسيد الكربون (CO) من احتراق الفحم أكسيد الحديد: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. الحديد لا يذوب تماماً (درجة حرارة بلومري 1100-1300°C، يذوب الحديد عند 1538°C). بدلاً من ذلك، يشكل كتلة إسفنجية تسمى كتلة.

قطّع خام الهيماتيت إلى قطع لا تزيد عن 2-3 سم باستخدام مطرقة على حجر مسطح. تعرّض القطع الأصغر مساحة سطحية أكبر للغازات المختزلة، مما يحسّن محصول الحديد. أزل أي حجر حديدي واضح (الكوارتز والحجر الجيري) أثناء الفرز.

سخّن قطع الخام في نار مفتوحة لمدة 2-3 ساعات بدرجة حرارة 700-800°C. ينضح التحميص الرطوبة ويحول أي أكاسيد حديد مائية (ليمونيت، جويتيت) إلى هيماتيت لامائي. الخام المحمّص أيضاً أكثر هشاشة وأسهل في التكسير بشكل أكبر. يتحول الخام من بني ترابي إلى أحمر طوب.

اختر منطقة مستوية وجيدة التصريف بعيداً عن الهياكل القابلة للاشتعال. المنحدر الطبيعي أو سفح التل مثالي - يمكنك بناء الفرن في المنحدر لدعم هيكلي. تأكد من الوصول الجيد للرياح للمنافخ والمساحة للعمل بأمان حول الفرن الساخن.

امزج الطين مع الرمل والقش المقطع (نسبة 3:1:0.5) لصنع مادة حرارية. بناء عمود أسطواني بقطر حوالي 30 سم وارتفاع 80-100 سم. اترك فتحة تويير (مدخل الهواء) في الأساس، بقطر 5-7 سم، بزاوية طفيفة نحو الأعلى. اترك قوس الحنفية في الأسفل الأمامي لتصريف الخبث.

اترك الفرن يجف لمدة 3-5 أيام على الأقل قبل الاستخدام الأول. التسخين السريع للفرن الرطب يسبب انفجارات البخار التي تشقق جدران الطين. نار تدفئة صغيرة في اليوم الأخير تزيل الرطوبة المتبقية تدريجياً.

تحتاج إلى حوالي 8-10 كجم من الفحم لكل 1 كجم من الخام. فحم الأخشاب الصلبة (البلوط والزان والبتولا) هو الأفضل - يحترق بشكل أسخن وأطول من فحم الأخشاب الرقيقة. قطّع الفحم إلى قطع بحجم 2-4 سم. إجمالي الوقود اللازم لشحنة خام 5 كجم: 40-50 كجم من الفحم.

أدخل فوهة المنفاخ (أنبوب تويير) في فتحة التويير. يجب أن يكون الأنبوب من السيراميك أو الفولاذ - يجب أن يتحمل 1200°C+. يجب أن تبرز نقطة التويير حوالي 3-5 سم في الجزء الداخلي من الفرن. فريق من شخصين بالتناوب على المنافخ يوفر أفضل تدفق هواء ثابت.

ملأ الفرن بالفحم والإضاءة من الأعلى. ضخ المنافخ برفق لمدة 30-45 دقيقة لرفع درجة حرارة التشغيل. يجب أن يكون الجزء الداخلي ساخناً برتقالي-أبيض (1100-1300°C) قبل إضافة أي خام.

بمجرد أن تصل إلى درجة الحرارة، أضف طبقات متبادلة من الفحم والخام المسحوق من الأعلى: طبقة فحم بطول 5 سم، ثم طبقة رقيقة من الخام (حفنة في كل مرة). يجب أن تكون نسبة الفحم إلى الخام بالحجم حوالي 3:1. أضف شحنة جديدة كل 10-15 دقيقة مع انخفاض المستوى.

ضخ المنافخ بإيقاع ثابت - حوالي 15-20 ضخة في الدقيقة. يعتبر تدفق الهواء المستمر حرجاً: الهواء القليل جداً تنخفض درجة الحرارة أقل من درجة الاختزال، والهواء الكثير تحترق الحديد إلى خبث. يتغير صوت الفرن من هدير مكتوم إلى نغمة أعلى عندما تكون درجة الحرارة صحيحة.

كل 30-60 دقيقة، افتح حنفية الخبث في الأساس واترك الخبث السائل يتدفق. الخبث سائل زجاجي مظلم من سيليكات الحديد (الفايالايت). إذا تراكم الخبث فإنه يحجب تدفق الهواء وينخفض درجة الحرارة. استخدم عصا لتنظيف فتحة الحنفية إذا انسدت. ارتدِ مئزر جلدي وواقي وجه.

إجمالي وقت الصهر هو 4-8 ساعات من التشغيل المستمر. استمر في إضافة الفحم والخام في طبقات. استمر في ضخ المنافخ. تتشكل الكتلة في أسفل الفرن حيث تلحم جزيئات الحديد المختزلة معاً في الحرارة. عادة ما تستغرق شحنة الخام 5 كجم حوالي 6 ساعات.

عندما يتم استهلاك كل الخام والفحم، توقف المنافخ واترك الفرن يبرد لمدة 1-2 ساعة. لا تخفف بالماء - الصدمة الحرارية يمكن أن تشقق الكتلة. يجب أن تكون الكتلة دافئة كافية للتعامل مع الملاقط ولكن ليست ساخنة جداً بحيث تتشوه عند الاستخلاص.

اكسر الجزء الأمامي من الفرن في قوس الحنفية. باستخدام ملاقط طويلة التعامل، اسحب الكتلة للخارج. ستكون كتلة خشنة إسفنجية من الحديد المختلط بالخبث والفحم المحبوس، تقريباً بحجم قبضة اليد إلى حجم الشمام حسب شحنة الخام. يتوهج باللون الأحمر الكئيب.

بينما لا تزال ساخنة (فوق 800°C، متوهجة بالأحمر)، اطرق الكتلة على سندان أو حجر مسطح لعصر الخبث المحبوس. الخبث ينقط كشرر مشع. اطوِ واطرق بشكل متكرر. تسمى هذه العملية التشنج، وتضغط الحديد الإسفنجي إلى كتيبة أكثر كثافة وسهولة في التعامل معها.

أوزن الكتلة الموحدة. عائد بلومري النموذجي هو 10-25% من وزن الخام كحديد معدني. من 5 كجم من الهيماتيت، توقع 500 غرام إلى 1.25 كجم من الحديد القابل للاستخدام. الحديد منخفض الكربون (الحديد المطاوع) إلا إذا امتصت الكربون من الفحم أثناء الصهر.

دع الكتيبة تبرد بالكامل في الهواء الساكن. خزّن في مكان جاف - الحديد المطاوع يصدأ بسهولة. طلاء بطبقة رقيقة من الزيت أو شمع العسل لمنع الأكسدة أثناء التخزين. هذا الحديد جاهز الآن للطرق إلى أدوات أو أسلحة أو أجهزة.