Hoogoven
Een hoogoven is een speciaal soort oven voor het smelten van ijzer uit erts. Hoogovens zijn zeer groot. Ze kunnen tot 60 meter hoog zijn en een diameter van 15 meter hebben. De hoogoven is de grootste chemische reactor. Hoogovens worden ook wel hoogovens genoemd.
Een hoogoven wordt gewoonlijk gebouwd met een stalen omhulsel en stenen van magnesiumoxide of een ander vuurvast materiaal binnenin het omhulsel. De hete oven kan deze stenen niet smelten. De oven wordt gekoeld met water dat binnenin een deel van de behuizing en de stenen stroomt.
Het proces om ijzer te maken is eenvoudig. IJzererts is in feite ijzeroxide. IJzer wordt gemaakt door de zuurstof te verwijderen. Zo blijft ruw ijzer over, dat ruwijzer wordt genoemd. Dit proces van zuurstofverwijdering wordt smelten genoemd. Bij het reductieproces wordt koolstof gebruikt, waarbij het erts tot een hoge temperatuur wordt verhit. Koolstof onttrekt de zuurstof gemakkelijk aan het erts bij hoge temperaturen.
Schema hoogoven1 . Hete straal ("wind") van Cowper-ovens 2. Smeltzone (bosh) 3. Reductiezone van ijzeroxide (ton) 4. Reductiezone van ijzeroxide (schoorsteen) 5. Voorverwarmingszone (keel) 6. Toevoer van erts, kalksteen en cokes7 . Uitlaatgassen8 . Kolom van erts, cokes en kalksteen9 . Verwijdering van slakken10 . Aftappen van gesmolten ruwijzer11 . Opvang van rookgassen
Proces
Erts, kalksteen en koolstof in de vorm van cokes worden in lagen in de bovenkant van de hoogoven gebracht. Tegelijkertijd wordt hete lucht, "wind" genaamd, in de oven geblazen. Speciale blaasmonden, "tuyeres" genaamd, worden gebruikt om de lucht in de oven te blazen. De blaasmonden bevinden zich op de bodem van de oven. Dit proces wordt "blasting" genoemd. Daarom wordt het een "hoogoven" genoemd. De cokes ontbranden (branden) en verbranden. Daarbij ontstaat koolmonoxide, omdat er niet genoeg zuurstof is om kooldioxide te maken. De koolmonoxide reduceert vervolgens het metaaloxide tot het metaal en maakt kooldioxide. Dit proces wordt gebruikt om ijzer te maken. De kalksteen vormt met het gesteente van het ijzererts een stof die slak wordt genoemd.
Het onderste deel van de oven wordt de vuurhaard genoemd. Wanneer deze gevuld is met vloeibaar ruwijzer en slakken, worden de slakken verwijderd. Dit wordt afromen genoemd. Slakken zijn lichter dan ijzer en vermengen zich niet met ijzer. Ze drijven bovenop het ijzer. Met een speciale boor wordt ter hoogte van de slak een gat in de vuurhaard gemaakt. De vloeibare slak stroomt door het gat naar buiten in een vat dat slakkenpot wordt genoemd. Het ijzer wordt dan uit de haard afgetapt. Dit wordt tappen genoemd. Er wordt een gat gemaakt op de bodem en het vloeibare ruwijzer komt eruit. Het wordt rechtstreeks voor de staalproductie gebruikt, in een speciale spoorwegwagon, de torpedowagen, overgebracht of tot gietvormen verwerkt. Als al het ruwijzer eruit is, wordt vuurvaste klei gebruikt om de twee gaten te dichten. De klei wordt zeer snel vast door de hoge hitte.
Het ruwijzer bevat ongeveer 4% koolstof en het zou te hard en te bros zijn om te gebruiken. De extra koolstof moet eerst worden weggebrand. Het ruwijzer wordt tot staal geraffineerd door het te ontkolen (de extra koolstof eraf te branden). Een moderne methode om het ruwijzer te ontkolen en tot staal te raffineren is de oxystaaloven. Historisch waren er ook andere methoden, zoals de Bessemer-omzetter, de open haardoven en de puddingoven.
De gassen stijgen op en worden boven in de oven opgevangen. Aangezien het gas veel koolstofmonoxide bevat, is het een waardevolle brandstof. Het gas dat boven in de hoogoven wordt opgevangen, wordt hoogovengas genoemd. Vervolgens wordt het gewassen en gedroogd en worden alle vaste deeltjes zoals roet of ertsstof opgevangen. Het gas wordt vervolgens in speciale ovens, Cowper-ovens of hete hoogovens genoemd, verbrand tot kooldioxide. De warmte van de verbranding van het hoogovengas wordt vervolgens gebruikt om de straallucht, "wind", voor te verwarmen, die op zijn beurt in de hoogoven zelf wordt geblazen.
De slakken zijn geen afval. Ze kunnen op verschillende manieren worden gebruikt. Men kan er bakstenen van maken en ze in de bouw gebruiken, of men kan ze mengen met beton. Beton dat hoogovenslak bevat is sterker dan gewoon beton en is bijna zuiver wit, waar gewoon beton vuilgrijs is.
Een hoogoven kan meestal 10 tot 20 jaar werken zonder te stoppen. Dit wordt een "campagne" genoemd.
Chemisch voorbeeld
Bij een temperatuur van 900-1600°C vindt een reductie met koolstof plaats:
| 1. | 3 {\displaystyle 3} | Fe2O3{\displaystyle Fe_{2}O_{3}} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 2 {\displaystyle 2} | Fe3O4{\displaystyle Fe_{3}O_{4}} |
| 2. | F e 3 O 4 + C {Displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 3 {\displaystyle 3} | FeO{\displaystyle FeO} | |
| 3. | F e O + C {\Displaystyle FeO+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | Fe{\displaystyle Fe} |
Nu is ijzer gemaakt.
Vragen en antwoorden
V: Wat is een hoogoven?
A: Een hoogoven is een grote oven die gebruikt wordt voor het smelten van ijzer uit erts.
V: Hoe groot kunnen hoogovens zijn?
A: Hoogovens kunnen tot 60 meter hoog en 15 meter in diameter zijn.
V: Wat is een andere naam voor een hoogoven?
A: Hoogovens worden ook wel hoogovens genoemd.
V: Van welke materialen zijn hoogovens gemaakt?
A: Hoogovens worden meestal gebouwd met een stalen behuizing en bakstenen van magnesiumoxide of andere vuurvaste materialen.
V: Hoe wordt de hoogoven gekoeld?
A: De hoogoven wordt gekoeld met water dat in een deel van de behuizing en de bakstenen stroomt.
V: Wat is het smeltproces en hoe wordt ijzer gemaakt?
A: Het proces om ijzer te maken is smelten, waarbij de zuurstof uit ijzererts wordt verwijderd. In het reductieproces wordt koolstof gebruikt, waarbij het erts tot een hoge temperatuur wordt verhit. Er blijft ruw ijzer over, dat ruwijzer wordt genoemd.
V: Wat is de rol van koolstof in het reductieproces voor het maken van ijzer?
A: Koolstof haalt bij hoge temperaturen gemakkelijk de zuurstof uit het erts.
