Forno alto
Forno alto , uma fornalha de eixo vertical que produz metais líquidos pela reação de um fluxo de ar introduzido sob pressão no fundo do forno com uma mistura de minério metálico, coque e fluxo alimentado no topo. Os altos-fornos são usados para produzir ferro-gusa a partir do minério de ferro para posterior processamento em aço , e também são empregados no processamento de chumbo, cobre e outros metais. A combustão rápida é mantida pela corrente de ar sob pressão.
Um alto-forno de zinco-chumbo e condensador de chumbo-respingo. Encyclopædia Britannica, Inc.
Os altos-fornos produzem ferro-gusa a partir do minério de ferro pela ação redutora de carbono (fornecido como coque) a alta temperatura na presença de um fundente como o calcário. Os altos-fornos de fabricação de ferro consistem em várias zonas: uma lareira em forma de cadinho no fundo do forno; uma zona intermediária chamada bosh entre a lareira e a pilha; um eixo vertical (a pilha) que se estende do bosh ao topo da fornalha; e o topo do forno, que contém um mecanismo para carregar o forno. A carga da fornalha, ou carga, de materiais contendo ferro ( por exemplo. pelotas e sinterização de minério de ferro), coque e fundente ( por exemplo. calcário) desce pelo poço, onde é pré-aquecido e reage com gases redutores ascendentes para produzir ferro líquido e escória que se acumulam na lareira. O ar que foi pré-aquecido a temperaturas de 900 ° a 1.250 ° C (1.650 ° e 2.300 ° F), juntamente com combustível injetado, como óleo ou gás natural, é soprado para dentro do forno através de múltiplas ventaneiras (bocais) localizadas em torno da circunferência de a fornalha perto do topo da lareira; esses bicos podem ser de 12 a 40 em grandes fornos. O ar pré-aquecido é, por sua vez, fornecido por um cano, um cano de grande diâmetro que circunda a fornalha. O ar pré-aquecido reage vigorosamente com o coque pré-aquecido, resultando tanto na formação do gás redutor (monóxido de carbono) que sobe através do forno, quanto em uma temperatura muito alta de cerca de 1.650 ° C (3.000 ° F) que produz o ferro líquido e escória.
Diagrama esquemático do alto-forno moderno (à direita) e do fogão de alta temperatura (à esquerda). Encyclopædia Britannica, Inc.
O bosh é a parte mais quente da fornalha devido à sua proximidade com a reação entre o ar e o coque. O ferro fundido se acumula na lareira, que possui um buraco de torneira para retirar o ferro fundido e, mais acima, um buraco de escória para remover a mistura de impurezas e fundente. A lareira e o bosh são estruturas de paredes grossas revestidas com blocos refratários do tipo carbono, enquanto a pilha é revestida com tijolos de argila refratária de alta qualidade para proteger a estrutura do forno. Para evitar que esses materiais refratários queimem, placas, aduelas ou sprays para a circulação de água fria são incorporados a eles.
A pilha é mantida cheia com camadas alternadas de coque, minério e calcário admitidos no topo durante a operação contínua. A coca é inflamada no fundo e queimada rapidamente com o ar forçado das ventaneiras. Os óxidos de ferro no minério são quimicamente reduzidos a ferro fundido pelo carbono e monóxido de carbono do coque. A escória formada consiste no fluxo de calcário, cinzas do coque e substâncias formadas pela reação das impurezas do minério com o fluxo; ele flutua em um estado fundido no topo do ferro fundido. Gases quentes sobem da zona de combustão, aquecendo o material novo na chaminé e então saindo por dutos próximos ao topo do forno.
Os altos-fornos podem ter os seguintes auxiliar instalações: um armazém onde a carga da fornalha é preparada antes de ser elevada ao topo da fornalha por vagões ou um sistema de correia transportadora; um sistema de carregamento superior que consiste em um conjunto vertical de sinos duplos (cones) ou calhas rotativas para evitar a liberação de gás de forno durante o carregamento; fogões que utilizam os gases de escape da fornalha para pré-aquecer o ar fornecido às ventaneiras; e uma casa de fundição, que consiste em calhas que distribuem ferro líquido e escória para conchas apropriadas para transferência para fornos de siderurgia e áreas de recuperação de escória.
Dentro Europa , o alto-forno desenvolveu-se gradualmente ao longo dos séculos a partir de pequenos fornos operados pelos romanos, nos quais o carvão era usado para reduzir o minério a uma massa semi-sólida de ferro contendo uma quantidade relativamente pequena de carbono e escória. A massa de ferro foi então martelada para remover a escória, resultando em ferro forjado. O aumento da altura do forno, aliado a foles mecânicos para a introdução de maiores quantidades de ar no forno, permitiram as altas temperaturas necessárias para a produção de um ferro com alto teor de carbono conhecido como ferro fundido, ou ferro-gusa. Esse modo de produção foi usado na Europa central em meados do século 14 e foi introduzido na Inglaterra por volta de 1500. O carvão era o único combustível de fornalha até o século 17, quando o esgotamento das florestas que forneciam o carvão na Inglaterra levou a experimentos com coque , que é produzido a partir de carvão . O coque foi amplamente adotado para uso em altos-fornos em meados do século XVIII, e o princípio de aquecer o ar antes de entrar no forno foi introduzido no início do século XIX.
Os altos-fornos modernos variam em tamanho de 20 a 35 m (70 a 120 pés), têm diâmetros de soleira de 6 a 14 m (20 a 45 pés) e podem produzir de 1.000 a quase 10.000 toneladas de ferro-gusa diariamente.
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