До и после Победы. Книга 1 (СИ)

Причем, помимо добавления дополнительных рядов фурм, применялись и другие приемы экономии топлива. Например, воздух подают холодным, но могут ставить и рекуператоры - в стенках шахты или в трубе вагранки - так можно подогреть воздух до двухсот градусов, что сэкономит до 20% кокса. Но ваграночные газы - особенно при использовании топлив с высокой реакционной способностью, еще можно дожигать, нагревая вдуваемый воздух уже до 400 градусов - в этом случае экономия топлива составит уже 35%. Достаточно дорогой кокс можно частично заменить вдуванием угольной пыли - всего три процента пыли по весу от кокса снижает расход кокса на десять процентов и повышает производительность на 40%. Или природного газа - а это еще экономия кокса. Ну или генераторного, с которым можно сэкономить пару-тройку процентов. Короче - греть, греть и еще раз - греть все что только можно - и чтобы снизить расход основного топлива, и чтобы повысить производительность, а также и температуру выдаваемого металла - так он дольше может храниться до следующей операции без подогрева, что снижает напряженность процессов, а также повышается его текучесть, что хорошо сказывается на отливке в формы.

Причем во время плавки происходят изменения состава металла - тут и окисление, и выгорание углерода, и обратный процесс - науглероживание от соприкосновения с топливом, и даже насыщение серой - особенно интенсивно это происходит в нижней части вагранки, где уже расплавленный жидкий металл омывает куски топлива. Причем в начале плавки насыщение происходит особенно заметно - пока металл не вытянет серу из поверхностных слоев топлива. Потом-то насыщение серой падает, но в первых порциях содержание серы может подняться до полупроцента - и это тоже надо учитывать при дальнейшем использовании металла - можно ли его пускать в последующие процессы, или первые порции лучше отложить в сторону. В этом плане торфяной кокс или древесный уголь были предпочтительнее того же угольного кокса или антрацита, несмотря на их более эффективную работу по расплавлению металла - тут уже надо бы и посчитать - что выгоднее - использовать менее эффективное топливо либо тратить топливо, силы и время на удаление серы.

Вообще, плавка металла или его выплавка из руды - это обратимая реакция, и, как всякая обратимая реакция, она может проходить в обе стороны - либо с образованием соединений, либо - с образованием исходных элементов - направление зависит от температуры и концентрации элементов. Так, восстановление железа из руды - это, грубо говоря, разложение оксида железа на железо и кислород. Причем, чтобы разложить оксиды железа, необходимо затратить тепло - с увеличением температуры прочность оксидов снижается. Так, чтобы разложить окись железа II - FeO - требуется затратить 64 ккал на моль, то есть на 71,8 грамма оксида, на оксид железа III - Fe2O3 - требуется уже 197 ккал на моль, то есть на 159,7 грамма, а на четвертый - Fe3O4 - 266 ккал на 231,5 грамма. А образование из углерода и кислорода одного моля угарного газа даст 29 ккал на один моль весом 28 грамм, образование моля углекислого газа - уже 98 на 44 грамма - такую теплоту мы и получим, если сожжем 12 грамм углерода. Соответственно, в идеале для восстановления 55,8 грамм железа - а это чуть более семи кубических сантиметров - из окиси железа-2 надо затратить 44/64*12 = 8,25 грамм углерода - если в виде графита, то это 3,7 кубических сантиметра - ну, если он полностью соединится с кислородом, находящимся в окисле. А чтобы он соединился - окисел железа сначала надо разрушить, хотя бы немного. То есть нужно внешнее тепло. Или сжечь часть углерода, поставив в зону реакции внешний кислород.