Medeltida järnframställning 2015

Medeltida järnframställning 2015

Sommaren 2015 kommer vi åter att köra masugnen på Nya Lapphyttan. Planen är att sätta bläster på hyttan den 27 juni och sedan ska vi regelbundet tappa tackjärn fram till den 11 juli. Försök gärna få in ett arbetspass som hyttdräng. Det blir garanterat en upplevelse utöver det vanliga.


Följ förberedelserna och genomförandet av försöket via denna blogg. Föreningen "Järnet på Lapphyttan" står bakom den och här ska vi försöka beskriva hur det är att tillverka järn som på tidig medeltid.
När vi sedan kör så får ni hemskt gärna också vara med under hela eller delar av årets försök som hyttdräng.

Det finns tre pass att välja mellan:
kl 06.30-15, kl 14.30-23, kl 22.30-07

Boka in dig som hyttdräng och boka gratis sovplats här: bokning2015@jarnetpalapphyttan.se

Reaktioner i schaktet

Om ..MasugnsschaktetPosted by Bo Sundelin Tue, April 14, 2009 19:13:41

Nu är det dags för att gå in på detaljer....

Det finns alltid personer som vill veta lite mer och jag hoppas att detta inlägg sprider lite mer ljus över vad som händer i schaktet under de 20-25 timmarna som träkol och malm befinner sig däri.

Jag har ritat lite i powerpoint och sedan klistrar jag in jpg-bilder som jag hoppas går att läsa. Annars kan det eventuellt fungera att spara ner en pdf-fil som går att ta upp... vi får se om det fungerar.

Oj... jag tror det fungerade så där finns det kanske större bilder som går att läsa. Jag lägger i alla fall in jpg-bilderna med kommentarer nedan.

Jag börjar i formnivån. Där sker det viktigaste. Värmen utvecklas när syret i luften (21% O2 i luft) träffar på det förvärmda träkolet, reagerar och bildar koldioxid. Eftersom det finns ett rejält överskott av träkol innanför forman kommer all koldioxid att reagera med träkolet och bilda kolmonooxid som sedan rör sig upp genom schaktet. Värmen från reaktionen mellan kol och syre värmer också upp all kvävgas i luften (78%N2 i luft) till temperaturer över 1500 grader Celsius. Den varma kvävgasen är det som bär värmen uppåt i schaktet och där värmer den alla kol och malmbitar som sakta är på väg nedåt.

Nu är det mesta vad gäller värmen och träkolet förklarat. Nu är det bara vad som händer med järnmalmen som är kvar att förklara...tyvärr är den lite mer komplicerad att beskriva men jag gör ett försök.

Det finns i princip tre olika blandningar av järn och syre i fast fas. Det är:

- hematit (Fe2O3) dvs 3 syreatomer kopplade till 2 järnatomer (O/Fe=3/2=1,5)

- magnetit (Fe3O4) dvs 4 syreatomer kopplade till 2 järnatomer (O/Fe=4/3=1,33)

- wustit (FeO) dvs 1 syreatom kopplad till 1 järnatom (O/Fe=1/1=1)

som hematit innehåller mer syre per järnenhet än magnetit som i sin tur har mer syre än wustit.

I den malm som vi chargerar på masugnen så är all järnoxid hematit (Fe2O3) och på sin väg ner i ugnen ska allt syre reagera med CO-gasen och bilda CO2. När den gör det så omvandlas hematiten först till magnetit och sedan till wustit för att det till sist bara metalliskt järn kvar. För att respektive reaktion (t.ex. hematit + koloxid ska bilda magnetit och koldioxid) krävs viss temperatur och viss gassammansättning. Respektive bild nedan beskriver de olika stegreaktionerna och var i ugnen de sker. Det börjar uppifrån toppen på ugnen där malmen först värms upp och sedan reagerar hematiten till magnetit. När detta sker så bildas en del sprickor i malmbiten vilket gör att det blir lättare för koloxidgasen att komma in i kornet och reagera.

Lite längre ner i schaktet så har malmbiten, som nu är magnetit, värmts upp lite till och nu sker nästa reaktion, den till wustit. Den här reaktionen kräver högre temperatur och mycket koloxid... tur att det finns mycket gas i ugnen i förhållande till hur mycket malm som finns i schaktet. Här fortsätter malmbiten att spricka upp vilket gör att gasen kan diffundera in i malmkornet och sedan kan reaktionsgasen diffundera ut igen.

När malmbiten befinner sig i mitten av schaktet så är all järnoxid i malmbiten wustit.. nu är det bara den sista reaktionen till metalliskt järn som kvarstår och det sker på samma sätt som tidigare... koloxid reagerar först med wustiten på ytan men sedan måste gasen diffundera igenom ett skal av metalliskt järn för att komma åt innanförliggande wustit (finns ordet innanförliggande i SAOL??).

All wustit kommer inte att hinna reagera med koloxiden i gasen utan när temperaturen är tillräckligt hög kommer järnskalet att bli så tätt att reduktionen slutar att ske. Nästa steg blir då när temperaturen stigit så högt att "malmbiten" mjuknar och smälter. När det händer kommer järnskalet att "brista"/"smälta" och den wustitrika slaggen somm finns kvar i mitten på malmbiten kommer att rinna ut.

Det som nu händer är följande. Den metalliska smältan kommer att rinna ner genom träkolsbitarna mot botten av ugnen och under tiden kommer den att ta upp kol. Ju mer kol den tar upp ju lägre smälttemperatur frå järnet. Vid 4% är smältpunkten kring 1130 grader Celcius. Den slagg, med hög halt wustit, som också rinner ner mellan kolbitarna kommer att reagera så att wustiten reduceras till metalliskt järn och resten blir en flytande slagg bestående av vilka andra oxider som malmen innehöll. Är blandningen av andra oxider sådan att smältpunkten blir väldigt hög när järnoxidhalten minskar så kommer den att stelna och det stökar till hyttdriften. Det är därför som man i vissa fall tillsätter kalksten eller något annat mineral som gör att den kvarvarande smältan får en lägre smältpunkt. Det gäller dock att kalkstenen och den kvarvarande slaggen träffar på varandra i närheten av stället.

All järnoxid som finns kvar i slaggen när den smälter för att sedan reduceras till metalliskt järn kräver en väldig massa energi. Det gör att om det finns mycket oreducerad wustit långt nere i ugnen kommer detta att kyla ugnen så mycket att det mesta kommer att stelna i närheten av forman. Det gäller att reduktionen i hela schaktet hinner ske. Det gäller att hela malmkornet hinner reagera från hematit till magnetit till wustit till metalliskt järn innan den smälter. Och eftersom alla reaktioner styrs av att gas ska ta sig in i malmbiten och sedan ut igen krävs det långa tider. Nu när vi tätat ugnen så att det tar 15-25 timmar för malm och kol att ta sig genom schaktet så finns det alla möjligheter att lyckas med försöken.

Den sista delen handlar om att vi måste hantera den smälta som kommer ner förbi formnivån och ner i stället. Masugnen är ju en process som är kontinuerlig och det som produceras ska tappas i flytande form ur masugnen medans ugnen fortsätter att gå. Det gäller alltså att ha ett ställ som är så varmt att den smälta som kommer rinnande inte stelnar. Här är det viktigt att storleken på stället och den mängd bläster som blåses in passar ihop så att det går att värma all sten i väggar och botten av stället. Det är troligtvis här som vi gått bet ett antal gånger tidigare men som vi tror oss fixat tills i år. Vi ska ha rejält varmt i stället.

Det är därför som Dannemora eller Gamla kolningsbergsmalmen anses som lättsmält för dessa malmer har en bra sammansättning av övriga oxider som gör den sista slaggen lättsmält.

Jaha.. det var reaktioner i schaktet. Om det är någon som vill ha mer fasdiagram, termodynamik, kinetik och kemiska reaktioner i kommande inlägg så får ni faktiskt lägga in kommentarer om detta i de olika inläggen jag skriver.

/Bosse

  • Comments(0)//jarnforsok2015.jarnetpalapphyttan.se/#post7