Bu aşamada üretilen kil ürünlerin yüzeyinde küçük çaplı metalik benekler oluşmuştur. 3/18/2016. CEVHERDEN DEMİRİN ÜRETİLMESİ Giriş

Benzer belgeler
DOÇ. DR. FATİH ÇALIŞKAN

ELLINGHAM DİYAGRAMLARI

DEMİRLİ HAMMADDELERİN İNDİRGENMESİ DENEYİ

3/25/2016 YÜKSEK FIRIN REAKSİYONLARI

3.BÖLÜM: TERMODİNAMİĞİN I. YASASI

Sıcaklık (Temperature):

Pik (Ham) Demir Üretimi

BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal

GENEL MALZEME LABORATUVARI I A. METALURJİK ÜRETİM PROSES REAKSİYONLARI A.1.

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

%20 Fazla hava dikkate alınarak yanma denklemi aşağıdaki şekilde yazılır:

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Termal analiz esasları;

ΔH bir sistem ile çevresi arasındaki ısı transferiyle alakalı. Bir reaksiyonun ΔH ını hesaplayabiliyoruz. Hess yasası,

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Temel: 100 mol kuru su gazı. caklık k ve 5 bar basınc

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

ÜRETİM METALURJİSİ ANABİLİM DALI Metalurji Proses Laboratuarı Deney Föyü. Peletleme ve Redüksiyon

Konular: I. Değerlik bağı teorisi ve melezleģme (Ders #15 den devam) Karmaşık moleküllerde melezleşme tayini

HİDROJEN ÜRETİMİ BUĞRA DOĞUKAN CANPOLAT

Bölüm 2. Bu slaytlarda anlatılanlar sadece özet olup ayrıntılı bilgiler derste verilecektir.

Harici Yanma Tesisi. Enerji Üretim ve Dağıtım Müdürlüğü. Özgür AKGÜN

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Soru No Program Çıktısı 3, ,10 8,10

hesaplama (Ders #16 dan devam) II. İstemli değişim ve serbest enerji III. Entropi IV. Oluşum serbest enerjisi

Bölüm 15 Kimyasal Denge. Denge Kavramı

TAM KLİMA TESİSATI DENEY FÖYÜ

Çelik Üretim Esasları ÇELİK ÜRETİM ESASLARI. Çelik Üretim Esasları. Çelik Üretim Esasları

Katlı oranlar kanunu. 2H 2 + O 2 H 2 O Sabit Oran ( 4 g 32 g 36 g. 2 g 16 g 18 g. 1 g 8 g 9 g. 8 g 64 g 72 g. N 2 + 3H 2 2NH 3 Sabit Oran (

Kristalizasyon Kinetiği

KİMYASAL TEKNİKLERLE TOZ ÜRETİMİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR. Yanma. Prof.Dr. Abdurrahman BAYRAM

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

YANMA. Derlenmiş Notlar. Mustafa Eyriboyun ZKÜ

GENEL KİMYA. 7. Konu: Kimyasal reaksiyonlar, Kimyasal eşitlikler, Kimyasal tepkime türleri, Kimyasal Hesaplamalar

Kendiliğinden Oluşan Olaylar ISTEMLI DEĞIŞIM: ENTROPI VE SERBEST ENERJI. Entropi. Şelale her zaman aşağı akar, yukarı aktığı görülmemiştir.

FIRAT ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 3. SINIF EKSTRAKTİF METALURJİ DERSİ VİZE SINAV SORULARI CEVAP ANAHTARI

Kimya ve Enerji. 1. Sistem ve Çevre. 2. Isı, Mekanik İş ve İç Enerji. YKS Fasikülleri. Yakup Demir. a. Sistemlerin

Proses Tekniği TELAFİ DERSİ

TOPRAK OLUŞUMUNDA AŞINMA, AYRIŞMA VE BİRLEŞME OLAYLARI

İÇERİK. Amaç Yanma Dizel motorlardan kaynaklanan emisyonlar Dizel motor kaynaklı emisyonların insan ve çevre sağlığına etkileri Sonuç

Kimyasal Metalürji (II) (MET312)

ÇELİK YAPIM OCAKLARI BACA TOZLARININ «DÖNER TABANLI FIRIN ( RHF)» LARDA KÖMÜR İLE DİREKT İNDİRGENMESİ. Muammer BİLGİÇ ECOSID Ltd.

Termodinamik Termodinamik Süreçlerde İŞ ve ISI

Türkiye nin Elektrik Üretimi ve Tüketimi

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVAR FÖYÜ KALSİNASYON VE REDÜKSİYON DENEYİ

EDUCATIONAL MATERIALS

3. TERMODİNAMİK KANUNLAR. (Ref. e_makaleleri) Termodinamiğin Birinci Kanunu ÖRNEK

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR ÇİMENTO ÜRETİMİ VE HAVA KİRLİLİĞİ

ALTERNATİF DEMİR-ÇELİK ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Metallerde Döküm ve Katılaşma

3. KİMYASAL DENGE, (TERSİNİR REAKSİYONLAR)

ÖRNEK SET 4 - MBM 211 Malzeme Termodinamiği - I

Termokimya ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Yrd.Doç.Dr. Hayrettin TÜRK

ÇİMENTO ÜRETİMİ VE HAVA KİRLİLİĞİ

Faz ( denge) diyagramları

ELEKTRİK ARK FIRINLARINDA KULLANILAN HURDAYA ALTERNATİF HAMMADDELER

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Fe 2+ oluşumunun hızı =

KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI YOLUYLA ELDE EDİLEN SENTEZ GAZINDAN METANOL ÜRETİMİ

Karbonmonoksit (CO) Oluşumu

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

Demir-Çelik Üretim Teknolojileri (MATE 305) Ders Detayları

!" #$%&'! ( ')! *+*,(* *' *, -*.*. /0 1, -*.*

Demir Ve Çelik Üretimi. Üzerine Uygulamalar ve. Teknolojiler Özeti

Alüminyum Cürufundan Alüminyum Metali ve Flaks Eldesi

Buhar çevrimlerinde akışkan olarak ucuzluğu, her yerde kolaylıkla bulunabilmesi ve buharlaşma entalpisinin yüksek olması nedeniyle su alınmaktadır.

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

İkincil Çelik Metalurjisi (MATE 482) Ders Detayları

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DOYMA BASINCI DENEY FÖYÜ 3

Endüstriyel Kaynaklı Hava Kirliliği

DEMIR-ÇELIK METALURJISI (DERS NOTU)

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Redoks Kimyasını Gözden Geçirme

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

Doç. Dr. Serhan Küçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

İnstagram:kimyaci_glcn_hoca KİMYASAL REAKSİYONLARDA ENERJİ. kimyaci_glcn_hoca

ÇELİK YAPIM OCAKLARI BACA TOZLARININ «ROTARY HEART FURNACE» LARDA KÖMÜR İLE DİREKT İNDİRGENMESİ. Muammer BİLGİÇ ECOSID Ltd.

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

DEMİR - ÇELİK ÜRETİMİ

TEKNİK FİZİK ÖRNEK PROBLEMLER-EK2 1

İDEAL GAZ KARIŞIMLARI

AYRIŞMA (KAYA VE TOPRAK KAVRAMI)

ÇEVRE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ KODLU TEMEL ĠġLEMLER-1 LABORATUVAR DERSĠ DENEY FÖYÜ

Cam Temperleme Fırınında Enerji Analizi. Yavuz TÜTÜNOĞLU Alpaslan GÜVEN İlhan Tekin ÖZTÜRK

Akışkanların Dinamiği

SINAV SÜRESİ 90 DAKİKADIR. BAŞARILAR

ERGİMİŞ KARBONATLI YAKIT PİLİ SİMÜLASYONU

FIRINLARDA ENEJİ VERİMLİLİĞİ BEYZA BAYRAKÇI

Bölüm 3 SAF MADDENİN ÖZELLİKLERİ

Termodinamik. Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ

TERMODİNAMİĞİN TEMEL EŞİTLİKLERİ

SOĞUTMA KULESİ AMAÇ. Soğutma kulesine ait temel özelliklerin ve çalışma prensiplerinin öğrenilmesi.

NİKEL ESASLI REZİSTANS ELEMENTLERİ

11/13/2015. Harman Rutubeti. Harmanın Karıştırılması ve fırın silosuna nakli

Patlama nedir? Tozların, gazların ve patlayıcıların kimyasal enerjisinin ani büyümesi. www. atexegitim.com

Hidroklorik asit ve sodyum hidroksitin reaksiyonundan yemek tuzu ve su meydana gelir. Bu kimyasal olayın denklemi

TOPRAK ANA MADDESİ Top T rak Bilgisi Ders Bilgisi i Peyzaj Mimarlığı aj Prof. Dr Prof.. Dr Günay Erpul kar.edu.

ELBİSTAN LİNYİTİ VE ATIKLARIN BİRLİKTE SIVILAŞTIRILMASI

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

Transkript:

CEVHERDEN DEMİRİN ÜRETİLMESİ Giriş Çok fazla miktarda olmasına rağmen, yeryüzünde bulunan demir genel olarak oksit olarak bulunmaktadır ve tipik atmosferik şartlar altında metalik demire göre çok daha dengeli durumdadır. Milattan önce 4000 ve 3500 yılları arasında metalin ergitilmesi, kil esaslı ürünlerin metalik oksit esaslı cevherlerin dekoratif amaçla sır olarak kaplanması sırasında, pişirme (sinterleme) yapılırken metalik hale indirgenmesiyle keşfedilmiştir. Bu yüzden, metalin ergitilmesinin keşfedilmesi, daha önceki teknolojik gelişmelerin en büyüklerinden biri olarak düşünülmektedir. 1 Pişirme sırasında bol miktarda kullanılan çeşitli yakıtlar ile yüksek sıcaklıklara çıkabilmesi ve yine bol miktarda yanıcı gazında sistemde yer alabilmesi buna imkân tanımıştır. Bu aşamada üretilen kil ürünlerin yüzeyinde küçük çaplı metalik benekler oluşmuştur. Böylelikle, oksit esaslı cevherlerin kil esaslı ürünlerde sır olarak kullanımının metallerin redüklenmesine yol açmış olabileceği, metalin ilk redüklenmesi işlemlerinin bu sırada gerçekleşmiş olduğu düşünülmektedir. 3 4 Burada var olan sistem elemanlar: ısı redükleyici atmosfer metal cevherleri Bu gerçekler ışığında, metal ergitmenin pratiği, gerçek bir teknoloji olarak hızla gelişmiştir. Modern metotların çok karmaşık olmalarına rağmen, metallerin oksitlerinde redüklenme özellikleri benzerlik arz etmektedir. 5 Genel olarak metalik malzemelerin, atmosferik sıcaklıklarda ve basınçta havada, oksit halinde bulunması en muhtemel durumdur. Demir için, bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir, (1) 6 1

Çeşitli demir oksitler için üretilen ısı miktarı Tablo 1 de verilmektedir. Tablo 1. Demirin yaygın oksitleri için oluşum entalpi ve entropisi Reaksiyon m n H(kJ) S(J) 1 1-64.43-64.7 3-806.67-43.9 3 4-109.86-98.6 Reaksiyon ısısı, H relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır. Tabi ki, entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması için yeterli değildir. Sabit sıcaklık ve basınç şartları altında, Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz. Reaksiyonlar için Gibbs serbest enerji değişimi eşitlik ile verilebilir; () 7 8 Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji değişimi şematik olarak Şekil 1 de görülmektedir. Burada not edilmesi gereken husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K) H o ı ve eğrinin eğimi ise S o ı vermektedir. Şekil 1. oksidasyon reaksiyonu için sıcaklığa karşı ın değişimi: H o -T S o <0 >0 T Fe+O =FeO H o 9 10 Bu tür diyagramlar Ellingham diyagramları olarak bilinmektedir. Yine not edilmelidir ki, X ekseninin kesim noktası =0 olduğu şartı gösterir ve bu sıcaklık denge sıcaklığıdır. Şekil 1.oksidasyonreaksiyonuiçinsıcaklığa karşı ındeğişimi: Fe+ O =FeO H o -T S o <0 >0 H o T 11 1

Görülmektedir ki, x-ekseninin kesim noktası ile gösterilen denge sıcaklığı K=1 şartı içindir. [Ln 1 = 0, =0] Şimdi bir an için m=n=1 olarak düşünelim kibu durum Tablo 1 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır. Oksidasyon reaksiyonu her bir molo içinaşağ]ıdaki gibiyazılabilir; (3) ve denge sabiti; (4) 00 100 T (K) 0 0 1000 000 3000 4000 5000-100 (5) şeklinde verilebilir. Burada, PO oksijenin kısmi denge basıncıdır. -00-300 -400-500 -600 Şekil. oksidasyon reaksiyonu için sıcaklığa karşı ındeğişimi: Fe+O =FeO 13 14 Denge durumunda, atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek için serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çizilmiştir (eşitlik ). T = 0 K deki kesişim, reaksiyonun standart entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir. 00 100 0-100 -00 T (K) 0 1000 000 3000 4000 5000 Eğrinin kesiştiği = 0, X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu, bu aşamada oksijen kısmi denge basıncını (1 atm.) göstermektedir. Buradan hareketle, eşitlik den denge sıcaklığı hesaplanabilir: (6) -300-400 -500-600 3795 C 15 16 Şekil deki grafik, ın negatif olması sebebiyle, metalik demirin; 1 atm basınç altında, 4068 K (3795 C)den düşük sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini göstermektedir. 00 100 T (K) 0 0 1000 000 3000 4000 5000-100 < 0-00 -300-400 -500-600 Eğer demir oksidin redüklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin, bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı aşikârdır. Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf bölgelerde bu mümkün olabilir. PO nin etkisini 1 atm den farklı bir basınç değerine değişimi dikkate alarak, G deki değişmenin hesaplanmasıyla gösterilebilir. 17 18 3

(7) Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından düşünülmüş olup Şekil 3 te gösterilmiştir. Sabit basınç çizgisi oksijenin kısmi basıncını göstermek için =0 çizgisi olarak düşünülebilir. Çoğu oksidasyon reaksiyonlarının simültane olarak gerçekleştiği düşünüldüğünde, 9 ncu eşitlikteki son ifadeye, her bir oksidasyon reaksiyonu için Rln(PO )- S o ifadesindeki sıcaklık bağımlılığını ilave etmek yerine, Ellingham diyagramlarında RTln(PO ) ifadesi kullanıldığında diyagram çok daha hassas olarak elde edilebilmektedir. 19 0 Bu sebeple, her hangi bir oksidasyon reaksiyonu çizgisinin Richardson çizgisi ile kesişmesi, bu kısmi oksidasyon basıncı için denge sıcaklığını gösterir. Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte düşünülmüş olur. Şekil 3. Alınan bir mol O nin 1 atm basınçtan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile, Gibbs serbest enerjisinin sıcaklık ile değişimi 1 Şekil 3 ten, oksijenin azalmasının redüksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu görülmektedir. Şüphesiz, oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir, ancak, bu pratik uygulama çok verimsiz çalışan bir sistemi oluşturmaktadır. Örneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi düşünelim (yani FeO; CO ve O gaz karışımı içerisinde). Bu durumda, konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu gerçekleşebilir; Daha önce bu sistemlerde çalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda olduğu gibi, redükleyici şartlar, oksijen ile öncelikli olarak oksitlenmiş olan çeşitli gazların var olduğu bir ortamda oluşturulabilmektedir. 3 4 4

Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 4 de çizilecek olursa, bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 818. K (545, C) olduğu görülür. Tam reaksiyonşuşekilde verilebilir. FeO + CO Fe + CO = -18.0 + 0.0T Kj (1) FeO=Fe+O CO+O =CO FeO+CO=Fe+CO = +58.8-0.130T kj = -564.8 + 0.174T kj = -36 + 0.044T kj FeO + CO Fe + CO = -18.0 + 0.0T kj (1) 5 6 Burada CO oksitlenir ve FeO, metalik demir e redüklenir. Denge sıcaklığı (yani, =0)böylece, (13) (545, C) İlginç bir şekilde oksijen reaksiyonda görülmemektedir. Ancak, diğer gazlar görülmektedir, denge sabiti; Şekil 4. Eşitlik 10-1 nin görüldüğü Ellingham diyagramı Böylece 818. K de, = 0 olur ve (14) 7 8 Oksijenin kısmi basıncı dikkate alınarak yapılan bu çalışmalarla, aynı düşünceler ışığında, atmosferin etkisini Şekil 5 de Ellingham-Richardson diyagramında (P CO /P CO ) sabit çizgileri ile göstermek mümkündür. C noktası, CO+O =CO reaksiyonunun çizgisinin serbest enerji çizgisini kestiği yeri belirtmektedir. Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellinngham diyagramına benzer olarak, P CO /P CO çizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı C noktasında başlamaktadır ve Şekil 5 de sağ tarafta skalası gösterilmektedir. 9 Şekil 5. oksit oluşumunun serbest enerjisi 30 5

Eşitlik (1) de reaksiyon için gerekli olan 818.8 K (545, C) denge sıcaklığı bir kez daha ele alacak olunursa, denge şartlarında daha yüksek sıcaklık, daha düşük P CO /P CO değerini göstermektedir. Böylece, P CO /P CO = 1 değerinde bir atmosferde FeO i redükler. Benzerşekilde, düşük sıcaklıklarda P CO /P CO =1 değeri demir için oksidasyona uğratıcı bir atmosferdir. Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geçebilmesi için, redükleyici bir atmosfer ve yüksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini göstermektedir. Ayrışmanın gerçekleşmesi için gerekli sıcaklık, P CO /P CO oranı ile gösterildiği gibi gazın redükleme gücündeki bir artışla, azalmaktadır. 31 3 SORU : Gangın bileşiminden gelen SiO in C ile redüksiyonunun olabilmesi için gerçekleşmesi gereken reaksiyonların tespitinde Ellingham diyagramından Si+O SiO (1) C+O CO () Denklemlerini kullanarak SiO+C Si+CO (3) Denklemi elde edilmektedir. a) 3. no lu reaksiyonu 1 ve no lu reaksiyonlardan türetiniz, b) 3 no lu reaksiyonun denge sıcaklığını, c) 3 no lu reaksiyonun denge serbest enerji değerini ( ) Ellingham diyagra-mını da kullanarak tespit ediniz. 33 34 DEMİRİN REDÜKLENMESİ(Temel Prensipler) Metalik demirin bir mühendislik malzemesi olarak kullanımı, demirin demir cevherinden redüklenmesini sağlayan bir prosesi gerektirmektedir. Cevherden demirin redüklenmesini gösteren genel bir reaksiyon; (15) 1 mol demir üretimi için reaksiyon aşağıdaki şekilde olur. Prensipte, bu çeşitli oksit esaslı cevherleri redükleyici ortama maruz bırakmakla ve kalıntı oksitlerden redüklenen metalin ayrılmasını sağlamakla yapılmaktadır. 35 36 6

Demir üretiminde hammaddelerin oranları Yaklaşık olarak bir ton demir üretmek için yedi ton hammadde gerekmektedir: Tozdan arındırma Eksoz gazı Fırın yükü [ Fe (cevher, sinter, pelet), kok, kireç taşı].0 ton demir cevheri 1.0 ton kok 0.5 ton kireç taşı 3.5 ton gaz Önemli miktarda ürün tekrar kullanıma sunulmaktadır 37 Ön ısıtılmış şarj Isı dönüştürücü1 3 3 1 3 3 FeO3 + CO Fe + CO Fe O3 + H Fe + HO 1 4 4 1 4 4 Fe3O4 + CO Fe + CO Fe3O4 + H Fe + H O 3 3 3 3 3 3 FeO & Fe Sıcak hava CO H FeO+C Fe+CO C+H O CO+H C+ --O 1 CO İkincil redüksiyon (~950ºC) Birincil Redüksiyon (~1650ºC) 38 C+ 1/O --O 1 CO C+H O CO+H Sıcak nemli havadan COileredükleme H ileredükleme FeO + CO Fe + CO -16.1kJ FeO + H Fe + HO +17.6kJ C + CO CO C + HO CO + H FeO + C Fe + CO +156.5kJ FeO + C Fe + CO +5.1kJ +131.4kJ +156.5kJ 39 40 Fırında gerçekleşen reaksiyonlar: C + O CO CaO + SiO CaSiO 3 FeO + CO Fe + CO CaCO 3 CaO + CO CO + C CO Fe 3 O 4 + CO 3FeO + CO 3Fe O 3 + CO Fe 3 O 4 + CO (1300 C) (100 C) (800 C - 1000 C) (800 C - 1000 C) (800 C) (600 C) (450 C) 41 4 7

Cevherin tam olarak Fe e dönüştüğü durumda, redükleyici R nin oksit haline geçmesi söz konusudur. Eğer eşitliği 1 mol Fe üretimi için yazılacak olursa aşağıdaki denklem meydana gelir. Redükleyici olarak karbon un seçilmesi, yüksek fırın prosesi için hayati bir öneme sahiptir. Karbon burada CO olarak ele alındığında cevherin (hematit, manyetit,) redüklenmesi yukarıdaki reaksiyon ışığında şu şekli alacaktır; (16) Bu reaksiyonların her ikisi de ekzotermik reaksiyonlardır ve cevherin spontane reaksiyonuna imkan tanımaktadır. Her iki reaksiyonda (17 ve 18) beklenen denge şartlarında reaksiyonun redüksiyon yönüne doğru ilerlemesi için; (19) eşitliği yazılır. 43 44 Ancak, redüksiyon gazının var olması için karbon un oksidasyonu gereklidir ki bu durumda ısı absorblar. C+CO CO +17,6kj Net reaksiyon endotermik bir reaksiyondur. H ın sıcaklığa bağımlılığı ihmal edilecek olursa,() ve (3) eşitliğinden çok basit olarak aşağıdaki denklem görülebilir. (0) Modern Yüksek Fırınlar Yüksek fırın prosesi, redüksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla çeşitli oksit cevherlerinden metalik demirin kazanılması için geliştirilmiştir. Bu prosesin esasları çok basit iken, modern yüksek fırın operasyonu mümkün olan en yüksek verimin alınabileceği optimizasyon çalışmalarının en üst seviyelerine çıkmak için yapılmaktadır. 45 46 Demirin cevherden kazanılması işleminde çok büyük kütlelerin çok yüksek sıcaklıklara çıkarılmasına ihtiyaç duyulması sebebiyle, en yüksek gider ısıtma için gerekli olan enerjidir, yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır. Buna ilave olarak, redüksiyon reaksiyonları önemli ölçüde redükleyici gaz atmosferine ihtiyaç duyulmasına sebep olmaktadır. Bu da diğer bir önemli gider kaynağıdır. 47 48 8

Yüksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktör, karbon kaynağı olarak kok un kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de redükleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır. Dışarıdan ısıtılan cevher yüküne redükleyici gaz enjeksiyonundan başka, cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır ve sıcak hava üflenmektedir. Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir. 49 Bu yüksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (110.5 kj/mol) hem de redükleyici gaz (CO) üretilmektedir. Böylece reaktörün içerisinde yakıtın yanmasıyla çok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktant gaz üretilmektedir ve cevherle karışmaktadır. 50 Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise, içeri giren sıcak hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H gazı üretilmesidir. Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon reaksiyona girmektedir. Bu reaksiyon ΔH ın pozitif değeri ile gösterildiği gibi ısı absorbe eder. Ancak, bu reaksiyon sürecinde karbonun oksidasyonu her bir mol karbon için iki mol redükleyici gaz üretir. 51 5 H gazı CO e benzer şekilde demirin redüklenmesi için etki eder. 53 9