يعرض الشكل فرن ميدركس الذي يختزل أكاسيد الحديد بغاز مختزل ناتج من الغاز الطبيعي بدلًا من الفحم.
1فرن ميدركس — المرحلة الثانية: اختزال خامات الحديد
يعرض الشكل فرن ميدركس الذي يختزل أكاسيد الحديد بغاز مختزل ناتج من الغاز الطبيعي بدلًا من الفحم. ويعتمد هذا الأسلوب على اختزال الخام في الحالة الصلبة دون انصهار، فينتج حديدًا إسفنجيًا يُنقل بعد ذلك إلى أفران صناعة الصلب.
2المرحلة الثانية: اختزال خامات الحديد
يلخص الشكل تفاعلات الاختزال في الفرن العالي، فيتكون غاز أول أكسيد الكربون من احتراق الكوك وتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الكربون الساخن. ثم يختزل أول أكسيد الكربون أكسيد الحديد III وفق المعادلة Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂.
شكل توضيحي — رسم توضيحي — النقطة 3: المرحلة الثانية: اختزال خامات الحديد:
يتم فيها اختزال أكاسيد الحديد إلى حديد بإحدى طريقتين حسب العامل المختزل المستخدم.
(أ) الاختزال بغاز أول أكسيد الكربون في الفرن العالي
مصدر أول أكسيد الكربون هو فحم الكوك، وتتم العملية في الفرن العالي.
شكل 9: الفرن العالي — المرحلة الثانية: اختزال خامات الحديد
يوضح الشكل الفرن العالي الذي يُشحن من أعلاه بالخام والكوك والحجر الجيري، ويُنفخ الهواء الساخن من أسفله ليحترق الكوك مكونًا أول أكسيد الكربون المختزل. وتتحرك المواد نحو أسفل الفرن فيُختزل الخام تدريجيًا حتى يتجمع الحديد المنصهر في القاع.
تفاعلات الفرن:
C(s) + O₂(g) → CO₂(g) (بالتسخين Δ)
CO₂(g) + C(s) → 2CO(g) (بالتسخين Δ)
Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g) (عند درجة حرارة أعلى من 700°C)
(ب) الاختزال بخليط من CO وH₂ في فرن ميدركس
يستخدم الغاز المائي (خليط أول أكسيد الكربون والهيدروجين)، وينتج من الغاز الطبيعي الذي تبلغ نسبة الميثان CH₄ فيه نحو 93%.
