Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дополнительная информация: Кауперная печь
Доменная печь (слева) и три печи Каупера (справа), используемые для предварительного нагрева воздуха, вдуваемого в печь.
Горячая доменная печь: обратите внимание на поток воздуха от печи на заднем плане к двум доменным печам и на горячий воздух из печи переднего плана, отводимый для обогрева печи.

Горячий дутье относится к предварительному нагреву воздуха, нагнетаемого в доменную печь или другой металлургический процесс. Поскольку это значительно сократило расход топлива , горячий дуть был одной из самых важных технологий, разработанных во время промышленной революции . [1] Горячий дутье также позволил повысить температуру печи, что увеличило ее производительность. [2] [3]

Первоначально он работал, поочередно аккумулируя тепло от топочного газа в облицованном огнеупорным кирпичом сосуде с несколькими камерами, а затем продувая воздух для горения через горячую камеру. Это называется регенеративным нагревом. Горячий дутье был изобретен и запатентован для чугунных печей Джеймсом Бомонтом Нейлсоном в 1828 году на металлургическом заводе Уилсонтауна [ необходима цитата ] в Шотландии, но позже был применен в других контекстах, в том числе в позднем цветении . Позже окись углерода в дымовых газах сжигалась для получения дополнительного тепла.

История [ править ]

Изобретение и распространение [ править ]

Джеймс Бомонт Нилсон , в прошлом начальник газового завода в Глазго, изобрел систему предварительного нагрева дутья для печи. Он обнаружил, что, увеличивая температуру входящего воздуха до 300 градусов по Фаренгейту, он может снизить расход топлива с 8,06 тонны угля до 5,16 тонны угля на тонну произведенного железа с дальнейшим снижением при еще более высоких температурах. [4] Он и его партнеры, включая Чарльза Макинтоша , запатентовали это в 1828 году. [5] Первоначально нагревательный сосуд был сделан из кованых железных пластин, но они окислились, и он заменил его чугунным сосудом. [4]

На основании патента, выданного в январе 1828 года, Томас Ботфилд имеет историческую претензию как изобретатель метода горячего дутья. Нилсон считается изобретателем горячего взрыва, потому что он выиграл патентный процесс. [1] Нейлсон и его партнеры участвовали в серьезном судебном разбирательстве с целью защиты патента от нарушителей. [5] Распространение этой технологии по Великобритании было относительно медленным. К 1840 году 58 производителей железа получили лицензии, что дало доход от роялти в размере 30 000 фунтов стерлингов в год. К моменту истечения срока действия патента было 80 лицензий. В 1843 году, сразу после его истечения, 42 из 80 печей в южном Стаффордшире использовали горячий дутье, а в южном Уэльсе его потребление было еще более медленным. [6]

Другим преимуществом горячего дутья было то, что вместо кокса можно было использовать сырой уголь . В Шотландии относительно бедный железный камень с «черной полосой» можно было с прибылью выплавлять. [5] Это также увеличило суточную производительность печей. В случае металлургического завода Колдера с 5,6 тонны в день в 1828 году до 8,2 в 1833 году, что сделало Шотландию самым дешевым регионом по производству стали в Великобритании в 1830-х годах. [7]

Ранние дутьевые печи вызывали проблемы, так как тепловое расширение и сжатие могло вызвать поломку труб. Это было несколько исправлено, поддерживая трубы на роликах. Также было необходимо разработать новые методы соединения сопел с фурмами , поскольку кожа больше не могла использоваться. [8]

В конечном итоге этот принцип был применен еще более эффективно в регенеративных теплообменниках , таких как печь Cowper (которая предварительно нагревает входящий дутьевой воздух с помощью отходящего тепла дымовых газов; они используются в современных доменных печах) и в мартеновских печах (для производства стали). ) по процессу Сименса-Мартина. [9]

Независимо от этого Джордж Крейн и Дэвид Томас из Yniscedwyn Works в Уэльсе придумали ту же идею, и Крейн подал заявку на британский патент в 1836 году. Они начали производство железа по новому процессу 5 февраля 1837 года. Впоследствии Крейн купил патент Гессенхайнера. и запатентованные дополнения к нему, контролирующие использование процесса как в Великобритании, так и в США. Пока Крейн оставался в Уэльсе, Томас переехал в США от имени Lehigh Coal & Navigation Company и основал Lehigh Crane Iron Company, чтобы использовать этот процесс. [10]

Антрацит в производстве чугуна [ править ]

Горячий дутье позволил использовать антрацит при выплавке чугуна. Это также позволило использовать уголь более низкого качества, поскольку меньшее количество топлива означало пропорционально меньше серы и золы. [11]

В то время, когда был изобретен процесс, хороший коксующийся уголь был доступен в достаточных количествах только в Великобритании и Западной Германии [12], поэтому в чугунных печах в США использовался древесный уголь . Это означало, что любая железная печь требовала огромных участков лесной земли для производства древесного угля и обычно выходила из строя после вырубки близлежащих лесов. Попытки использовать антрацит в качестве топлива закончились неудачей, поскольку уголь сопротивлялся возгоранию в условиях холодного дутья. В 1831 году доктор Фредерик В. Гессенхайнер подал в США патент на использование горячего дутья и антрацита для плавки железа. Этим методом он произвел небольшое количество антрацитового чугуна в Valley Furnace околоПоттсвилл, штат Пенсильвания, в 1836 году, но из-за поломок, болезни и смерти в 1838 году он не смог довести этот процесс до крупномасштабного производства. [10]

Антрацит был вытеснен коксом в США после гражданской войны. Кокс был более пористым и мог выдерживать более тяжелые нагрузки в гораздо более крупных печах конца 19 века. [2] : 90 [13] : 139

Сталь [ править ]

Для стали температура горячего дутья может составлять от 900 ° C до 1300 ° C (от 1600 ° F до 2300 ° F) в зависимости от конструкции и состояния печи. Они имеют дело с температурами от 2000 ° C до 2300 ° C (от 3600 ° F до 4200 ° F). Нефть , гудрон , природный газ , порошкообразный уголь и кислород также могут быть введены в печь на уровне фурмы (около основания) для объединения с коксом для высвобождения дополнительной энергии, необходимой для повышения производительности. [14]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Белфорд, Пол (2012). «Плавка чугуна горячим дутьем в начале 19 века» (PDF) . Историческая металлургия . Историческое металлургическое общество . 46 (1): 32–44.
  2. ^ a b Ландес, Дэвид С. (1969). Свободный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время . Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. п. 92. ISBN 0-521-09418-6.
  3. ^ Эйрес, Роберт (1989). «Технологические преобразования и длинные волны» (PDF) : 21 <Рис. 7 показан временной ряд отношения C / Fe> Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ a b W.KV Gale, Британская металлургия (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1967), 55-8.
  5. ^ a b c «Нейлсон, Джеймс Бомонт (1792–1865)». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. DOI : 10,1093 / ссылка: odnb / 19866 . (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании .)
  6. ^ CK Hyde, Технологические изменения и британская металлургическая промышленность 1700-1870 (Princeton University Press, 1977), 154-5.
  7. ^ CK Hyde, Технологические изменения и британская металлургическая промышленность 1700-1870 (Princeton University Press, 1977), 151.
  8. ^ WKV Gale, Черная страна черной металлургии (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот 1966), 71-5.
  9. ^ WKV Gale, Британская металлургическая промышленность (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1967), 98-100.
  10. ^ a b Bartholomew, Craig L .; Мец, Лэнс Э. (1988). Бартоломью, Энн (ред.). Антрацитовая промышленность долины Лихай . Центр истории и технологий каналов. ISBN 0-930973-08-9.
  11. ^ Розенберг, Натан (1982). Внутри черного ящика: технологии и экономика . Кембридж, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 88 . ISBN 0-521-27367-6.
  12. Перейти ↑ Landes 1969 , p. 82.
  13. ^ Розен, Уильям (2012). Самая сильная идея в мире: история пара, индустрии и изобретений . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0226726342.
  14. ^ "Как работает доменная печь" . Архивировано из оригинала на 2017-09-26 . Проверено 7 февраля 2017 .