Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схематический чертеж пудлинговой печи

Пудлинг - это этап производства высококачественного железа в тигле или печи. Он был изобретен в Великобритании во время промышленной революции . Расплавленный чугун перемешивали в отражательной печи в окислительной среде, в результате чего получалось кованое железо . Это был один из самых важных процессов производства первых заметных объемов ценного и полезного пруткового железа (ковкого кованого железа) без использования древесного угля. Со временем печь будет использоваться для производства небольших партий специальных сталей .

Хотя это был не первым процессом производства сортового проката без угля , пудлингование было безусловно самым успешным, и заменил ранее заливку и штамповочные процессы, а также гораздо более старый угольный наряд и рудоплавильни процессов. Это позволило значительно расширить производство железа в Великобритании, а вскоре после этого и в Северной Америке. Это расширение является началом промышленной революции в черной металлургии. В большинстве применений кованого железа XIX века, включая Эйфелеву башню , мосты и оригинальный каркас Статуи Свободы , использовалось луженное железо.

Позже печи стали использовать и для производства качественной углеродистой стали . Это было высококвалифицированное искусство, и как высокоуглеродистые, так и низкоуглеродистые стали были успешно произведены в небольших масштабах, особенно для технологии изготовления инструментальной стали, а также высококачественных мечей , ножей и другого оружия .

История [ править ]

Wuchaoni процесс очистки описан в Тяньгуном Kaiwu энциклопедии опубликовано в 1637 году, написанная Сонг Аингксинга , показывают некоторое сходство с ранним процессом пудлингового.

Обработка стали луженным металлом была известна в древнем Китае еще во времена династии Хань в I веке нашей эры. Прогресс в процессах производства стали улучшил общее качество стали за счет многократной ковки, складывания и складывания кованого железа из чугуна для изготовления мечей. [1]

Современная лужа была одним из нескольких процессов, разработанных во второй половине 18 века в Великобритании для производства пруткового чугуна из чугуна без использования древесного угля. Он постепенно заменил более ранний процесс на древесном угле, который велся в художественной кузнице .

Потребность в лужах [ править ]

Чугун содержит много свободного углерода и является хрупким. Прежде чем его можно будет использовать, и прежде чем он сможет быть обработан кузнецом , он должен быть преобразован в более податливую форму, как прутковое железо, ранняя стадия кованого железа .

Успешное использование Авраамом Дарби кокса для его доменной печи в Коулбрукдейле в 1709 году [2] снизило цену на железо, но этот чугун, содержащий кокс, изначально не был принят, поскольку его нельзя было преобразовать в прутковый чугун существующими методами. [3] Примеси серы из кокса делали его « горячим коротким » или хрупким при нагревании, поэтому процесс облагораживания был для него неприменим. Лишь примерно в 1750 году, когда паровая продувка печи повысила температуру печи настолько, чтобы можно было добавить достаточно извести для удаления серы, стал применяться чугун для коксования. [4] Кроме того, были разработаны более совершенные процессы его усовершенствования. [3]

Изобретение [ править ]

Авраам Дарби II , сын новатора в области доменных печей, сумел превратить чугун в прутковый чугун в 1749 году, но никаких подробностей о его процессе не известно. [5] Братья Крейндж , также работающие на берегу реки Северн , достигли этого экспериментально, используя отражательную печь , работающую на угле , в которой железо и сернистый уголь можно было хранить отдельно. [5]Они были первыми, кто выдвинул гипотезу о том, что железо можно превратить из чушкового чугуна в прутковый чугун только под действием тепла. Хотя они не знали о необходимых эффектах кислорода, подаваемого воздухом, они, по крайней мере, отказались от прежнего заблуждения о том, что необходима смесь с материалами из топлива. Их эксперименты были успешными, и в 1766 году им был выдан патент №851, но, похоже, их процесс не получил коммерческого применения.

В 1783 году Петр Лук на Dowlais построил большую отражательных печи. [5] Он начал успешное коммерческое использование этого продукта и получил патент №1370.

Печь для лужения была усовершенствована Генри Кортом в Фонтли в Хэмпшире в 1783–84 годах и запатентована в 1784 году. Корт добавил к дымоходу демпферы, чтобы избежать риска перегрева и «сжигания» железа. [5] Процесс Корта состоял из перемешивания расплавленного чугуна в отражательной печи в окислительной атмосфере, тем самым обезуглероживая его. Когда утюг «превратился в природу», то есть в пастообразную консистенцию, его собрали в лужу, покрыли черепицей и скатали (как описано ниже). Применение рифленых валков в прокатном стане для прокатки узких прутков также было изобретением Корта. [6]Cort удалось лицензировать этот процесс и получить от него доход даже от металлургического завода, такого как Cyfarthfa , где более ранний процесс был изобретен ранее их соседями в Dowlais. Корт в настоящее время считается «изобретателем» лужайки. [ необходима цитата ]

Спустя 90 лет после изобретения Корта американская рабочая газета напомнила о преимуществах его системы:

«Когда железо просто расплавляется и заливается в любую форму, его текстура гранулирована, и оно настолько хрупкое, что совершенно ненадежно для любого использования, требующего большой прочности на разрыв. Процесс лужения заключался в перемешивании расплавленного чугуна, вытекающего в лужу. , и так изменил его анотомическое расположение, что сделало процесс прокатки более эффективным ». [7]

Процесс Корта (как запатентованный) работал только с белым чугуном , а не с серым чугуном , который был обычным сырьем для кузниц того периода. Эта проблема была решена, вероятно, в Мертир-Тидвиле путем объединения луж с одним элементом немного более раннего процесса. Это включало в себя другой вид очага, известный как «очистительный завод» или «уходящий огонь». [8] Чугун был расплавлен и вылился в желоб. Шлак отделился и плавал по расплавленному чугуну и был удален путем опускания дамбы в конце желоба. Эффект этого процесса заключался в обескремниванииметалл, оставляющий белый хрупкий металл, известный как «тонкий металл». Это был идеальный материал для загрузки в печь для лужения. Эта версия процесса была известна как «сухая лужа» и продолжалась в некоторых местах до 1890 года.

Альтернатива рафинированию серого чугуна была известна как «влажная лужа», также известная как «кипячение» или «кипячение в чушках». Его изобрел пудлер по имени Джозеф Холл из Типтона . Стал добавлять в заряд железный лом . Позже он попытался добавить железную окалину (по сути, ржавчину ). Результат был впечатляющим: печь сильно закипела. Это была химическая реакция между окисленным железом в окалине и углеродом, растворенным в чушках. К его удивлению, полученный шар из лужи дал хорошее железо.

Одна большая проблема с лужами заключалась в том, что почти 50% чугуна уходило со шлаком, потому что в качестве слоя использовался песок. Холл заменил слой обожженным огарком из крана, в результате чего количество отходов сократилось до 8%, а к концу века их количество сократилось до 5%. [9]

Впоследствии Холл стал партнером в создании Bloomfield Iron Works в Типтоне в 1830 году, а с 1834 года фирма стала называться Bradley, Barrows and Hall. Это версия процесса, наиболее часто используемая в середине-конце 19 века. Мокрая лужа имела то преимущество, что она была намного эффективнее сухой лужи (или любого более раннего процесса). Наилучший выход железа, достижимый из сухой лужи, - это тонна железа из 1,3 тонны чугуна (выход 77%), но выход из мокрого лужа составил почти 100%.

Производство мягкой стали в пудлинговой печи было осуществлено примерно в 1850 году в Вестфалии , Германия, и было запатентовано в Великобритании от имени Lohage, Bremme и Lehrkind. Он работал только с чугуном, полученным из определенных видов руды. Чугун нужно было быстро расплавить, а шлак - богатым марганцем . Когда металл стал природным, его нужно было быстро удалить и покрыть черепицей, прежде чем произошло дальнейшее науглероживание . Этот процесс был использован на металлургическом заводе Low Moor в Брэдфорде в Йоркшире ( Англия ) в 1851 году и в долине Луары во Франции в 1855 году. Он получил широкое распространение.

Процесс пудлинга начал вытесняться с введением процесса Бессемера , по которому производилась сталь. Его можно было превратить в кованое железо, используя процесс Aston, за небольшую часть затрат и времени. Для сравнения, средний размер загрузки для пудлинговой печи составлял 800–900 фунтов (360–410 кг) [10], в то время как загрузка конвертера Бессемера составляла 15 коротких тонн (13 600 кг). Масштаб процесса образования луж нельзя было увеличить, поскольку он ограничивался объемом, с которым мог справиться лужица. Его можно было расширить, только построив новые печи.

Процесс [ править ]

Внешний вид одиночной пудлинговой печи. А. Демпфер; Б. Рабочая дверь

Процесс начинается с подготовки печи для лужения. Это включает в себя доведение печи до низкой температуры и затем ее чистку . Зачистка - это процесс окрашивания решетки и стен вокруг нее оксидами железа, обычно гематитом ; [11] это действует как защитное покрытие, предотвращающее прогорание расплавленного металла через печь. Иногда вместо гематита использовали мелко измельченный огарок. В этом случае печь необходимо нагреть в течение 4–5 часов для расплавления огарки, а затем охладить перед загрузкой.

Затем в под печи помещается белый чугун или очищенное железо. Этот процесс называется загрузкой . Для мокрого лужения также загружается металлолом и / или оксид железа. Затем эту смесь нагревают до плавления верхней части, позволяя оксидам начать перемешивание; обычно это занимает 30 минут. Эту смесь подвергают сильному току воздуха и перемешивают с помощью длинных стержней с крючками на одном конце, называемых прутьями или валками , [10] [12] через дверцы в печи. [13] Это помогает кислороду из оксидов вступать в реакцию с примесями в передельном чугуне, особенно с кремнием , марганцем (с образованием шлака) и в некоторой степенисера и фосфор , которые образуют газы, уходящие с выхлопом печи.

Затем добавляется больше топлива и повышается температура. Утюг полностью плавится, и углерод начинает выгорать. Во влажной лужи образование углекислого газа из-за реакции с добавленным оксидом железа вызовет образование пузырьков, которые заставят массу казаться кипящей. Этот процесс вызывает вспучивание шлака сверху, давая валунику визуальное представление о ходе горения. Когда уголь выгорает, температура плавления смеси повышается с 1150 до 1540 ° C (от 2100 до 2800 ° F), [14] [15], поэтому во время этого процесса в печь необходимо постоянно подавать питание. Температура плавления увеличивается, поскольку атомы углерода в смеси действуют как растворенные вещества в растворе, который снижает точку плавления смеси железа (как дорожная соль на льду).

Работая бригадой из двух человек, пудлер и помощник могли произвести около 1500 кг железа за 12-часовую смену. [16] Из-за напряженного труда, жары и дыма у лужиц была очень короткая продолжительность жизни, большинство из них умирало в возрасте 30 лет. [17] Лужа никогда не могла быть автоматизирована, потому что лужа должен был чувствовать, когда шары «пришли в природу».

Пудлинговая печь [ править ]

Горизонтальное (нижнее) и вертикальное (верхнее) сечения одной пудлинговой печи. A. Каминная решетка; Б. Огнеупорные кирпичи; C. Перекрестные связующие; D. Камин; E. Рабочая дверь; F. Hearth; G. Стопорные пластины из чугуна; H. Стена моста

Пудлингование печь представляет собой технология metalmaking используется для создания кованого железа или стали из чугуна , полученный в доменной печи . Печь сконструирована так, чтобы нагнетать горячий воздух над чугуном без прямого контакта топлива с чугуном. Эта система обычно известна как отражательная печь или мартеновская печь . Главное преимущество этой системы - отделение примесей топлива от заряда.

Схема двойной печи для лужения

В очаге железо загружается, плавится и разливается в лужу. Форма очага обычно эллиптическая; 1,5–1,8 м (4,9–5,9 футов) в длину и 1–1,2 м (3,3–3,9 футов) в ширину. Если печь предназначена для лужения белого чугуна, то глубина пода не должна превышать 50 см (20 дюймов). Если печь предназначена для варки серого чугуна, то средняя глубина пода составляет 50–75 см (20–30 дюймов). Из-за большого количества тепла, необходимого для плавления шихты, решетку пришлось охлаждать, чтобы она не расплавилась вместе с загрузкой. Для этого использовали постоянный поток холодного воздуха или поливали дно решетки водой.

В камине, в котором сжигается топливо, использовалась чугунная решетка, размер которой варьировался в зависимости от используемого топлива. Если используется битуминозный уголь, средний размер решетки составляет 60 см × 90 см (2,0 футов × 3,0 фута), и в нее загружается 25–30 см (9,8–11,8 дюйма) угля. Если используется антрацитовый уголь, то решетка имеет размер 1,5 м × 1,2 м (4,9 футов × 3,9 фута) и загружается 50–75 см (20–30 дюймов) угля.

Печь с двумя лужами похожа на печь с одной пудлинговой печью, с основным отличием, что есть две рабочие двери, позволяющие двум пудлерам работать с печью одновременно. Самым большим преимуществом этой установки является то, что она производит вдвое больше кованого железа. Кроме того, она более экономична и экономична по сравнению с одиночной печью.

См. Также [ править ]

  • Тигельная сталь
  • Обезуглероживание
  • Двойной молоток
  • Сталеплавильное производство

Сноски [ править ]

  1. ^ Чен, Ченг-Yih (1987). Наука и технологии в китайской цивилизации . World Scientific Pub Co Inc. (опубликовано в мае 1987 г.). п. 237. ISBN. 978-9971501921.
  2. ↑ Шуберт (1958) , стр. 99.
  3. ^ а б Шуберт (1958) , стр. 100.
  4. ^ Tylecote РФ (1992). История металлургии, второе издание . Лондон: издательство Maney Publishing для Института материалов. ISBN 978-0901462886.
  5. ^ а б в г Шуберт (1958) , стр. 106.
  6. ↑ Schubert (1958) , стр. 105–106.
  7. ^ "Лужа железа" , Адвокат рабочего [Чикаго], том. 9, вып. 9 (25 января 1873 г.), стр. 1.
  8. ^ Называется Оверманом «нарядом» и «бегущим огнем», но не следует путать с нарядом в кузнице нарядов.
  9. ^ Ландес (1969) , стр. 33.
  10. ^ a b Оверман, Фредрик (1854 г.). Производство железа во всех его отраслях . Филадельфия: ХК Бэрд. С.  267 , 268, 287, 283, 344.
  11. Перейти ↑ Rajput, RK (2000). Инженерные материалы . С. Чанд. п. 223. ISBN 81-219-1960-6.
  12. ^ WKV Gale, Черная металлургия: Словарь терминов (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот 1971), 165.
  13. ^ RF Tylecote, «Железо в промышленной революции» в RF Tylecote, The Industrial Revolution in Metals (Institute of Metals, London 1991), 236-40.
  14. ^ Смит, Кэрролл (1984). Инженер для победы . MotorBooks / Издательская компания MBI. С. 53–54. ISBN 0-87938-186-8.
  15. ^ WKV Gale, Британские металлургические промышленности (Дэвид и Чарльз, Newton Abbot, 1967), 70-79.
  16. ^ Макнил, Ян (1990). Энциклопедия истории техники . Лондон: Рутледж. п. 165 . ISBN 0415147921.
  17. ^ Ландес (1969) , стр. 218.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Шуберт, HR (1958). Добыча и производство металлов: чугуна и стали . История технологии. IV: Промышленная революция. Издательство Оксфордского университета.
  • WKV Gale, Iron and Steel (Longmans, Лондон, 1969), 55 и далее.
  • WKV Gale, Британская металлургическая промышленность: техническая история (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1967), 62–66.
  • 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. ISBN 0-521-09418-6.
  • Р. А. Мотт, «Сухая и мокрая лужа» Пер. Newcomen Soc. 49 (1977–78), 153–58.
  • Р. А. Мотт (изд. П. Сингер), Генри Корт: великий лучший (The Metals Society, Лондон, 1983).
  • К. Барраклаф, Производство стали: 1850–1900 (Институт материалов, Лондон, 1990), 27–35.
  • Оверман, Фредерик (1854). Производство железа во всех его отраслях . Филадельфия: ХК Бэрд. стр.  259 -302.
  • Статья Пола Белфорда о N. Hingley & Sons Ltd
  • Железная лужа: Моя жизнь на прокатных станах и что из этого вышло . по Джеймсу Дж Дэвис . Нью-Йорк: Гроссет и Данлэп, 1922. (авторский текст - CL Edson)