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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Alto horno. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un alto horno, alto horno, es un gran horno de fusión metalúrgico de tipo eje ubicado verticalmente para fundir hierro fundido y ferroaleaciones a partir de materias primas de mineral de hierro. La característica más importante del proceso del alto horno es su continuidad a lo largo de toda la campaña del horno (desde la construcción del horno hasta su reparación "mayor") y el contraflujo de gases de tobera ascendentes con una columna de materiales que desciende y se acumula continuamente desde arriba. con nuevas porciones de la carga.
Durante muchos siglos, el hierro se extraía en hornos de soplado de queso utilizando un método descubierto en la antigüedad. Mientras los minerales de bajo punto de fusión se encontraran en abundancia en la superficie de la tierra, este método satisfizo completamente las necesidades de producción. Pero en la Edad Media, cuando la demanda de hierro comenzó a aumentar, la metalurgia tuvo que utilizar cada vez más minerales refractarios. Para extraer hierro de ellos, se requería una temperatura de "fusión" más alta. En ese momento, solo se conocían dos métodos para aumentarlo: 1) aumentar la altura del horno; 2) mayor explosión. Entonces, gradualmente, en el siglo XIII, se formó un horno de fusión más alto y más avanzado a partir del horno para hacer queso, que recibió el nombre de shtukofen, es decir, "un horno que hace galletas". Shtukofen fueron el primer paso en el camino hacia el alto horno. Aparecieron por primera vez en Estiria, rica en hierro, luego en la República Checa y otras regiones mineras. En estos hornos se podrían alcanzar temperaturas más altas y se podrían procesar más minerales refractarios. El eje del shukofen tenía la forma de un cono truncado doble, que se estrechaba hacia la parte superior (la llamada parte superior abierta del horno, a través de la cual se cargaban el mineral y el carbón en porciones (cabezas)) y hacia la parte inferior. Había un agujero en la pared para una tobera (un tubo a través del cual se soplaba aire en el horno con la ayuda de un fuelle) y para sacar el pollo. El proceso de conversión del mineral en hierro se llevó a cabo en shtukofen exactamente de la misma manera que en los altos hornos, pero hubo progreso: la mina cerrada concentró bien el calor y, debido a su altura (hasta 3 m), la fundición continuó. de manera más uniforme, más lenta y más completa, de modo que el mineral se utilizó más. Independientemente de las intenciones de los fundidores, los tres tipos de materias primas de hierro se obtuvieron a la vez en shtukofen: hierro fundido, que fluía como basura junto con escoria, hierro maleable en los moldes y acero, que cubría el molde con una capa delgada. . (Recuerde que el hierro, el acero y el hierro fundido en metalurgia se denominan la aleación real de hierro químico con carbono. La diferencia entre ellos radica en la cantidad de carbono: por ejemplo, en el hierro blando (soldado) no es más del 5% , en acero - hasta 0, 04%, en hierro fundido - más de 1%. A pesar de que la cantidad de carbono varía dentro de límites tan pequeños, el hierro, el acero y el hierro fundido son muy diferentes entre sí en sus propiedades: el hierro es un metal blando que se presta bien a la forja, el acero, por el contrario, es un material muy duro que conserva excelentes cualidades de corte; El hierro fundido es un metal duro y quebradizo que no se puede forjar en absoluto. La cantidad de carbono afecta significativamente otras propiedades del metal. En particular, cuanto más está en el hierro, más fácil se derrite. El hierro puro es un metal bastante refractario, mientras que el hierro fundido se funde a temperaturas mucho más bajas). Sin embargo, las ventajas del shukofen eran insuficientes para todos los minerales refractarios. Se requería un golpe más fuerte. Las fuerzas humanas ya no eran suficientes para mantener la temperatura y se utilizó una rueda hidráulica para impulsar las pieles. El eje de la rueda hidráulica estaba equipado con levas plantadas en él en una avería, que tiraba hacia atrás las cubiertas de los fuelles de cuero en forma de cuña. Para cada horno de fundición había dos fuelles, que trabajaban alternativamente. La aparición de motores hidráulicos y fuelles hay que atribuirla a finales del siglo XIV, ya que en el siglo XV muchas fundiciones bajaban de las montañas y cerros a los valles y riberas de los ríos. Esta mejora fue el punto de partida para el mayor cambio en la tecnología de la metalurgia, ya que condujo al descubrimiento del hierro fundido, sus propiedades de fundición y reelaboración. De hecho, el aumento de la onda expansiva afectó todo el curso del proceso. Ahora se ha desarrollado una temperatura tan alta en el horno que la reducción del metal del mineral se produce antes de que se forme la escoria. El hierro comenzó a alearse con el carbono y se convirtió en hierro fundido, que, como se señaló anteriormente, tiene un punto de fusión más bajo, por lo que comenzó a aparecer una masa completamente fundida (hierro fundido) en el horno en lugar del flash viscoso habitual. Al principio, esta metamorfosis golpeó muy desagradablemente a los metalúrgicos medievales. El hierro fundido congelado fue privado de todas las propiedades naturales del hierro, no fue forjado, no soldado, era imposible fabricar herramientas duraderas, armas flexibles y afiladas. Por lo tanto, el hierro fundido se consideró un desperdicio de producción durante mucho tiempo y las fundiciones se mostraron muy hostiles hacia él. Sin embargo, ¿qué se iba a hacer con él? Durante la recuperación del hierro de los minerales refractarios, una buena parte se convirtió en hierro fundido ¡No tire todo este hierro junto con la escoria! Gradualmente, el arrabio inutilizable comenzó a seleccionarse de la escoria enfriada y se dejó pasar a la segunda refundición, primero agregándolo al mineral y luego solo. Al mismo tiempo, se descubrió inesperadamente que el hierro fundido se derrite rápidamente en un horno y, después de una mayor voladura, se convierte fácilmente en hierro fundido, que en su calidad no solo no es inferior, sino que incluso en muchos aspectos es mejor que el hierro. obtenido del mineral. Y dado que el hierro fundido se derrite a una temperatura más baja, esta redistribución requirió menos combustible y tomó menos tiempo. Así, durante el siglo XV, primero inconscientemente y a tientas, y luego bastante conscientemente, se hizo el mayor descubrimiento en metalurgia: el proceso de reelaboración. Encontró una amplia aplicación ya en el siglo XVI en relación con la expansión de los altos hornos. Pronto, se descubrieron otras propiedades positivas en el hierro fundido. El kritz duro no era fácil de sacar del horno. Esto generalmente tomaba varias horas. Mientras tanto, el horno se enfrió, se usó combustible adicional para calentarlo y se dedicó más tiempo. Era mucho más fácil liberar hierro fundido del horno. El horno no tuvo tiempo de enfriarse y pudo cargarse inmediatamente con una nueva porción de mineral y carbón. El proceso podría continuar continuamente. Además, el hierro fundido tenía excelentes cualidades de fundición. (Recuerde que durante muchos siglos la única forma de procesar el hierro fue la forja). A mediados del siglo XIV, se atribuyeron las primeras fundiciones en bruto. Con el desarrollo de la artillería, se expandió el uso del hierro fundido. Al principio, se usó para lanzar balas de cañón y luego para lanzar partes individuales de los cañones. Sin embargo, hasta finales del siglo XV, el hierro fundido todavía era de mala calidad: heterogéneo, insuficientemente líquido, con restos de escoria. De ella salieron lápidas toscas y sin pretensiones, martillos, calderas de hornos y otros productos sin complicaciones. La fundición de hierro requirió algunos cambios en el diseño del horno; Aparecieron los llamados blauofen (hornos soplados), que representaron el siguiente paso hacia el alto horno. Se distinguían por su mayor altura (5-6 m) que los hornos de estuco y permitían una fusión continua a una temperatura muy alta. Es cierto que la idea de que el proceso de producción de hierro se puede dividir en dos etapas (es decir, el hierro fundido se funde continuamente en un horno y este hierro fundido se convierte en hierro en el otro) no surgió de inmediato. Blauofen producía hierro y hierro fundido al mismo tiempo. Cuando se completó la fusión, la escoria se liberó a través de una abertura ubicada debajo de la tobera. Después de enfriar, se trituró y se separaron los gránulos de hierro fundido. La kritsa se sacaba con pinzas grandes y una palanca, y luego se procesaba con un martillo. El kritsy más grande pesaba hasta 40 libras. Además, se sacaron del horno hasta 20 libras de hierro fundido. Un celo duró 15 horas. Tomó 3 horas extraer el pollo y 4-5 horas preparar el horno para fundirlo. Finalmente se le ocurrió la idea de un proceso de fundición en dos etapas. El blauofen mejorado se convirtió en un nuevo tipo de horno: un alto horno, que estaba destinado exclusivamente a la producción de arrabio. Junto con ellos, finalmente se reconoció el proceso de reelaboración. El proceso de elaboración del queso comenzó a ser reemplazado en todas partes por el método de procesamiento del hierro en dos etapas. Primero, se obtuvo hierro fundido del mineral, luego, durante la refundición secundaria del hierro fundido, hierro. La primera etapa se denominó proceso de dominio, la segunda, la redistribución crítica.
Los altos hornos más antiguos aparecieron en Siegerland (Westfalia) en la segunda mitad del siglo XV. Sus diseños diferían de los Blauofen en tres formas: una mayor altura del eje, un ventilador más fuerte y un mayor volumen de la parte superior del eje. En estos hornos, se logró un aumento significativo de la temperatura y se logró una fundición uniforme del mineral aún más prolongada. En un principio se construyeron altos hornos de arca cerrada, pero pronto se abrió el muro frontal y se amplió el hogar, obteniendo un alto horno de arca abierta. Tal alto horno a una altura de 4 m produjo hasta 5 kg de arrabio por día. El arrabio se procesaba en hierro en un taller mecánico, similar en diseño a un horno de queso. La operación comenzó con la carga de carbón vegetal y el suministro de ráfaga. Después de que el carbón se encendió cerca de la boquilla, se colocaron lingotes de hierro fundido. Bajo la acción de la alta temperatura, el hierro fundido se fundió, goteó gota a gota, pasó por la zona opuesta a las toberas y perdió aquí parte del carbono. Como resultado, el metal se espesó y pasó del estado fundido a una masa pastosa de hierro bajo en carbono. Esta masa fue levantada por palancas a la boquilla. Bajo la influencia de la explosión, el carbón se quemó aún más y el metal se asentó nuevamente en el fondo del hogar y rápidamente se volvió blando, fácil de soldar. Poco a poco, se formó un bulto en la parte inferior: un grito que pesaba entre 50 y 100 kg o más, que se retiró del hogar para forjarlo con un martillo para compactarlo y exprimir la escoria líquida. Todo el proceso tomó de 1 a 2 horas. Se podía obtener aproximadamente 1 tonelada de metal por día en un horno de floración, y el rendimiento del hierro de floración terminado era del 90 al 92% del peso del hierro. La calidad del hierro floreado era superior a la del hierro en bruto, ya que contenía menos escoria. La transición de un proceso de una sola etapa (masa cruda) a un proceso de dos etapas (alto horno y floración) hizo posible aumentar varias veces la productividad laboral. Se satisfizo la mayor demanda del metal. Pero pronto la metalurgia se encontró con dificultades de otro tipo. La fundición del hierro requería una enorme cantidad de combustible. Durante varios siglos, se han talado muchos árboles en Europa y se han destruido miles de hectáreas de bosque. En algunos estados, se han aprobado leyes que prohíben la tala incontrolada. Este problema fue especialmente agudo en Inglaterra. Debido a la falta de carbón vegetal, los británicos se vieron obligados a importar la mayor parte del hierro que necesitaban del extranjero. En 1619, Dodley utilizó por primera vez carbón en la fundición. Sin embargo, el uso generalizado del carbón se vio obstaculizado por la presencia de azufre en el mismo, que interfiere con la buena producción de hierro. No fue hasta 1735 que Derby encontró una forma de eliminar el azufre del carbón, cuando Derby encontró una forma de absorber azufre usando cal viva durante el tratamiento térmico del carbón en crisoles cerrados. Entonces se obtuvo un nuevo agente reductor: coque.
Autor: Ryzhov K.V.
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