高炉。发明和生产的历史

技术历史、技术、我们身边的事物
免费图书馆 / 目录 / 我们周围的技术、技术、物体的历史

高炉。发明和生产的历史

我们周围的技术、技术、物体的历史

高炉，高炉——大型冶金、立式竖井式熔炼炉，用于从铁矿石中冶炼铁和铁合金。高炉工艺最重要的特点是其在整个高炉作业过程中的连续性（从高炉建造到其“大”修）以及上升风口气体的逆流与材料柱从上方不断下降和生长与新部分的费用。

高炉

几个世纪以来，铁是在吹奶酪的炉子中使用古代发现的方法开采的。只要在地球表面发现大量低熔点矿石，这种方法就完全可以满足生产需要。但在中世纪，当对铁的需求开始增加时，冶金越来越不得不使用难熔矿石。为了从中提取铁，需要更高的“熔化”温度。当时只知道增加炉子的两种方法：1）增加炉子的高度； 2) 增加爆炸。

于是渐渐地，到了 XNUMX 世纪，由奶酪制作炉形成了一个更高更先进的熔炉，它获得了 shtukofen 的名字，即“制作饼干的炉子”。 Shtukofen 是通往高炉的第一步。它们首先出现在富含铁的施蒂利亚州，然后出现在捷克共和国和其他矿区。在这些熔炉中，可以达到更高的温度，并且可以处理更多的难处理矿石。 shukofen 竖井呈双截锥形状，向顶部（所谓的上部，炉子的开口部分，矿石和煤分批（头部）通过该部分装载）和底部逐渐变细。墙上有一个洞，用来放风口（一种借助风箱将空气吹入炉膛的管道）和拉出鸡肉。

将矿石转化为铁的过程在 shtukofen 以与原高炉完全相同的方式进行，但取得了进展：封闭的矿井很好地集中了热量，并且由于其高度（高达 3 m），冶炼继续进行更均匀，更慢，更充分，使矿石得到更多的利用。不管冶炼厂的意图如何，在shtukofen一下子就得到了三种铁原料：像垃圾一样随炉渣一起流动的铸铁、铸模中的可锻铸铁和在铸模上覆盖了一层薄薄的钢. （回想一下，冶金中的铁、钢和铸铁被称为化学铁与碳的实际合金。它们之间的区别在于碳的含量：例如，在软布卢姆（焊接）铁中，它不超过 5% ，在钢中 - 高达 0、04%，在铸铁中 - 超过 1%。

尽管碳的含量在如此小的范围内变化，但铁、钢和铸铁的性质却大不相同：铁是一种软金属，很适合锻造，而钢则相反，是一种非常适合锻造的软金属。非常坚硬的材料，具有出色的切割质量；铸铁是一种硬而脆的金属，根本无法锻造。碳的量显着影响金属的其他性能。特别是，它在铁中的含量越多，它就越容易熔化。纯铁是一种相当难熔的金属，而铸铁在低得多的温度下熔化。）

然而，shukofen 的优势对于所有难处理矿石来说都是不够的。需要更强的打击。人力已不足以维持温度，于是使用水车为毛皮提供动力。水车的轴上安装了一个故障凸轮，将楔形皮革波纹管的盖子拉回。每个熔炉有两个波纹管，交替工作。液压发动机和波纹管的出现必须归功于 XNUMX 世纪末，因为早在 XNUMX 世纪，许多冶炼厂就从山区和丘陵转移到山谷和河岸。这一改进是冶金技术最大转变的起点，因为它导致了铸铁的发现、其铸造和再加工性能。

事实上，爆炸的增加影响了整个过程。现在炉内温度已经达到如此高，以至于矿石中的金属还原发生在熔渣形成之前。铁开始与碳形成合金并变成铸铁，如上所述，铸铁具有较低的熔点，因此炉中开始出现完全熔融的物质（铸铁），而不是通常的粘性闪蒸。起初，这种变形让中世纪的冶金学家非常不快。冷冻铸铁被剥夺了铁的所有天然特性，没有锻造，没有焊接，不可能用它制造耐用的工具，灵活而锋利的武器。因此，长期以来，铸铁一直被认为是一种生产浪费，冶炼厂对此十分敌视。但是，该怎么办呢？

在从难选矿石中回收铁的过程中，有相当一部分变成了铸铁，不要把这些铁连同渣一起扔掉！逐渐地，开始从冷却的炉渣中挑选出无法使用的生铁，并允许其进入第二次重熔，首先将其添加到矿石中，然后再单独使用。同时，意外地发现铸铁在熔炉中快速熔化，经过多次喷砂处理后，很容易变成大块铸铁，其质量不仅不逊色，甚至在许多方面都优于当时的铸铁。从矿石中获得。而且由于铸铁在较低温度下熔化，这种重新分配需要更少的燃料和更少的时间。因此，在 XNUMX 世纪，起初是在不知不觉中摸索，然后是相当有意识地，做出了冶金学中最伟大的发现——返工过程。在 XNUMX 世纪，随着高炉的普及，它已经得到了广泛的应用。

很快，在铸铁中发现了其他积极的特性。硬 kritz 从烤箱里出来并不容易。这通常需要几个小时。与此同时，炉子冷却下来，额外的燃料被用来加热，花费了额外的时间。从熔炉中释放铁水要容易得多。炉子没有时间冷却，它可以立即装载新的矿石和煤炭。该过程可以连续进行。此外，铸铁具有优良的铸造质量。（回想一下，许多世纪以来，加工铁的唯一方法是锻造。）到十四世纪中叶，第一批粗铸件被归因于它。随着火炮的发展，铸铁的用途扩大了。起初，它用于铸造炮弹，然后用于铸造大炮本身的各个部分。然而，直到 XNUMX 世纪末，铸铁的质量仍然很差 - 不均匀，液体不足，带有微量的炉渣。粗犷朴实的墓碑、锤子、炉膛锅炉和其他简单的产品都由此诞生。

铸铁需要对熔炉的设计进行一些改变；所谓的 blauofen（鼓风炉）的出现，代表着向高炉迈进的下一步。它们的特点是比 shtukofen 更高（5-6 m），并且允许在非常高的温度下连续熔化。诚然，炼铁过程可以分为两个阶段（即铸铁在一个熔炉中连续熔炼，铸铁在另一个熔炉中转化为铁）的想法并不是立即出现的。布劳芬同时生产铁和铸铁。

当熔化完成时，炉渣通过位于风口下方的开口释放。冷却后，将其粉碎并分离出铸铁球团。 kritsa 是用大钳子和撬棍拉出的，然后用锤子加工。最大的 kritsy 重达 40 磅。此外，多达 20 磅的铸铁被从熔炉中拉出。一场热持续了15个小时。提取鸡肉需要3个小时，准备熔炉需要4-5个小时。

终于想出了两段冶炼工艺的想法。改进后的布劳芬变成了一种新型熔炉——高炉，专门用于生产生铁。与他们一起，返工过程终于得到认可。奶酪制作过程开始被两阶段的铁加工方法所取代。首先，从矿石中获得铸铁，然后，在铸铁的二次重熔过程中，铁。第一阶段称为域过程，第二阶段称为关键再分配。

十五至十六世纪的高炉

XNUMX世纪中叶英国高炉的外观。

最古老的高炉出现在 4 世纪下半叶的 Siegerland（威斯特法伦州）。他们的设计在三个方面与 Blauofen 不同：更高的竖井高度、更强的鼓风机以及增加竖井上部的体积。在这些熔炉中，温度显着提高，矿石的冶炼时间甚至更长。起初，他们建造了封闭式高炉，但很快前墙打开，炉膛扩大，得到了敞开式高炉。这种高度为 5 m 的高炉每天可生产高达 1600 kg 的生铁。

生铁在布卢姆工厂中被加工成铁，其设计类似于奶酪高炉。操作从装载木炭和供应爆破开始。木炭在喷嘴附近燃烧后，放置铸铁锭。在高温的作用下，铸铁熔化，一滴一滴地流下来，穿过风口对面的区域，在这里失去了一部分碳。结果，金属变稠并从熔融状态变成糊状的低碳铁。该物质被撬棒提升至喷嘴。

在爆炸的影响下，碳被进一步烧掉，重新沉积在炉底的金属很快变软，易于焊接。渐渐地，在底部形成了一个块状物——一个重达50-100公斤或更多的块状物，将其从炉膛中取出，在锤子下进行锻造，以便将其压实并挤出液态渣。

整个过程花了1到2个小时。布卢姆炉每天可以得到约1吨金属，成品布卢姆铁的产量为铁重量的90-92%。布卢姆铁的质量高于生铁，因为它含有较少的炉渣。

从单阶段（生面团）工艺过渡到两阶段（高炉和初轧）工艺，可以将劳动生产率提高数倍。满足了对金属增加的需求。但很快，冶金学就遇到了另一种困难。炼铁需要大量的燃料。几个世纪以来，欧洲的许多树木被砍伐，数千公顷的森林遭到破坏。

在一些州，已经通过了禁止不受控制的伐木的法律。这个问题在英国尤为严重。由于缺乏木炭，英国人被迫从国外进口他们需要的大部分铁。 1619 年，多德利首先使用煤炭进行冶炼。然而，煤的广泛使用受到其中硫的阻碍，这会干扰铁的良好生产。

直到 1735 年，Derby 才找到了一种从煤中去除硫的方法，当时 Derby 找到了一种在封闭坩埚中对煤进行热处理时使用生石灰吸收硫的方法。于是得到了一种新的还原剂——焦炭。

高炉生产方案（点击放大）：1-铁矿石+石灰石； 2 - 焦炭; 3——传送带； 4-顶部设有防止高炉煤气逸出到大气中的装置； 5-焦炭层； 6 - 石灰石、氧化铁、矿石层； 7——热风（温度约1200℃）； 8——炉渣； 9——液体生铁； 10——渣包； 11——铁载体； 12-旋风分离器，用于在蓄热室13中燃烧高炉煤气之前清除其中的灰尘； 13 - 再生器（coupers）； 14 - 烟囱; 15 - 再生器（制桶）的空气供应； 16——煤粉； 17——焦炉； 18-焦炭罐； 19 - 热炉顶煤气出口

作者：Ryzhov K.V.

我们推荐有趣的文章 部分我们周围的技术、技术、物体的历史:

▪ 富勒烯

▪ 高炉

▪ 便条纸

查看其他文章 部分我们周围的技术、技术、物体的历史.

读和写 有帮助对这篇文章的评论.

<< 返回

科技、新电子最新动态：

花园疏花机 02.05.2024

在现代农业中，技术进步的目的是提高植物护理过程的效率。创新的 Florix 疏花机在意大利推出，旨在优化采收阶段。该工具配备了移动臂，可以轻松适应花园的需求。操作员可以通过使用操纵杆从拖拉机驾驶室控制细线来调节细线的速度。这种方法显着提高了疏花过程的效率，提供了根据花园的具体条件以及花园中生长的水果的品种和类型进行个性化调整的可能性。经过两年对 Florix 机器在各种水果上的测试，结果非常令人鼓舞。 Filiberto Montanari 等农民使用 Florix 机器多年，他们表示疏花所需的时间和劳动力显着减少。 ... >>

先进的红外显微镜 02.05.2024

显微镜在科学研究中发挥着重要作用，使科学家能够深入研究肉眼看不见的结构和过程。然而，各种显微镜方法都有其局限性，其中之一是使用红外范围时分辨率的限制。但日本东京大学研究人员的最新成果为研究微观世界开辟了新的前景。东京大学的科学家推出了一种新型显微镜，它将彻底改变红外显微镜的功能。这种先进的仪器可以让您在纳米尺度上以惊人的清晰度观察活细菌的内部结构。通常，中红外显微镜受到分辨率低的限制，但日本研究人员的最新进展克服了这些限制。据科学家称，所开发的显微镜可以创建分辨率高达120纳米的图像，比传统显微镜的分辨率高30倍。 ... >>

昆虫空气捕捉器 01.05.2024

农业是经济的关键部门之一，害虫防治是这一过程中不可或缺的一部分。来自西姆拉印度农业研究委员会中央马铃薯研究所 (ICAR-CPRI) 的科学家团队针对这一问题提出了一种创新解决方案——风力昆虫空气捕捉器。该设备通过提供实时昆虫种群数据来解决传统害虫防治方法的缺点。该捕集器完全由风能提供动力，使其成为一种无需电力的环保解决方案。其独特的设计使您能够监测有害和有益昆虫，从而全面了解任何农业地区的昆虫数量。卡皮尔说：“通过在正确的时间评估目标害虫，我们可以采取必要的措施来控制害虫和疾病。” ... >>

来自档案馆的随机新闻

来自人类心脏细胞的生物杂交鱼 17.02.2022

哈佛大学和埃默里大学（美国）的研究人员利用源自人类干细胞的心肌细胞开发了第一条完全自主的生物杂交鱼。根据哈佛工程与应用科学学院的新闻服务，人造鱼会游泳，重现心脏的肌肉收缩。约翰 A 保尔森。

第一个独立的生物混合装置由源自人类干细胞的心肌细胞（心肌细胞）制成。它模仿斑马鱼的形状和运动。与以前的设备不同——一种生物混合水母和一条由大鼠心脏细胞制成的人造射线——生物混合斑马鱼有两层肌肉细胞，在尾鳍的每一侧都有一层。当一侧被压缩时，另一侧被拉伸。作为对拉伸的反应，蛋白质通道打开，引起收缩，从而触发拉伸，依此类推。创建了一个封闭的循环，因此鱼可以移动超过 100 天。

研究人员还开发了一种独立的起搏装置，类似于起搏器，可以控制这些自发收缩的速率和节奏。两层肌肉和自主刺激节点一起允许鳍的连续、自发和协调的前后运动。

生物杂交鱼只会随着年龄的增长而变得更好。随着心肌细胞的成熟，第一个月肌肉收缩幅度、最大游泳速度和肌肉协调性增加。最终，生物杂交鱼达到了与野生斑马鱼相同的游泳速度和效率。

这一发展使研究人员更接近于制造更复杂的人工肌肉泵，并为研究心律失常等心脏病提供了模型。

其他有趣的新闻：

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 该网站的部分伟大科学家的传记。文章精选

▪ 文章对这个想法不好的人感到羞耻。流行表达

▪ 文章是什么力量给新西兰带来了恐惧并迫使它建立了沿海防御工事系统？详细解答

▪ 文章保障劳动安全的基本原则

▪ 文章去除鸡眼的方法。简单的食谱和技巧

▪ 文章电冷继电器和有关制冷装置的一些信息。无线电电子电气工程百科全书

留下您对本文的评论：

本页所有语言

主页 | 图书馆 | 用品 | 网站地图 | 网站评论