铸钢。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

铸钢。发明和生产的历史

我们周围的技术、技术、物体的历史

在炼铁史上，发生了三次深刻影响整个人类历史进程的革命剧变：第一次发生在古代，当时生炉出现；第二次发生在中世纪，在发现改变过程之后；第三次发生在 XNUMX 世纪下半叶，与铸钢生产的开始有关。

钢一直是铁冶金中最必要和最理想的产品，因为只有它才具有制造工具、武器和机器零件所需的硬度和强度。但在变成钢铁产品之前，这种金属必须经过许多劳动密集型操作。首先，铁是从矿石中冶炼出来的。然后将铸铁还原为软铁。最后，通过对铁环进行长期锻造，从中获得了必要的钢制零件（或者只是一个毛坯，然后在金属切割机上进行最终精加工）。

软铁的生产，特别是锻造，长期以来一直是铁加工过程中的瓶颈。他们花费了最多的精力和时间，但结果远非总是令人满意。这个问题在 XNUMX 世纪变得尤为严重，当时对廉价钢材的需求急剧增加。自然，许多科学家和发明家都有一个想法，贝塞麦后来表达了这个想法：如何获得一种具有钢铁性质的金属，但呈液态，以便用于铸造？这个问题的解决需要许多冶金学家几十年的辛勤工作。一路走来，取得了几项重要的发现和发明，每一项都构成了铁加工史上的一个时代。

直到 XNUMX 世纪末，铸铁转化为软质可锻铸铁只发生在布卢姆炉中。然而，这种方法在许多方面都不方便。在此期间获得的金属是异质的 - 在某些地方它的质量接近可锻铸铁，在某些地方 - 到钢。此外，这项工作需要大量的时间和体力。

由于燃料（煤）与铁直接接触，因此对其提出了非常高的要求，因为任何杂质都会影响最终产品的质量。煤炭的消耗量非常大（平均要消耗1公斤的煤才能恢复4公斤的铁）。在最大的锻造厂中，24 小时内可能获得不超过 400 公斤的铁。与此同时，市场对钢铁的需求也越来越大。为了满足这些要求，有必要找到一种更完美的方法来改造铸铁。

在这条道路上向前迈出的重要一步是英国人 Cort 于 1784 年在专门设计的烤箱中提出的水坑过程。

搅拌炉

炼铁是将铸铁转变为软低碳铁（锻铁）的冶金过程。该工艺的实质是在不与燃料接触的特殊熔炉中熔化铸铁，并用特殊的棒将熔融金属混合，铁水颗粒粘附在棒上，逐渐形成重量达40-60的面团状外壳。公斤。在搅拌炉的出口处，所获得的 kritsa 被锻造并送去压平。布丁铁焊接性好，塑性高，杂质（磷、硫、非金属夹杂物）少。

搅拌炉的主要装置如下。燃料在熔炉中燃烧。通过石门槛的燃烧产物落入熔炉的工作空间，其中装有铁渣的铸铁位于炉膛上。熔渣在火焰作用下变成糊状，部分熔化。随着温度的升高，铸铁开始熔化，其杂质因炉渣中所含的氧气而烧掉。于是，铸铁脱碳了，也就是变成了海绵状的铁叫声。炼油炉和布卢梅里炉的一个重要区别在于，它允许使用任何燃料作为燃料，包括廉价的未精炼煤，而且它的体积要大得多。

布丁烤箱装置：1-火箱； 2——石头门槛； 3-炉下； 4——炉子的工作空间； 5 和 6 - 管道

布丁烤箱使铁更便宜。同时，与尖叫的喇叭不同，科特的烤箱不需要强制吹气。得益于高管道，实现了空气通道和良好的通风。这也是布丁炉在世界范围内普及的原因之一。然而，这些熔炉的一个显着缺点是空气只能吹到铸铁的上部。为了使铁的还原在整个体积中均匀地进行，有必要定期打开炉子并搅拌铸铁。这是艰苦的体力劳动。此外，由于工人的力量和能力有限，炉子不能太大。（为了便于搅拌，Cort 提供了两根管道，一根在炉底，另一根在炉尾。在需要降温的时候打开。）

到 XNUMX 世纪中叶，水坑烤箱不再满足工业的新需求。为了满足需求，每个大型高炉必须建造几座熔炉（平均而言，XNUMX 座搅拌炉服务于一个高炉）。这增加了成本并使生产更加困难。许多发明者已经考虑过如何用一种更好的方法来代替炼铁来回收铁。在其他人之前，这个问题被英国工程师贝塞麦解决了。

贝塞麦在经过多年改进火炮和炮弹的工作后来到冶金行业。他为自己设定了一个目标，即找到一种方法来生产可以铸造大炮的高质量铸钢。多次观察铸铁的熔化，他注意到首先在鼓风机管附近形成固体还原铁。这使他产生了通过将空气集中吹过熔融铸铁来获得钢的想法。贝塞麦在一个封闭的坩埚中进行了他的第一次实验，他在熔炉中用焦炭加热了坩埚。结果超出了最疯狂的预期。在不到一个小时的时间里，他把铁变成了一流的钢。此外，进一步的实验表明，无需从外部将热量引入冶金过程。事实上，铸铁含有自己的可燃材料作为杂质：硅、锰、碳——每吨铸铁总共含有约 45 公斤的可燃材料。通过燃烧，它们可以显着提高熔化温度并获得液态钢。

1856 年，贝塞麦公开展示了他发明的固定转换器。转换器的形式是一个低矮的垂直炉子，顶部封闭有一个带孔的拱顶，用于气体出口。在炉子的一侧有一个浇注铸铁的第二个孔。成品钢通过熔炉下部的一个孔释放（在转炉运行期间，它被粘土堵塞）。鼓风机管（风口）位于炉膛附近。由于转炉是静止的，所以在铁倒入之前开始吹扫。否则，金属会淹没风口。出于同样的原因，有必要吹透，直到所有的金属都被释放出来。整个过程不超过20分钟。释放的最轻微延迟给了婚姻。这种不便，以及固定转炉的许多其他缺点，迫使 Bessemer 改用回转窑。 1860 年，他为一种新的转换器设计申请了专利，这种设计一直延续到今天。

贝塞默于 1856 年通过向坩埚中的金属吹入空气并放入熔炉中获得铸钢的经验

贝塞麦方法是冶金领域的一场真正的革命。在 8 到 10 分钟内，他的转炉将 10 到 15 吨铸铁变成了球墨铸铁或钢，这在以前需要数天的熔炼炉操作或数月的操作。然而，贝塞麦法开始在工业条件下应用后，其结果却比实验室更差，钢的质量也很差。

Bessemer 用了两年时间试图解决这个问题，最终在他的实验中发现铸铁中的磷含量很少，而在英国，由高磷含量的铁矿石冶炼而成的铸铁被广泛使用。同时，磷和硫没有与其他杂质一起燃烧；从铸铁中，它们掉入钢中并显着降低其质量。除了转炉的高成本之外，这还导致 Bessemer 方法在生产中引入的速度非常缓慢。 15 年后在英格兰，大部分铸铁在熔炼炉中熔化。转换器在德国和美国的使用更为广泛。

旋转贝塞麦转换器

除了贝塞麦炼钢法之外，平炉法很快就发挥了重要作用。其本质是铸铁与废铁在特殊的蓄热炉中熔合而成。这种熔炉是由德国工程师弗里德里希和威廉西门子于 1861 年为满足玻璃工业的需要而发明和建造的，但在冶金方面应用最为广泛。熔炉的组成包括气体发生器（或气体发生器）、带有用于加热气体和空气的蓄热器（或蓄热器）的熔炉本身，以及一个铸造室（堆场）。

蓄热式炉

发电机和再生器通过一个特殊的气体、空气和燃烧产物通道系统相互连接。后者被排放到一个高达 40 m 的烟囱中，该烟囱提供了必要的吃水。发电机位于炉膛下方或熔炉侧面。再生器是用于加热气体和空气的特殊腔室。特殊的可变阀将气体和空气引导到一个或另一个腔室，燃烧产物被排放到管道中。

燃烧以下列方式发生。气体和空气分别在各自的腔室中加热，然后进入熔化空间，在那里发生燃烧。燃烧产物通过炉底，冲入蓄热室，将大部分热量在这里用于蓄热室的铺设，然后进入烟囱。为了使该过程连续进行，在阀门的帮助下，空气和气体首先被引导到一对蓄热器，然后再引导到另一个。由于这种周到的热交换，炉内温度达到了1600度，即超过了纯无碳铁的熔化温度。

高温炉的发明为冶金开辟了新的视野。到 1864 世纪中叶，所有工业国家都有大量废铁库存。由于其耐火度高，不能用于生产。法国工程师埃米尔和皮埃尔马丁（父子）提议在蓄热式炉中将这种废铁与铸铁熔合，从而获得钢。 XNUMX年，在西门子的领导下，他们在Sireil工厂进行了第一次成功的冶炼。然后这种方法开始到处应用。

平炉比转炉便宜，因此使用更广泛。然而，无论是贝塞麦法还是平炉法，都无法从含硫和磷的矿石中获得优质钢。这个问题持续了十五年没有解决，直到 1878 年英国冶金学家 Sidney Thomas 提出了在转炉中加入 10-15% 的石灰的想法。在这种情况下，形成的熔渣可以将磷保留在强化合物中。结果，磷和其他不必要的杂质一起烧掉了，铸铁变成了优质钢。托马斯发明的意义是巨大的。它使从欧洲大量开采的含磷矿石大规模生产钢铁成为可能。

一般来说，贝塞麦和平炉工艺的引入使得无限量生产钢铁成为可能。铸钢很快在工业中赢得了一席之地，自十九世纪 70 年代以来，锻铁几乎完全被废弃。在引进平炉和贝塞麦生产后的前五年，世界钢铁产量已经增长了 60%。

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:

▪ 宇宙飞船

▪ 三层安全玻璃

▪ 车床机器

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

马铃薯牛奶 28.12.2017

隆德大学的瑞典科学家创造了可以作为纯素产品基础的马铃薯奶。该产品已经在实验室和工厂进行了测试，预计明年可以上市。

该产品的制备原理是将蛋白质和淀粉以一定的方式加热，与富含omega-3的菜籽油混合。结果是一种“乳液”，例如，它也是牛奶。食物也不含过敏原。

研究人员认为，中性口味和富含 omega-3 脂肪酸是马铃薯奶的主要好处。

该产品可以作为牛奶、酸奶、冰淇淋和奶油的替代品生产和销售。

其他有趣的新闻：

▪ Stanen是石墨烯的竞争对手

▪ 来自 Google 的会说话的运动鞋

▪ 印度太空探测器绕火星运行

▪ 用于高性能微控制器的 32 位 ARM Cortex-M7 处理器

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 文章具有微步模式的步进电机驱动器。无线电电子电气工程百科全书

▪ 文章转换变电站和装置。设备放置、防护措施。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