|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Доменна піч. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Доменна піч, домна - велика металургійна, вертикально розташована плавильна піч шахтного типу для виплавки чавуну та феросплавів із залізорудної сировини. Найважливішою особливістю доменного процесу є його безперервність протягом усієї кампанії печі (від будівництва печі до її "капітального" ремонту) і протитік фурменних газів, що піднімаються вгору з безупинно опускається і нарощується зверху новими порціями шихти стовпом матеріалів.
Протягом багатьох століть залізо добувалося в сиродутних печах способом, відкритим ще в давнину. Поки на поверхні землі удосталь зустрічалися легкоплавкі руди, цей спосіб цілком задовольняв потреби виробництва. Але в середні віки, коли попит на залізо став зростати, у металургії все частіше довелося використовувати тугоплавкі руди. Для вилучення з них заліза була потрібна більш висока температура "плавки". Тоді знали лише два способи її підвищення: 1) збільшення висоти печі; 2) посилення дуття. Так поступово до XIII століття з сиродутної печі утворилася більш висока і більш удосконалена плавильна піч, що отримала назву штукофена, тобто печі, що виробляє крицю. Штукофени були першим щаблем на шляху до доменної печі. Вперше вони з'явилися у багатій на залізо Штирії, потім у Чехії та інших гірничопромислових районах. У цих печах можна було досягти більш високої температури та обробляти більш тугоплавкі руди. Шахта штукофена мала форму подвійного усіченого конуса, що звужувався до колошника (так називали верхню, відкриту частину печі, через яку порціями (колошами) завантажувалися руда і вугілля) і до дна. У стіні був один отвір для фурми (труби, через яку в піч за допомогою хутра нагнітається повітря) і для витягування криці. Процес переробки руди в залізо відбувався в штукофенах так само, як у сиродутних печах, але був прогрес: закрита шахта добре концентрувала тепло, а завдяки її висоті (до 3, 5 м) плавка йшла рівномірніше, повільніше і повніше, так що руда виявлялася більш використаною. Незалежно від намірів плавильників, у штукофенах виходили одразу всі три види залізної сировини: чавун, що стікав як відкид разом зі шлаком, ковке залізо в крицях і сталь, що тонким шаром покривала крицю. (Нагадаємо, що залізом, сталлю та чавуном у металургії називають власне сплав хімічного заліза з вуглецем. Різниця між ними полягає в кількості вуглецю: так, у м'якому кричному (зварному) залозі його не більше 0%, у сталі – до 04, 1%, у чавуні – понад 7%. Незважаючи на те, що кількість вуглецю варіюється в таких незначних межах, за своїми властивостями залізо, сталь і чавун дуже відрізняються один від одного: залізо є м'яким металом, що добре піддається ковці, сталь, навпаки, дуже твердий матеріал, що чудово зберігає ріжучі якості; чавун - твердий і тендітний метал, що зовсім не піддається ковці. Кількість вуглецю помітно впливає і інші властивості металу. Зокрема, що більше його в залізі, то легше воно плавиться. Чисте залізо - досить тугоплавкий метал, а чавун плавиться за набагато нижчих температур. Переваги штукофена були, однак, недостатні для всіх тугоплавких руд. Потрібно було сильніше дуття. Людських сил підтримки температури виявилося недостатньо, й у приведення у дію хутра стали використовувати водяне колесо. Вал водяного колеса постачали посадженими на нього в розбивку кулачками, які відтягували кришки клинчастого шкіряного хутра. Для кожної плавильної печі було два хутра, що працювали поперемінно. Поява гідравлічних двигунів і хутра треба відносити до кінця XIV століття, тому що вже в XV столітті багато плавильних у зв'язку з цим пересунулися з гір і пагорбів вниз - у долини і на береги річок. Це удосконалення стало вихідним моментом для найбільшого зсуву в техніці металургії, оскільки призвело до відкриття чавуну, його ливарних та переробних властивостей. Справді, посилення дуття позначилося по всьому ході процесу. Тепер у печі розвинулася така висока температура, що відновлення металу з руди відбувалося раніше, ніж утворювався шлак. Залізо починало сплавлятися з вуглецем і перетворюватися на чавун, який, як зазначалося вище, має нижчу температуру плавлення, так що в печі замість звичайної в'язкої криці стала з'являтися зовсім розплавлена маса (чавун). Спочатку ця метаморфоза дуже неприємно вразила середньовічних металургів. Застиглий чавун був позбавлений всіх природних властивостей заліза, він не кувався, не зварювався, з нього не можна було зробити міцних інструментів, гнучкої та гострої зброї. Тому чавун довгий час вважали покидьком виробництва та плавильники дуже вороже ставилися до нього. Що ж було з ним робити? При відновленні заліза з тугоплавких руд неабияк його частина йшла в чавун Не викидати все це залізо разом зі шлаком! Поступово непридатний чавун стали вибирати з шлаку, що охолов, і пускати в другу переплавку, спочатку додаючи його до руди, а потім сам по собі. При цьому несподівано виявилося, що чавун швидко плавиться в горні і після посиленого дуття легко перетворюється на кричне залізо, яке за своєю якістю не тільки не поступається, але навіть за багатьма показниками краще заліза, яке отримували з руди. Оскільки чавун плавиться при нижчій температурі, переділ цей вимагав менше палива і займав менше часу. Так протягом XV століття, спочатку несвідомо і навпомацки, а потім цілком усвідомлено, було зроблено найбільше в металургії відкриття – переробний процес. Широке застосування він знайшов уже XVI столітті у зв'язку з поширенням доменних печей. Незабаром у чавуні відкрили й інші позитивні властивості. Твердий крик було нелегко дістати з печі. На це зазвичай йшло кілька годин. Тим часом піч остигала, на розігрів її йшло додаткове паливо, витрачався зайвий час. Випустити з печі розплавлений чавун було набагато простіше. Пекти не встигала охолонути і її можна було відразу завантажувати новою порцією руди та вугілля. Процес міг відбуватися безперервно. Крім того, чавун мав чудові ливарні якості. (Нагадаємо, що протягом багатьох століть єдиним способом обробки заліза було кування.) До середини XIV століття відносять перші грубі виливки з нього. З розвитком артилерії застосування чавуну поширилося. Спочатку його стали вживати на вилив ядер, а потім на лиття окремих частин самих гармат. Втім, аж до кінця XV століття чавун був ще низькою якістю – неоднорідний, недостатньо рідкий, зі слідами шлаку. З нього виходили грубі та невигадливі вироби надгробка, молоти, пічні котли та інша нехитра продукція. Лиття чавуну вимагало деяких змін у пристрої печі; з'явилися так звані блауофени (піддувні печі), які були наступним кроком до доменної печі. Вони відрізнялися більшою висотою (5-6 м), ніж штукофени, і допускали безперервність плавки за дуже високої температури. Правда, думка про те, що процес вироблення заліза можна розділити на дві стадії (тобто в одній печі безперервно виплавляти чавун, а в іншій - переробляти цей чавун у залізо), прийшла не відразу. У блауофенах отримували одночасно і залізо, і чавун. Коли плавка закінчувалася, шлак випускали через отвір, розташований нижче фурми. Після охолодження його подрібнювали та відокремлювали корольки чавуну. Крицю витягували великими кліщами та брухтом, а потім обробляли молотом. Найбільші криці важили до 40 пудів. Крім того, з печі витягували до 20 пудів чавуну. Одна плавка тривала 15 годин. На витяг криці потрібно 3 години, на підготовку печі до плавки - 4-5 годин. Нарешті дійшли ідеї двоступінчастого процесу плавки. Удосконалені блауофени перетворилися на піч нового типу - доменну, яка призначалася виключно для отримання чавуну. Разом із ними було остаточно визнано переробний процес. Сироватковий процес став повсюдно витіснятися двоступінчастим способом обробки заліза. Спочатку з руди отримували чавун, потім, при вторинному переплавленні чавуну - залізо. Перша стадія отримала назву доменного процесу, друга – кричного переділу.
Найдавніші домни з'явилися торік у Зігерланді (Вестфалія) у другій половині XV століття. Конструкції їх відрізнялися від блауофенів трьома рисами: більшою висотою шахти, сильнішим повітродувним апаратом та збільшеним об'ємом верхньої частини шахти. У цих печах досягалося значне підвищення температури і ще триваліша рівна плавка руди. Спочатку будували домни із закритими грудьми, але незабаром відкрили передню стінку і розширили горн, отримавши домну з відкритими грудьми. Така доменна піч при висоті 4 м давала на день до 5 кг чавуну. Переробляли чавун на залізо в кричному горні, подібному до пристрою з сиродутною піччю. Операція починалася із завантаження деревного вугілля та подачі дуття. Після того, як деревне вугілля розгорялося поблизу сопла, клали чавунні чушки. Під дією високої температури чавун плавився, крапля за краплею стікав униз, проходив через область проти фурм і втрачав тут частину вуглецю. В результаті метал загусав і з розплавленого стану переходив у тістоподібну масу маловуглецевого заліза. Цю масу ломами піднімали до сопла. Під впливом дуття відбувалося подальше вигоряння вуглецю, і метал, що знову осів на дно горна, швидко робився м'яким, що легко зварюється. Поступово на дні утворювалася грудка - криця вагою 50-100 кг і більше, яка витягувалась з горна для проковки під молотом з метою ущільнення його та видавлювання рідкого шлаку. Весь процес займав від 1 до 2 години. За добу в кричному горні можна було одержати близько 1 т металу, причому вихід готового кричного заліза становив 90-92% ваги чавуну. Якість кричного заліза була вищою від сиродутного, тому що в ньому містилося менше шлаку. Перехід від одноступінчастого (сиродутного) процесу до двоступінчастого (домінного та кричного) дозволив у кілька разів підняти продуктивність праці. Зростаючий попит на метал був задоволений. Але незабаром металургія зустрілася з труднощами іншого. Виплавка заліза вимагала величезної кількості палива. За кілька століть у Європі було зрубано безліч дерев та знищено тисячі гектарів лісу. У деяких державах були ухвалені закони, що забороняли безконтрольне рубання лісу. Особливо гостро це питання стояло в Англії. Через нестачу деревного вугілля англійці змушені були більшість необхідного їм заліза ввозити з-за кордону. У 1619 році Додлей вперше застосував у плавці кам'яне вугілля. Однак широкому застосуванню кам'яного вугілля перешкоджала присутність у ньому сірки, що заважає гарному виробленню заліза. Очищати кам'яне вугілля від сірки навчилися тільки в 1735 році, коли Дербі знайшов спосіб поглинати сірку за допомогою негашеного вапна при термічній обробці вугілля в закритих тиглях. Так було отримано новий відновник – кокс.
Автор: Рижов К.В.
▪ Мікроскоп на поверхневих плазмонах ▪ теплохід ▪ Календар
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Ємність жорстких дисків подвоїться до 2016 року ▪ Дорожні покажчики з дисплеями E Ink ▪ Сумки Louis Vuitton з AMOLED-екранами
▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей ▪ стаття Книгодрукування. Історія винаходу та виробництва ▪ стаття Довге життя двигуна. Особистий транспорт ▪ стаття Чотири чарівні кільця. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page