Bloomery - Bloomery

Блумер в действии. Со временем цветение будет извлечено из забоя.

Bloomery представляет собой тип металлургической печи когда - то широко используется для выплавки железа из его окислов . Цветник был самой ранней формой плавильного завода, способного выплавлять железо. Bloomeries производит пористую массу из железа и шлака, называемую блюмом . Смесь шлака и железа в блюме, называемая губчатым железом , обычно уплотняется и затем выковывается в кованое железо . Доменные печи , производящие чугун , в значительной степени вытеснили блочные печи.

Процесс

Металлический блюм, только что извлеченный из печи. Вокруг него отколотые молотком куски шлака.

Цветник представляет собой яму или дымоход с жаропрочными стенками из земли, глины или камня . Вблизи дна через боковые стенки проходят одна или несколько труб (из глины или металла). Эти трубы, называемые фурмами , позволяют воздуху входить в печь либо естественной тягой, либо нагнетаемой сильфонами или тромпом . Отверстие в нижней части цветника можно использовать для удаления налетов, или же цветок можно перевернуть, а налет удалить сверху.

Первый шаг, который нужно сделать перед использованием блюмера, - это подготовка древесного угля и железной руды. Древесный уголь - это почти чистый углерод, который при горении обеспечивает высокую температуру, необходимую для процесса плавки, и обеспечивает углерод, необходимый для стального сплава.

Руды разбивается на мелкие кусочки и обычно прокаливают в огне , чтобы удалить влагу в руде. Любые крупные примеси в руде можно измельчить и удалить. Поскольку шлак от предыдущих блюмов может иметь высокое содержание железа, его также можно разбить и повторно использовать в блюмере с новой рудой.

В процессе эксплуатации, после предварительного нагрева блюмера путем сжигания древесного угля, железная руда и дополнительный древесный уголь вводятся через верх в соотношении примерно один к одному. Внутри печи окись углерода от неполного сгорания древесного угля восстанавливает оксиды железа в руде до металлического железа без плавления руды; это позволяет блумеру работать при более низких температурах, чем температура плавления руды. Поскольку желаемым продуктом блюмера является железо, которое легко поддается ковке , для него требуется низкое содержание углерода. Температура и соотношение древесного угля и железной руды должны тщательно контролироваться, чтобы железо не поглощало слишком много углерода и, таким образом, не становилось поддающимся ковке. Чугун возникает, когда чугун поглощает от 2% до 4% углерода. Поскольку блюмеры самофлюсуются, добавление известняка для образования шлака не требуется.

Полученные таким образом мелкие частицы железа падают на дно печи, где они соединяются с расплавленным шлаком, часто состоящим из фаялита , соединения кремния , кислорода и железа, смешанного с другими примесями из руды. Смешанное железо и шлак остывают, образуя губчатую массу, называемую блюмом. Поскольку блюм очень пористый , а его открытые пространства заполнены шлаком, позже блюм необходимо повторно нагреть и отбить молотком, чтобы вытеснить из него расплавленный шлак. Считается, что железо, обработанное таким образом, является кованым (обработанным), а полученное железо с пониженным содержанием шлака называется кованым или прутковым. Также можно производить блюмы с покрытием из стали , управляя зарядом и потоком воздуха к блюмерам.

В эпохе современных коммерческих сталеплавильном началась, слово цветение было распространено на другой смысл со ссылкой на промежуточную стадии кусок стал , с размером сравнимого с многими традиционными железными цветами, который был готов к дальнейшей обработке в заготовку .

История

Рисунок простого шаровара и мехов.
Bloomery выплавки во время средневековья , как показано в De Re Metallica на Георгия Агриколы , 1556

Начало железного века в большинстве частей света совпадает с первым массовым использованием цветков. Хотя встречаются более ранние образцы железа, высокое содержание никеля в них указывает на то, что это метеоритное железо . Другие ранние образцы железа могли быть получены в результате случайного введения железной руды при плавке бронзы . Железо, по-видимому, выплавляли на Западе еще в 3000 году до нашей эры, но кузнецы из бронзы, не знакомые с железом, использовали его гораздо позже. На Западе железо начали использовать около 1200 г. до н.э.

Восточная Азия

Китай долгое время считался исключением из общего использования цветников. Считалось, что китайцы полностью пропустили процесс обжига, начав с доменной печи и кузницы для производства кованого железа: к 5 веку до нашей эры слесари в южном штате У изобрели доменную печь и средства для ее литья. железо и обезуглероживание передельного чугуна с высоким содержанием углерода, полученного в доменной печи, до низкоуглеродистого кованого железа. Однако недавние данные показывают, что цветники использовались раньше в Древнем Китае , мигрировав с запада еще в 800 г. до н.э., прежде чем их вытеснила доменная печь местного производства. Подтверждением этой теории стало открытие «более десяти» орудий для добычи железа, найденных в гробнице герцога Цзина Циньского (ум. 537 г. до н.э.), чья гробница находится в уезде Фэнсян , Шэньси (сегодня на этом месте существует музей).

К югу от Сахары

Все традиционные процессы выплавки железа в Африке к югу от Сахары являются вариантами процесса плавки. Существует много дискуссий о происхождении металлургии железа в Африке . Плавка в печах шаровидного типа в Западной Африке и ковка инструментов появились в культуре Нок в центральной Нигерии, по крайней мере, в 550 г. до н.э. и, возможно, несколькими веками раньше. Существует также свидетельство выплавки чугуна с рудоплавильнями печей типа приуроченных к 750 г. до н.э. в Opi (Augustin Holl 2009) и Lejja датирована 2000 г. до н.э. (Pamela Эз-Uzomaka 2009), оба сайта в Nsukka регионе на юго - востоке Нигерии в том, что теперь Igboland . На объекте Гбабири в Центральноафриканской Республике также были обнаружены свидетельства металлургии железа из восстановительной печи и кузнечной мастерской; с самыми ранними датами 896–773 гг. до н.э. и 907–796 гг. до н.э. соответственно. Самые ранние записи о печах шаровидного типа в Восточной Африке - это открытия плавленого железа и углерода в Нубии в древнем Судане, датируемые по крайней мере 7-6 веками до нашей эры. Древние цветники, которые производили металлические инструменты для нубийцев и кушитов, давали излишки для продажи.

Южная Азия

Кованое железо использовалось при строительстве памятников, таких как Железный столб Дели , построенный в 3 веке нашей эры во времена империи Гупта . Последний был построен с использованием ряда возвышающихся дискообразных железных цветов. Подобно Китаю, высокоуглеродистая сталь в конечном итоге использовалась в Индии, хотя чугун не использовался в архитектуре до наших дней.

Средневековая европа

Каталонская печь с фурмой и сильфоном справа

Ранние европейские цветники были относительно небольшими, выплавляя менее 1 кг железа при каждом обжиге. В конце 14 века были построены все более крупные цветники, в среднем вместимостью около 15 кг, хотя были и исключения. Использование водяных колес для приведения в действие сильфонов позволило цветущим растениям стать больше и горячее. Средние европейские размеры соцветий быстро выросли до 300 кг, после чего стабилизировались до тех пор, пока цветение не исчезло.

По мере увеличения размера цветника железная руда подвергается воздействию древесного угля в течение более длительного времени. В сочетании с мощной воздушной струей, необходимой для проникновения в большую руду и штабель угля, это может привести к расплавлению части чугуна и его насыщению углеродом в процессе, производя неплавкий передельный чугун, который требует окисления, чтобы превратить его в чугун, сталь. , и железо. Этот передельный чугун считался отходом, снижающим выход продукции самого крупного блюмера, и только в 14 веке были построены первые доменные печи , идентичные по конструкции, но предназначенные для производства расплавленного чугуна.

Печи блумерского типа обычно производили ряд изделий из железа, от очень низкоуглеродистого железа до стали, содержащей приблизительно от 0,2% до 1,5% углерода. Мастер-кузнец должен был выбрать куски низкоуглеродистого железа, науглерожить их и сварить по шаблону, чтобы получить стальные листы. Даже при применении к не науглероженным блюмам этот процесс измельчения, складывания и сварки приводил к более однородному продукту и удалял большую часть шлака. Этот процесс приходилось повторять до 15 раз, когда требовалась высококачественная сталь, как для меча. Альтернативой было науглероживание поверхности готового продукта. При каждой сварке происходит окисление углерода, поэтому мастер-кузнец должен был убедиться, что в исходной смеси было достаточно углерода.

В Англии и Уэльсе, несмотря на прибытие доменной печи в Пустоши в около 1491, рудоплавильнях горны, вероятно , используя водяную силу для молота, а также мехами, работали в Уэст - Мидлендс области за 1580. В Фернесс и Камберленд , они действовали в начале 17 века, а последний в Англии (недалеко от Гарстанга ) не закрывался примерно до 1770 года.

Одна из старейших известных доменных печей в Европе была обнаружена в Лапфиттане в Швеции , углерод-14 датируется XII веком. Самым старым цветком в Швеции, также найденным в том же районе, является углерод-14, датируемый 700 годом до нашей эры.

Bloomeries выжили в Испании и на юге Франции, когда каталонские кузни были в середине 19 века, а в Австрии как Stückofen до 1775 года.

Северная и Южная Америка

Вид на цветники («каталонские кузницы») в Mission San Juan Capistrano , старейших ( около 1790-х годов) существующих сооружений такого рода в Калифорнии.

В период испанской колонизации Америки цветники или «каталонские кузницы» были частью «самодостаточности» в некоторых миссиях , энкомьендах и пуэбло . Как часть францисканских испанских миссий в Альта-Калифорнии , «каталонские кузницы» в Mission San Juan Capistrano с 1790-х годов являются старейшими существующими объектами такого рода в современном штате Калифорния . Вывеска цветочного завода объявляет это место «... частью первого промышленного комплекса округа Ориндж ».

Закон запрещал английским поселенцам 13 колоний заниматься производством; какое-то время британцы стремились разместить большую часть квалифицированных ремесленников в домашних условиях. Фактически, это была одна из проблем, которые привели к революции. Падение Крик Металлургические был первым в Америке. Neabsco Iron Works является примером раннего виргинского усилия , чтобы сформировать работоспособную американскую промышленность.

В Адирондаке , штат Нью-Йорк, в XIX веке были построены новые цветники с использованием техники горячего дутья .

Смотрите также

использованная литература

Печь Bloomery чугунная вдоль Bloomery Pike (Маршрут 127 Западной Вирджинии) около Bloomery, Западная Вирджиния, США.

внешние ссылки