Горячий взрыв - Hot blast

Дальнейшая информация: Кауперная печь
Доменная печь (слева) и три Кауперные печи (справа) используется для предварительного нагрева воздуха, вдуваемого в печь.
Горячая доменная печь: обратите внимание на поток воздуха из печи на заднем плане в две доменные печи и на горячий воздух из печи переднего плана, который отводится для обогрева печи.

Горячий взрыв относится к предварительный нагрев воздуха взорван доменная печь или другой металлургический процесс. Поскольку это значительно уменьшило топливо потребляемая горячая струя была одной из самых важных технологий, разработанных в Индустриальная революция.[1]Горячий дутьевой воздух также позволил повысить температуру печи, что увеличило мощность печей.[2][3]

Первоначально он работал, поочередно аккумулируя тепло от топочного газа в облицованном огнеупорным кирпичом сосуде с несколькими камерами, а затем продувая воздух для горения через горячую камеру. Это называется регенеративным нагревом. Горячий взрыв был изобретен и запатентован для утюг печи Джеймс Бомонт Нейлсон в 1828 г. Wilsontown Ironworks[нужна цитата ] в Шотландии, но позже был применен в других контекстах, включая поздний цветение. Позже монооксид углерода в дымовых газах сжигали, чтобы обеспечить дополнительное тепло.

История

Изобретение и распространение

Джеймс Бомонт Нейлсон Ранее прораб на газовом заводе в Глазго изобрел систему предварительного подогрева дутья для печи. Он обнаружил, что, увеличивая температуру входящего воздуха до 300 градусов по Фаренгейту, он может снизить расход топлива с 8,06 тонны угля до 5,16 тонны угля на тонну произведенного железа с дальнейшим снижением при еще более высоких температурах.[4] Он с партнерами, в том числе Чарльз Макинтош, запатентовал это в 1828 году.[5] Изначально нагревательная емкость была сделана из кованое железо пластины, но они окислились, и он заменил чугун судно.[4]

На основании патента января 1828 г. Томас Ботфилд имеет историческое признание как изобретатель метода горячего дутья. Нилсон считается изобретателем горячего взрыва, потому что он выиграл патентный процесс.[1] Нейлсон и его партнеры участвовали в судебных тяжбах по защите патента от нарушителей.[5] Распространение этой технологии по Британии было относительно медленным. К 1840 году 58 производителей железа получили лицензии, что дало доход от роялти в размере 30 000 фунтов стерлингов в год. К моменту истечения срока действия патента было 80 лицензий. В 1843 году, сразу после его истечения, 42 из 80 печей в южном Стаффордшире использовали горячий дутье, а в южном Уэльсе его потребление было еще более медленным.[6]

Другими преимуществами горячего дутья было то, что каменный уголь может использоваться вместо кокс. В Шотландии относительно бедная «черная полоса» железный камень можно с выгодой переплавить.[5] Также увеличилась суточная производительность печей. В случае металлургического завода Колдера с 5,6 тонны в день в 1828 году до 8,2 в 1833 году, что сделало Шотландию самым дешевым регионом по производству стали в Великобритании в 1830-х годах.[7]

Ранние дутьевые печи вызывали проблемы, так как тепловое расширение и сжатие могло вызвать поломку труб. Это было несколько исправлено, поддерживая трубы на роликах. Также необходимо было разработать новые способы подключения дымовых труб к фурмы, поскольку кожа больше не может использоваться.[8]

В конечном итоге этот принцип был применен еще более эффективно в регенеративные теплообменники, такой как Кауперная печь (которые подогревают поступающий дутьевой воздух отходящим теплом дымовых газов; они используются в современных доменных печах), и в мартеновская печь (для производства стали) по процессу Сименс-Мартин.[9]

Независимо Джордж Крейн и Дэвид Томас завода Yniscedwyn в Уэльс, задумал ту же идею, и Крейн подал заявку на британский патент в 1836 году. Они начали производство железа по новому процессу 5 февраля 1837 года. Впоследствии Крейн купил патент Гессенхайнера и запатентовал дополнения к нему, контролируя использование процесса в обоих Великобритания и США. Пока Крейн оставался в Уэльсе, Томас переехал в США от имени Lehigh Coal & Navigation Company и основал Lehigh Crane Iron Company использовать процесс.[10]

Антрацит в производстве чугуна

Горячим дутьем разрешено использование антрацит в выплавке чугуна. Это также позволило использовать уголь более низкого качества, поскольку меньшее количество топлива означало пропорционально меньше серы и золы.[11]

В то время как процесс был изобретен, хорошо коксование уголь был доступен в достаточном количестве только в Великобритании и Западной Германии,[12] поэтому железные печи в США использовали уголь. Это означало, что любая железная печь требовала огромных участков лесной земли для производства древесного угля и обычно выходила из строя после вырубки близлежащих лесов. Попытки использовать антрацит поскольку топливо вышло из строя, так как уголь сопротивлялся возгоранию в условиях холодного дутья. В 1831 году доктор Фредерик В. Гессенхайнер подал в США патент на использование горячего дутья и антрацита для плавки железа. Он произвел небольшое количество антрацитовое железо этим методом в Valley Furnace около Поттсвилл, Пенсильвания в 1836 году, но из-за поломок, болезни и смерти в 1838 году он не смог довести этот процесс до крупномасштабного производства.[10]

Антрацит был вытеснен коксом в США после гражданской войны. Кокс был более пористым и мог выдерживать более тяжелые нагрузки в гораздо более крупных печах конца 19 века.[2]:90[13]:139

Стали

Для стали температура горячего дутья может составлять от 900 ° C до 1300 ° C (от 1600 ° F до 2300 ° F) в зависимости от конструкции и состояния печи. Они имеют дело с температурами от 2000 ° C до 2300 ° C (от 3600 ° F до 4200 ° F). Масло, деготь, натуральный газ, порошкообразный каменный уголь и кислород также можно вводить в печь при фурма уровень (рядом с основанием) для объединения с коксом для высвобождения дополнительной энергии, необходимой для увеличения производительности.[14]

Рекомендации

  1. ^ а б Белфорд, Пол (2012). «Плавка чугуна горячим дутьем в начале 19 века» (PDF). Историческая металлургия. Историческое металлургическое общество. 46 (1): 32–44.
  2. ^ а б Ландес, Дэвид С. (1969). Свободный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время. Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. п. 92. ISBN  0-521-09418-6.
  3. ^ Эйрес, Роберт (1989). «Технологические преобразования и длинные волны» (PDF): 21 <Рис. 7 показан временной ряд отношения C / Fe> Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ а б W.K.V. Гейл, Британская металлургическая промышленность (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот 1967), 55-8.
  5. ^ а б c «Нейлсон, Джеймс Бомонт (1792–1865)». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. Дои:10.1093 / ссылка: odnb / 19866. (Подписка или Членство в публичной библиотеке Великобритании требуется.)
  6. ^ C.K. Гайд, Технологические изменения и британская металлургия 1700-1870 гг. (Princeton University Press, 1977), 154-5.
  7. ^ C.K. Гайд, Технологические изменения и британская металлургия 1700-1870 гг. (Издательство Принстонского университета, 1977), 151.
  8. ^ W.K.V. Гейл, Черная страна черной металлургии (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1966), 71-5.
  9. ^ W.K.V. Гейл, Британская металлургическая промышленность (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1967), 98–100.
  10. ^ а б Bartholomew, Craig L .; Мец, Лэнс Э. (1988). Бартоломью, Энн (ред.). Антрацитовая промышленность долины Лихай. Центр истории и технологий каналов. ISBN  0-930973-08-9.
  11. ^ Розенберг, Натан (1982). Внутри черного ящика: технологии и экономика. Кембридж, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п.88. ISBN  0-521-27367-6.
  12. ^ Ланды 1969, п. 82.
  13. ^ Розен, Уильям (2012). Самая мощная идея в мире: история пара, индустрии и изобретений. Издательство Чикагского университета. ISBN  978-0226726342.
  14. ^ «Как работает доменная печь». Архивировано из оригинал на 2017-09-26. Получено 2017-02-07.