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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Altoforno. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Altoforno, altoforno - un grande forno fusorio metallurgico di tipo ad albero posizionato verticalmente per la fusione di ghisa e ferroleghe dal minerale di ferro. La caratteristica più importante del processo d'altoforno è la sua continuità durante l'intera campagna del forno (dalla costruzione del forno alla sua riparazione "importante") e il controcorrente dei gas di tubiera in aumento con una colonna di materiali che scende e cresce continuamente dall'alto con nuove porzioni di carica.
Per molti secoli, il ferro è stato estratto nelle fornaci per la soffiatura del formaggio utilizzando un metodo scoperto nell'antichità. Finché i minerali a basso punto di fusione sono stati trovati in abbondanza sulla superficie della terra, questo metodo ha soddisfatto pienamente le esigenze di produzione. Ma nel Medioevo, quando la domanda di ferro iniziò ad aumentare, la metallurgia dovette utilizzare sempre più minerali refrattari. Per estrarne il ferro era necessaria una temperatura di "fusione" più elevata. A quel tempo si conoscevano solo due metodi per aumentarlo: 1) aumentare l'altezza del forno; 2) aumento dell'esplosione. Così gradualmente, nel XIII secolo, dal forno per la produzione del formaggio si formò un forno fusorio più alto e più avanzato, che ricevette il nome di shtukofen, cioè "un forno che produce cracker". Shtukofen è stato il primo passo verso l'altoforno. Sono apparsi per la prima volta nella Stiria ricca di ferro, poi nella Repubblica Ceca e in altre regioni minerarie. In questi forni si potrebbero raggiungere temperature più elevate e si potrebbero lavorare più minerali refrattari. Il pozzo shukofen aveva la forma di un doppio tronco di cono, rastremato verso l'alto (la cosiddetta parte superiore, aperta della fornace, attraverso la quale venivano caricati in porzioni (teste) minerale e carbone) e verso il basso. C'era un foro nel muro per un tuyere (un tubo attraverso il quale veniva soffiata aria nella fornace con l'aiuto di soffietti) e per estrarre il pollo. Il processo di conversione del minerale in ferro è avvenuto a shtukofen esattamente come negli altiforni grezzi, ma ci sono stati progressi: la miniera chiusa ha concentrato bene il calore e, grazie alla sua altezza (fino a 3 m), è proseguita la fusione in modo più uniforme, più lento e più completo, in modo che il minerale fosse più utilizzato. Indipendentemente dalle intenzioni delle fonderie, tutti e tre i tipi di materie prime di ferro sono stati ottenuti contemporaneamente a shtukofen: ghisa, che scorreva come spazzatura insieme alle scorie, ghisa malleabile negli stampi e acciaio, che ricopriva lo stampo con uno strato sottile . (Ricordiamo che ferro, acciaio e ghisa in metallurgia sono in realtà chiamati leghe di ferro chimico con carbonio. La differenza tra loro sta nella quantità di carbonio: ad esempio, nel ferro soft bloomery (saldato) non è superiore allo 5% , in acciaio - fino all'0%, in ghisa - oltre l'04%. Nonostante la quantità di carbonio vari entro limiti così piccoli, ferro, acciaio e ghisa sono molto diversi tra loro nelle proprietà: il ferro è un metallo tenero che si presta bene alla forgiatura, l'acciaio, al contrario, è un materiale molto duro che conserva ottime qualità di taglio; la ghisa è un metallo duro e fragile che non può essere forgiato affatto. La quantità di carbonio influisce in modo significativo su altre proprietà del metallo. In particolare, più è nel ferro, più facilmente si scioglie. Il ferro puro è un metallo abbastanza refrattario, mentre la ghisa fonde a temperature molto più basse.) I vantaggi dello shukofen erano, tuttavia, insufficienti per tutti i minerali refrattari. Era necessario un colpo più forte. Le forze umane non erano più sufficienti per mantenere la temperatura e una ruota idraulica veniva utilizzata per alimentare le pellicce. L'albero della ruota idraulica era dotato di camme piantate su di esso in un guasto, che tirava indietro le coperture dei soffietti in pelle a forma di cuneo. Per ogni forno fusorio c'erano due soffietti, che funzionavano alternativamente. L'aspetto dei motori idraulici e dei soffietti è da attribuire alla fine del XIV secolo, poiché già nel XV secolo, in relazione a ciò, molte fonderie si spostarono giù dalle montagne e dalle colline - verso le valli e sulle rive dei fiumi . Questo miglioramento è stato il punto di partenza per il più grande cambiamento nella tecnologia della metallurgia, poiché ha portato alla scoperta della ghisa, delle sue proprietà di fonderia e rilavorazione. In effetti, l'aumento dell'esplosione ha influito sull'intero corso del processo. Ora nella fornace si è sviluppata una temperatura così elevata che la riduzione del metallo dal minerale avviene prima che si formino le scorie. Il ferro iniziò a fondersi con il carbonio e a trasformarsi in ghisa, che, come notato sopra, ha un punto di fusione più basso, così che una massa completamente fusa (ghisa) iniziò ad apparire nella fornace invece del solito lampo viscoso. All'inizio, questa metamorfosi colpì in modo molto spiacevole i metallurgisti medievali. La ghisa congelata era privata di tutte le proprietà naturali del ferro, non era forgiata, non saldata, era impossibile ricavarne strumenti durevoli, armi flessibili e affilate. Pertanto, la ghisa è stata a lungo considerata uno spreco di produzione e le fonderie le erano molto ostili. Tuttavia, cosa se ne doveva fare? Durante il recupero del ferro dai minerali refrattari, una buona parte di esso è andato in ghisa, non buttare via tutto questo ferro insieme alle scorie! A poco a poco, la ghisa inutilizzabile iniziò a essere selezionata dalle scorie raffreddate e consentita alla seconda rifusione, prima aggiungendola al minerale e poi da sola. Allo stesso tempo, si scoprì inaspettatamente che la ghisa fonde rapidamente in una fornace e, dopo una maggiore sabbiatura, si trasforma facilmente in ferro da fioritura, che non solo non è di qualità inferiore, ma anche migliore per molti aspetti rispetto al ferro che si ottiene dal minerale. E poiché la ghisa fonde a una temperatura più bassa, questa ridistribuzione ha richiesto meno carburante e ha richiesto meno tempo. Così, durante il XV secolo, dapprima inconsciamente e a tentoni, e poi consapevolmente, fu fatta la più grande scoperta nella metallurgia: il processo di rielaborazione. Trovò ampia applicazione già nel XVI secolo in connessione con la diffusione degli altiforni. Presto furono scoperte altre proprietà positive nella ghisa. L'hard kritz non è stato facile da tirare fuori dal forno. Questo di solito richiedeva diverse ore. Nel frattempo, la fornace si è raffreddata, è stato utilizzato combustibile aggiuntivo per riscaldarla e si è speso più tempo. Era molto più facile rilasciare il ferro fuso dalla fornace. La fornace non ha avuto il tempo di raffreddarsi e ha potuto essere immediatamente caricata con una nuova porzione di minerale e carbone. Il processo potrebbe continuare continuamente. Inoltre, la ghisa aveva eccellenti qualità di colata. (Ricordiamo che per molti secoli l'unico modo per lavorare il ferro era la forgiatura.) Entro la metà del XIV secolo furono attribuite le prime fusioni grezze da esso. Con lo sviluppo dell'artiglieria, l'uso della ghisa si espanse. All'inizio veniva utilizzato per lanciare palle di cannone e poi per lanciare singole parti dei cannoni stessi. Tuttavia, fino alla fine del XV secolo, la ghisa era ancora di scarsa qualità: eterogenea, insufficientemente liquida, con tracce di scorie. Ne uscivano lapidi grezze e senza pretese, martelli, caldaie per fornaci e altri prodotti semplici. La ghisa ha richiesto alcune modifiche al design del forno; comparvero i cosiddetti blauofen (forni di soffiaggio), che rappresentavano il passo successivo verso l'altoforno. Si distinguevano per un'altezza maggiore (5-6 m) rispetto allo shukofen e consentivano la continuità della fusione a temperature molto elevate. È vero, l'idea che il processo di produzione del ferro possa essere suddiviso in due fasi (ovvero, la ghisa viene fusa continuamente in una fornace e la ghisa viene trasformata in ferro nell'altra) non è venuta immediatamente. Blauofen produceva contemporaneamente ferro e ghisa. Quando la fusione è stata completata, la scoria è stata rilasciata attraverso un'apertura situata al di sotto della tuyere. Dopo il raffreddamento, è stato frantumato e i pellet di ghisa sono stati separati. Kritsu è stato estratto con grandi pinze e piede di porco, e poi lavorato con un martello. Il kritsy più grande pesava fino a 40 libbre. Inoltre, dal forno sono state estratte fino a 20 libbre di ghisa. Un calore è durato 15 ore. Ci sono volute 3 ore per estrarre il pollo e 4-5 ore per preparare il forno allo scioglimento. Alla fine è venuta l'idea di un processo di fusione in due fasi. Il blauofen migliorato si è trasformato in un nuovo tipo di forno: un altoforno, destinato esclusivamente alla produzione di ghisa. Insieme a loro, il processo di rielaborazione è stato finalmente riconosciuto. Il processo di caseificazione iniziò a essere sostituito ovunque dal metodo a due fasi di lavorazione del ferro. In primo luogo, la ghisa è stata ottenuta dal minerale, quindi, durante la rifusione secondaria della ghisa, il ferro. La prima fase è stata chiamata processo di dominio, la seconda - la ridistribuzione critica.
Gli altiforni più antichi apparvero nel Siegerland (Westfalia) nella seconda metà del XV secolo. I loro design differivano dal Blauofen in tre modi: un'altezza dell'asta maggiore, un soffiatore più forte e un volume maggiore della parte superiore dell'asta. In questi forni è stato ottenuto un aumento significativo della temperatura e una fusione ancora più lunga del minerale. Inizialmente si costruirono altiforni a cassa chiusa, ma ben presto venne aperta la parete frontale e ampliato il focolare, ottenendo un altoforno a cassa aperta. Un tale altoforno ad un'altezza di 4 m produceva fino a 5 kg di ghisa al giorno. La ghisa veniva trasformata in ferro in una fioriera, simile nel design a un altoforno per formaggio. L'operazione è iniziata con il caricamento della carbonella e la fornitura di blaster. Dopo che il carbone si è divampato vicino all'ugello, sono stati posizionati lingotti di ghisa. Sotto l'azione dell'alta temperatura, la ghisa si scioglieva, scorreva goccia a goccia, passava attraverso l'area opposta alle tuyeres e qui perdeva parte del carbonio. Di conseguenza, il metallo si ispessiva e passava dallo stato fuso a una massa pastosa di ferro a basso tenore di carbonio. Questa massa è stata sollevata dai piedi di porco all'ugello. Sotto l'influenza dell'esplosione, il carbonio è stato ulteriormente bruciato e il metallo si è nuovamente depositato sul fondo del focolare è diventato rapidamente morbido, facilmente saldabile. A poco a poco, sul fondo si formò un nodulo: un grido del peso di 50-100 kg o più, che fu rimosso dal focolare per essere forgiato sotto un martello per compattarlo e spremere le scorie liquide. L'intero processo ha richiesto da 1 a 2 ore. Si poteva ottenere circa 1 tonnellata di metallo al giorno in una fornace di fioritura e la resa del ferro finito era del 90-92% del peso del ferro. La qualità del ferro fiorito era superiore al ferro grezzo, poiché conteneva meno scorie. Il passaggio da un processo monostadio (impasto crudo) a un processo a due stadi (altoforno e fioritura) ha permesso di aumentare più volte la produttività del lavoro. La maggiore domanda per il metallo è stata soddisfatta. Ma presto la metallurgia incontrò difficoltà di altro tipo. La fusione del ferro richiedeva un'enorme quantità di carburante. Nel corso dei secoli, molti alberi sono stati abbattuti in Europa e migliaia di ettari di foresta sono stati distrutti. In alcuni stati sono state approvate leggi che vietano il disboscamento incontrollato. Questo problema era particolarmente acuto in Inghilterra. A causa della mancanza di carbone, gli inglesi furono costretti a importare la maggior parte del ferro di cui avevano bisogno dall'estero. Nel 1619, Dodley utilizzò per la prima volta il carbone nella fusione. Tuttavia, l'uso diffuso del carbone è stato ostacolato dalla presenza in esso di zolfo, che interferisce con la buona produzione del ferro. Fu solo nel 1735 che Derby trovò un modo per rimuovere lo zolfo dal carbone, quando Derby trovò un modo per assorbire lo zolfo usando la calce viva durante il trattamento termico del carbone in crogioli chiusi. Quindi è stato ottenuto un nuovo agente riducente: il coke.
Autore: Ryzhov KV
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