Сыродутная печь
Сыроду́тная печь (сыроду́тный горн) — один из первых в истории металлургических агрегатов для получения металлического железа из руды путём химического восстановления. Название «сыродутный» (от «сырое дутьё») появилось в середине XIX века, когда для подачи воздуха в доменные печи стали использовать мощные паровые машины, а сам воздух — подогревать. После этого архаичные печи, в которые дутьё подавалось с помощью привода от водяных колёс или за счёт мускульной работы человека, быстро стали неконкурентоспособными. Архаичные печи задним числом получили название «сыродутные».
Классификация
С точки зрения истории металлургической техники, принято деление агрегатов для экстракции железа из руд по виду основного продукта процесса:
- сыродутный горн — агрегат, в котором при любых параметрах процесса может быть получено только кричное железо;
- до́мница — печь, в которой в зависимости от условий плавки можно было производить либо кричное железо, либо чугун, либо оба продукта одновременно;
- доменная печь — агрегат, в котором при любых параметрах плавки может быть выплавлен только чугун.
К сыродутным печам в литературе относят следующие исторические виды агрегатов:
- простейший низкий сыродутный горн или реннофен (нем. rennofen) — печь с «бегущим» шлаком (от rennen — бежать и ofen — печь)
- осмундская печь — скандинавский высокий сыродутный горн (от скандинавского «осмунд» — крица)
- штюкофен (нем. Stückofen) — высокий сыродутный горн, распространённый в средневековых Альпах (от stück — крица и ofen — печь)
- каталонский горн — низкий сыродутный горн с постоянно подгружаемой шихтой.
История
Простейший сыродутный горн имел высоту 1—1,5 м. Другое название сыродутного горна, используемое в специальной литературе, «низкий горн» — указывает на то, что его высота не превышала рост человека, и он легко обслуживался мастерами-металлургами вручную. Под воздействием горячего восстановительного газа в печи образовывалась крица, поскольку температура в горне не превышала 1300 °С и была недостаточной для образования чугуна. В дальнейшем крицу получали в более сложных сыродутных печах — штюкофенах, каталонских горнах. Температура в них достигала уже 1400 °С, но условия плавки всё ещё не позволяли получать чугун.
Сыродутный горн стал первым металлургическим агрегатом, специально предназначенным для производства железа из руд. Его конструкция явилась следствием стремления древних металлургов повысить интенсивность поступления в агрегат воздуха, что было необходимым условием для увеличения температуры процесса. Сначала для экстракции железа из руды использовали «волчьи ямы», их иногда применяли ещё в начале новой эры. Например, в ямах диаметром до 1,5 м и глубиной до 0,6 м обрабатывали железную руду германские племена. Ямы обязательно устраивались в местах интенсивного естественного движения воздуха: на холмах, в предгорьях, лесных просеках. Однако очень быстро пришли к тому, что наиболее эффективным способом усиления дутья является сооружение над ямой надстройки — своеобразной аэродинамической трубы.
По данным последних археологических исследований, первые сыродутные горны появились в начале 2-го тысячелетия до н. э. Широкое, практически повсеместное распространение они получили в латенском периоде железного века, то есть в V—I вв. до н. э.
Конструкция
Сыродутный низкий горн строился из высокоогнеупорной глины на каркасе из плетёных прутьев. Для укрепления стенок печи часто применялись деревянные обручи, а иногда её полностью помещали в деревянный сруб или обкладывали камнями. У славянских народов и в Скандинавии распространение получила конструкция, в которой нижняя часть печи располагалась в землянке, а верхняя незначительно выступала над поверхностью земли.
Внутреннее пространство печи представляло собой два усечённых конуса с общим большим основанием (хотя нередко использовались и другие конфигурации: усечённые пирамиды, цилиндры и т. п.). Горн снабжался одним или несколькими глиняными фурмами — соплами (от старослав. «сопеть», то есть дуть) диаметром, постепенно уменьшающимся в направлении внутреннего пространства печи, как правило, от 60 до 25 мм. В фурмы вставлялись дутьевые мехи, причём если использовалась одна фурма, то в неё вставлялись два меха, попеременная работа которых обеспечивала относительно постоянный приток воздуха в печь. Для выхода шлака внизу печи оставляли канал, перед которым рыли углубление для скапливающегося расплава.
Конструкция штюкофенов и осмундских печей была очень похожей с незначительными отличиями. Осмундские печи, как правило, заключались в деревянные срубы, а конструкция штюкофенов усиливалась снаружи каменной кладкой. Печи строили многогранного сечения, чаще всего в виде двух четырёхгранных призм с общим большим основанием. Фурма использовалась одна и устанавливалась горизонтально в нижней части печи таким образом, что ниже неё располагались лишь отверстия для выпуска из печи шлака.
Технология плавки
В древности добывали главным образом руды, представлявшие собой карбонаты или гидроксиды железа. При нагреве они выделяли большое количество газов, препятствующих нормальному ходу процесса. Поэтому перед загрузкой в горн руду, как правило, укладывали в кучи с дровами, разводили костры и в течение суток прокаливали. Затем её измельчали до крупности лесного ореха и перемешивали с древесным углём, составляя шихту.
Сыродутный горн просушивали и прогревали, разводя внутри него костёр на продолжительное время. Затем горн примерно на две трети высоты наполняли древесным углём и лишь после этого укладывали шихту. Над верхней частью горна снова укладывали древесный уголь так, чтобы образовалось небольшое коническое возвышение. Воспламенение древесного угля осуществляли через канал для выпуска шлака, который наполняли мелкими дровами и хворостом. Подача в горн дутья приводила к разжиганию угля, углерод которого в условиях недостатка кислорода горел до монооксида углерода. Таким образом, в печи создавалась восстановительная среда, способствовавшая восстановлению железа из оксидов. По мере выгорания угля и образования жидкого шлака небольшие чешуйки восстановленного железа опускались в низ печи, свариваясь друг с другом. Таким образом, в результате процесса, продолжавшегося около суток, формировалась одна или несколько криц. На первых порах освоения технологии масса крицы редко превышала 1—2 кг. Однако впоследствии научились производить крицы массой 25—40 кг, а в наиболее производительных каталонских горнах — даже до 120—150 кг.
Шлак постоянно вытекал из печи через специальный канал в её нижней части. Отсюда происходит ещё одно название сыродутного горна, особенно часто применяемое в немецкой литературе, — «печь с бегущим шлаком». Главной составляющей шлака, как и в случае , был силикат железа, поэтому потери железа со шлаком были чрезвычайно высоки и достигали на начальном этапе освоения технологии 80 % количества железа, загруженного в агрегат. Тем не менее сыродутный горн во многих регионах Азии и Африки просуществовал до конца XIX в., а народы некоторых отдалённых регионов (например, на островах Индийского и Тихого океанов) применяют его до сих пор (2004).
Для извлечения крицы из горна приходилось разрушать часть его стенок. Поэтому каждой новой плавке предшествовали работы по восстановлению конструкции печи, а также обмазка внутреннего пространства агрегата глиной, установка новых сопел, прочность которых, вплоть до изобретения металлических фурм, была очень низкой.
Извлечённая из горна с помощью ломов или специальных клещей крица содержала большое количество включений шлака и несгоревшего угля. Поэтому её подвергали механической обработке деревянными молотами для удаления этих примесей. Только после этого приступали к термомеханической обработке металла.
Перед началом плавки внутреннее пространство штюкофенов и осмундских печей обмазывали огнеупорной глиной и набивали угольным порошком. Затем производили обжигание горна, которое заключалось в прогреве кладки путём сжигания дров и некоторого количества древесного угля. После этого печь наполовину загружали порцией древесного угля, перемешанного с небольшим количеством легкоплавкой железной руды. В результате плавления этой первой шихты, стенки нижней части печи покрывались своеобразным защитным слоем — гарнисажем. Только после такой длительной подготовки агрегата переходили собственно к процессу плавки.
Куски руды, представлявшей собой красный или бурый железняк с содержанием железа около 50 %, дробили до крупности гороха или лесного ореха; древесный уголь, требования к качеству которого непрерывно возрастали, измельчали до размера грецкого ореха. Оба компонента шихты отделяли от мелких частиц и пыли вручную. Печь наполовину заполняли древесным углём, а затем загрузку руды и угля производили последовательно горизонтальными слоями толщиной не более 10—12 см.
После воспламенения древесного угля в нижней части печи, где проходила реакция неполного горения углерода угля до монооксида углерода, достигалась температура свыше 1500 °С у газов и 1400—1450 °С у продуктов плавки.
См. также
- История производства и использования железа
- Каталонский горн
Примечания
- Агрикола, 1986.
- Вегман и др., 2004, с. 27.
- Вегман и др., 2004, с. 33—34.
- Вегман и др., 2004, с. 30.
- Бабарыкин, 2009, с. 6.
- Вегман и др., 2004, с. 34.
- Вегман и др., 2004, с. 31.
- Карабасов, 2011, с. 48—49.
- Вегман и др., 2004, с. 35.
Литература
- Георгий Агрикола. О горном деле и металлургии. Редакция С. В. Шухардина Перевод и примечания Н. А. Гальминаса и А. И. Дробинского в двенадцати книгах. — 2-е. — Москва: Недра, 1986. — 294 с.
- Бабарыкин Н. Н. Теория и технология доменного процесса. — Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2009. — 257 с.
- Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н. и др. Металлургия чугуна : Учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина. — 3-е издание, переработанное и дополненное. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. — 774 с. — 2000 экз. — ISBN 5-94628-120-8.
- Карабасов Ю. С., Черноусов П. И., Коротченко Н. А., Голубев О. В. Металлургия и время : Энциклопедия : в 6 т. — М. : Издательский Дом МИСиС, 2011. — Т. 1 : Основы профессии. Древний мир и Раннее средневековье. — 216 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-87623-536-7 (т. 1).
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Сыродутная печь, Что такое Сыродутная печь? Что означает Сыродутная печь?
Syrodu tnaya pech syrodu tnyj gorn odin iz pervyh v istorii metallurgicheskih agregatov dlya polucheniya metallicheskogo zheleza iz rudy putyom himicheskogo vosstanovleniya Nazvanie syrodutnyj ot syroe dutyo poyavilos v seredine XIX veka kogda dlya podachi vozduha v domennye pechi stali ispolzovat moshnye parovye mashiny a sam vozduh podogrevat Posle etogo arhaichnye pechi v kotorye dutyo podavalos s pomoshyu privoda ot vodyanyh kolyos ili za schyot muskulnoj raboty cheloveka bystro stali nekonkurentosposobnymi Arhaichnye pechi zadnim chislom poluchili nazvanie syrodutnye Syrodutnyj gornSyrodutnyj gornPersidskij syrodutnyj gornSrednevekovaya plavilnya s syrodutnoj pechyuKlassifikaciyaS tochki zreniya istorii metallurgicheskoj tehniki prinyato delenie agregatov dlya ekstrakcii zheleza iz rud po vidu osnovnogo produkta processa syrodutnyj gorn agregat v kotorom pri lyubyh parametrah processa mozhet byt polucheno tolko krichnoe zhelezo do mnica pech v kotoroj v zavisimosti ot uslovij plavki mozhno bylo proizvodit libo krichnoe zhelezo libo chugun libo oba produkta odnovremenno domennaya pech agregat v kotorom pri lyubyh parametrah plavki mozhet byt vyplavlen tolko chugun K syrodutnym pecham v literature otnosyat sleduyushie istoricheskie vidy agregatov prostejshij nizkij syrodutnyj gorn ili rennofen nem rennofen pech s begushim shlakom ot rennen bezhat i ofen pech osmundskaya pech skandinavskij vysokij syrodutnyj gorn ot skandinavskogo osmund krica shtyukofen nem Stuckofen vysokij syrodutnyj gorn rasprostranyonnyj v srednevekovyh Alpah ot stuck krica i ofen pech katalonskij gorn nizkij syrodutnyj gorn s postoyanno podgruzhaemoj shihtoj IstoriyaProstejshij syrodutnyj gorn imel vysotu 1 1 5 m Drugoe nazvanie syrodutnogo gorna ispolzuemoe v specialnoj literature nizkij gorn ukazyvaet na to chto ego vysota ne prevyshala rost cheloveka i on legko obsluzhivalsya masterami metallurgami vruchnuyu Pod vozdejstviem goryachego vosstanovitelnogo gaza v pechi obrazovyvalas krica poskolku temperatura v gorne ne prevyshala 1300 S i byla nedostatochnoj dlya obrazovaniya chuguna V dalnejshem kricu poluchali v bolee slozhnyh syrodutnyh pechah shtyukofenah katalonskih gornah Temperatura v nih dostigala uzhe 1400 S no usloviya plavki vsyo eshyo ne pozvolyali poluchat chugun Syrodutnyj gorn stal pervym metallurgicheskim agregatom specialno prednaznachennym dlya proizvodstva zheleza iz rud Ego konstrukciya yavilas sledstviem stremleniya drevnih metallurgov povysit intensivnost postupleniya v agregat vozduha chto bylo neobhodimym usloviem dlya uvelicheniya temperatury processa Snachala dlya ekstrakcii zheleza iz rudy ispolzovali volchi yamy ih inogda primenyali eshyo v nachale novoj ery Naprimer v yamah diametrom do 1 5 m i glubinoj do 0 6 m obrabatyvali zheleznuyu rudu germanskie plemena Yamy obyazatelno ustraivalis v mestah intensivnogo estestvennogo dvizheniya vozduha na holmah v predgoryah lesnyh prosekah Odnako ochen bystro prishli k tomu chto naibolee effektivnym sposobom usileniya dutya yavlyaetsya sooruzhenie nad yamoj nadstrojki svoeobraznoj aerodinamicheskoj truby Po dannym poslednih arheologicheskih issledovanij pervye syrodutnye gorny poyavilis v nachale 2 go tysyacheletiya do n e Shirokoe prakticheski povsemestnoe rasprostranenie oni poluchili v latenskom periode zheleznogo veka to est v V I vv do n e KonstrukciyaShema ustrojstva osmundskoj pechi Syrodutnyj nizkij gorn stroilsya iz vysokoogneupornoj gliny na karkase iz pletyonyh prutev Dlya ukrepleniya stenok pechi chasto primenyalis derevyannye obruchi a inogda eyo polnostyu pomeshali v derevyannyj srub ili obkladyvali kamnyami U slavyanskih narodov i v Skandinavii rasprostranenie poluchila konstrukciya v kotoroj nizhnyaya chast pechi raspolagalas v zemlyanke a verhnyaya neznachitelno vystupala nad poverhnostyu zemli Vnutrennee prostranstvo pechi predstavlyalo soboj dva usechyonnyh konusa s obshim bolshim osnovaniem hotya neredko ispolzovalis i drugie konfiguracii usechyonnye piramidy cilindry i t p Gorn snabzhalsya odnim ili neskolkimi glinyanymi furmami soplami ot staroslav sopet to est dut diametrom postepenno umenshayushimsya v napravlenii vnutrennego prostranstva pechi kak pravilo ot 60 do 25 mm V furmy vstavlyalis dutevye mehi prichyom esli ispolzovalas odna furma to v neyo vstavlyalis dva meha poperemennaya rabota kotoryh obespechivala otnositelno postoyannyj pritok vozduha v pech Dlya vyhoda shlaka vnizu pechi ostavlyali kanal pered kotorym ryli uglublenie dlya skaplivayushegosya rasplava Konstrukciya shtyukofenov i osmundskih pechej byla ochen pohozhej s neznachitelnymi otlichiyami Osmundskie pechi kak pravilo zaklyuchalis v derevyannye sruby a konstrukciya shtyukofenov usilivalas snaruzhi kamennoj kladkoj Pechi stroili mnogogrannogo secheniya chashe vsego v vide dvuh chetyryohgrannyh prizm s obshim bolshim osnovaniem Furma ispolzovalas odna i ustanavlivalas gorizontalno v nizhnej chasti pechi takim obrazom chto nizhe neyo raspolagalis lish otverstiya dlya vypuska iz pechi shlaka Tehnologiya plavkiV drevnosti dobyvali glavnym obrazom rudy predstavlyavshie soboj karbonaty ili gidroksidy zheleza Pri nagreve oni vydelyali bolshoe kolichestvo gazov prepyatstvuyushih normalnomu hodu processa Poetomu pered zagruzkoj v gorn rudu kak pravilo ukladyvali v kuchi s drovami razvodili kostry i v techenie sutok prokalivali Zatem eyo izmelchali do krupnosti lesnogo oreha i peremeshivali s drevesnym uglyom sostavlyaya shihtu Syrodutnyj gorn prosushivali i progrevali razvodya vnutri nego kostyor na prodolzhitelnoe vremya Zatem gorn primerno na dve treti vysoty napolnyali drevesnym uglyom i lish posle etogo ukladyvali shihtu Nad verhnej chastyu gorna snova ukladyvali drevesnyj ugol tak chtoby obrazovalos nebolshoe konicheskoe vozvyshenie Vosplamenenie drevesnogo uglya osushestvlyali cherez kanal dlya vypuska shlaka kotoryj napolnyali melkimi drovami i hvorostom Podacha v gorn dutya privodila k razzhiganiyu uglya uglerod kotorogo v usloviyah nedostatka kisloroda gorel do monooksida ugleroda Takim obrazom v pechi sozdavalas vosstanovitelnaya sreda sposobstvovavshaya vosstanovleniyu zheleza iz oksidov Po mere vygoraniya uglya i obrazovaniya zhidkogo shlaka nebolshie cheshujki vosstanovlennogo zheleza opuskalis v niz pechi svarivayas drug s drugom Takim obrazom v rezultate processa prodolzhavshegosya okolo sutok formirovalas odna ili neskolko kric Na pervyh porah osvoeniya tehnologii massa kricy redko prevyshala 1 2 kg Odnako vposledstvii nauchilis proizvodit kricy massoj 25 40 kg a v naibolee proizvoditelnyh katalonskih gornah dazhe do 120 150 kg Shlak postoyanno vytekal iz pechi cherez specialnyj kanal v eyo nizhnej chasti Otsyuda proishodit eshyo odno nazvanie syrodutnogo gorna osobenno chasto primenyaemoe v nemeckoj literature pech s begushim shlakom Glavnoj sostavlyayushej shlaka kak i v sluchae byl silikat zheleza poetomu poteri zheleza so shlakom byli chrezvychajno vysoki i dostigali na nachalnom etape osvoeniya tehnologii 80 kolichestva zheleza zagruzhennogo v agregat Tem ne menee syrodutnyj gorn vo mnogih regionah Azii i Afriki prosushestvoval do konca XIX v a narody nekotoryh otdalyonnyh regionov naprimer na ostrovah Indijskogo i Tihogo okeanov primenyayut ego do sih por 2004 Dlya izvlecheniya kricy iz gorna prihodilos razrushat chast ego stenok Poetomu kazhdoj novoj plavke predshestvovali raboty po vosstanovleniyu konstrukcii pechi a takzhe obmazka vnutrennego prostranstva agregata glinoj ustanovka novyh sopel prochnost kotoryh vplot do izobreteniya metallicheskih furm byla ochen nizkoj Izvlechyonnaya iz gorna s pomoshyu lomov ili specialnyh kleshej krica soderzhala bolshoe kolichestvo vklyuchenij shlaka i nesgorevshego uglya Poetomu eyo podvergali mehanicheskoj obrabotke derevyannymi molotami dlya udaleniya etih primesej Tolko posle etogo pristupali k termomehanicheskoj obrabotke metalla Pered nachalom plavki vnutrennee prostranstvo shtyukofenov i osmundskih pechej obmazyvali ogneupornoj glinoj i nabivali ugolnym poroshkom Zatem proizvodili obzhiganie gorna kotoroe zaklyuchalos v progreve kladki putyom szhiganiya drov i nekotorogo kolichestva drevesnogo uglya Posle etogo pech napolovinu zagruzhali porciej drevesnogo uglya peremeshannogo s nebolshim kolichestvom legkoplavkoj zheleznoj rudy V rezultate plavleniya etoj pervoj shihty stenki nizhnej chasti pechi pokryvalis svoeobraznym zashitnym sloem garnisazhem Tolko posle takoj dlitelnoj podgotovki agregata perehodili sobstvenno k processu plavki Kuski rudy predstavlyavshej soboj krasnyj ili buryj zheleznyak s soderzhaniem zheleza okolo 50 drobili do krupnosti goroha ili lesnogo oreha drevesnyj ugol trebovaniya k kachestvu kotorogo nepreryvno vozrastali izmelchali do razmera greckogo oreha Oba komponenta shihty otdelyali ot melkih chastic i pyli vruchnuyu Pech napolovinu zapolnyali drevesnym uglyom a zatem zagruzku rudy i uglya proizvodili posledovatelno gorizontalnymi sloyami tolshinoj ne bolee 10 12 sm Posle vosplameneniya drevesnogo uglya v nizhnej chasti pechi gde prohodila reakciya nepolnogo goreniya ugleroda uglya do monooksida ugleroda dostigalas temperatura svyshe 1500 S u gazov i 1400 1450 S u produktov plavki Sm takzheIstoriya proizvodstva i ispolzovaniya zheleza Katalonskij gornPrimechaniyaAgrikola 1986 Vegman i dr 2004 s 27 Vegman i dr 2004 s 33 34 Vegman i dr 2004 s 30 Babarykin 2009 s 6 Vegman i dr 2004 s 34 Vegman i dr 2004 s 31 Karabasov 2011 s 48 49 Vegman i dr 2004 s 35 LiteraturaGeorgij Agrikola O gornom dele i metallurgii Redakciya S V Shuhardina Perevod i primechaniya N A Galminasa i A I Drobinskogo v dvenadcati knigah 2 e Moskva Nedra 1986 294 s Babarykin N N Teoriya i tehnologiya domennogo processa Magnitogorsk GOU VPO MGTU 2009 257 s Vegman E F Zherebin B N Pohvisnev A N i dr Metallurgiya chuguna Uchebnik dlya vuzov pod red Yu S Yusfina 3 e izdanie pererabotannoe i dopolnennoe M IKC Akademkniga 2004 774 s 2000 ekz ISBN 5 94628 120 8 Karabasov Yu S Chernousov P I Korotchenko N A Golubev O V Metallurgiya i vremya Enciklopediya v 6 t M Izdatelskij Dom MISiS 2011 T 1 Osnovy professii Drevnij mir i Rannee srednevekove 216 s 1000 ekz ISBN 978 5 87623 536 7 t 1
