.jpg/1280px-Carrie_Furnace_No._7,_U.S._Steel_Homestead_Works,_Blast_Furnace_Plant,_Along_Monongahela_River,_Homestead_(Allegheny_County,_Pennsylvania).jpg)
.jpg/1280px-Modern_blast_furnaces_(Wonder_Book_of_Engineering_Wonders,_1931).jpg)
Горячий дутье относится к предварительному нагреву воздуха , подаваемого в доменную печь или другой металлургический процесс. Поскольку это значительно снизило расход топлива , горячий дутье стал одной из наиболее важных технологий, разработанных во время промышленной революции . [1] Горячее дутье также позволило повысить температуру печи, что увеличило ее производительность. [2] [3]
Первоначально он работал путем поочередного накопления тепла от дымовых газов печи в облицованном огнеупорным кирпичом сосуде с несколькими камерами, а затем продувки воздуха для горения через горячую камеру. Это известно как регенеративный нагрев . Горячее дутье было изобретено и запатентовано для железных печей Джеймсом Бомонтом Нейлсоном в 1828 году на металлургическом заводе Уилсонтаун [ нужна ссылка ] в Шотландии, но позже было применено в других контекстах, включая поздние цветущие печи . Позже окись углерода в дымовых газах сжигалась для получения дополнительного тепла.
Джеймс Бомонт Нейлсон , бывший бригадир газового завода в Глазго, изобрел систему предварительного подогрева дутья для печи. Он обнаружил, что, увеличив 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 производимого железа с дальнейшим снижением при еще более высоких температурах. [4] Он вместе с партнерами, включая Чарльза Макинтоша , запатентовал это в 1828 году. [5] Первоначально нагревательный сосуд был сделан из пластин из кованого железа , но они окислились, и он заменил чугунный сосуд. [4]
На основании патента, полученного в январе 1828 года, Томас Ботфилд исторически считается изобретателем метода горячего дутья. Нилсону приписывают изобретателя горячего дутья, поскольку он выиграл патентный судебный процесс. [1] Нилсон и его партнеры участвовали в серьезных судебных процессах, чтобы защитить патент от нарушителей. [5] Распространение этой технологии по Великобритании было относительно медленным. К 1840 году 58 производителей железа получили лицензии, что приносило роялти в размере 30 000 фунтов стерлингов в год. К моменту истечения срока действия патента существовало 80 лицензий. В 1843 году, сразу после того, как срок его действия истек, 42 из 80 печей в южном Стаффордшире использовали горячее дутье, а в южном Уэльсе его внедрение шло еще медленнее. [6]
Другими преимуществами горячего дутья было то, что вместо кокса можно было использовать сырой уголь . В Шотландии относительно бедный железняк «черной полосы» можно было выгодно выплавить. [5] Это также увеличило ежедневную производительность печей. В случае с металлургическим заводом Колдера производительность снизилась с 5,6 тонн в день в 1828 году до 8,2 тонны в 1833 году, что сделало Шотландию регионом по производству стали с самой низкой себестоимостью в Великобритании в 1830-х годах. [7]
Первые дутьевые печи были неприятными, поскольку тепловое расширение и сжатие могло привести к поломке труб. Это было несколько исправлено установкой труб на роликах. Также необходимо было разработать новые способы соединения дымовых труб с фурмами , поскольку кожу уже нельзя было использовать. [8]
В конечном итоге этот принцип был применен еще более эффективно в регенеративных теплообменниках , таких как печи Каупера (которые предварительно нагревают поступающий дутьевой воздух за счет отработанного тепла дымовых газов; они используются в современных доменных печах) и в мартеновских печах ( для производства стали). ) по процессу Сименса-Мартина. [9]
Независимо Джордж Крейн и Дэвид Томас из Yniscedwyn Works в Уэльсе пришли к той же идее, и Крейн подал заявку на британский патент в 1836 году. Они начали производить железо по новому процессу 5 февраля 1837 года. Впоследствии Крейн купил патент Гессенхайнера. и запатентованные дополнения к нему, контролирующие использование этого процесса как в Великобритании, так и в США. Пока Крейн оставался в Уэльсе, Томас переехал в США от имени компании Lehigh Coal & Navigation Company и основал компанию Lehigh Crane Iron Company для использования этого процесса. [10]
Горячее дутье позволило использовать антрацит при выплавке чугуна. Это также позволило использовать уголь более низкого качества, поскольку меньше топлива означало пропорционально меньше серы и золы. [11]
В то время, когда этот процесс был изобретен, хороший коксующийся уголь был доступен в достаточных количествах только в Великобритании и западной Германии, [12] поэтому в железных печах в США использовался древесный уголь . Это означало, что любая железная печь требовала огромных участков лесной земли для производства древесного угля и обычно выключалась после вырубки близлежащего леса. Попытки использовать антрацит в качестве топлива закончились неудачей, поскольку уголь не воспламенялся в условиях холодного дутья. В 1831 году доктор Фредерик В. Гессенхайнер подал заявку на патент США на использование горячего дутья и антрацита для выплавки железа. Он произвел небольшое количество антрацитового железа этим методом в Valley Furnace недалеко от Поттсвилля, штат Пенсильвания, в 1836 году, но из-за поломок, болезни и смерти в 1838 году он не смог развить этот процесс в крупномасштабное производство. [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
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )CS1 maint: постскриптум ( ссылка )