.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)
Горячее дутье относится к предварительному нагреву воздуха, вдуваемого в доменную печь или другой металлургический процесс. Поскольку это значительно сокращало потребление топлива , горячее дутье было одной из важнейших технологий, разработанных во время промышленной революции . [1] Горячее дутье также позволяло достигать более высоких температур в печи, что увеличивало производительность печей. [2] [3]
Первоначально он работал, попеременно сохраняя тепло от дымового газа печи в футерованном огнеупорным кирпичом сосуде с несколькими камерами, а затем продувая воздух для горения через горячую камеру. Это известно как регенеративный нагрев . Горячее дутье было изобретено и запатентовано для железных печей Джеймсом Бомонтом Нильсоном в 1828 году на металлургическом заводе Wilsontown [ необходима ссылка ] в Шотландии, но позже применялось в других контекстах, включая поздние кричовые печи . Позже окись углерода в дымовом газе сжигалась для получения дополнительного тепла.
Джеймс Бомонт Нильсон , бывший бригадир на газовом заводе в Глазго, изобрел систему предварительного нагрева дутья для печи. Он обнаружил, что, увеличив температуру входящего воздуха до 300 градусов по Фаренгейту, он мог сократить расход топлива с 8,06 тонн угля до 5,16 тонн угля на тонну произведенного железа с дальнейшим снижением при еще более высоких температурах. [4] Он, с партнерами, включая Чарльза Макинтоша , запатентовал это в 1828 году. [5] Первоначально нагревательный сосуд был сделан из кованых железных пластин, но они окислились, и он заменил их чугунным сосудом. [4]
На основании патента от января 1828 года Томас Ботфилд имеет историческое право называться изобретателем метода горячего дутья. Нильсон считается изобретателем горячего дутья, потому что он выиграл патентный спор. [1] Нильсон и его партнеры участвовали в существенных судебных разбирательствах, чтобы обеспечить соблюдение патента против нарушителей. [5] Распространение этой технологии по всей Британии было относительно медленным. К 1840 году 58 литейщиков получили лицензии, что давало доход от роялти в размере 30 000 фунтов стерлингов в год. К моменту истечения срока действия патента лицензий было 80. В 1843 году, сразу после его истечения, 42 из 80 печей в южном Стаффордшире использовали горячее дутье, а внедрение в южном Уэльсе шло еще медленнее. [6]
Другие преимущества горячего дутья заключались в том, что вместо кокса можно было использовать сырой уголь . В Шотландии относительно бедный «черный» железняк можно было выгодно выплавлять. [5] Это также увеличивало суточную производительность печей. В случае с металлургическим заводом Колдера с 5,6 тонн в день в 1828 году до 8,2 в 1833 году, что сделало Шотландию регионом с самой низкой себестоимостью производства стали в Британии в 1830-х годах. [7]
Ранние воздухонагреватели были проблемными, так как тепловое расширение и сжатие могли привести к поломке труб. Это было несколько исправлено путем поддержки труб на роликах. Также было необходимо разработать новые методы соединения воздухонагревательных труб с фурмами , поскольку кожа больше не могла использоваться. [8]
В конечном итоге этот принцип был применен еще более эффективно в регенеративных теплообменниках , таких как печь Каупера (которая предварительно нагревает входящий воздух дутья с помощью отходящего тепла дымовых газов; они используются в современных доменных печах), а также в мартеновской печи (для производства стали) по процессу Сименса-Мартена. [9]
Независимо друг от друга Джордж Крейн и Дэвид Томас из Yniscedwyn Works в Уэльсе задумали ту же идею, 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 запатентовал дополнения к нему, контролируя использование процесса как в Великобритании, так и в США. Пока Крейн оставался в Уэльсе, Томас переехал в США от имени Lehigh Coal & Navigation Company и основал Lehigh Crane Iron Company , чтобы использовать этот процесс. [10]
Горячее дутье позволило использовать антрацит при выплавке железа. Оно 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 достаточном количестве только в Великобритании и Западной Германии, [12] поэтому в чугунолитейных печах в США использовался древесный уголь . Это означало, что для производства древесного угля любой чугунолитейной печи требовались обширные участки лесных угодий, и, как правило, дутье прекращалось, когда близлежащие леса вырубались. Попытки использовать антрацит в качестве топлива закончились неудачей, так как уголь не поддавался возгоранию 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 около Поттсвилля, штат Пенсильвания , в 1836 году, но из-за поломок, болезни и смерти в 1838 году он не смог развить этот процесс до масштабного производства. [10]
Антрацит был вытеснен коксом в США после Гражданской войны. Кокс был более пористым и мог выдерживать более тяжелые нагрузки в значительно больших печах конца 19 века. [2] : 90 [13] : 139
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )CS1 maint: постскриптум ( ссылка )