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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
고로. 발명과 생산의 역사
고로, 용광로 - 철광석에서 철 및 합금철을 제련하기위한 대형 야금, 수직으로 위치한 샤프트 형 제련로. 용광로 공정의 가장 중요한 특징은 전체 용광로 캠페인(용광로 건설에서 "주요" 수리까지)에 걸친 연속성 및 상승하는 송풍구 가스의 역류와 재료 기둥이 지속적으로 하강하고 새로운 장입량으로 위에서 성장하는 것입니다.
수세기 동안 철은 고대에 발견된 방법을 사용하여 치즈 블로잉 용광로에서 채굴되었습니다. 저융점 광석이 지표면에서 풍부하게 발견되는 한 이 방법은 생산 요구를 완전히 충족시켰습니다. 그러나 중세 시대에 철에 대한 수요가 증가하기 시작하면서 야금에서는 점점 내화광석을 사용해야 했습니다. 철을 추출하려면 더 높은 "용융" 온도가 필요했습니다. 당시에는 높이를 높이는 두 가지 방법만 알려져 있었습니다. 1) 용광로의 높이를 높이는 것; 2) 폭발 증가. 그래서 점차적으로 XNUMX세기까지 치즈 제조 용광로에서 더 높고 발전된 용광로가 형성되었으며, 이 용광로는 "크래커를 만드는 용광로", 즉 shtukofen이라는 이름을 받았습니다. Shtukofen은 용광로로가는 길의 첫 번째 단계였습니다. 처음에는 철이 풍부한 스티리아 지방에서 나타났고, 그 다음에는 체코 공화국과 기타 광산 지역에 나타났습니다. 이러한 용광로에서는 더 높은 온도에 도달할 수 있고 더 많은 내화 광석을 처리할 수 있습니다. 슈코펜 갱도는 상단(광석과 석탄이 부분적으로(헤드)으로 장전되는 용광로의 개방된 부분이라고 함)과 하단으로 갈수록 가늘어지는 이중 잘린 원뿔 모양을 가졌습니다. 벽에는 송풍구(벨로우즈의 도움으로 공기를 용광로로 불어넣는 파이프)와 닭을 꺼낼 수 있는 구멍이 하나 있었습니다. 광석을 철로 변환하는 과정은 고로와 똑같은 방식으로 shtukofen에서 진행되었지만 폐쇄 광산은 열을 잘 집중시켰고 높이(최대 3m)로 인해 제련이 진행되었습니다. 더 고르게, 더 천천히, 더 완전하게, 그래서 광석이 더 많이 사용되었습니다. 제련소의 의도와 상관없이 슈투코펜에서는 슬래그와 함께 쓰레기처럼 흐르는 주철, 주형 내 가단성 철, 주형을 얇은 층으로 덮은 강철의 세 가지 유형의 철 원료를 한 번에 모두 얻었습니다. . (야금의 철, 강철 및 주철을 화학 철과 탄소의 실제 합금이라고 함을 상기하십시오. 이들의 차이는 탄소의 양에 있습니다. 예를 들어 연질 블루머(용접) 철의 경우 5% 이하입니다. , 강철 - 최대 0, 04%, 주철 - 1% 이상. 탄소의 양이 이렇게 작은 범위 내에서 변한다는 사실에도 불구하고 철, 강철, 주철은 그 성질이 매우 다릅니다. 철은 단조에 적합한 연질 금속이지만, 반대로 강철은 우수한 절단 품질을 유지하는 매우 단단한 재료; 주철은 단조할 수 없는 단단하고 부서지기 쉬운 금속입니다. 탄소의 양은 금속의 다른 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 특히 철분이 많을수록 녹기 쉽습니다. 순철은 상당히 내화성이 있는 금속인 반면, 주철은 훨씬 낮은 온도에서 녹습니다.) 그러나 shukofen의 장점은 모든 내화 광석에 충분하지 않았습니다. 더 강한 타격이 필요했다. 인간의 힘으로는 더 이상 온도를 유지할 수 없었고 물레방아는 모피에 동력을 공급하는 데 사용되었습니다. 물레방아의 샤프트에는 고장난 캠이 장착되어 있어 쐐기 모양의 가죽 벨로우즈의 덮개를 뒤로 당겼습니다. 각 용해로에는 교대로 작동하는 두 개의 벨로우즈가 있었습니다. 유압 엔진과 벨로우즈의 출현은 이미 XNUMX세기에 많은 제련소가 산과 언덕에서 계곡과 강둑으로 이동했기 때문에 XNUMX세기 말에 기인해야 합니다. 이 개선은 주철, 주철 및 재가공 특성의 발견으로 이어진 야금 기술의 가장 큰 변화의 출발점이 되었습니다. 실제로 폭발의 증가는 전체 과정에 영향을 미쳤습니다. 이제 노에서 이러한 고온이 발생하여 슬래그가 형성되기 전에 광석에서 금속이 환원됩니다. 철은 탄소와 합금되기 시작하여 위에서 언급한 바와 같이 융점이 더 낮은 주철로 변하여 일반적인 점성 플래시 대신 완전히 용융된 덩어리(주철)가 용광로에 나타나기 시작했습니다. 처음에 이 변태는 중세 야금학자들을 매우 불쾌하게 여겼습니다. 얼어 붙은 주철은 철의 모든 자연적 특성을 박탈당했으며 위조되지 않았으며 용접되지 않았으며 내구성있는 도구, 유연하고 날카로운 무기를 만드는 것이 불가능했습니다. 따라서 주철은 오랫동안 생산 폐기물로 간주되어 제련소에서 매우 적대적이었습니다. 그러나 그것으로 무엇을 해야 했습니까? 내화광석에서 철을 회수하는 과정에서 상당량이 주철로 들어갔는데, 이 철을 슬래그와 함께 버리지 마세요! 점차적으로, 사용할 수 없는 선철은 냉각된 슬래그에서 선택되어 두 번째 재용해에 투입되어 먼저 광석에 추가한 다음 자체적으로 추가됩니다. 동시에, 주철은 용광로에서 빠르게 녹고 블라스팅을 증가시킨 후 쉽게 블루머리 철로 변한다는 사실이 예기치 않게 발견되었습니다. 광석에서 얻습니다. 그리고 주철은 더 낮은 온도에서 녹기 때문에 이러한 재분배는 더 적은 연료를 필요로 하고 시간도 덜 걸립니다. 따라서 XNUMX세기 동안 처음에는 무의식적으로 더듬거리다가 그 다음에는 아주 의식적으로 야금 분야에서 가장 위대한 발견인 재작업 과정이 이루어졌습니다. 그것은 고로의 보급과 관련하여 XNUMX세기에 이미 널리 적용되었습니다. 곧, 주철에서 다른 긍정적인 특성이 발견되었습니다. 하드 크리츠는 오븐에서 꺼내기가 쉽지 않았다. 일반적으로 몇 시간이 걸렸습니다. 한편, 용광로는 냉각되고 추가 연료를 사용하여 가열하는 데 추가 시간이 소요되었습니다. 용광로에서 쇳물을 방출하는 것이 훨씬 쉬웠습니다. 용광로는 식힐 시간이 없었고 즉시 새로운 양의 광석과 석탄을 장전할 수 있었습니다. 이 과정은 지속적으로 진행될 수 있습니다. 또한, 주철은 우수한 주조 특성을 가지고 있었습니다. (수세기 동안 철을 가공하는 유일한 방법은 단조였음을 상기하십시오.) XIV 세기 중반까지 그로부터의 첫 번째 거친 주물이 귀속되었습니다. 포병의 발달로 주철의 사용이 확대되었습니다. 처음에는 대포알을 주조하는 데 사용되었고, 그 다음에는 대포 자체의 개별 부품을 주조하는 데 사용되었습니다. 그러나 XNUMX세기 말까지 주철은 여전히 품질이 좋지 않았습니다. 이질적이고 액체가 충분하지 않고 슬래그의 흔적이 있었습니다. 거칠고 소박한 묘비, 망치, 용광로 보일러 및 기타 복잡하지 않은 제품이 나왔습니다. 주철은 용광로 설계에 약간의 변경이 필요했습니다. 용광로를 향한 다음 단계를 나타내는 소위 blauofen (블로잉 용광로)이 나타났습니다. 그들은 shtukofen보다 더 큰 높이(5-6m)로 구별되었으며 매우 높은 온도에서 용융의 연속성을 허용했습니다. 사실, 제철 공정이 두 단계로 나눌 수 있다는 생각 (즉, 한 용광로에서 주철이 계속 제련되고 다른 용광로에서 주철이 철로 변환됨)이 즉시 오지 않았습니다. Blauofen은 철과 주철을 동시에 생산했습니다. 용융이 완료되면 송풍구 아래에 있는 구멍을 통해 슬래그를 방출했습니다. 냉각 후, 이를 분쇄하고 주철 펠릿을 분리하였다. 크리차는 큰 집게와 쇠지렛대로 뽑아낸 다음 망치로 가공했습니다. 가장 큰 크리티는 무게가 40파운드에 달했습니다. 또한 용광로에서 최대 20파운드의 주철을 꺼냈습니다. 한 열은 15시간 동안 지속되었습니다. 닭고기를 추출하는 데 3시간이 걸렸고, 용광로를 녹일 준비를 하는 데 4~5시간이 걸렸습니다. 마침내 두 단계의 제련 공정에 대한 아이디어가 떠올랐습니다. 개선 된 blauofen은 선철 생산 전용 용광로 인 새로운 유형의 용광로로 바뀌 었습니다. 그들과 함께 재작업 프로세스가 마침내 인식되었습니다. 치즈 제조 공정은 XNUMX단계 철 가공법으로 모든 곳에서 대체되기 시작했습니다. 먼저 광석에서 주철을 얻은 다음 주철을 XNUMX차 재용해하는 과정에서 철을 얻었다. 첫 번째 단계는 도메인 프로세스라고 하고 두 번째 단계는 중요한 재분배입니다.
가장 오래된 용광로는 4세기 후반에 Siegerland(Westphalia)에 나타났습니다. 그들의 디자인은 더 높은 샤프트 높이, 더 강력한 송풍기 및 샤프트 상단 부분의 증가된 볼륨이라는 세 가지 면에서 Blauofen과 다릅니다. 이 용광로에서 상당한 온도 상승이 이루어졌으며 광석의 훨씬 더 긴 균일한 제련이 이루어졌습니다. 처음에는 화로가 닫힌 고로를 만들었으나 곧 전면 벽이 열리고 화로가 확장되어 화로가 열린 고로가 되었습니다. 5m 높이의 이러한 용광로는 하루에 최대 1600kg의 선철을 생산했습니다. 선철은 치즈 용광로와 유사한 설계로 블루머리에서 철로 가공되었습니다. 작업은 숯의 장전과 폭발의 공급으로 시작되었다. 숯이 노즐 근처에서 타오르면 주철 주괴를 놓았다. 고온의 작용으로 주철이 녹고 한 방울 떨어 뜨려 송풍구 반대편을 통과하여 여기에서 탄소의 일부를 잃어 버렸습니다. 결과적으로 금속은 두꺼워지고 용융 상태에서 저탄소 철의 반죽 덩어리로 이동했습니다. 이 덩어리는 지렛대에 의해 노즐로 들어 올려졌습니다. 폭발의 영향으로 탄소는 더 연소되었고 난로 바닥에 다시 가라앉은 금속은 금세 부드러워져 쉽게 용접할 수 있었습니다. 점차적으로 바닥에 덩어리가 형성되었습니다. 무게가 50-100kg 이상인 외침은 그것을 압축하고 액체 슬래그를 짜내기 위해 망치로 단조하기 위해 난로에서 제거되었습니다. 전체 과정은 1~2시간이 소요되었습니다. 블루머리 용광로에서 하루에 약 1톤의 금속을 얻을 수 있었고 완성된 블루머리 철의 수율은 철 중량의 90-92%였습니다. 블루머리 철의 품질은 슬래그를 적게 함유했기 때문에 원료 철보다 높았다. XNUMX단계(생도우) 공정에서 XNUMX단계(고로 및 블루밍) 공정으로 전환하여 노동 생산성을 몇 배나 높일 수 있었습니다. 금속에 대한 증가된 수요가 충족되었습니다. 그러나 곧 야금술은 다른 종류의 어려움에 직면했습니다. 철을 제련하려면 엄청난 양의 연료가 필요했습니다. 수세기 동안 유럽에서는 많은 나무가 베어졌고 수천 헥타르의 숲이 파괴되었습니다. 일부 주에서는 통제되지 않은 벌목을 금지하는 법률이 통과되었습니다. 이 문제는 특히 영국에서 심각했습니다. 숯이 부족했기 때문에 영국인들은 필요한 대부분의 철을 해외에서 수입할 수밖에 없었습니다. 1619년 Dodley는 제련에 석탄을 처음 사용했습니다. 그러나 석탄의 광범위한 사용은 유황의 존재로 인해 방해를 받아 철의 좋은 생산을 방해했습니다. Derby가 닫힌 도가니에서 석탄을 열처리하는 동안 생석회를 사용하여 황을 흡수하는 방법을 발견했을 때 Derby가 석탄에서 황을 제거하는 방법을 발견한 것은 1735년이 되어서였습니다. 그래서 새로운 환원제가 콜라를 얻었습니다.
저자: Ryzhov K.V.
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