Каталонский горн - Реферат

Имя свое способ этот получил от Каталонии, провинции северной Испании, где он впервые был введен. Описаний каталонского способа в литературе существуете множество, но наиболее авторитетными принято считать труды Ришара и Франсуа, опубликованные в книге Перси «Металлургия железа». До середины 19-го века каталонский способ был довольно широко распространен в Испании, Италии июжной Франции.

Каталонская фабрика состоит из открытого горна, воздуходувного прибора и железного молота. Иногда воздуходувным прибором служит водяной барабан, и в этом случае необходимо, чтобы фабрика была расположена в такой местности, где бы можно было воспользоваться падением воды с высоты не менее 3 метров. Наиболее пригодной рудой для обработки в каталонских горнах считают не особенно плотный бурый железняк. Горючим материалом служит непременно древесный уголь; попытки применить к каталонскому горну кокс повсюду оказались неудачными.

Горн представляет собой четырехугольное пространство, ограниченное с трех сторон кирпичными или каменными стенами, а четвертой стороной прилегающее к заводской стене. От этой последней оно отделено лишь небольшой стенкой, называемой фурменной, потому что через нее проходит фурма, доставляющая в горн воздух.

Наружная или лицевая стенка горна установлена вертикально и составлена из двух железных плит. Плиты эти врыты в землю на 15 или на 20 см. В промежутке между ними, помещается железная полоса, которая служит для поддержки рычагов во время вытаскивания из горна крицы. В нижней части этой стенки оставлено отверстие, служащее для вытекания шлаков. Под углом примерно 10° к противофурменной стене располагают так называемую шесточною доску, она служит для поддерживания угля в горне.

Фурменная стена

Часть ее, лежащая ниже фурмы составлена из двух прямоугольных железных брусьев, ребром поставленных один на другой в вертикальном положении. Выше фурмы стена кирпичная. Фурма покоится на верхнем из железных брусьев и проходит в горн чрез отверстие, оставленное в стенке, отделяющей горн от капитальной стены. Задняя стена  вся выложена из кирпича на глиняном цементе, чем и отличается от остальных трех стен. Она поставлена не вертикально и наклоняется назад под углом приблизительно в 9°.

Противофурменная стена составляется из многих железных брусьев, концы которых плотно заделываются в кирпичную кладку лицевой и задней стен. Стена эта имеет значительный наклон снаружи. Дно горна устраивается из одного куска огнеупорного камня. Для этой цели подходят: гранит, слюдяной сланец, песчаник известняк. Кусок этот не должен быть особенно большим, так чтобы в случае нужды всегда была возможность переменить его, не разрушая горновых стен. Верхняя сторона его должна быть гладкая, или немного вогнутая. Камни эти служат от трех до шести и более месяцев.

Горн устанавливается на сухом фундаменте; под камнем, составляющим его дно, устраивается постель из дробленых шлаков и глины, толщиною от 35 до 55 см, а ниже этой постели устанавливают еще один большой камень, обыкновенно старый мельничный жернов.

Воздух первоначально доставлялся в горны двумя мехами, действующими попеременно, и лишь в конце семнадцатого века впервые применили к ним в Пиренеях гидравлические воздуходувные устройства. Водотрубная воздуходувка, водяной барабан, или тромпа представляет собой почти исключительное воздуходувное устройство при всех каталанских горнах. Это весьма остроумное и простое устройство, способное производить ровное и непрерывное дутье; но употребление его возможно лишь в тех местностях, где удобно воспользоваться падением воды с нескольких метров высоты.

Тромпа

Тромпа состоит из большого деревянного бассейна, духового ящика и обыкновенно из двух вертикальных труб, которыми оба эти ящика между собою соединяются. Верхние отверстия вертикальных труб сужены при помощи вставленных в них наподобие воронок деревянных брусков, которые связаны между собой поперечными деревянными же брусками. Непосредственно под нижним окончанием брусков, в стенках проделаны небольшие прямоугольных отверстия. Они наклонены под углом 40 или 50° к стенкам труб. Отверстия эти служат для притока воздуха.

Деревянный духовой ящик имеет в горизонтальном разрезе трапецеидальную форму. В верхней крышке этого ящика, на широкой стороне, оканчиваются трубы, в узкой же стороне крышки помещается прямоугольная труба, служащая для отвода воздуха из ящика. На некотором расстоянии от крышки труба эта изгибается под прямым углом и соединяется с круглой трубой, которая, в свою очередь, посредством бараньей кожи сообщается с соплом, сделанным обыкновенно из железа, или иногда из красной меди.

Непосредственно под нижними отверстиями водопроводных труб, в духовом ящике, находится доска, верхняя сторона которой закрыта каменной или чугунной плитой, предохраняющей таким образом дерево, постоянно подверженное ударам воды, падаюoей с большой высоты, от разрушения.

Действие тромпы

Приподнимая с помощью рычага коническую пробку открывают верхнее отверстие водопроводных труб и заставляют воду устремляться по ним вниз. Благодаря конически установленным брускам, вода, при своем падении, заполняет не всю трубу. Потому у стенок последней производит разреженное пространство, и наружный воздух стремится заполнить это пространство и притекает в трубу через отверстия. Там он смешивается с водой, которая увлекает его в духовой ящик, в котором, разбиваясь на мельчайшие капли от удара об скамейку, снова его делает свободным. Вода из ящика вытекает через окно, которое должно постоянно оставаться закрытым довольно толстым слоем воды и тем препятствовать выходу воздуха.

Объемом вдуваемого воздуха управляют, пуская большее или меньшее количество воды в духовой ящик. Этой цели достигают, как выше было замечено, при помощи пробок, которые подвешены на цепях к рычагам. На другом конце каждого рычага прикреплена длинная цепь, опускающаяся до самого горна. Таким образом, сообразно обстоятельствам, рабочие могут усиливать и ослаблять дутье непосредственно во время работы.

Давление воздуха измеряется обыкновенным ртутным манометром, который посредством деревянной пробки вставляется в отверстие, находящееся на верху трубы. По мнению Ришара, ни одна воздуходувная машина не производила в 19-ом веке такого ровного дутья как тромпа.

Преимущества тромпы заключаются в том, что она доставляет совершенно ровное дутье. Равномерное дутье давало большое преимущество, так как можно было управлять самим процессом плавки и это дает колоссальное преимущество. Даже в доменных печах до конца 19 века равномерное дутье было проблемой. Сравнительно с цилиндрическими воздуходувными машинами, преимущества тромпы заключаются в простоте ее устройства и дешевизне содержания. Но, с другой стороны, воздух, доставляемый тромпой, обыкновенно был влажным; не только он пресыщенным водяными парами, но и увлекал с собой механически в печь мельчайшие частицы воды.

Ведение процесса

Отвешивали 30 пудов руды и измельчают ее в крупный порошок, в котором остаются также и куски, не больше 5 см в диаметре. Затем всю эту массу просеивают на грохотах, причем она разделяется на куски и на рудную мелочь. Рудную мелочь сильно смачивают водой и складывают в кучи на некотором расстоянии от горна. При хорошем буром железняке, количество образующейся во время толчки рудной мелочи может быть равно половине всей первоначально взятой сырой руды.

Очень важная деталь каталонского процесса заключается в том, что большую часть руды загружали в горн в виде окомкованной мелочи. Именно это позволяло получать на выходе крицу больших размеров. Рудная мелочь образовывала зародыш крицы.

Из горна вынимают все остатки от предыдущей плавки, и когда он таким образом очищен, в него бросают новое количество угля, который уколачивают плотно лопатой на дне горна. На слой уколоченного угля ставят особую длинную и широкую железную пластину, и промежуток между нею и фурменной стеною также заполняют и уколачивают углем. На эту плотную постель древесного угля насыпают руду, располагая ее по противофурменной стене. Затем рабочие вынимает осторожно из горна пластину, и в горне остаются две соприкасающееся между собой стены, угольная и рудная. Сверху руду покрывают плотным слоем смоченной угольной мелочи, а промежуток между верхним краем рудной стены и противофурменной стеной также весь заполняется мелким углем, и наконец сверху все покрывается мокрым угольным порошком, который плотно уколачивается лопатой. Установив все это, пускают дутье.

По мере понижения уровня угля и руды в горне, туда прибавляют новые их количества, причем руда идет в виде рудной мелочи, смоченной водой. Еще одно универсальное свойство каталонского горна заключалась в том, что в нем можно было перерабатывать продукты других процессов (например, окалину и сварочный шлак), в том числе в процессе плавки несколько раз переплавлялся первичный высокожелезистый шлак.

Примерно через два часа после начала плавки значительно увеличивали давление дутья и начинали загружать в горн куски руды вместо рудной мелочи. Затем в промежуток между противофурменной стеной и находящейся в горне рудой опускали железный лом и, упирая его в противофурменную стенку и действуя им как рычагом, осторожно подвигали нижние слои руды к фурме. Операцию эту называли: спускать руду в горн.

По истечении 3 часов работы, когда из горна выпускали все сырые шлаки, выпускное отверстие оставляют совершенно открытым. Постепенно пламя, отделяющееся из горна, окрашивается белым цветом. Тогда замазывают выпускное отверстие.

По истечении 4 часов от начала операции наступает последний период плавки, при котором давление дутья повышают еще больше. Время от времени закидывают в горн древесный уголь и куски руды. Пламя становится голубым, уголь повсюду раскален на поверхности, и руда совершенно исчезает под углем. Уголь продолжают прибавлять большими количествами и время от времени впускают шлаки, которые становятся уже с малым содержанием железа, в то же время к противофурменной стене горна постоянно подбрасывают кусочки руды. Спустя 5,5 часов со времени начала плавки, рабочий подвигает крицу к фурменной стене, стараясь в то же время отыскать в горне затерявшееся между углем частицы восстановленного железа, чтобы приварить их к массе большой крицы. Эта операция называется скатыванием крицы.

Спустя 6 часов от начала операции останавливают дутье и сопло вынимают из горна. Покрывавший крицу уголь сгребают на шесток и заливают водой. Затем просовывают через выпускное отверстие толстый лом под крицу, которым несколько приподнимают последнюю, а потом такой же лом опускают в горн сверху, со стороны лицевой стены, и, упирая его на промежуточную железную полосу и действуя им как рычагом. На другой конец лома постоянно наваливаются один или двое рабочих и отделяют крицу от пола и вынимают из горна.

Благодаря тому, у нас есть точные данные Ришара и Франсуа по плавке в каталонском горне, мы можем составить практическое занятие по этой теме.