Горн, в металлургии
Значение слова Горн, в металлургии по словарю Брокгауза и Ефрона:
Горн, в металлургии — представляя самый древний род металлургических приборов, горны видоизменяются до бесконечности; в наиболее простом виде всем известны кузнечные Г. (см. Кузница). Г. употребляются доныне также для переплавки или сильного накаливания малых количеств металлов (см. Вагранки) и др. веществ (см. Лаборатория). Здесь мы коснемся исключительно Г. чисто заводских, металлургических, применяемых для получения железа. Между ними ныне должно отличать: 1) сыродувные Г. для прямого получения железа из руд (forge, fournaise ardante; Esse; forge, hearth), и 2) рафинировочные и кричные, служащие для превращения чугуна, сперва получаемого из руды, в железо и сталь. Г. называют пространство, открытое сверху и ограниченное с боков невысокими стенками. Очаг, устроенный в форме Г., служил человеку при его металлургических начинаниях; до VIII века по Р. Х. Г. был единственным плавильным устройством. С VIII века формы и размеры Г. сообразно местным условиям начали сильно изменяться, так что, кроме обычной формы кузнечного Г., явились уже два других типа: из них один сохранил форму Г., а другой через увеличение высоты стенок превратился в невысокую шахтную печь, в которой железо садили из руд совершенно так же, как и в Г., только величина получаемой при этом крицы (Loupe, balle, Flossengarbe, Bloom, lump) была больше. Печи эти у нас известны под именем домниц, немцы зовут их словакскими печами или кричными (Wolf-ofen, Stück-ofen). Железо получалось в кричных печах крайне неоднородное, слоеватое и грубое; при неправильном же ходе вместо железа получался жидкий продукт, чугун, который вытекал из печи вместе со шлаком. В начале XIII века кричные печи стали заменяться домнами (см. Домна), и явилась потребность в таких Г., которые были бы приспособлены специально к переделу чугуна. Такие Г. получили название переделочных, кричных, для отличия их от тех, в которых железо по-прежнему получалось прямо из руд и которым усвоилось название сыродутных. Прямое получение железа из руд считается невыгодным вследствие большого потребления древесного угля и значительной утери металла, т. е. малого количества железа, получаемого при этом способе; но он с выгодою может практиковаться там, где привозное железо стоит дорого, на месте же имеется избыток древесного угля и богатые руды, а начинающий дело желает ограничиться только небольшою затратою капитала на устройство завода: таких местностей в России еще очень много. Преимуществом сыродутных Г. всегда останется дешевизна устройства и быстрота получения готового товара. В С.-А. Штат. (Нью-Йорк, Вермонт, Нью-Джерси) еще в 1853 г. насчитывали таких Г. в ходу до четырехсот, причем в одном штате Нью-Йорк их было до 2 00. В Финляндии даже в 1861 году было еще 25 кричных печей (домниц). При некоторых благоприятных условиях, как, напр., в Индии (в Мадрасе), еще недавно хорошее полосовое железо, полученное непосредственно из местных руд, обходилось не дороже 79 коп. за пуд и продавалось на рынке дешевле самых дешевых сортов, приготовленных на заводах Англии при посредстве переделки чугуна (см. Железо). Сущность различия между получением железа прямо из руд и приготовлением его из чугуна можно охарактеризовать следующим образом: вся задача при получении железа в сыродутных горнах состоит в отнятии у окисла железа находящегося в нем кислорода посредством угля, передел этот есть процесс восстановления, при кричном же способе переделки чугуна вся работа направлена к выжиганию имеющегося в чугуне углерода посредством кислорода воздуха и шлаков, т. е. при этом совершается процесс окисления. А) Получение железа в сыродутных Г. Наиболее совершенным представителем работы в сыродутных Г. есть способ, выработанный в Испанских Пиренеях и известный под именем каталонского. Обыкновенно эти Г. делаются емкостью в 8½ тыс. куб. дюймов, но их ставят также в 17 тыс. и даже в 34 тыс. Работу в Г. ведут следующим образом: по засыпке Г. углем до высоты фурм (линия ab), ставят вертикально (по линии cd) широкую лопату и все пространство между нею и фурменной стенкой заполняют углем, а к противофурменной валят руду. Фиг. 1. Схема получения железа в каталонском горне (по Франсуа). Вынув лопату и сделав покрышку из сырого угольного мусора, разжигают Г. и пускают слабое дутье (не более 1-2 дюймов по ртутному духомеру, см. Воздуходувные приборы). На прогрев и подготовку руды необходимо 2 часа; в это время, пользуясь горением угля, проваривают и проковывают куски от разрубленной предыдущей крицы. Дутье постепенно усиливают, и часа через 2½ доводят его до 2½ дюймов; по мере того, как накопляется в Г. шлак, его выпускают из окна внизу передней стенки и начинают ломком подвигать нижние слои руды к фурме, что называется спускать руду в Г. Через 4 часа доводят дутье до 3 дюймов; во все это время подбрасывают в Г. малыми порциями уголь и руду и от времени до времени выпускают шлак; через 4 часа от начала дутья над Г. остается кучка не более 16 дюймов. По прошествии 5½ часов крица в Г. видна, и рабочий начинает скатывать ее, т. е. ломком собирать разъединенные частицы железа, а самую крицу подвигает в фурме; через ¼ часа пламя вдруг делается ярко блестящим, что и служит признаком окончания работы. Дутье останавливают, крицу выворачивают и, обжав ее под молотом, разрубают на куски. Вся операция, по опытам Г. Франсуа, длится 6 час., причем расходуется древесного угля 32 пуда 36 фун., руды 29 пуд. 28 фн., полученное полосовое железо весит 9 пд. 10 фн. (подробности см. далее таблицу установа и работы в Г., по Туннеру). Г. Франсуа принимает 4 зоны изменения руды (см. чертеж): в № 1 совершается только обжигание, в 2 — восстановление окиси и начало появления металлических корольков, в № 3 — ошлакование и расплавление землистых веществ, в № 4 — деятельное восстановление и обуглерожение. Восстановительный характер передела лучше всего виден из данных нижеследующей таблицы:
| Руда | № 1 | № 2 | № 3 |
Металлич. железа | - | - | 1,04 | 4,15 |
Окиси жел. (Fе 2O3) | 64,3*) | 49,21 | 22,91 | 11,23 |
Магн. окиси (Fe3O4) | - | 26,95 | - | - |
Закиси жел. (FeO) | - | - | 59,21 | 60,82 |
Окиси марганца (Мn 2O3) | 5,8 | - | - | - |
Закись окиси (Мn 2O4) | - | 4,12 | - | - |
Закиси марганца (МnО) | - | - | 4,02 | 5,50 |
Шлакующихся веществ | 16,3 | 18,55 | 11,85 | 18,4**) |
Влаги и потери | 14 | 1,17 | - | - |
Удельный вес | 3,65 | 4,54 | 4,69 | 5,25 |
Колич. кислорода, соедин. с желез. | 22,14 | 22,1 | 20,04 | 16,87 |
*)
Содержание Fe
2O
3 в 100 нелетучих частях = 73,8%. **) Количество
химич. соединенного кремнезема, т. е. уже вошедшего в
состав шлака у № 2 было 2,10, у № 3 было 8,41. Употребленная руда была
бурый железняк, № 1 взят из
первой, № 2 из
второй, а № 3 вынут на границе третьей зоны.
B)
Кричный передел. В статье о белом чугуне было уже сказано, что эта
разновидность переделывается на железо
легче серого чугуна, который
поэтому подвергают
иногда особой операции, называемой отбеливанием или рафинированием. Цель этой
переработки состоит в превращении
механически примешанного графитовидного углерода в химически соединенный; при этом выгорает некоторое количество углерода, кремния и даже серы. Приемы, употребляемые для
отбеливания, весьма различны. Так, напр., 1) в
Каринтии отлитые чугунные круги составляют
плотно один к другому (пд. ок. 150) и, обсыпав шлаком, обжигают — томят — в
течение 20 или 30 час.; 2) в Эйфельде
очищение делается в доменном горне, а именно:
когда горн наполнится чугуном, под фурмы на железных полосах вводят куски глины; шлаки, садясь на них, образуют
нарост, так что дутье из сопел действует на
расплавленный металл; отбеленный
таким образом чугун идет на
приготовление проволоки; 3) в
Зальцбурге раскаленный чугун разбивается под толчеей, а полученное крошье поливают
водой, смешивают с окалиной и сплавляют; 4) в Штирии рафинируемый чугун расплавляется в обыкновенном горне, и
затем в него топят деревянными шестами куски шлака, богатого железом, а когда чугун раскалится до ярко-белого
цвета, его поливают сверху водой и образовавшуюся
корку снимают в виде плитки, затем
точно так же вторую корку и т. д. Наиболее обыкновенный способ
рафинирования есть очищение плавкой, причем операция ведется или а) в особых больших горнах (как в Англии) с 4, 6 и даже 8 фурмами (горючим материалом для
плавления служит кокс; в 2½ часа очищают от 75 до 100 пд., с угаром в 10%); или b) малые отражательные печи, или же,
наконец, с) те же самые Г., в которых он
будет потом переделываться на сталь или железо. В Златоустовском заводе рафинирование производится следующим образом: вместо
обыкновенной фурмы (17х12 линий) ставят большую (18х14 линий) и на большую высоту от дна (вместо 8 на 10 и даже 11 дюймов), давая ей более
крутой наклон. Работа рафинирования, отбеливания состоит в том, что на разгоревшийся в Г. уголь закладывают свинки чугуна, который по расплавлении выпускается через соковую дыру в низу передней стенки на чугунный пол, где и поливается водою. В 12-часовую смену проплавляют 135 пд.,
употребляя на каждые 100 пд. 1
короб, т. е. 70,3 куб. фт. древесного угля; угар при этом = 5%; отбеленный чугун разбивается на куски весом от 10 фн. до 1 пуда. Так или
иначе полученный (прямо из
домен или через отбеливание)
белый чугун переделывается на железо в
кричных горнах. Это превращение чугуна в железо называют "переделом".
Последовательное изменение, которое претерпевает чугун при переделе в кричном Г.,
видно из
следующей таблицы (анализы Г. Ботышева):
| Время от начала передела |
0 | 15 мин. | 45 мин. | 1 ч. | 1 ч. 15 м. | 1 ч. 30 м. | 1 ч. 45 м. | 1 ч. 55 м. | 2 ч. 15 м. | 2 ч. 30 м. |
Количество графита | 5,68 | 3,00 | 2,69 | 2,44 | 1,60 | 0,8 | 0,39 | 0,25 | - | - |
Химич. соединение углер. | 0,85 | 1,36 | 1,26 | 1,23 | 1,00 | 0,9 | 0,69 | 0,50 | 0,34 | 0,15 |
Общее колич. углер. | 6,53 | 4,36 | 3,95 | 3,67 | 2,60 | 1,7 | 0,99 | 0,75 | - | - |
Отношение химич. С к сумме | 13% | 31,2% | 31,9 | 33,5 | 38,4 | 53 | 69,7 | 66 | 100 | - |
Последов. убыль С, принимая 6,53 = 100% | 100 | 66,77 | 60,5 | 56,2 | 39,81 | 26,03 | 15,16 | 11,5 | 5,2 | 2,4 |
Марганец | 0,17 | 0,16 | 0,11 | 0,09 | 0,04 | - | - | - | - | - |
Кремний | 0,19 | 0,24 | 0,17 | 0,17 | 0,11 | 0,10 | 0,08 | 0,06 | 0,03 | 0,01 |
Энергичность окисления при переделе нагляднее всего выражается в потере (угаре) железа; она доходит от 22-28% веса взятого чугуна. Размеры кричного Г. и приемы, употребляемые при работе, изменяются сообразно местным условиям и качествам переделываемого чугуна, а
потому существует множество способов с их подразделениями, но все приемы сего рода могут быть подведены под
следующие 5 типов: 1)
кричный передел на сырцовую сталь; 2) передел на железо одной плавкой; 3) передел с наваливанием; 4) передел с подъемом, и 5) передел с напуском. 1)
Получение сырцовой стали. Сталь по
содержанию углерода представляет
собою переход от чугуна к железу, а потому вся
разница в их переделах состоит в том, что при получении стали количество выделяемого углерода должно быть
меньше. Г., служащие для того и другого передела, мало чем разнятся (при тирольском способе в одном и том же Г. получают то сталь, то железо);
вообще для стали Г. делаются
менее глубокими,
фурма ставится
ближе ко дну,
уклон ее делается более, и дутье держится слабее. На
стальной передел идут обыкновенно чугуны марганцевой группы (Flosse, см.
Белый чугун);
ежели же в переработку идет
серый, то его
непременно сперва отбеливают. Работу передела на сталь в
Златоусте начинают с того, что прогревают куски отбеленного чугуна на противофурменной стенке,
приготовляя в то же время
днище или ложе, для чего на раскаленный уголь кладут шлаки и по расплавлении их забрасывают в Г. железных обрезков; когда эти последние разогреются и осядут, то начинают
надвигать в горн чугун.
Вследствие взаимодействия между собравшимися на дне Г. железом и расплавленным чугуном железо начинает
обогащаться, а чугун разубоживаться
(обедняться) углеродом, и в
результате получается стальная
масса. Сплавив насадку 9 пд. чугуна и 1 ½ п д. железных обрезков, дутье останавливают, выгребают все из Г.,
оставляя крицу минут на 20
потомиться и
поостыть (сталь для ковки требует
нагрев не выше желтого цвета), затем ее выламывают и выворачивают, обжимают под молотом и разрубают на куски от 5 до 7. По окончании этой первой части работы приступают ко второй, которая состоит в
протяжке кусков; для этого Г. засыпают углем, пускают дутье и, нагрев
первый кусок, обжимают его в
болванку, которую несут
снова в Г., где ее проваривают и затем протягивают в стальную полосу; точно так же обрабатываются и
остальные куски. Горячую полосу бросают в холодную воду и ломают, причем по излому она сортируется на твердую и на мягкую.
Хорошая сырцовая сталь в изломе матова и мелкозерниста. Приемы,
описанные здесь, сходны с работами получения стали по способам тирольскому, каринтийскому, бресчианской стали и др. 2)
Кричный передел на железо одной плавкой, или работа на соковом дне. По характеру передела эту группу,
подобно предыдущей, можно
разделить на работу: а) без
предварительной подготовки чугуна (сюда принадлежат
способы австрийский, штирийский, зигенский и др.), причем перерабатывают марганцевые чугуны — Flosse, и b) на способы, при которых употребляется
рафинированный чугун (таковы каринтийский,
тирольский, зальцбургский и др.). Наиболее
совершенный способ в этой группе есть австрийский, — при нем утилизируются газы Г. для
подогревания чугуна,
отопления паровых котлов, нагрева воздуха для дутья и т. п. Фиг 2. Схема
расположения горна и др.
приспособлений при переделе чугуна кричным способом. При работах по австрийскому способу обращается особое
внимание на дно Г., оно
тщательно ошлаковывается
перед началом каждой садки; во время этого
оплавления (что длится два часа) проваривают и протягивают куски предыдущей крицы (до 8 штук).
Чугун, обыкновенно в виде 3-х свинок, всего весом 8 пудов, садят в Г.
подогретый, свинки вводят последовательно, одну
после другой.
Когда чугун под влиянием богатых окислами тестообразных подмесей перейдет в железо, все мелкие частицы собирают и образуют одну массу, затем, охладивши крицу мокрым шлаком, ее выламывают, обжимают под молотом и разрубают на куски. При сыром железе, во
избежание получения крошья, куски охлаждают,
погружая их в воду.
Каждый кусок проваривается 2 раза;
протяжка куска делается по диагонали боя, затем молотовины выравниваются, держа железо под прямым
углом к бою и наконец
полоса выглаживается во всю длину боя. Железо, приготовляемое по этому способу, идет на приготовление
проволоки и гвоздей. 3)
Передел с наваливанием, или валонский способ, характеризуется двумя особенностями, а именно: когда расплавленный чугун уже превратится в железистую массу, рабочий входит в Г. с ломом и, проводя им по дну, приподымает
товар, не обнажая его
из-под угля, и сгружает его, наваливает к другим; кроме того, при валонском способе протяжка
кусков крицы делается в особых Г. и печах; так, напр., в Швеции в печах Экмана, а в Англии в голофайронах
(подробно см.
Печи). В Англии при этом способе употребляют отбеленный чугун; но это отбеливание, точно так же как
проварку и протяжку, делают на коксе; древесный уголь идет только на сжение чугуна в крицу. К работам этой группы принадлежат: известнейшее шведское, валонское цементное железо, за которое в Англии платят 2 р. 82 к. за пуд; ланкаширское железо, идущее на проволоку и гвозди; южно-валлийское, из которого готовят
жесть, и др. 4)
Передел с подъемом. Приемы этого передела отличаются от предыдущих тем, что
сплавленный чугун, перешедший уже в сталеватую массу, подымают со дна
наверх и затем вторично нисплавляют перед фурмой;
смотря по чистоте чугуна и
способности его к переделу, эти подъемы и
сплавления повторяются
несколько (иногда до пяти) раз. Из всех способов, составляющих эту группу, наиболее известен контуазский, или французский, он же верхне-бургундский.
Способ этот весьма распространен в России, где введен бельгийцами братьями Гранмонтанами. Работа в Г. этой группы начинается проваркою и протяжкою кусков предыдущей крицы, в то время когда плавятся свинки чугуна (т. е. как при переделе одною плавкой). Способ этот дает из серого чугуна хорошее железо, идущее на приготовление кровельного листового железа.
Данные устройства и работы горнов, по Туннеру. 5)
Передел с напуском. Начало работы по этому способу
ничем не отличается от передела с подъемом, в нем точно так же
медленно нисплавляют чугун и в то же время обрабатывают куски предыдущей крицы, затем точно так же делают подъемы севшей сталеватой массе, вся разница состоит в работе последнего периода; в способах 4-го типа работа заканчивается продувкою на крицу, т. е. собиранием всего железа в одну массу,
тогда как при 5-м типе вместо
продувки всовывают в Г., в
плоскости фурмы, лом, который и вертят, стараясь,
чтобы к нему
пристало железо; ежели в Г. спело, то
проба, вынутая на ломе (фистульна), искрит, ярко-белого цвета и по
замачивании лома не отстает даже при ударах; тогда лом снова опускают в Г., пока не наберут кричку —
напуск, который
бывает от полупуда до
четверти всего посаженного железа.
Напуск проваривают и протягивают отдельно, так как этот
металл по качеству своему считается лучше остального железа, которое продувается на крицу совершенно так же, как при работе с подъемом.
Принимая стоимость пуда тянутого под кричным молотом железа в 1 р. 30 к., слагаемые, ее составляющие, могут быть выражены следующими цифрами:
Стоимость чугуна, идущего в передел | 86 к. = 66% |
Стоимость горючего материала (древесный уголь) | 26 к. = 20% |
Стоимость рабочей платы | 9 к. = 7% |
Ремонт горнов и стоимость материалов | 4 к. = 3% |
Общие накладные расходы | 5 к. = 4% |
Итого | 1 р. 30 к. = 100% |
А. И. Скиндер. Δ
.
Горн, Антон
Горн, в металлургии
Горн, Генрих Мориц