ЭСБЕ/Горн, в металлургии

Материал из Викитеки — свободной библиотеки
Перейти к навигации Перейти к поиску

Горн, в металлургии
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
Brockhaus Lexikon.jpg Словник: Гоа — Гравер. Источник: т. IX (1893): Гоа — Гравер, с. 270—275 ( скан · индекс ) • Другие источники: ВЭ : МЭСБЕ


Горн (металлургия). 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. Хр. 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 200. 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.

Фиг. 1. Схема получения железа в каталонском горне (по Франсуа).

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 81/2 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 всё пространство между нею и фурменной стенкой заполняют углем, а к противофурменной валят руду. 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 21/2 доводят его до 21/2 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 всё 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 51/2 часов крица в Г. видна, и рабочий начинает скатывать ее, т. е. ломком собирать разъединенные частицы железа, а самую крицу подвигает в фурме; через 1/4 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 п. 10 ф. (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. (Fe2O3) 64,3[1] 49,21 22,91 11,23
Магн. окиси (Fe3O4) 26,95
Закиси жел. (FeO) 59,21 60,82
Окиси марганца (Mn2O3) 5,8
Закись окиси (Mn2O4) 4,12
Закиси марганца (MnO) 4,02 5,50
Шлакующихся веществ 16,3 18,55 11,85 18,4[2]
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

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 21/2 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 (17×12 линий) ставят большую (18×14 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 всё 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 11/2 пд. железных обрезков, дутье останавливают, выгребают всё 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.

Фиг 2. Схема расположения горна и др. приспособлений при переделе чугуна кричным способом.

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. 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, всё 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
Длина Ширина Глубина Наклон
фурм
в °
Сечение
фурмы
в д.
Диаметр
сопла
Число
людей
Время
работы
крицы
Насадка.
Пуды
Угар % Число куб.
фут. угля
на 1 пд.
железа
Сыродутн. горн каталанский 20 20 16
до фурм 9
40° Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-1.jpg 11/4
11/2
сопло
круглое
8 ч. 6 ч. руды
293/4
30 15
1) На сталь (Златоуст) 26 24 8 11 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1,2
1,7
5/4 3 12 чугуна
101/2
30 14
2) Без
подъема
Тирольский 36 39 10
до фур. 8
18—25 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1
5/4
5/4 3 4—5 121/2 23—25 10
Штирийский 28—30 25—27 15—18 10—15 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1,5
2
1,5 4 4 81/2 8—12 10,2
Каринтийский 24—27 22—25 12—14 12—15 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1
5/4
5/4 4 21/2 8 17—20 83/4
Австрийский 27 18 14
8—9
24—26 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-3.jpg 1,8 1,6 4 3 8 14—15 7
3) С
навалив.,
проварка
кусков
отдельно
Эйфлер-валлонский 42 36 10
до фур. 4
2—6 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 3/4
5/4
3/4 5 1 21/2 25 3
Шведский 251/2 22 14—15
7—8
12 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1,5
2
1,5 6 1/2 23/4 25 8
Англ. ланкаш. 151/2 81/4 61/4—9 5—10 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1
1,5
1 7—9 11/2—2 41/2 22 31/2 угля
41/2 кокс
4) С подъемом
Французский
контуазский
24 22 8 10—15 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-1.jpg 1
1,75
7/3
два
3 3—4 51/4 20—25 5
5) С напуском
Богемский, венгерский 27 14 10—11 10 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 1
6/4
1 д. 3 81/2 83/4 25 9
Швабский малокричн. 22 27 9 5 Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b17 274-2.jpg 5/4
6/4
два
сопла
3 3 61/2 18—25 9

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. = 07 »%
Ремонт горнов и стоимость материалов 4 »к. = 03 »%
Общие накладные расходы 5 »к. = 04 »%
Итого 1 р. 30 к. = 100 %

Примечания[править]

  1. Содержание Fe2O3 в 100 нелетучих частях = 73,8%.
  2. Количество химич. соединенного кремнезема, т. е. уже вошедшего в состав шлака у № 2 было 2,10, у № 3 было 8,41.