Как получается металл | Металлургический портал MetalSpace.ru

Руда – смесь соединений железа и кислорода – оксидов железа. Извлекают железо из руды при высокой температуре. Для этого ее нагревают с восстановителем – веществом, способным отобрать кислород у железа. Самым доступным, пожалуй, единственно возможным восстановителем в древности были дрова. Но дрова выделяют слишком мало тепла, так как в них много воды; даже в сухой древесине содержание горючего элемента (углерода) невелико. Есть в дровах и водород, но он связан с кислородом, входящим в состав древесины, а поэтому не может отнимать кислород у окислов железа.

Однако уже в древности люди заметили, что при небольшом доступе воздуха в процессе горения дрова обугливаются, превращаясь в древесный уголь, состоящий из углерода и водорода. При сгорании одного килограмма древесного угля выделяется в три-четыре раза больше теплоты, чем при сжигании одного килограмма дров. Сгорая, он дает высокую температуру, при которой идет восстановление оксидов железа. Углерод, соединяясь с кислородом, превращается в диоксид (углекислый газ) и оставляет почти чистый металл.

Установить, кто первый предложил плавить металл на древесном угле, вероятно, так же трудно, как установить автора первой заявки на изобретение колеса, лука, или лодки. Невозможно также установить, в какой стране впервые провели плавку металла на древесном угле. Однако известно, что древнейшие цивилизации Египта, Китая, Индии пользовались этими материалами. Более того, древесный уголь используется и сегодня.

Стволы деревьев, очищенные от веток, складывались или в яму (ямный способ) или в конусообразную кучу диаметром от 3 – 4 до 10 – 12 метров и высотой 3 – 7 метров (костровой способ). В куче оставлялись проходы для воздуха и выхода дымовых газов. Нижняя часть вертикальной кучи уплотнялась глиной, и вся поверхность кучи засыпалась землей. Дрова в середине кучи разжигались через специальное растопочное отверстие. Дым выходил в канал, оставленный в центре кучи, или, в более совершенных конструкциях куч, через трубу, специально сооружаемую в центре кучи. Костровой способ существовал в России и, например, в Швеции, которая являлась крупнейшим экспортером древесного угля вплоть до ХХ в.

При ямном способе яму обычно располагали на косогоре, для того чтобы стекала смола, образующаяся в процессе углежжения.

Искусство углежога состояла в том, чтобы, манипулируя открыванием и закрыванием отверстий для подачи воздуха, позволить сгореть в куче как можно меньшему количеству древесины с тем, чтобы оставшаяся часть под действием выделяющегося тепла подвергалась сухой перегонке – выделила воду, связанный кислород и превратилась в древесный уголь. Ямный способ давал уголь низкого качества, мелкий и малопрочный. Да и использовались для его производства ветки, мелкая древесина. При костровом способе использовалась отборная древесина, преимущественно хвойные. Со временем, древесный уголь стал все шире применяться для кузнечных работ и плавки железа. А его в свою очередь требовалось все больше и больше.

Чем выше температура в устройстве для производства железа или чугуна, тем быстрее идет процесс. Еще древние мастера освоили значение дутья для улучшения процессов горения топлива, поэтому стали использовать меха для подачи воздуха. Больше дутья, больше воздуха, выше температура, больше металла. Крупнее установка, выше ее производительность. Вот основное направление, по которому шло развитие агрегатов по производству железа, а потом и чугуна.

Первые мастера с большим трудом изготовляли 2 – 5 килограммов металла в день. Проходили столетия, металла требовалось все больше, печи росли и в ширину, и высоту, потребляли все больше руды, воздуха и древесины. Производительность агрегатов исчислялась уже сотнями килограммов и даже тоннами.

Несколько столетий назад были созданы аппараты для выплавки железа из руд, которые используют и в наши дни – это доменные печи. Само название происходит от старинного русского глагола «дмати» – дуть, и наглядно характеризует технологический процесс производства металла.

Доменная печь – пустотелое сооружение, составленное из двух усеченных конусов. Сверху в домну загружали уголь и руду, а снизу вдували воздух. Уголь сгорал в нижней части доменной печи, выделяя тепло и превращаясь в диоксид углерода (углекислый газ). Чуть выше углекислый газ встречался с новыми порциями древесного угля и обращался в монооксид или – «угарный газ», как его называют в просторечии. А уже на следующем ярусе монооксид углерода восстанавливал оксиды железа и вновь обращался в углекислый газ. Руда исчезала. Вместо нее образовывались жидкий металл и шлак. Они просачивались через слой материалов и собирались в нижней части агрегата.

В старину температура в домнах была недостаточно высокой, и потому металл не плавился, а в виде губчатой массы-крицы оседал на дно печи. Крицу извлекали и отковывали в горячем состоянии, выжимая из глубины на поверхность легкие неметаллические включения. Однако кричная металлургия была возможна лишь при небольших, в нашем современном представлении, масштабах производства. Сегодня в доменных печах получают только жидкий металл – чугун, который используется для изготовления разнообразных отливок. Однако большая часть чугуна перерабатывается в сталеплавильных агрегатах: конверторах, мартенах, в которых, удаляя из чугуна углерод, кремний, марганец, серу, получают прочную и упругую сталь.

В чугуне до 3% углерода, а в стали только 0,3%.

Самая распространенная сталь – 3, наш основной конструкционный материал- это тот же чугун, но в котором 0,3% углерода. Это сталь, из которой делают автомобили, арматуру, полосу и т.д.

Многие сотни лет черные металлы получали, используя древесный уголь. Для получения одной тонны металла расходовали от двух до четырех тонн такого угля.

А чтобы приготовить тонну древесного угля, требовалось 10 – 12 кубометров леса. Строились железоделательные заводы, и начинал гулять топор по соседним лесам. В конце XVI в. Королева Елизавета Английская вынуждена была запретить использовать лес для производства угля. Через 25 – 30 лет выплавка железа была прекращена почти по всей Англии. А в XVIII в. русская императрица Елизавета специальным указом запретила строить железоделательные заводы в радиусе 200 верст вокруг Москвы.

Но что Елизаветы? В древнем Египте при фараоне Рамзесе II работало более 1000 медеплавильных печей. Использовался древесный уголь, который выжигали из пальм. А потом (лет через 300) медеплавильное производство практически кончилось. Пальмы вырубили и перешли на привозную медь.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Выплавка стали: история и современность

Что необходимо, чтобы приготовить какое-либо блюдо? Температура! Если пару веков назад ее давал открытый огонь костра из дров или угля, то сегодня на кухнях используют газовые или электрические плиты.

На металлургической кухне выплавка стали происходит по похожему сценарию: в огромную «кастрюлю» засыпают сырье (шихту) и «варят» в условиях высокой температуры по определенной технологии (рецепту). А нужная температура также достигается либо с помощью газа, либо электроэнергии.

Сейчас есть три основных промышленных способа выплавки стали в мире:

• мартеновский;
• кислородно-конвертерный;
• электрометаллургический.

История выплавки стали

Человечество научилось получать железо еще в средние века. Но вплоть до середины XIX века это были небольшие объемы низкокачественного материала. Его производили, как правило, в сыродутных печах и дорабатывали в кузнях, где мастера получали штучный товар. Интересно, что остатки средневековых сыродутных печей (также известных как гамарни) найдены на территории современной Украины. Что наиболее примечательно, они находились в западной части страны, которая сегодня не является центром металлургии.

Но в существовавших до XIX века технологиях производства железных изделий был один существенный недостаток. Фактически это было либо очень мягкое железо, либо хрупкая сталь, которую получали из железа доработкой в кузнях. И такие материалы нельзя было в чистом виде использовать — предметы быстро тупились или легко ломались.

Сейчас известно, что железный сплав обладает таким свойством как упругость. Оно появляется лишь при формировании четкой кристаллической структуры из расплава.

А средневековые технологии не позволяли расплавить металл с нужной пропорцией железа и углерода. Для этого требовалась недостижимая в те времена температура 1450 С°.

Промышленная революция привела к резкому росту спроса на новый конструкционный и оружейный материал: прочный, долговечный и поддающийся механической обработке.

Как результат, в XIX веке появились истоки всех трех современных способов выплавки стали.

Мартеновское производство: преимущества и модернизация

Вплоть до середины XX века мартеновские печи были основной технологией, которая позволяла плавить сталь. Впервые ее построил француз Эмиль Мартен в 1864 году. Среди ее преимуществ были: возможность использования стального лома в шихте (его было много благодаря активному развитию железных дорог) и большой сортамент качественных марок стали, которые можно было производить благодаря длительной плавке (до 13 часов).

Первые мартены на территории современной Украины построил валлиец Джон Юз в 1879 году.

В середине XX века с использованием этой технологии, по разным оценкам, выплавлялось от 50% до 80% всей мировой стали.

Однако из-за длительного времени плавки, необходимости постоянного внешнего подогрева печи, удорожания природного газа, неэкологичности процесса и других сложностей мартены уступили свои позиции новым технологиям.

В большинстве действующих мартеновских цехов используются не классические мартены, а, так называемые двухванные сталеплавильные агрегаты. В них объединены элементы конвертерной и мартеновской технологий. Грубо говоря, это две мартеновских печи, которые объединены между собой, что позволяет подогревать железный расплав изнутри кислородом, а не только внешнюю часть печи природным газом. Это дает существенную экономию ресурсов и возможность сократить длительность одной плавки до 3-4 часов.

Конвертерное производство: в поисках кислорода

Предтеча конвертерного способа выплавки стали – бессемеровский процесс – появился раньше мартенов. Англичанин Генри Бессемер получил патент на свое изобретение в 1856 году. В нем жидкий чугун продували атмосферным воздухом, чтобы снизить содержание углерода. Но при этом в сталь попадал азот, который снижал температуру плавки и частично переходил в виде примеси в сталь. В том числе из-за этого способ не получил широкого распространения. Ведь более низкая температура плавки ограничивала использование металлолома, возникала потребность в высококачественном сырье – чугуне, который производился бы из железной руды без вредных примесей. Бессемер знал об этом недостатке, но в те годы было практически невозможно получить большие объемы чистого кислорода. Бессемеровские печи работали на территории современной Украины вплоть до 1983 года.

В 1878 году еще один англичанин Сидни Гилкрист Томас усовершенствовал изобретение своего земляка. Томасовские печи позволили выводить из расплава часть вредных примесей, таких как фосфор. Благодаря этому технология получила распространение в Бельгии и Люксембурге, где добывались высокофосфористые железные руды.

Однако, в обеих технологиях качество стали оставалось низким по сравнению с мартенами вплоть до начала 1930 годов. Именно тогда начались попытки внедрения кислородного дутья. В бессемеровских конвертерах жидкую сталь продували не воздухом, а чистым кислородом, получаемым в криогенных установках. Считается, что одни из первых опытов по использованию такой технологии проводились Николаем Мозговым в Киеве на заводе Большевик. Параллельно велись пробные плавки в Германии и Австрии. Но Вторая мировая война затормозила технологический прогресс в металлургии.

Лишь после окончания войны с развитием криогенных технологий кислородные конвертеры начали вытеснять мартеновское производство. Первые промышленные цеха заработали в 1952 году. Производство конвертерной стали оказалось более производительным и экономным. Некоторое время на эту технологию переводили устаревшие бессемеровские цеха, но все чаще строили новые более совершенные производственные линии.

Современные кислородные конвертеры представляют собой сосуды грушевидной формы, изготовленные из стали. Внутри они обложены специальным огнеупорным материалом. Сверху в них погружаются фурмы, через которые под высоким давлением подается чистый кислород. С помощью этого газа дожигается углерод до требуемого в стали уровня.

Дуговые электросталеплавильные печи: сила тока

Еще в 19 веке стало известно, что не только газы, но и постоянный электрический ток может восстанавливать металлы из окислов, а также расплавлять их с помощью электрической дуги. Однако отсутствие мощных источников электроэнергии сдерживало развитие технологии выплавки стали в электрических печах.

Лишь в 30-х годах 20 века начали появляться мощные электростанции, которые позволили задуматься о промышленном внедрении электрометаллургии. Сначала это был цветмет. Впоследствии технология пришла и в черную металлургию. Одним из наиболее наглядных примеров внедрения электрометаллургии является Запорожье. В этом городе в 1932 году запустили первые турбины ДнепроГЭС. После этого здесь один за другим появились предприятия электрометаллургии, которые производили алюминий, титан, ферросплавы и специальные стали.

Сегодня дуговые сталеплавильные печи (ДСП) используют не только для выплавки специальных, но и рядовых марок стали. Из них, как правило, производят квадратную заготовку и длинномерный стальной прокат. В печи, заполненные шихтой, погружают три огромных графитовых электрода, на которые подается переменный или постоянный ток. Возникает электрическая дуга, которая создает высокую температуру внутри печи и плавит лом. На базе ДСП обычно строят так называемые мини-заводы (mini-mills) – небольшие металлургические предприятия годовой мощностью 0.5-2 млн. тонн стали. Распространены они в странах с доступной электроэнергией и большими источниками ломообразования.

Как и в кислородных конвертерах, в электрометаллургии достаточно короткий период плавки – 40-60 минут. На первых этапах развития этих технологий скорость была и основным недостатком – возникали сложности с освоением большого количества марок стали. Ведь за несколько часов плавки в мартенах, в шихту постепенно вводили флюсы, раскислители, легирующие элементы, которые влияли на характеристики материала.

А заводские лаборатории успевали за это время провести анализ полученного продукта и дать рекомендации сталеварам. Однако сейчас это преимущество мартенов практически нивелировано внедрением внепечной обработки. Сталь из конвертеров и ДСП дорабатывается в вакууматорах и установках печь-ковш до необходимого состояния и химсостава и уже после этого подается на машины непрерывной разливки.

Сырье: как найти нужную пропорцию шихты

Все три основных способа выплавки на выходе дают один продукт – жидкую сталь. При ее производстве используются разные сырьевые компоненты и их пропорции.

В мартенах при классической плавке около 33% шихты составляет лом черных металлов. Остальное – жидкий чугун из доменных печей. В отдельных случаях доля лома доходила до 66%. Это, так называемый, скрап-процесс, который активно использовался в мартенах при машиностроительных или трубных предприятиях. Ведь там во время обработки металлопродукции образовывалось огромное количество стальных отходов.

Но чем больше лома, тем более высокая температура требуется для его расплавления. И мартены благодаря внешнему обогреву природным газом обеспечивали нужный уровень тепла.

А вот в кислородных конвертерах возможности внешнего обогрева нет. Поэтому доля лома в шихте здесь существенно ниже – около 15-25%. Иначе расплав получится слишком холодным. Кроме того, этот способ выплавки стали начал активно распространяться параллельно с непрерывной разливкой, которая привела к сокращению оборотного лома на металлургических предприятиях. Чтобы его не закупать на стороне, приходилось увеличивать долю горячего чугуна.

В электрометаллургических печах нет сложностей с достижением нужной температуры. Поэтому здесь до 100% шихты может быть сформировано из лома черных металлов. Однако, некоторые современные ДСП были построены вместо мартенов в составе интегрированных металлургических комбинатов с действующим доменным производством. Поэтому их конструкцией предусмотрено использование до 40% жидкого чугуна в составе шихты.

Но страны, в которых распространены ДСП, имеют свои особенности. Например, в США около 70% стали выплавляется таким способом. Это объясняется высоким уровнем ломообразования: американцы часто меняют автомобили и бытовую технику, в этой стране развито машиностроение. В Турции около 68% электростали, но гораздо меньше источников ломообразования. Поэтому эта ближневосточная страна является крупнейшим в мире импортером лома.

Выплавка стали в Украине производится всеми тремя рассмотренными способами. По итогам 2019 года согласно данным www.worldsteel.org в мире было произведено 1,87 млрд. тонн стали. Из них – почти 72% в конвертерах, чуть менее 28% в ДЭСП, и лишь 0,3% в мартенах. Полный список стран по выплавке стали можно посмотреть на сайте ассоциации Worldsteel.

В любом случае можно уверенно говорить, что на современной металлургической кухне при соблюдении технологии (рецепта) и хорошей подготовке компонентов (сырья) получится качественное блюдо… то есть сталь. И при этом не важно, в какой печи его готовишь – электрической или газовой.

А то, что это хорошо получается у металлургов Украины, подтверждено географией экспорта их металлопродукции – от ближайших соседей до самых отдаленных уголков земли.

Технология плавки металла в домашних условиях

Как-то в процессе труда над 1-м изобретением мне пригодилось плавильное прибор вместе с обширным диапазоном нагрева, каким было бы комфортно использовать в домашних условиях. Перепробовал всевозможные вариации газовых а также электроспиральных нагревателей и удостоверился, о том, что ни те ни иные не отвечают поставленной задачке: они выходили или громоздкими а также неудобными в использовании, или совсем не давали достаточного нагрева. Вот, полагаю, была бы электродуговая плавка, но работающая в более замедленном ритме!

Так поступила в голову задумка использовать для данной задачи углеграфитовый порошок, какой засыпается посреди 2-мя рабочими углеграфитовыми же электродами, к которым подводится напряжение питания в границах 25—50 В от довольно мощнейшего (типа сварочного) трансформатора. За счет существующего омического сопротивления в порошке графита становится постепенный интенсивный нагрев. Температура в подобной электропечи способна доходить до 3000 °С, что дает способность плавить абсолютно все металлы (небольшими порциями). Невзирая на такой впечатляющий нагрев изнутри печи, внешний пленку углеграфитового порошка остается темноватого или красного цвета, так что ослепляющего свечения, как это случается при электродуговой сварке, от печи не исходит.

Время разогрева печи варьируется в интервале 3—5 минут, что позволяет легко контролировать и управлять процессом плавки, включая-отключая от сети трансформатор. Так как металла плавится немного, то он особо не расплывается внутри печи и порошок достаточно хорошо держит его форму.

Электропечь делается из простых и вполне доступных материалов: графита, слюды и асбестовой плитки. В связи с тем, что асбест по медицинским соображениям запрещен и становится редкостью, его можно заменить кафельной или цементной плиткой.

Размеры печи не являются строго определенными. Все зависит от мощности имеющейся электросети и выходного напряжения трансформатора. Чем больше выходное

напряжение, тем шире должно быть расстояние между электродами. При тех размерах электропечи, что указаны на чертеже, достаточно подавать на электроды 25—30 вольт: печь разогревается в плавном режиме, но довольно интенсивно. В случае применения сварочного трансформатора промышленного образца, который обычно выдает 50—60 вольт, расстояние между электродами надо увеличить примерно вдвое, до 150—200 мм. В объеме печи, приведенном на чертеже (100х65х50 мм), можно расплавить 60—80 граммов, например, серебра, что считается уже неплохим результатом.

В качестве электродов для печи подходят щетки от мощного электромотора. Они удобны тем, что имеют хороший токоподводящий гибкий провод. Если нет возможности достать такие электроды, их несложно выпилить самому из куска графита, например, от использованного стержня-электрода, применяемого в дугоплавильных печах. она служит хорошим теплоизолирующим экраном. Наружные стенки дополнительно укрепляются асбестовой или цементной плиткой толщиной 5—10 мм. Для предельной простоты сборки стенки обвязываются мягкой медной или вязальной проволокой. Изолирующей подставкой для печи служит обычный кирпич; под низ укладывается еще эмалированный металлический поддон с бортиками.

Углеграфитовый порошок можно получать из отслуживших стержней с помощью грубого напильника или многолезвийной ножовки по металлу. Надо учесть, что в процессе плавки порошок графита все же постепенно выгорает и его надо периодически подсыпать.

1. Сеть ~220в
Схема подключения печи.

Понижающий трансформатор на 25 вольт. Сетевая обмотка содержит 620 витков медного эмалированного проводя диаметром 1 мм. Понижающая обмотка содержит 70 витков провода прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм в стекловолоконной изоляции.

Собранная печь подключается к трансформатору достаточно толстыми медными проводами (7—8 мм) с обязательной наружной изоляцией, чтобы избежать во время работы случайного короткого замыкания.

Готовую к работе печь вначале как следует прогревают, чтобы дать выгореть органическим включениям (обеспечив при этом соответствующую вентиляцию в помещении). В дальнейшем печь работает практически без выделения копоти и гари.

Плавку металлов проводят по следующей схеме. Вначале с помощью небольшой лопатки в середине печи в порошке делают лунку, кладут в нее первую порцию металла и закапывают. Если используемый лом разной величины, то сначала помещают самый крупный кусочек, и только после его расплавления добавляют мелкие части.

Чтобы убедиться, что металл расплавился, печь можно слегка покачать — поверхность порошка в этом случае также начинает колыхаться. После остывания металла его переворачивают и снова расплавляют. Так повторяется несколько раз, пока заготовка не примет более-менее шаровидную форму, свидетельствующую о качестве расплава.

Когда надо плавить мелкую стружку или опилки простых металлов, их засыпают прямо в лунку и плавят как обычно. Более драгоценный металл, с целью его сохранности, помещают в стеклянную ампулу из-под лекарства и плавят вместе с ней. Образовавшаяся у расплава корочка из стекла легко обсыпается при охлаждении в воде.

Легкоплавкие металлы — олово, алюминий и тому подобное — лучше помещать в железную чашечку. Для получения сплавов сначала кладут в порошок более тугоплавкий металл, а после его расплавления вводят легкоплавкий. Например: медь + олово; медь + алюминий.

В электропечи можно плавить олово, алюминий, железо, никель, медь, серебро, золото, палладий. После плавки полученные заготовки подлежат ковке. Их надо расклепывать на наковальне не спеша особенно вначале, небольшим молотком. И как можно чаще нагревать заготовку на газовой плите докрасна, затем остужать в холодной воде и снова расклепывать до нужных размеров.

Категорически нельзя плавить магний, свинец, кадмий, цинк и цинкосодержащие сплавы (цинковая латунь, мельхиор), а также серебряные контакты от различных типов реле, приборов, пускателей — в них содержится до 50% кадмия, который выгорает, образуя желтый ядовитый ды

Если нет возможности приобрести мощный трансформатор, то его можно заменить составным. Для этого надо взять несколько менее мощных однотипных трансформаторов и параллельно соединить их выходные обмотки (при условии, что все они рассчитаны на одинаковое напряжение). Возможен и самодельный трансформатор. Он собирается из Г-образных пермалоевых пластин с внутренним сечением 60х32 мм. Его сетевая обмотка наматывается эмалированным проводом толщиной 1 мм и содержит 620 витков. Понижающая обмотка наматывается проводом прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм и содержит 70 витков.

Что касается техники безопасности при работе с этой печью, то надо помнить, что сварочный трансформатор требует крайне осторожного обращения. Нельзя допустить, чтобы произошло короткое замыкание в проводах или между электродами в самой печи. Выключатель сети трансформатора должен располагаться рядом, чтобы в любую секунду его было удобно отключить. Нельзя также ни на минуту оставлять работающую печь без присмотра. Рядом всегда должна находиться емкость с водой, где остужаются горячие заготовки.

печь, плавка

Как и из чего получают сталь

Сталь — ковкий сплав железа с углеродом и другими легирующими элементами. Ее используют для изготовления металлопроката, посуды, медицинских инструментов, механизмов и различных деталей для промышленности. Сплав почти на 99 % состоит из железа. Углерод занимает от 0,1 до 2,14 % общей массы металла. Углерод, марганец, кремний, магний, фосфор и сера изменяют физико-химические свойства стали. Количество примесей определяет способы обработки металла и сферы его применения. Производство стали занимает весомую долю черной металлургии.

Из чего делают сталь?

Сталь — одна из самых востребованных в промышленности. Железо и углерод — основные компоненты для изготовления стали. Железо отвечает за пластичность и вязкость, а углерод — за твердость и прочность.

Получают деформируемый сплав железа, который поддается механической, термической, токарной и фрезерной обработке. Литьем, прессованием, резкой, шлифовкой и сверловкой добиваются нужной формы. Стальные изделия получают с точно выверенными размерами.

Железо и углерод занимают львиную долю от общей массы, но кроме них сталь всегда содержит другие примеси. Чистота по неметаллическим включениям определяет качества стали. Оксиды, сульфиды и вредные примеси делают ее хрупкой и непластичной. Их содержание снижают очисткой или вводят дополнительные компоненты, чтобы добиться нужных физико-химических свойств.

Примеси бывают полезными и вредными. Разделение условное и означает то, что элементы улучшают химический состав стали или ухудшают его свойства. К полезным элементам относятся марганец и кремний. Сера, фосфор, кислород, азот, водород — вредные примеси в составе стали.

Как влияют полезные и вредные примеси на свойства стали?

Эффект от различных элементов в сталях:

• Марганец повышает прокаливаемость металла и нейтрализует вредное воздействие серы.
• Кремний улучшает прочность и способствует раскислению сплава, удаляя оксиды и сульфиды.
• Сера ухудшает пластичность и вязкость. Ее большое содержание проявляется красноломкостью: во время горячей обработки металл трескается в области красного или желтого каления.
• Фосфор снижает пластичность и ударную вязкость сплава. Повышенное содержание фосфора приводит к хладноломкости: при механической обработке металл трескается или разламывается на куски.
• Кислород и азот разрушают структуру стали, ухудшают вязкость и пластичность.
• Водород приводит к хрупкости металла.

Чтобы удалить вредные примеси и неметаллические включения, жидкую сталь рафинируют. Используют комбинированное рафинирование в печи и вне печи. К примеру, раскисление, десульфурацию, дегазацию и другое. За счет очистки структура металла становится однородной, а качество возрастает.

Почему сталь сравнивают с чугуном?

Металлы похожи составом и способом изготовления. Чугун и сталь — сплавы железа, отличающиеся по концетрации углерода. В чугуне его свыше 2,14 % от общей массы, а в стали — не больше 2,14 %. Кроме процентной доли углерода в сплаве, они различны по свойствам. Чугун жаростойкий, теплоемкий, легкий и устойчивый к коррозии. А сталь прочнее, тверже и легче поддается механической обработке.

Плюсы и минусы стали

Сталь классифицируется по химическому составу и физическим свойствам. Разным маркам металла характерны свои преимущества и недостатки.

По сравнению с другими сплавами сталь отличается:

• высокой прочностью;
• твердостью;
• устойчивостью к ударной, статической и динамической нагрузке;
• пригодностью к сварке, резке и гибке заготовок механическим или ручным способом;
• многолетней износостойкостью;
• доступной стоимостью.

К минусам стали относится нестойкость к коррозии, тяжелый вес и намагничивание. Чтобы изделия из стали не портились, изготавливают нержавеющие марки. Чтобы получить устойчивый к коррозии сплав, добавляют хром. Также в составе могут присутствовать никель, молибден, титан, сера, фосфор.

Способы производства

Используют три метода изготовления стали, у каждого из которых свои достоинства и недостатки.

Мартеновские печи

Применяемые печи выкладывают из хромо-магнезитового кирпича. В них плавят сырье, окисляют сплав и удаляют посторонние включения. Печи могут быть использованы для изготовления углеродистых и легированных сталей. Они нагреваются до температуры +2000оС, позволяют добавлять различные примеси.

Кислородно-конвертерный метод

Это способ, получивший звание универсального. Его используют в производстве ферромагнитных сплавов. Выплавляют сталь из жидкого чугуна и шихты. Задействуют конвертер, облицованный огнеупорными материалами. Чтобы ускорить процесс окисления, через него подают струю воздуха.

Электродуговой способ

Принцип производства заключается в выделении тепла при горении электрической дуги. Тепловой режим обеспечивает плавление сырья под температурой +6000оС. Благодаря нему получаются высококачественные сплавы. У этой группы больше остальных хорошо раскисленных сталей.

Как получают сталь?

Производство стали состоит из нескольких этапов. Нарушения технологии влияют на свойства металла.

Расплавление шихты железных руд и нагрев ванны жидкого металла

На первом этапе плавят сырье на низкой температуре. При постепенном повышении температуры окисляется железо, кремний, марганец, фосфор. Затем повышают содержание оксида кальция, чтобы удалить фосфор.

Кипение ванны металла

Повышение температуры и интенсивное окисление железа путем введения руды, окалины и кислорода. Введение добавок позволяет получить оксид железа. С ним будет взаимодействовать углерод. Образующиеся пузырьки оксида углерода приводят сплав в кипящее состояние. К пузырькам прилипают сторонние примеси, тем самым очищая состав стали. Также удаляют сульфид железа, чтобы избавиться от серы.

Раскисление стали

В этом процессе восстанавливают оксид железа, который был растворен в жидком металле. Когда плавят шихту, кислород окисляет примеси, но в готовой стали он не нужен. Кислород понижает механические свойства стали, поэтому его нужно восстановить и удалить. Раскисляют стали ферромарганцем, ферросилицием, алюминием. Попадая в сплав, раскислители образуют оксиды низкой плотности, а затем отходят в шлак.

Как классифицируют сталь?

Физико-механические свойства и химический состав определяют виды металла. Сталь делят по составу, методу получения, структуре и примесям. Углеродистые и легированные стали различают по содержанию углерода и легирующим элементам. Сплавы обычного и высокого качества делят по содержанию примесей. Инструментальные, конструкционные и специальные стали делят в зависимости от назначения.

Углеродистые стали

Углеродистая сталь содержит углерод от 0,1 до 2,14 %. Количество углерода определяет группы стали:

• Низкоуглеродистые содержат меньше 0,3 % углерода.
• Среднеуглеродистые — от 0,3 до 0,7 %.
• Высокоуглеродистые — более 0,7 до 2,14 %.

По процентному содержанию углерода определяют структуру сплава. Сталь с 0,8 % углерода сохраняет ферритно-перлитную структуру, с повышением меняет ее на перлит и цементит. Преобразования каждой фазы отражаются на прочностных характеристиках. Также углеродистые стали разделяют на группы А, Б, В, которые в свою очередь делятся на категории и марки.

Легированные

Сталь обогащают марганцем, хромом, никелем, молибденом и другими легирующими элементами. Количество примесей считают суммарно. В зависимости от их содержания различают:

• низколегированные — до 2,5 % примесей;
• среднелегированные — от 2,5 до 10 %;
• высоколегированные — более 10 %.

Марганцем повышают прочность и твердость материала, хромом — стойкость к ударам, жаропрочность и устойчивость к коррозии. Никель делает сталь упругим и стойким к высоким температурам.

Марки стали отличаются сложной структурой. Обязательно указывают их состав в порядке убывания. Начинают с доли углерода, а затем прописывают меньшие доли легирующих добавок.

Спокойные, полуспокойные и кипящие

Стали классифицируют по степени раскисления. Чем меньше в сплаве газов, тем равномернее его структура и чище состав. Спокойные стали содержат меньше закиси железа, а кипящие — большое количество оксидов. Пузырьки оксида углерода ухудшают прочностные и пластичные свойства металла. Спокойные стали стабильны, их используют в изделиях ответственного назначения. Полуспокойные марки — среднепрочные, их задействуют как конструкционный материал. Кипящие разрушаются, трескаются и плохо поддаются сварке, поэтому и стоят меньше. Они разрешены в простых конструкциях.

Строительные

Низколегированные сплавы обычного качества. Они обладают удовлетворительными механическими свойствами, выдерживают статические и динамические нагрузки, пригодны к сварке.

Инструментальные

Высокоуглеродистые или высоколегированные сплавы. Их используют для изготовления штампов, режущего и измерительного инструмента. Разделяют соответственно на штамповые металлы, сплавы для режущего и измерительного инструмента. Названия группы зависит от назначения сталей. К примеру, штамповую сталь используют для изготовления инструментов, которыми будут обрабатывать металлы под давлением.

Конструкционные

Стали с низким содержанием марганца. Их делят на цементируемые, высокопрочные, автоматные, шарико-подшипниковые и другие. Используют для изготовления узлов механизмов или конструкций.

Стали специального назначения

Эти сплавы относятся к конструкционным сталям. Они бывают жаропрочными, жаростойкими, кислотоупорными, криогенными, электротехническими, парамагнитными, немагнитными.

НАСТОЛЬНАЯ ПЛАВИЛЬНЯ

 

НАСТОЛЬНАЯ ПЛАВИЛЬНЯ.

А. ПОПОВ

Как-то в ходе работы над одним изобретением мне понадобилось плавильное устройство с широким спектром нагрева, которым было бы удобно пользоваться в домашних условиях. Перепробовал разные варианты газовых и электроспиральных нагревателей и убедился, что ни те ни другие не отвечают поставленной задаче: они получались либо громоздкими и неудобными в пользовании, либо не давали достаточного нагрева. Вот, думаю, была бы электродуговая плавка, но действующая в более замедленном темпе!

Так пришла в голову идея использовать для этой цели углеграфитовый порошок, который засыпается между двумя рабочими углеграфитовыми же электродами, к которым подводится напряжение питания в пределах 25—50 В от достаточно мощного (типа сварочного) трансформатора. За счет имеющегося омического сопротивления в порошке графита происходит постепенный интенсивный нагрев. Температура в такой электропечи может доходить до 3000 °С, что дает возможность плавить почти все металлы (малыми порциями). Несмотря на столь внушительный нагрев внутри печи, наружный слой угле-графитового порошка остается темноватого или красноватого цвета, так что ослепляющего свечения, как это бывает при электродуговой сварке, от печи не исходит. Время разогрева печи варьируется в интервале 3—5 минут, что позволяет легко контролировать и управлять процессом плавки, включая-отключая от сети трансформатор. Так как металла плавится немного, то он особо не расплывается внутри печи и порошок достаточно хорошо держит его форму.

Электропечь делается из простых и вполне доступных материалов: графита, слюды и асбестовой плитки. В связи с тем, что асбест по медицинским соображениям запрещен и становится редкостью, его можно заменить кафельной или цементной плиткой.

Размеры печи не являются строго определенными. Все зависит от мощности имеющейся электросети и выходного напряжения трансформатора. Чем больше выходное

напряжение, тем шире должно быть расстояние между электродами. При тех размерах электропечи, что указаны на чертеже, достаточно подавать на электроды 25—30 вольт: печь разогревается в плавном режиме, но довольно интенсивно. В случае применения сварочного трансформатора промышленного образца, который обычно выдает 50—60 вольт, расстояние между электродами надо увеличить примерно вдвое, до 150—200 мм. В объеме печи, приведенном на чертеже (100х65х50 мм), можно расплавить 60—80 граммов, например, серебра, что считается уже неплохим результатом.

В качестве электродов для печи подходят щетки от мощного электромотора. Они удобны тем, что имеют хороший токоподводящий гибкий провод. Если нет возможности достать такие электроды, их несложно выпилить самому из куска графита, например, от использованного стержня-электрода, применяемого в дугоплавильных печах. В самодельном электроде надо лишь просверлить сбоку два отверстия диаметром 5—6 мм, вставить в них многожильный медный провод толщиной 5 мм и для уплотнения осторожно забить сюда еще подходящий гвоздь. она служит хорошим теплоизолирующим экраном. Наружные стенки дополнительно укрепляются асбестовой или цементной плиткой толщиной 5—10 мм. Для предельной простоты сборки стенки обвязываются мягкой медной или вязальной проволокой. Изолирующей подставкой для печи служит обычный кирпич; под низ укладывается еще эмалированный металлический поддон с бортиками.

Углеграфитовый порошок можно получать из отслуживших стержней с помощью грубого напильника или многолезвийной ножовки по металлу. Надо учесть, что в процессе плавки порошок графита все же постепенно выгорает и его надо периодически подсыпать.

 

 

 

 

Электроплавильная печь: 1 — порошок углеграфита; 2 — место плавки металла; 3 — провод-обвязка корпуса печи; 4 — футеровка из слюды; 5 — плитка асбестовая; 6 — электрод углеграфитовый; 7 — провод токоподводящий.

 

SA1 – сеть 220 вольт.

Схема подключения печи.

 

Понижающий трансформатор на 25 вольт. Сетевая обмотка содержит 620 витков медного эмалированного проводя диаметром 1 мм. Понижающая обмотка содержит 70 витков провода прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм в стекловолоконной изоляции.

Собранная печь подключается к трансформатору достаточно толстыми медными проводами (7—8 мм) с обязательной наружной изоляцией, чтобы избежать во время работы случайного короткого замыкания.

Готовую к работе печь вначале как следует прогревают, чтобы дать выгореть органическим включениям (обеспечив при этом соответствующую вентиляцию в помещении). В дальнейшем печь работает практически без выделения копоти и гари.

Плавку металлов проводят по следующей схеме. Вначале с помощью небольшой лопатки в середине печи в порошке делают лунку, кладут в нее первую порцию металла и закапывают. Если используемый лом разной величины, то сначала помещают самый крупный кусочек, и только после его расплавления добавляют мелкие части.

Чтобы убедиться, что металл расплавился, печь можно слегка покачать — поверхность порошка в этом случае также начинает колыхаться. После остывания металла его переворачивают и снова расплавляют. Так повторяется несколько раз, пока заготовка не примет более-менее шаровидную форму, свидетельствующую о качестве расплава.

Когда надо плавить мелкую стружку или опилки простых металлов, их засыпают прямо в лунку и плавят как обычно. Более драгоценный металл, с целью его сохранности, помещают в стеклянную ампулу из-под лекарства и плавят вместе с ней. Образовавшаяся у расплава корочка из стекла легко обсыпается при охлаждении в воде.

Легкоплавкие металлы — олово, алюминий и тому подобное — лучше помещать в железную чашечку. Для получения сплавов сначала кладут в порошок более тугоплавкий металл, а после его расплавления вводят легкоплавкий. Например: медь + олово; медь + алюминий.

В электропечи можно плавить олово, алюминий, железо, никель, медь, серебро, золото, палладий. После плавки полученные заготовки подлежат ковке. Их надо расклепывать на наковальне не спеша особенно вначале, небольшим молотком. И как можно чаще нагревать заготовку на газовой плите докрасна, затем остужать в холодной воде и снова расклепывать до нужных размеров.

Категорически нельзя плавить магний, свинец, кадмий, цинк и цинкосодержащие сплавы (цинковая латунь, мельхиор), а также серебряные контакты от различных типов реле, приборов, пускателей — в них содержится до 50% кадмия, который выгорает, образуя желтый ядовитый дым.

Если нет возможности приобрести мощный трансформатор, то его можно заменить составным. Для этого надо взять несколько менее мощных однотипных трансформаторов и параллельно соединить их выходные обмотки (при условии, что все они рассчитаны на одинаковое напряжение). Возможен и самодельный трансформатор. Он собирается из Г-образных пермалоевых пластин с внутренним сечением 60х32 мм. Его сетевая обмотка наматывается эмалированным проводом толщиной 1 мм и содержит 620 витков. Понижающая обмотка наматывается проводом прямоугольного сечения 4,2х2,8 мм и содержит 70 витков.

Что касается техники безопасности при работе с этой печью, то надо помнить, что сварочный трансформатор требует крайне осторожного обращения. Нельзя допустить, чтобы произошло короткое замыкание в проводах или между электродами в самой печи. Выключатель сети трансформатора должен располагаться рядом, чтобы в любую секунду его было удобно отключить. Нельзя также ни на минуту оставлять работающую печь без присмотра. Рядом всегда должна находиться емкость с водой, где остужаются горячие заготовки.

 

А. ПОПОВ, г. Кривой Рог, Украина

Журнал «Моделист-конструктор» №2, стр. 16-17, 2000 г.

 

http://www.ideyka.narod.ru/TEMA/delo/plavka/plavka.htm

http://innovatory.narod.ru/stove.html

http://cepebpo.narod.ru/pechi.htm

http://cepebpo.narod.ru/Download/Nast_plav.zip

 

Как плавят металл в Кулебаках – Нижний сейчас

Кулебакский завод «Русполимет» завершил десятилетнюю программу модернизации. Это позволило вывести предприятие на один уровень с самыми современными металлургическими производствами Европы. По этому случаю на завод пригласили нижегородских и столичных журналистов и показали весь производственный цикл – от плавки металла до проката готовых колец.

Финальным этапом программы обновления стал пуск второй печи электрошлакового переплава ЭШП-14.

Виктор Клочай, председатель совета директоров ПАО «Русполимет»:

— Цех сегодня состоит из двух вакуумно-индукционных печей, двух ваккумно-дуговых печей и трех печей электрошлаковой переплавки. Назначение всех этих печей – обеспечивать производство высококачественных сплавов всех видов для ключевых отраслей экономики. Это и атомно-энергетическое машиностроение, отчасти и нефтехимия (то, что связано с запорной арматурой), и аэрокосмическая отрасль, и общее машиностроение.

Прежде чем оказаться в цехе с новыми печами, журналисты увидели сталеплавильный комплекс, открытый в ноябре 2011 года взамен старого мартеновского производства. Именно здесь раскаленный жидкий металл еще можно наблюдать в открытой выплавке, хотя это уже не сильно напоминает традиционные представления о «литейках» первых советских пятилеток.

Следующий точка экскурсии – цех спецэлектрометаллургии с теми самыми печами. Эта часть производства выглядит довольно безопасной, но начальник цеха Антон Кузнецов сразу просит ничего не трогать руками: «Если не красное – это не значит, что холодное!»

Это – вакуумно-индукционная печь австрийского производства с массой осадки 3 тонны и возможностью увеличения до 4,5 тонн. Производит высококачественные жаропрочные сплавы.

Антон Кузнецов, начальник цеха спецэлектрометаллургии ПАО «Русполимет»:

— Производственная мощность этой печи – порядка трех тысяч тонн сплавов по году. Процесс непрерывный, работаем в три смены, круглосуточно. Обслуживают печь всего три человека. Сталеваров обучали сами, коллектив у нас молодой. Основной наш потребитель – авиация.

А это – печь ЭШП – 9,8, запущенная в 2015 году. Цифры означают, что максимальная масса получаемого слитка – 9,8 тонн. Производство также максимально автоматизировано, для обслуживания достаточно двух человек. Годовой объем производства – 2,5 тысячи тонн нержавеющих, инструментальных, высоколегированных марок стали.

Прямо на производстве есть мини-музей с образцами продукции, где хранятся в том числе и первые слитки, отлитые в современных печах.

Вот так выглядит кузнечно-прессовое или ковочное производство. Под прессом проходит протяжка продукции для атомного машиностроения.

Александр Никольский, начальник металлургического производства ПАО «Русполимет»:

— Ковка происходит при температуре металла не менее 800 градусов, при этой температуре металл уже перестает деформироваться. А начальная температура ковки – примерно 1180 градусов.

И вот – один из финальных этапов – кольцепрокатное производство «Русполимета». Кольцераскатные станы были модернизированы в 2010 году.

Павел Явтушенко, начальник управления технического развития ПАО «Русполимет»:

— Эти станы фирмы Banning были установлены здесь еще в 80-е годы и тогда считались суперсовременными. Но и сегодня, после нескольких ступеней модернизации, они остаются очень неплохими. Мы можем прокатывать кольца массой до 12 тонн, но основная продукция – до  тонны и до 2,5 метров. Это самое большое в Восточной Европе кольцепрокатное производство. Назначение продукции – авиация, судостроение. Даже общее машиностроение: БелАЗы – это тоже серьезная техника, и мы в том числе производим подшипниковые заготовки для БелАЗа.

По словам Виктора Клочая, сегодня нет ни одной причины, по которой бы продукция «Русполимета» могла быть хуже иностранных аналогов. Поэтому, помимо важной работы по импортозамещению, на предприятии нацелены на рост экспортных поставок. Сейчас за границу идет около 6% продукции, но за два года «Русполимет» надеется увеличить эту долю до 30 с лишним процентов. Клочай признается, что пока еще не всё на этом пути получается – подводит отсутствие опыта экспортных продаж. Именно рост профессиональных знаний теперь – главная цель на предприятии.

Виктор Клочай, председатель совета директоров ПАО «Русполимет»:

— После того, как мы настроили «железо», на первое место выходит человеческий фактор. И мы понимали, что будут сложности, поэтому создали ресурсный центр при поддержке областных и районных властей. К 2018 году мы должны окончательно сформировать профессиональные компетенции наших работников.

Добавим, что, рассказывая о планах, руководитель предприятия делал одну и ту же оговорку: «если никто нам не будет мешать». Речь, конечно, о судебном споре со старыми владельцами кулебакского металлургического производства – на этой неделе, 14 апреля, на «Русполимете» ожидают решения кассационной инстанции на решение арбитражного суда о взыскании с предприятия 855 миллионов в пользу прежних хозяев.

Как плавить железо: 6 шагов к выплавке железа | Горнило

перейти к содержанию

Основы плавки железа в тигле

Кристин Арцт

Плавка — это процесс извлечения неблагородных металлов из руды путем ее нагревания для проведения химических реакций, необходимых для удаления других присутствующих элементов. В этой статье будет рассказано, как The Crucible производила собственное железо путем плавки железной руды. Во-первых, давайте начнем с понимания основ.

Что такое железная руда?

Железные руды — это горные породы и минералы, богатые оксидом железа, которые при плавке могут давать металлическое железо. Из-за природы оксида железа, присутствующего в железной руде, они могут иметь цвет от темно-серого до темно-красного. Железо в таких рудах обычно находится в виде магнетита, гематита, гетита, лимонита и сидерита.

Какие инструменты и материалы необходимы для выплавки чугуна?

Плавка чугуна всегда должна выполняться в безопасных условиях под наблюдением профессионалов. Вот основные инструменты и материалы, необходимые для выплавки железа:

1. Железная руда
2. Печь
3. Древесный уголь (в качестве восстановителя)
4. Молоток
5. Наковальня
6. Совки и ковши
7. Щипцы для цветения
8. Кочерги
9. Кожаные перчатки сварщика
10. Ведро для воды
11. Сильфон

Как The Crucible выплавлял железо за 6 шагов:

В следующем примере показаны основные этапы выплавки железа с нуля. Мы начали с того, что сами собрали руду и построили печь, чтобы продемонстрировать, насколько простым является процесс выплавки железа.

Вот как кузнецы выплавляли железо на протяжении сотен лет:

1. Собрать железную руду

Железную руду можно купить или собрать, но для наглядности мы собрали руду сами. Лучшее время для сбора железной руды — зима, потому что океан более активен. Активные волны отделяют черный магнитный песок от более светлого кварцевого песка. Этот магнитный песок представляет собой железную руду, называемую магнетитом, который в сочетании с углеродом создает железо. Как вы можете себе представить, железная руда тяжелая, поэтому собирать ее на месте и в группе легче.

2. Построить печь

Печь, также называемая кримовой, используется для нагрева железной руды вместе с химическим восстановителем (древесным углем). Традиционный завод не производит достаточно тепла, чтобы полностью расплавить руду. Вместо этого руда плавится в губчатую массу, которую нужно будет дополнительно очистить путем ковки на шаге 6.

Наш кузнечный отдел построил нашу собственную горнильную печь, используя 350 фунтов глины, украсив ее океанским вдохновением, чтобы отразить источник железная руда. «Большинство людей, которые строят плавильные печи, добавляют в них немного волшебства, делая скульптуры. Традиционно считается, что украшения приносят удачу или духовную составляющую плавке железа», — сказал нам Джефф. Селеста, которая также является керамистом, объяснила, что они использовали метод, похожий на создание котла для змеевиков, чтобы построить печь, сначала формируя большие змеевики, а затем сдвигая и надрезая каждый виток, чтобы собрать все это вместе.

3. Подготовка восстановителя

Для извлечения железа из железной руды наряду с теплом необходим восстановитель. Древесный уголь оказался отличным и дешевым восстановителем, поэтому мы использовали его для этой демонстрации.

Прежде чем использовать древесный уголь, его необходимо разбить на более мелкие, более удобные части. В конечном итоге это одна из самых трудоемких работ в процессе плавки.

«Сама корюшка привлекает людей, даже если они застревают на работе по разбиванию нескольких сотен фунтов древесного угля и становятся грязными в конце дня», — сказал нам Джефф Прингл. Наша команда использовала мескитовый и дубовый уголь, наиболее распространенный тип древесного угля в Соединенных Штатах.

Разбитый на мелкие кусочки древесный уголь и железная руда (песок) смешиваются в соотношении 1:1.

4. Загрузить печь

Перед добавлением смеси железной руды и древесного угля печь необходимо загрузить. Загрузить печь просто означает нагреть ее до температуры, достаточно высокой для начала плавки.

Когда печь нагрелась, кузнецы Горнила добавили смесь песка и древесного угля. Бен Локвуд-Джонстон, один из наших первокурсников молодежного отдела Fuego в кузнечном отделе, помогал заправлять печь. «Меня всегда интересовало использование огня, — объяснял пятнадцатилетний Бен о своем интересе к кузнечному делу. «Горнило помогло мне отточить свои навыки и применить их для создания более сложных вещей».

5. Нагрев железной руды и древесного угля

Внутри печи углерод от неполного сгорания древесного угля восстанавливает оксиды железа до металлического железа. Температуру и соотношение древесного угля необходимо тщательно контролировать, чтобы железо не поглощало слишком много углерода. В нижней части печи древесный уголь, который в основном состоит из углерода, высасывает кислород из воздуха, создавая горячую печь. Основание печи становится богатым на топливо, и углерод, жаждущий кислорода, начинает тянуть кислород из железной руды. Частицы железа падают на дно печи и соединяются с расплавленным шлаком, также называемым «блюмом».

После извлечения цветка его откладывают для дальнейшей обработки с целью удаления примесей.

6. Последние штрихи

Кузнецы тигля Адриан и Крис разогрели блюм в горне и отбили его молотком, чтобы выбить расплавленный шлак и очистить железо. У нашей команды осталось двадцать пять фунтов низкоуглеродистого железа. Низкое содержание углерода облегчает работу с железом и делает его прекрасным материалом для совместной скульптуры сообщества!

Продолжайте читать…

Заниматься искусством с друзьями и семьей — это гарантированно прекрасное времяпрепровождение! На наших трехчасовых дегустационных занятиях, которые пройдут 8 и 9 октября, вы и ваши близкие сможете опробовать техники в восьми…

Читать далее →

Наши последние занятия 2022 года вот-вот начнутся! В списке более 100 классов с октября по декабрь, и каждый найдет занятие для любого возраста и уровня подготовки….

Читать далее →

Совет директоров Crucible — это талантливая и преданная своему делу группа, которая помогает направлять нашу миссию. За последние несколько лет, пока мы боролись с пандемией, наш Совет директоров…

Читать далее →

Каждое лето наша студия оживает, когда молодые туристы возвращаются на недельные занятия промышленным искусством. Этим летом у студентов будет возможность отливать металл,…

Подробнее →

Ранее в этом году мы возобновили работу нашего отдела выдувания стекла, уделяя больше внимания сообществу. Идея заключалась в том, чтобы расширить наши предложения, включив в них бесплатное или субсидируемое программирование…

Подробнее →

За последние четыре месяца группа основателей The Crucible Open For Business — Эми Аламан, Брэндин Уилридж, Кори Пиллоуз и Комойя Джонсон — приобретают новые навыки в…

Подробнее →

2020-12-03T12:06:24-08:00 Ссылка для загрузки страницы

Перейти к началу

плавка

Химическое восстановление или плавка , является одной из форм металлургии с извлечением. Основное применение плавки — получение металла из руды. Это включает извлечение железа (для производства стали) из железной руды, а также извлечение меди и других цветных металлов из их руд. В нем используется химический восстановитель, обычно топливо, которое является источником углерода, такое как кокс, или в прежние времена древесный уголь, для изменения степени окисления металлической руды; однако заводы по электролитическому восстановлению алюминия также обычно называют плавильными заводами. Углерод или монооксид углерода, полученный из него, удаляет кислород из руды, оставляя металл. Углерод окисляется, образуя двуокись углерода и окись углерода. Поскольку большинство руд являются нечистыми, часто необходимо использовать флюс, такой как известняк, для удаления сопутствующих горных пород в виде шлака (также называемого шлаком или золой). Дополнительные рекомендуемые знания Содержимое 1 Основы плавки 2 Первая плавка: костры 3 Плавка меди: печи 4 Плавка бронзы 5 Ранняя выплавка чугуна 6 Поздняя выплавка чугуна 7 Основные металлы 8 Каталожные номера 9 Библиография 10 См. также Основы плавки 7 металлов, известных в древности (ртуть, олово, свинец, медь, серебро, золото и железо), в принципе, можно выплавить из соответствующих химических реакций из соответствующих руд: Mercury Oxide Cassiterite Minium Silver oxide Cuprite Hematite Different ores require different reactions at different temperatures, but almost always the reducing agent является углеродом. Приведенный выше список отсортирован в порядке возрастания температуры, поэтому железо является самым трудным для плавки металлом из перечисленных в списке (поэтому исторически плавка железа была открыта последней). Распространенная ошибка — думать, что металл получают из руды, потому что при высокой температуре металл просто выплавляется из руды. Это неверно: если кузнец просто нагреет руду без надлежащего восстановителя (углерода), он просто получит расплавленную руду. Кроме того, некоторые руды можно плавить при температуре ниже температуры, необходимой для плавления металла. Однако обычно эти реакции происходят при достаточно высоких температурах, чтобы расплавить полученный металл, поэтому металл можно просто отлить прямо из печи. Исключением из предыдущего абзаца является то, что некоторые оксиды металлов просто разлагаются при относительно низких температурах, поэтому вместо того, чтобы пытаться выплавить ртуть из оксида ртути, можно просто нагреть оксид ртути примерно до 500°C, и оксид разложится. в ртуть и кислород; поскольку ртуть кипит при температуре 357°С, это приводит к разложению и выкипанию оксида с образованием высокотоксичной газообразной ртути. Это возможно только для ртути и нескольких других оксидов металлов; большинство оксидов металлов необходимо плавить с углеродом в качестве восстановителя. Первая плавка: костры Плавка — это химическая реакция, для которой требуется определенная руда (иногда похожая на любую другую обычную осадочную породу), определенное содержание углерода и определенная температура для получения металла. Без знания химии невозможно предсказать, можно ли выплавить данную горную породу и что из нее получится. Поэтому ведутся постоянные споры о том, как древние люди научились плавить. Вероятно, первая плавка была произведена случайно, путем разведения костра на оловянной или свинцовой руде. Это может случайно привести к образованию металлического олова и свинца на дне костра, поскольку температуры плавления олова и свинца легко достигаются в костре. Затем эти металлы можно расплавить и бросить в костёр. Самые ранние литые свинцовые бусы, известные сегодня, были найдены в городище Чатал-Хойюк в Анатолии (Турция) и датированы 6500 г. до н.э. Неясно, когда были изготовлены самые ранние артефакты из литого олова, учитывая, что олово встречается гораздо реже, чем свинец, и более ранние артефакты из олова могли повторно использоваться для изготовления бронзы. Хотя свинец является относительно распространенным металлом, он слишком мягок, чтобы быть полезным, поэтому первая выплавка свинца не оказала существенного влияния на древний мир. Плавка меди: печи В прошлом были некоторые аргументы в пользу того, что медь была впервые выплавлена ​​случайно, также в костре, но это кажется маловероятным, поскольку температура костров примерно на 200°C меньше, чем температура, необходимая для плавки меди. Более вероятным путем могли быть печи для обжига глины, изобретенные в Иране в 6000 г. до н.э. В гончарных печах производится керамика, которая может быть покрыта разноцветной землей (в основном оксидами металлов) для изготовления разноцветных ваз; бывает, что малахит (окись меди) представляет собой ярко-зеленый камень, поэтому гончар, который инкрустирует малахитом керамическую вазу в угольной печи, даст несколько капель металлической меди (испортит вазу). Возможно, это положило начало плавке меди. Первый известный литой медный артефакт — это наконечник булавы, найденный в Кан Хасане в 5000 г. до н.э. Медь оказала некоторое влияние на древний мир, так как из нее можно производить хорошее дробящее оружие и разумную броню, но она все еще слишком мягкая для изготовления полезного клинкового оружия. Таким образом, выплавка меди не заменила изготовление каменного оружия, которое по-прежнему производило более совершенные лезвия. Плавка бронзы Бронза представляет собой сплав меди/мышьяка или меди/олова. Присутствие мышьяка и олова резко увеличивало твердость меди и производило оружие для победы в войне, поскольку бронзовая булава или молот к тому времени казались неразрушимыми по сравнению с каменными булавами и молотами, которые часто разбивались и отслаивались при ударе. Когда кузнецы научились делать бронзовые кинжалы и мечи, они обнаружили, что они намного дольше сохраняют остроту по сравнению с существующими кинжалами из камня и вулканического стекла. Более того, хотя каменные доспехи сделать невозможно (поэтому воинам приходилось полагаться на кожаные доспехи), из бронзы можно легко сделать доспех, непроницаемый для любого оружия того периода. Поэтому знание плавки бронзы позволило королям победить своих врагов и вызвало такую ​​революцию, что ознаменовала конец каменного века и начало бронзового века. Однако прошли тысячелетия, пока бронза не стала использоваться простыми солдатами и горожанами, и долгое время она была предметом роскоши, используемым знатью. Первая медно-мышьяковая бронза из Малой Азии датируется 4200 г. до н.э. и использовалась долгое время, пока не была заменена современной медно-оловянной бронзой в 1500 г. до н.э. Неясно, были ли в какой-то момент времени кузнецы, которые производили медно-мышьяковую бронзу, специально добавляли оксиды мышьяка, или они исследовали некоторые медные залежи, в которых мышьяк оказался примесью удачи. Первая медно-оловянная бронза датируется 3200 г. до н.э., опять же из Малой Азии. Медно-оловянные бронзы тверже и долговечнее медно-мышьяковых, что сделало их устаревшими. Процесс, с помощью которого кузнецы научились производить медно-оловянные бронзы, снова остается загадкой. Первые такие бронзы, вероятно, были результатом счастливой случайности из-за загрязнения медных руд оловом, но к 2000 г. до н.э. мы знаем, что олово добывалось специально для производства бронзы. Это удивительно, учитывая, что олово является полуредким металлом, и даже богатая касситеритовая руда содержит только 5% олова. Кроме того, касситерит выглядит как любая обычная горная порода, и для его поиска и обнаружения более богатых залежей требуются специальные навыки (или специальные инструменты). Но какие бы шаги ни были предприняты для изучения олова, к 2000 г. до н.э. они были полностью изучены. Выплавка раннего чугуна Основная статья: История черной металлургии Самые ранние на сегодняшний день свидетельства плавки железа обнаружены в Телль-Хамме, Иордания (см. также внешнюю ссылку), и датируются 930 г. до н.э. (датировка C14). Однако, основываясь на археологических записях о железных артефактах, становится ясно, что преднамеренное восстановление металлического железа из земных руд (в случае Хамме а гематитовой руды) должно было начаться ближе к концу позднего бронзового века (ок. 1600–1600 гг.). 1150 г. до н.э.). Где и как была обнаружена выплавка железа, широко обсуждаются и остаются неопределенными из-за значительного отсутствия производственных находок. Тем не менее, существует некоторый консенсус в отношении того, что технология производства железа возникла на Ближнем Востоке, возможно, в Восточной Анатолии. В Древнем Египте где-то между Третьим промежуточным периодом и 23-й династией (ок. 1100–750 гг. до н. э.) есть признаки обработки железа. Примечательно, однако, что ни в какой период в Египте не было свидетельств выплавки железа из руды. Есть и другие указания на выплавку и обработку железа в Западной Африке к 1200 г. до н. э. [1] . Кроме того, было обнаружено, что самые ранние образцы углеродистой стали производились около 2000 лет назад на северо-западе Танзании на основе сложных принципов предварительного нагрева. Эти открытия имеют большое значение для истории металлургии. [2] Большинство ранних процессов в Европе и Африке включали плавку железной руды в плавильном заводе, где температура поддерживалась достаточно низкой, чтобы железо не плавилось. В результате получается губчатая масса железа, называемая налетом, которую затем необходимо уплотнить молотком. Поздняя выплавка чугуна Основная статья: История черной металлургии Со времен Средневековья процесс прямого восстановления в блюмериях стал заменяться косвенным процессом. При этом доменная печь использовалась для производства чугуна, который затем должен был пройти дальнейший процесс для получения кованого пруткового чугуна. Более подробную информацию об этом можно найти в статье о доменной печи. Процессы для второго этапа включают очистку в кузне для отделки и пудинг из промышленной революции. Однако оба процесса сейчас устарели, и кованое железо сейчас практически не производится. Вместо этого мягкую сталь производят в бессемеровском конвертере или другими способами. Неблагородные металлы Руды цветных металлов часто представляют собой сульфиды. В последние века использовались отражательные плавильные печи (иногда называемые вагранками). Они обеспечивают раздельное плавление топлива и шихты. Традиционно они использовались для проведения первой стадии: образования двух жидкостей, одна из которых представляет собой оксидный шлак, содержащий большую часть примесных элементов, а другая — сульфидный штейн, содержащий ценный сульфид металла и некоторые примеси. Такие «реверберационные» печи сегодня имеют длину около 40 м, высоту 3 м и ширину 10 м. Топливо сжигается с одного конца, и тепло расплавляет сухие сульфидные концентраты (обычно после частичного обжига), которые подаются через отверстия в своде печи. Шлак всплывает поверх более тяжелого штейна и удаляется и выбрасывается или перерабатывается. Затем сульфидный штейн направляется в конвертер. Однако точные детали процесса будут варьироваться от одного металла к другому. 9 Мине, Адольф (1905 г.). Производство алюминия и его промышленное использование , Леонард Уолдо (переводчик, дополнения), Нью-Йорк, Лондон: John Wiley and Sons, Chapman & Hall, через сканирование Google Книг Университета Висконсина — копия Мэдисона, 244 (говорит Мине) +116 (говорит Эру). Проверено 28 октября 2007 г.   Библиография Pleiner, R. (2000) Железо в археологии. Европейский металлургический завод , Praha, Archeologický Ústav Av Cr. Veldhuijzen, H.A. (2005) Техническая керамика в ранней выплавке чугуна. Роль керамики в производстве железа в начале первого тысячелетия до нашей эры в Телль-Хамме (Аз-Зарка), Иордания. В: Пруденсио, И. Диас, И. и Варенборг, Дж. К. (ред.) Понимание людей через их керамику; Материалы 7-го Европейского совещания по древней керамике (Emac ’03) . Лиссабон, Instituto Português de Arqueologia (IPA). Veldhuijzen, H.A. и Ререн, Т. (2006) Формирование шлака выплавки чугуна в Телль-Хамме (Аз-Зарка), Иордания. В: Перес-Арантеги, Х. (ред.) Материалы 34-го Международного симпозиума по археометрии, Сарагоса, 3-7 мая 2004 г. . Сарагоса, Institución «Fernando el Católico» (C.S.I.C.) Excma. Дипутасьон-де-Сарагоса. См. также Блюмери Шлак Кованое железо Чугун Доменная печь Печь Металлургия Пирометаллургия Добыча меди Железный век

Эта статья находится под лицензией GNU Free Documentation License. Он использует материал из статьи Википедии «Плавка». Список авторов есть в Википедии.

Наука плавки — 5. Детали плавки 2

Наука плавки — 5. Детали плавки 2

	Больше для плавки
	Мы кратко рассмотрим четыре темы здесь: Что ограничивает размер плавильный завод ? Насколько жарко должно быть? Роль шлак . Можно ли пахнуть без образования шлака и почему это не обязательно желательно? Как можно оптимизировать шлак? Как часто упоминается «грязный и неэффективный» древняя плавка работа? Как Плавка развиваться? Есть ли способы плавить без угарного газа? Чем отличается, например, медь от плавка чугуна ? Может ли хорошо спроектированный эффективный медеплавильный завод также производить железо, если заряжать железной рудой? Давайте рассмотрим эти темы один за другим
	Пределы до Размер плавильни
	Из вышеупомянутого положений (извините, но я вынужден читать много юридической настоящее время) то, что вы узнали в предыдущих модулях, ограничения на размер плавильня станет ясна, как только мы посмотрим, что нужно для запуска большой: Подача воздуха. Вам нужно чертовски много воздуха для работы большой современной доменной печи. Когда вы смотрите на одного из этих гигантов, большая часть того, что вы видите, на самом деле предназначена для обеспечения подачи воздуха; смотри картинка ниже. И вам нужно гораздо больше энергии для движения воздуха, чем водяное колесо может поставить.
		Современная доменная печь. Большая часть того, что вы видите, относится к системе подачи воздуха
		Механика и логистика. Огромный плавильным заводам нужны устойчивые конструкции и, следовательно, много стали, бетона и т. д. на. Вы просто не смогли бы построить его только из камней, глины и дерева. Они тоже нужно кормить огромным количеством руды, топлива и флюса. Это просто не возможно, без разветвленной системы железных дорог и тому подобного. Операция. Большим плавильным заводам нужно больше людей за то, что они работают. Это означает, что в какой-то момент вам нужно людей для надзора за теми, кто действительно работает. Вам нужны люди для управления инфраструктуры, чтобы найти способы минимизировать налоги, чтобы угрожать вашим клиентам оплачивать свои счета или что-то еще, и так далее. Вам нужна некоторая иерархия и структура, чтобы держать всех (в разумных пределах) счастливыми, при этом получая прибыль. Не легкий вещь которую нужно сделать. Риски. Если что-то пойдет не так с большой плавильный завод, финансовые потери огромны. Вы не можете восстановить или отремонтировать его быстро, и каждый день, когда он не работает, сильно отбрасывает вас назад. Выход. Вы производите много (приведение) железо, и вы должны уметь обращаться с ним. Размер цветка. Если у вас нет чугуна производя плавильный завод, но блумери , вы можете почти забудьте обо всем вышеперечисленном, потому что теперь у вас есть очень простой и базовый ограничение: Ваш налет, губчатый кусок твердого железа с включениями шлака, уголь и прочее, не должно быть слишком большим ! Иначе вы не сможете с ним справиться или обработать!
	Прежде всего, если цветение слишком большой, из плавильни его не вытащишь. Снос плавильного завода после одного использовать можно, если он относительно небольшой и его легко перестроить. Вы не Однако каждый раз, когда вы производите цветение, вы хотите снести большую плавильню. Во-вторых, вы должны обработать цветок, пока он еще горячий. Обработка просто значит стукнуть молотком, уплотнить контактной сваркой и сжать из шлака, пока он еще жидкий. Если у вас есть только один жалкий рабочей силы в вашем распоряжении, с одним обычным молотом, ваш цвет не должен быть больше, чем примерно два больших кулака. В противном случае вы просто не сможете ударить его достаточно сильно сделать работу.
		Люди разрезали цветы пополам топором правильно после того, как один был извлечен из печи. Это требует использования двух кузнецы для последующего стука. Вы могли бы придумать несколько других трюков, но ничего не помогает, пока вы работаете с человеческой силой: блумери очень ограничен в размер. Ваш единственный выход в какой-то степени — использовать большие молоты, приводимые в движение силой воды, как эта мать. Добавьте «мощность сильфоны», и вы можете производить 50 кг цветов. Но конец близок. достигла своего дна примерно в 1770 году, когда было произведено почти 1 тонна (1000 кг) цветов с огромные усилия. Доменные печи производили гораздо больше чугуна с гораздо меньшими усилиями. тогда.

	Как жарко Должно получиться?
	Природа вашего топлива определяет максимум температура, которую можно получить в наилучших возможных условиях. За хороший уголь это был T max » 2000 o C (3600 o F) . Подача кислорода (не то же самое, что «воздух»!) и теплоизоляция определяет максимальную температура, которую вы можете достичь в вашей конкретной настройке.
		Предельное значение для паяльной трубки составляет около 1 200 o C (2 192 o F), и эту температуру можно рассматривать как предел для раннего металлургия. Этого достаточно для плавления . металлов, таких как свинец, олово, медь, бронза, золото и серебро, и почти достаточно для (беспорядочной) плавки меди, олова и свинец, но маргинален для выплавки чугуна и способен полностью расплавить только отливку железо . С помощью мехов и хорошо спроектированной плавильной печи вы можете легко получить 1 500 или C. (2 732 или Ф). Естественная тяга или ветряные печи также могут быть в состоянии получить это далеко. Решают ли такие высокие температуры все проблемы с плавкой/плавлением?
		Нет! Очень высокие температуры вызывают проблемы
	Две проблемы, касающиеся очень высокого температуры общие для всего пиротехнического оборудования: Материал, используемый для изготовления оборудования, может не выдерживать очень высоких температуры или не будет иметь длительный срок службы. Он также может реагировать на нагрузка, как бы становится «флюс». Это довольно серьезно, когда вы стремитесь к 1 500 o C (2 732 o F) или выше. Термин « огнеупорные материалы » несет здесь большой вес. Затраты растут экспоненциально с каждым добавленным градусом Цельсия. Другие возникающие проблемы специфичны для материала, который вы пытаетесь обработать. В ниже приведены несколько примеров.
	Медь в выплавке почти всегда участвует железо. Некоторая железная руда является любой частью пустой породы или был добавлен намеренно, потому что это хороший «флюс» и обычно используется, когда шлак производится преднамеренно, т.е. всякий раз, когда медь выплавлено в количествах, см. ниже. Почти неизбежно, что некоторое количество железа получают при плавке меди. Железо есть растворим в жидкой меди в незначительной степени при температурах, близких к температуре плавления точки меди, но ее растворимость быстро увеличивается с увеличением температура. Если у вас слишком высокая температура, вы получите богатую железом медь, а это не так. хороший! Медно-железные сплавы не обладают желаемыми свойствами и должны быть избегали.
	За первые два тысячелетия серьезное плавление железа , большинство операторов нацелено для «кованого железа» или железа с относительно низким содержанием углерода. какая необходимо было избежать случайного производства чугуна. Только Китайцы умоляли быть другой. Если у вас слишком высокая температура, возможно, из-за того, что соотношение древесного угля и руды было слишком большой, или из-за того, что вы сильно напрягли мехи, вы произвели то ли чугун, то ли налет со слишком большой концентрацией углерода, то ли и то и другое одновременно. Раньше это не нравилось «западным» металлургам 1500 или около того. Они также не могли иметь дело с высокоуглеродистой сталью, как «Индийцы» ни с чугуном как китайцы. И почему они должны? Их технология работы с кованым железом и мягкой сталью была непревзойденной. после всего. Кельты, римляне, рыцари «темных веков», крестоносцы и так далее. выигрывали много боев на мечах и битвах, а если и проигрывали, то не потому, что их сталь была хуже.
		Можно было бы добавить еще много чего, но я уверен, что вы поняли идея!

	Роль шлака
	Пришла тема «шлак» много в предыдущих модулях, и два следующих пункта должны быть уже довольно ясно: Образование шлака во время плавки практически неизбежно. Шлак, если он произведен «правильно», не только хорош, но и необходим для эффективное плавление.
	Давайте посмотрим на первый пункт. Почему производство шлака «почти» неизбежно, спросите вы? основная реакция плавления Me y O + CO Þ y Me + CO 2 нужен только руда и окись углерода (СО) и не образует шлака. Если я позабочусь о том, чтобы я только кормил очищать руду и уголь в плавильне, почему должен производиться шлак?
		Вы, безусловно, правы. Если вы сделаете именно это, шлак производиться не будет. Вы также будете , а не производят шлак — материал, который был скорее жидкость однократно — если у вас температура в среднем слишком низкая (ниже примерно 1. 100 o С (2 012 o F). Вы все еще можете производить немного меди, однако, из-за случайных «горячих точек», которые вы производить во время работы с выдувной трубкой. На самом деле, очень ранняя выплавка меди, по-видимому, была довольно «безшлаковый». У меня есть эта часть информации и многое из того, что описано здесь и в соответствующих модулях из Андреас Книга Гауптмана: «Археометаллургия меди», настоящая сокровищница (но не все так легко читается) и Книга Редера, уже упомянул. Бесшлаковая плавка вызывает определенную проблему, потому что археологи обучены ищите шлак, если ищут плавку. Легко не заметить признаки плавка, если шлака нет или его очень мало. И это практически невозможно выяснить, использовался ли 5000-летний тигель для «бесшлаковая» плавка s или только для расплавить немного меди.
	Теперь ко второму точка. Что именно равно шлак и что это это хорошо для? Ответ, конечно, таков: это зависит. На каком металле вы пытаетесь плавить, какую руду вы используете (их много разные виды!), вид пустой породы, с которой смешана руда, и от того, что происходит внутри вашего плавильный завод. Безнадежный? Не совсем! Есть несколько моментов, которые в принципе достаточно универсальны, если разные в деталях. Я дам их вам один за другим. Сначала давайте посмотрим на микроструктура некоторых шлаков:
		Микроструктура некоторых шлаков из железа плавка Шлаки полевой добычи и экспериментальные шлаки ВИРГ Белый: вюстит FeO; светло-серый: фаялит Fe 2 SiO 2 ; черный: стекловидный анортит CaO/Al 2 O 3 /2SiO 2 Источник: Интернет-страницы WEALDEN IRON ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ГРУППА (WIRG) — Спасибо! Микроструктура некоторых шлаков из меди плавка Источник: Гауптмана замечательная книга
		«Медный шлак» справа выше из ранняя выплавка меди в районе Фаян / Иордания. Образец из соседнего произведение может выглядеть совсем иначе. Белое вещество — это магнетит, смешанный с кристобалит и тридимит (черный). Между ними находится стекловидная матрица (серая) и столбчатый делафоссит. Нет, не буду объяснять. Поверь мне: ты нет хочу узнать подробности о шлаке. Достаточно хорошо знать, что есть люди, которые знают (почти) все, что нужно знать о шлаке. Давайте сосредоточимся о том, что шлак делает для нас.
	1. Жидкий шлак транспортирует металл туда, куда вам нужно. Процесс восстановления обычно происходит при средние температуры. руда превращается в пористый металл, покрывающий рудное тело, и этот композит до сих пор покрыт коркой. Производимый металл занимает меньший объем чем руда, и это вызовет напряжение и, возможно, растрескивание, обнажая больше руды в восстановительный газ. В конце концов все частицы руды уменьшаются, и у вас есть небольшие пористые или губчатые металлические частицы и куски металлической пустой породы, все еще висящие вместе. Теперь вы хотите, чтобы ваши металлические частицы двигались через окисляя горячую зону вашего плавильного завода , не становясь окисленный и, в случае железа, сильно науглероженный. Если они это сделают что, поскольку твердые тела движутся вниз с медленной скоростью бремени, шансы невелики что они проходят через окислительную зону, не окисляясь полностью опять таки. Если металл должен перейти в жидкое состояние уже в зоне восстановления, он просачиваться вниз, и это намного быстрее. Затем части жидкого металла могут его на дно и собирают там в жидком состоянии. Это может случиться для меди и почти наверняка произойдет для свинца и олова. Тем не менее, вы потеряет часть произведенного металла. Он окислится и попадет в шлак. Если вы расплавите железо, оно не станет жидким. Но мелкие частицы железа производится в верхней части плавильного завода, все еще необходимо перемещаться ниже фурмы, где они собираются и спекаются вместе в своего рода самодвижущемся порошковая металлургия процесс. Они могут это делать, пока они достаточно горячие и их поверхность «чистый» и не окисленный. Это то, что должно произойти, если «расцветать» — формироваться. Как металлическая частица, вы не можете избежать некоторого окисления в горячем и неподвижном состоянии. богатая кислородом зона вокруг фурмы. Если вы будете двигаться быстро, вы можете избежать но полное окисление. Быстрое движение потребует, чтобы время пребывания вашего процесса должно быть коротким. Но как это сделать? Время пребывания хорошо работающего процесса в значительной степени исправлено, и вы не можете изменить его по своему желанию. Более того, если вы слишком быстро двигаетесь по горячие зоны, ваш металл может не расплавиться или стать достаточно перегрет, чтобы оставаться в расплавленном состоянии. Как ни посмотри, у тебя проблема
		Вот решение проблемы: Приложить ваш металл во что-то жидкое, что защитит его и перемещают его вниз быстрее, чем бремя движется. Это «что-то жидкое» — шлак, конечно. Возьмите ведро, проделайте в дне множество мелких отверстий, наполните его обычным угля для барбекю и налейте немного воды сверху. Что будет просачиваться в дно довольно грязная вода, так как она унесла все мелкие кусочки древесного угля с ним, когда он просочился вниз. Если вы посмотрите внимательно, вы также заметите, что мелкие частицы пыли внутри капли воды сплавляются вместе, цепляясь за друг друга. То же самое с металлическими частицами внутри жидкого шлака. Внутри жидкости при падении они имеют тенденцию к комку, потому что это уменьшает их поверхность и, следовательно, поверхность энергия. Не имеет большого значения, твердые или жидкие частицы металла; Это работает в любом случае. Ключевое слово — «поверхность». напряжение», но я не буду вдаваться в подробности здесь.
	Пришло время сделать два замечания о плавки, которые редко упоминаются в литературе. Предположим, у нас есть оптимальные шлаковые условия и современное оборудование без ограничений по температура. Итак, можем ли мы: Сделать сплошной блюм из меди? В других слова плавили медь, не разжижая ее? Ответ: Нет! Твердые частицы меди не свариваются вместе, даже если очень жарко. Вы также не можете обжигать или сваривать медь молотком. Что вероятно, верно и для многих других металлов. Сделать жидкое кованое железо ? Ответ есть: Нет! Если вы доведете свою плавильню до температурах, достаточных для расплавления железа, полученного при восстановлении зоне, он растворил бы так много углерода на своем пути вниз, что вы всегда с богатым углеродом чугуном.
	2. Шлак избавляется от пустой породы . Это немного тривиально, но подумайте: как бы работала ваша плавильная печь, если бы пустая порода не сжижается, а остается твердым? Вы бы собирали все больше и больше «камни» и каменная пыль внутри плавильни. Вы плавить бы не работать очень хорошо через некоторое время и полностью останавливаться через некоторое время. если ты разжижения пустой породы, вы можете удалить ее, периодически постукивая по шлаку или просто дайте ему вытечь естественным путем. Немецкое слово, означающее «бежать», «реннен» и вот почему блюмерии называются « Rennöfen » («Ходовые печи»), точно так же, как ter — это «насморк» на английском языке.
	3. Шлак избавляет от некоторых нежелательных примесей . Если повезет, некоторые примеси, которые вы не хотите иметь в своем металле, предпочтут раствориться в шлаке. Это поддерживает концентрацию в металле ниже, чем то, что вы бы получили без шлака.
		Это работает для некоторых, но не для всех примесей. Но даже в этом случае шлак не решит всех ваших проблем с примесями, он все же лучше чем ничего. Помогает, например, удерживать таких проходимцев, как фосфор (P) и сера (S) в чеке. Может быть, скорректировав состав шлака, можно избавиться еще от нескольких примеси? Получить к нему!
	4. Шлак защищает бассейн расплавленного металла в самом низу вашей печи. Шлак может сделать это, потому что он никогда не смешивается с расплавленным металлом (как, например, вода и спирт), но всегда разделяются (как вода и масло). Ключевое слово вот «поверхность напряжение» или энергия еще раз. Шлак всегда сверху, потому что его плотность меньше, чем у металлов. который можно плавить с углеродом.
	Этого должно быть достаточно, чтобы убедить вас этот шлак не только почти неизбежен, но и полезен. И что, точно, что такое шлак и как оптимизировать его свойства? опять не скажу вы детализируете лишь несколько общих моментов. Шлак – это всегда достаточно сложная смесь нескольких компонентов (см. выше!). Поскольку большинство «камней» и таким образом, большая часть пустой породы содержит силикаты, вы всегда найдете там силикаты. Поскольку «грязный кремнезем» — это просто другое слово для обозначения стекло, шлак обычно демонстрирует стекловидное поведение. Он не тает, когда нагревается, он просто становится менее вязкий. Сделайте его достаточно горячим, и его текучесть (почти) похожа что воды. Температура, необходимая для достижения хорошей текучести, зависит от ингредиенты.
		Важный первый пункт об оптимизации шлака заключается в том, что у вас достаточно (как правило, больше, чем металла), и что это будет достаточно жидкая, скажем, при 1 100 o C (2 012 o F). А также Вот почему вы часто добавляете немного « flux » к своему бремени, ко всему, что идет в свою плавильню. Флюс необходим для получения хорошей текучести на «низком» уровне. температуры и получить достаточное количество шлака. Правильный флюс также может улучшить качество шлака. свойства по отношению к другим точкам. Поиск правильного типа и количества флюса является одним из секретов превосходного качества. плавка. Вот один из таких секретов выявлено для выплавки чугуна: Флюс «Брауншпат» (коричневый шпат) и «Eisenkalk» (железистый мел) в точном количестве — и оба флюса по существу сидерит или карбонат железа (FeCO 3 ). Сидерит обычно является лучшим флюсом, чем другие железные руды. но все железные руды «работают» и использовались всеми кому не лень на всем протяжении тысячелетия. Не только для выплавки железа, но и для выплавки меди! То есть причина, по которой древние шлаки от выплавки меди или от выплавки железа часто очень похожи по составу.
		Тот факт, что железные руды являются очень хорошими флюсами означает, что выплавка чугуна может быть « самофлюсующейся «. Красиво, но расточительно, потому что много вашего железа тогда окажется в шлаке. На самом деле, вы можете произвести ничего, кроме шлака в вашем плавильном цеху, если вы точно не знаете, кто вы делает. Довольно интересно, не правда ли? Парни, у которых, к счастью, есть немного сидерита в их железные руды (как протоавстрийцы, которые подлизывались к римлянам), автоматически получают лучшую плавку по сравнению с теми ребятами, которым приходится обходиться без это (как протошлезвиг-голштинцы в моем районе, которые боролись с римляне).
	Анализ состава древнего шлака и, используя полученные знания, вернуться к техника плавки, довольно сложная и разочаровывающая, но полезная предприятие. Кажется, сейчас он вступает в свои права, и это довольно определенно что много захватывающих новых взглядов на развитие технологий обработки металлов получится в ближайшее время. Однако здесь я оставлю эту тему сейчас, пока она не стала слишком очевидной. что я ничего об этом не знаю.
		Куча шлака на Кипре примерно 500 г. до н.э. получение поперечного сечения Источник: Эрез Бен-Йосеф, Рон Шаар, Лиза Такс, Томас Э. Леви и Василики Кассианиду: «Кипр Археомагнитный проект (CAMP): нацелен на шлаковые месторождения Кипра и Восточное Средиземноморье», Antiquity Volume 085. Выпуск 330. Декабрь. 2011

	«Грязная и неэффективная» Древняя плавка: Горнило и Паяльная трубка
	Первая крупная плавка произведена медь. Это точно был , а не . на плавильном заводе, таком большом и сложном, как тот, который я использовал объяснить основы плавки. Многие люди предполагают, что это не было сделано в плавильне, но случайно попал в костер, делая глиняной посуды или во время обжига горение извести. Фактически, Я не читал о последнем, так что я претендую на кредит. Обжиг извести, после все, это техника гораздо более древняя, чем выплавка или гончарное дело, и уже довольно развивались до того, как появилась плавка. Может ли это быть правдой? Не могли бы вы понюхать что-то простое типа олова, свинца или меди случайно в костре или в печи? Ответ: это почти невозможно — но не совсем. Давайте посмотрим, почему.
		1. Вам нужно иметь руду в огне. Банка руды довольно редки. Поэтому очень маловероятно, но не невозможно, что некоторые случайно попадают в костер. То же самое для свинцовой и медной руды, даже в этом случае они не так уж редки. 2. Вам нужен угарный газ для восстановления руды. Или ты? как мы будем см. ниже, вы можете восстановить руду без угарного газа, но это не тут очень помогают. Угарный газ образуется, если некоторое количество углерода достаточно горячее (около 1 000 или С; 1 832 или Ф) и лишенный кислорода/воздуха. Это очень маловероятно — но не невозможно — происходит в типичном дровяном костре. 3. Если, несмотря ни на что, вам удастся произвести кусок металла, он немедленно плавится в случае свинца и олова, поглощаясь пеплом и куски угля. Медь не плавится (такого огня не бывает в походном костре), а образует небольшие хлипкие кусочки, склонные к немедленному окислению. Другими словами: если вы не посмотрите очень внимательно на остатки вашего костра, вы бы этого не заметили вы произвели немного металла. 4. Как насчет керамики? Вы украшаете некоторые горшки некоторыми красочные медные руды и затем уволить их. Вы бы не понюхали эти руды? Ну, возможно. В правильном печь, бег при высоких температурах выше, скажем, 1 000 90 257 o 90 258 C; (1 832 o F) и с специально созданной восстановительной атмосферой (иначе она всегда была бы окисляющей), может случиться выплавка меди — но эта продвинутая керамика появилась намного позже того, как была изобретена плавка! В качестве до тех пор, пока горшки обжигали, помещая их в своего рода прославленный лагерь огонь — см. выше!
		Ф. Оверман, в «А» Трактат о металлургии (Нью-Йорк и Лондон, 1852 ) с. 656., написал вслед за темой: «Если западный глубинник хочет выстрела или пуль, он разожжет огонь в дупле дерева или старом пне дерева, поместите немного галенита на обугленное дерево и расплавьте его. После остывая, он находит металл на дне дупла». Если это действительно так, мы все равно должны принять к сведению, что это не было случайное плавление в костре но преднамеренная плавка в очень примитивной печи.
	Люди во время плавки возникла медь, были одержимы «зелеными камнями», используется для изготовления украшений. Иногда они сталкиваются с самородной медью (выглядящей зеленой). так как окислился снаружи), и иногда они признавали, что это что-то другое работало это в бисер и шило. Каким-то образом, и я не претендую на то, чтобы знать, как именно, они, должно быть, плавили медь. случайно при работе с зеленью так или иначе. Большинство из время никто не заметил. Иногда кто-то замечал, но не мог воспроизвести «экспериментировать» и потерял интерес. Но в конце концов кто-то где-то начали намеренно производить медь, и эта техника прижилась. Как убедительно свидетельствуют современные данные, очень ранняя «медная «промышленность» носила надомный характер. Вы работали дома с «привозной» медной рудой. Признаков плавки меди никогда не было обнаружены при самых ранних разработках медной руды; кажется, это было сделано в поселения в другом месте. Первая преднамеренная плавка меди была произведена в самой простой плавильне. можно представить: «стандартная» керамическая миска диаметром около (20–30) см. и (16 — 30) см в высоту. Мы называем такую ​​чашу тигель но нет принципиальной разницы с чаша, используемая, например, для варки пива. Пока он был сделан из приличного глина и хорошо обожженная (не обязательно при очень высоких температурах) была в порядке. Вот как это выглядело схематически, настоящие чаши здесь.
		Примитивная плавка и плавка в мелких тигли
	Для плавки вы складываете свой уголь — руда смесь больше на одной стороне и окуните свою паяльную трубку в слой древесного угля. Несколько см за отверстием вашей паяльной трубки — простая трость, укрепленная на горячем конце с глиной — температура 1200 или С (2192 o F) можно было связаться, если бы все было в порядке; достаточно для производят окись углерода (CO) несколько дальше, уменьшая медную руду в Путь взрыва. Также может образоваться немного шлака, который станет жидким, и капает вниз. Но это происходит только во время взрыва и в небольшой области. Когда вы перестаете дуть, потому что вам нужно вдохнуть свежий воздух, все охлаждается вниз. При следующем дуновении температура снова подскакивает, но несколько другую область, потому что положение вашей духовой трубки немного изменилось, и путь нагнетаемого воздуха через угольный слой также отличается, потому что угли несколько осели и геометрия другая. Да, это грязно и неэффективно, но есть преимущества: вы можете легко манипулируйте содержимым вашей «плавильни»: таскайте угли, добавляйте топливо и руда здесь или там, удар в том или ином месте и так далее. Вы не можете этого сделать в более крупном плавильном цехе доменного типа, по крайней мере, нелегко.
		Как правило, вы не получите лужу жидкости таким образом медь покрыта жидким шлаком. Ваша средняя температура слишком низкая, а пространственная и временная однородность процесса недостаточно хорошая. То, что вы получаете, представляет собой грязную смесь медь гранулы , погруженные в расплавленную массу из частично сжиженного шлака, древесного угля куски и остатки руды.
	Ранняя медь «промышленность», оказывается, состояла в основном из обработки тигля содержимое, ударив по нему каменными молотками, чтобы оторвать драгоценные маленькие кусочки там меди. Следующим шагом будет плавление (и, таким образом, также автоматически рафинирование) меди. Это было сделано в таком же тигле, только значительно меньше; вот примеры. Как я уже заявил раньше, если вы не умеете плавить, у вас будут большие проблемы, чтобы просто расплавить самородную медь. Но если вы владеете плавильной технологией, плавка теперь легко по нескольким причинам: Во-первых, тигель меньшего размера означает, что у вас больше воздуха «на древесный уголь». Вы можете сделать свой тигель маленьким, потому что вам не нужно производить CO, для которого требуется больше слоев древесного угля. Для производства окиси углерода требуется довольно много энергии, которая затем теряется. для повышения температуры. Для плавки меди требуется гораздо меньше энергии, чем для восстановления руды. Все это просто означает, что гораздо легче достичь и поддерживать высокий уровень температуры в плавильном тигле.
		Все, что вам нужно сделать, это подуть прямо на слой древесных углей сверху Прямо под поверхностью (фактическое расстояние смотря как сильно дуть) температура будет на пиковых значениях и жарко достаточно, чтобы расплавить там медь. Вы также даете достаточно энергии, чтобы сформировать жидкого шлака, и в итоге вы получите хороший бассейн жидкой меди, защищенный каким-то шлак. Ваш « слиток » после охлаждения станет круглым плосковыпуклый диск — и это то, что археологи склонны находить в ранней меди плавильных обществ.
	Процесс, однако, беспорядочный и неэффективный. Он не подходит для «массового производства» меди. Тем более пока работает — не ну а именно так — с оксидными или карбонатными рудами найдено на поверхности вблизи Госсан или немного ниже месторождения медной руды, типичные сульфиды находятся немного глубже будет иметь тенденцию создавать проблемы. Ядовитые серосодержащие пары, выходящие из ваш тигель будет первой, но не единственной проблемой.

	Плавка в тигле с подогревом снаружи
	Плавка в тигле может производиться в способ, совершенно отличный от того, что указано выше. Все, что вам нужно сделать, это заполнить тигель с соответствующей смесью руды, древесного угля и флюса, и нагревать его от снаружи. Поместите его, например, в печь или полностью погрузите в в угольном костре. Это не важный метод, и даже неясно, использовался ли он когда-либо в древность. Однако, по некоторым данным, вариант знаменитого индийского тигельная (или воотц) сталь может быть сделано таким образом.
		Один из способов сделать это — припудрить ингредиенты. Вы не продуваете воздух через них, поэтому вам не нужно обеспечивать много свободного места, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Так как углерод там будет очень жарко, а так как много СО 2 рядом с чем угодно вы делаете, чтобы сделать тигель очень горячим, есть вероятность, что вы будете производить углерод монооксид внутри вашего тигля и уменьшить руду. Но вам даже не нужно сделай это! Сюрприз:
		Плавка может производиться без угарного газа!
		Вы можете восстанавливать руду напрямую с помощью твердого углерода ! Одна возможная реакция (из многих) это:
		2 Fe 2 O 3 + 5 C   Þ     4 Fe + CO 2 + 4 CO
	Это так называемое карботермическая реакция не очень эффективная реакция, поскольку она может происходить только там, где твердый углерод соприкасается твердая руда, и этот контакт даже разрушается реакцией! Имея небольшой частицы, тщательно перемешанные, помогут добиться максимально возможной площади контакта возможный. Но тогда эта прямая реакция может произвести свой собственный монооксид углерода, как в приведенном выше примере, запуская обычную реакцию восстановления. Длинный и короче все просто
		Использование карботермической реакции позволяет плавить в окислительной атмосфере
		Окислительная атмосфера — это то, что у вас есть в обычных костров или дровяных печей, потому что вы всегда даете больше кислорода, чем потребляете топливом, если не принять специальных мер. Другими словами: вы можете нанять простые и дешевые дрова. Есть улов, из курс. Все должно быть правильно, потому что у вас мало контроля о том, что происходит в вашем тигле, как только вы зажжете огонь. Ваш тигель должен быть изготовлен из огнеупорных материалов и очень хорошего качества, чтобы быть в состоянии выдержать жару и не стать частью шлака и так далее. тигли, используемые для плавки труб с прямым дутьем, напротив, практически не нагреваются. снаружи, и в большинстве случаев, если внутри не бывает очень высоких температур либо. Также может существовать опасность того, что реакция «запустится». прочь», и газ выбрасывается так быстро, что камера взрывается.0177
	Редер подозревает, что плавка в нагретой форме тигля внешняя сторона могла широко использоваться для всех виды металлов. К сожалению, легко узнаваемых артефактов не осталось позади. Если древняя печь использовалась только для гончарных изделий или также для тигля плавки трудно сказать по тому немногому, что осталось, особенно если процесс был проведен без образования большого количества шлака. Я предполагаю, что это тигель Плавильный завод не может конкурировать с хорошо управляемым сильфонным плавильным заводом.

	Железная банка быть переплавленным в медеплавильном заводе?
	Сложный вопрос. Это тот факт, что железо было случайно получено при выплавке старинной меди, что привело к различные проблемы и особая новая отрасль.
		Однако, если бы можно было эффективно плавить железо в медеплавильный завод, просто заменяющий медную руду железной рудой, это другой вопрос. Я займусь этим в основном и косвенно в следующем модуль этой серии.

---

С рамкой

Книги и другие основные источники

10.1.3 Плавка, плавка, литье и легирование меди — первое

Технология ранних металлов — 2. Серебро и свинец

Плавильная наука — 1. Печи

Ранняя пиротехника — Керамика

Ранняя пиротехника — 2. Первые технические применения

10.2.4 Блюмери

Плавильная наука

10.1.3 Плавка, плавка, литье и легирование меди — вторая

Метеоритный утюг

Железо в Китае

10.4. 10.4.1 Изготовление тигельной стали в древности

Последний угольный завод в Германии

Аппаратные средства для изготовления металлов и их собственные имена

Порошковая металлургия

Медные руды

10. 2.2 Плавка железа

11.6.2 Изготовление японского меча — часть 1

Гомогенная нуклеация

Наука плавки — 3. Технология плавки

Свободная энтальпия восстановительных процессов

Наука о плавке — 4. Детали плавки 1

Кипрская медная и бронзовая промышленность

© H. Föll (сценарий Iron, Steel and Swords)

Плавильная промышленность: глобальное значение и риски

Выплавка чугуна на сталелитейном заводе в Украине.

Плавка — это метод, широко используемый для извлечения металлов из руд после добычи. Существует множество вариантов плавки, и столько же способов извлечения многих металлов, используемых в современном обществе. Однако. Известно также, что многие из этих процессов наносят ущерб окружающей среде и загрязняют ее.

5.

Металлы, извлекаемые плавлением

Плавка — это процесс извлечения металлов из руды при высоких температурах. Руды в основном представляют собой химические соединения металла с другими элементами, такими как кислород, сера. При плавке используется тепло и восстановитель, такой как уголь, для извлечения других элементов из металла в соответствии с Всемирным наследием горнодобывающей промышленности Корнуолла. В результате получается более очищенный металлический продукт. Среди металлов, извлекаемых плавкой, — медь, свинец, никель, цинк, серебро, кобальт, кадмий, золото, алюминий и др. Первичная плавка перерабатывает добытую руду и концентраты, а вторичная плавка извлекает отходы.

4.

История плавки

В 14 веке в Европе впервые начали практиковать плавку. В то время была введена доменная печь, которая использовала большие объемы воздуха и покрывала железную руду древесным углем, согласно Jays Roman History. До этого древние кузнецы никогда не могли нагреть железо до состояния, когда оно становилось жидким. Это означало, что они не могли придать железу желаемую форму с помощью форм, но доменная печь устранила эти проблемы. По данным BacTech Green Resource Center, другие исторические отчеты предполагают, что плавка сначала производилась на олове и свинце, до появления письменных источников. Считается, что племя инков и другие жители территорий Анд занимались плавкой металлов в бронзовом веке и в начале железного века около 1200 г. до н.э. Свинец, как полагают, впервые был выплавлен 9000 лет назад в 3500 г. до н.э. Олово также впервые было выплавлено в сочетании с медью в 3500 г. до н.э. для получения бронзы, согласно Makin Metals Powders.

3. Методы и процессы

Различные металлы имеют процессы плавки. Что касается железа, то, как только руда добывается открытым или подземным способом, ее поднимают на поверхность для дробления, промывки, а затем отправляют в плавильный цех. На плавильном заводе измельченная руда вместе с известняком и коксом помещается в доменную печь, подвергается обдуву горячим воздухом и нагреву и превращается в расплавленное железо. Затем его сливают со дна печи в форму, называемую чушками, и дают затвердеть в чугун в соответствии с Bright Hub Engineering. Затем его превращают в кованое железо или перерабатывают в сталь. Наиболее распространенными способами плавки меди являются реверберационная плавка и взвешенная плавка в кислороде. Для обоих процессов полученная расплавленная медь снова обрабатывается для получения самой чистой меди.

2. Риски для здоровья человека

Известно, что продолжительное воздействие переносимых по воздуху загрязнителей, образующихся при обработке и плавке металлов, вызывает хронические заболевания. Немедленное воздействие вызывает раздражение глаз, носа и горла. В долгосрочной перспективе это вызывает проблемы с сердцем и легкими и, в конечном итоге, преждевременную смерть, согласно рейтингу Worst Polluted (WP) Института Блэксмита. Было задокументировано, что токсичные элементы из плавильных заводов вызывают врожденные дефекты, проблемы с почками, печенью и желудочно-кишечным трактом, а также повреждения дыхательной, нервной и репродуктивной систем. В Ла-Оройя, Перу, по данным Worst Polluted, свинцового плавильного завода, который работает с 1922 вызвал высокий уровень содержания свинца среди детей. По данным Health Line Media, отравление свинцом у детей вызывает психические и физические нарушения.

1.

Экологическая безопасность

Плавка наносит большой ущерб окружающей среде. Сообщается, что выброс газов, таких как диоксид серы, из сульфидных руд в атмосферу вызывает кислотные дожди. В долгосрочной перспективе кислотные дожди вызывают повышение кислотности озер и почв, тем самым отрицательно сказываясь на растительности и живой природе. В Садбери, провинция Онтарио, Канада, загрязнение от плавильных заводов привело к повреждению кислотой озер, уничтожению растительности и широкомасштабному экологическому ущербу. Эксперты приписывают большую часть ущерба окружающей среде старым плавильным заводам с плохим контролем за выбросами. Они выступают за то, чтобы горнодобывающие компании построили новые плавильные и перерабатывающие заводы, предназначенные для поддержания низкого уровня выбросов. Для этих компаний новые плавильные и перерабатывающие заводы обходятся дорого и игнорируются в странах, где соблюдение правил выбросов является слабым, также согласно Worst Polluted.

Джеймс Каруга 25 апреля 2017 г. по экономике

Доказательства древнейших технологий выплавки металлов в Восточном Средиземноморье на JSTOR

журнальная статья

От горна к печи: свидетельства древнейших технологий выплавки металлов в Восточном Средиземноморье

Пол Т. КРАДДОК

Палеориент

Том. 26, № 2, LA PYROTEHNOLOGIE À SES DÉBUTS. ÉVOLUTION DES PREMIÈRES INDUSTRIES FAISANT USAGE DU FEU / РАННИЕ ПИРОТЕКНОЛОГИИ. ЭВОЛЮЦИЯ ПЕРВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ПОЖАР (2000 г.), стр. 151-165 (15 страниц)

Опубликовано: Paleorient and CNRS Editions

https://www.jstor.org/stable/41496588

Читать и загрузить

Войти через школу или библиотеку

Подписаться на JPASS

Неограниченное чтение + 10 загрузок

Ежемесячный план

• Доступ ко всему в коллекции JPASS
• Читать полный текст каждой статьи
• Загрузите до 10 статей в формате PDF, чтобы сохранить их

$19,50/месяц Годовой план

• Доступ ко всему в коллекции JPASS
• Читать полный текст каждой статьи
• Загрузите до 120 статей в формате PDF, чтобы сохранить и сохранить

199 долларов в год

Предварительный просмотр

Предварительный просмотр

Аннотация

Первое контролируемое использование огня в металлургии датируется восьмым тысячелетием до нашей эры, когда самородная медь намеренно нагревалась для изготовления артефактов. Рассматриваются проблемы, как отличить самородную медь от плавленой меди, особенно что касается роли железа в меди. Показано, что технологические корни металлургии не имеют ничего общего с гончарными печами. Металлургия является самостоятельной разработкой. Решающим фактором стало введение древесного угля, важного для создания восстановительных условий при обжиге. Самые ранние стадии в металлургии представлены безшлаковым процессом. Восстановление руд проводилось в тиглях на примере находок из Анатолии, Ирана, Иордании и Пиренейского полуострова. Особое внимание уделяется предполагаемым ранним стадиям металлургии, существовавшей в Тимне. В свете радиоуглеродных данных критически обсуждается так называемая неолитическая и энеолитическая выплавка меди. Ветряные печи играли важную роль в металлургии меди в раннем бронзовом веке, примером чему служат памятники в районе Фейнана, Вади-Дара в Египте и на многочисленных участках в Эгейском море. Позже была введена искусственная подача воздуха с помощью сильфонов и фурм. La première use de feu control Dans la Métallurgie remonte au 8e millénaire avant JC quand le cuivre natif est délibérément chauffé pour donner form à des objets. Les вопросы, которые возникают для distinguer le cuivre natif дю cuivre fundu sont soulevées ici, en particulier en ce qui confere le rôle que joue le fer dans le cuivre. Il est montré que sur le plan technologique, à ses racines, la métallurgie n’a rien de commun avec les fours destinés à la cuisson de la poterie. «Металлургия» зависит от независимого развития. Le facteur décisif est l’introduction du charbon qui permet de produire une atmosphère réductrice Pendant la chauffe. Aux premiers stades les procédés utilisés en metallurgie ne laissent aucune scorie. La réduction du minerai se fait dans des creusets comme le montrent ceux retrouvés en Anatolie, en Iran, en Jordanie et dans la Péninsule Ibérique. L’attention est portée ici sur ce que Certains pensent être les premiers stades de la métallurgie et qui auraient eu вместо Timna. Слияние cuivre предполагается remonter au Néolithique et au Chalcolithique est discutée ici à la lumière des données ¹⁴C. Les Fourneaux Activés par le vent jouent au Bronze Ancien un role majeur comme le montrent les découvertes des sites de la région de Feinan en Jordanie et de Wadi Dara en Égypte ainsi que d’autres instances nombreux de l’Egée. Plus tardivement, l’air est apporté de façon artificielle par des soufflets et des tuyères.

Информация о журнале

Paléorient — междисциплинарный международный журнал, способствующий обмену идеями между доисториками, археологами и любыми специалистами, занимающимися исследованиями эволюции человека и окружающей его среды, от ее появления до зарождения городской цивилизации. Охватываемая географическая область простирается от Средиземного моря до Инда, от Средней Азии до Персидского залива. Paléorient est une revue internationale pluridisciplinaire qui favorise les échanges d’idees entre préhistoriens, archéologues et tout spécialiste manant des recherches sur l’évolution de l’Homme et de son Environnement, depuis son apparition jusqu’aux débuts de la urbaine. L’aire geographique couverte s’étend de la Méditerranée à l’Indus, de l’Asie Centrale au golfe persique.

Права и использование

Этот предмет является частью коллекции JSTOR.
Условия использования см. в наших Условиях использования
Палеориент © 2000 Палеориент и Издания CNRS
Запросить разрешения

Грубая наука. Новая Зеландия . Большая корюшка. Плавка золота

Плавка золота
Майк Лихи

Плавка
Зачем нужна печь?
Характеристики печи
Почему так важны сильфоны?
У нас были проблемы?
Как жарко нам идти?
Создание угольной дуги
Результат

Задача
Задача состояла в том, чтобы получить чистое золото, свободное от примесей, и превратить его в сувенир. Конечный продукт должен включать в себя маленький самородок, который нам дали, аллювиальное золото, добытое из реки, и золото, которое мы извлекли из горной породы.

Плавка
Плавка — это метод получения металлов из минеральной руды, восходящий к доисторическим временам. Обычно он включает восстановление оксидов металлов (руды) до металла (реакции восстановления — это те, которые отбирают электроны у элементов, причем восстановление противоположно реакциям окисления) и образование отходов оксидов неметаллов, известных как шлак. Это химический процесс, который включает в себя гораздо больше, чем просто плавление золота. Звучит как алхимия, и это почти так.

Зачем нужна печь?
Решили использовать печь. Так традиционно выплавляли металл, и это самый простой вариант, потому что мы можем следовать схемам, которые люди использовали на протяжении веков для выплавки железа.

Но зачем нам печь? Мы не могли бы просто использовать костер? Нет, потому что металлические руды нужно нагревать до очень высоких температур, чтобы получить чистые металлы — температуры намного, намного выше, чем обычно может дать открытый огонь. Железо плавится при 1800°C (3270°F), а золото плавится при 1062°C (1943°F). Поскольку у железа более высокая температура плавления, чем у золота, мы надеемся, что даже с нашими ограниченными ресурсами мы сможем получить печь, которая изначально использовалась для плавки железа для обработки нашего золота.

Печь также помогает поддерживать определенные химические условия во время плавки. Например, при выплавке чугуна выгодна восстановительная атмосфера (атмосфера с низким содержанием кислорода). Мы использовали конструкцию печи, которая использовалась на протяжении всей известной истории. Это была грубая вариация исторической конструкции, известной как шахтная печь Блумери, которая использовалась для выплавки железа много веков назад.

Вернуться к началу

Характеристики печи
Изоляция предотвращает потери тепла. Мы использовали дизайн с двойной обшивкой и кирпичные стены с глиняной облицовкой, чтобы убедиться, что высокие температуры, которые мы создали, не будут потеряны в атмосфере. Несмотря на то, что мы ожидали, что температура внутри печи превысит тысячу градусов по Цельсию (почти две тысячи градусов по Фаренгейту), внешняя оболочка никогда не была теплой на ощупь. Кроме того, мы построили печь на фундаменте из сухого песка, чтобы предотвратить потери тепла в землю. Хорошо подойдет вода или мокрый песок проводников , обеспечивающих отвод тепла из печи. Воздух и сухой песок являются хорошими изоляторами , препятствующими потерям тепла.

Топливо важно. Мы решили использовать древесный уголь, а не древесину, потому что древесный уголь — это в основном чистый углерод, который обеспечивает правильную химическую среду и достигает высоких температур при сгорании. Температура горения древесного угля зависит от того, из какого дерева он сделан. Если она изготовлена ​​из хорошей твердой древесины, ее можно достаточно легко достичь 600-1500°C (1110-2730°F). Однако производство древесного угля является трудоемким топливом, и для производства всего 2 фунтов древесного угля требуется 22 фунта твердой древесины.

Нам также нужно много кислорода , но он должен быть в нужном месте. С химической точки зрения восстановительная атмосфера — с низким содержанием кислорода или наполненная водородом — необходима для успешного плавления большинства металлов. В нашей печи это зависело от присутствия угарного газа. О наличии угарного газа можно сказать по цвету пламени в верхней части печи. Нам нужно искать голубое пламя, которое покажет нам, когда мы подали достаточно кислорода, чтобы сделать пламя достаточно горячим, но не настолько, чтобы предотвратить производство угарный газ (при избытке кислорода будет образовываться только углекислый газ).

Необходим правильный баланс. Высокотемпературные пожары нуждаются как в кислороде, так и в топливе, чтобы хорошо гореть, но при избытке кислорода у нас не будет восстановительной атмосферы. Мы не можем контролировать это точно с имеющимся оборудованием. Поскольку нехватка угарного газа означает, что вместе с золотом останется немного отходов, а нехватка кислорода будет означать низкие температуры и полное отсутствие плавки, нам пришлось найти компромисс.

Вернуться к началу

Почему сильфоны так важны?
Ключ к подаче кислорода примерно в правильном количестве заключается в использовании мехов (механического устройства для нагнетания воздуха в огонь). Но работа не так проста, как может показаться. Нам нужны меха, чтобы всасывать воздух из атмосферы и нагнетать его в топку. Если воздух вдувается в печь, а затем высасывается обратно, в огонь не добавляется кислород. Хуже того, мы всасывали горячий воздух в меха и расплавляли его или даже поджигали. Чтобы решить эту проблему, мы сделали односторонний клапан.

У нас были проблемы?
Да. Первая проблема возникла, когда клапан, прикрепленный к одному из сильфонов, застрял, и в него всосался горячий уголь, отчего кожа загорелась. Сильфоны тоже сильно нагрелись. Мы обошли это, охладив водой трубу, соединяющую меха с печью. В целом, однако, сильфоны держались очень хорошо, особенно учитывая продолжительность их использования.

Насколько нам было жарко?
Нам нужна была достаточно высокая температура, чтобы расплавить золото, плюс еще немного. Металлы плавятся при разных температурах. Например, свинец плавится при 328°C (622°F). Если золото чистое, нам потребуется более тысячи градусов по Цельсию (1943°F), чтобы его расплавить. Это довольно высокая температура! Нам придется каким-то образом следить за этим, чтобы увидеть, сможем ли мы достичь этого с ограниченными доступными технологиями (и знаниями).

Мы сделали простой термометр, поместив маленькие кусочки свинца, алюминия, латуни и меди на кусок кирпича. Эти металлы плавятся при все более высоких температурах. Вынув термометр и посмотрев на металлы, чтобы увидеть, какие из них расплавились, мы узнали бы температуру. Однако термометр был громоздким и его нельзя было расположить в центре печи рядом с золотом, поэтому Джонатан перепроверил температуру, понизив градусник на 9 градусов.0003 медная олива (компонент, используемый сантехниками для соединения труб и т. д.) в центр печи с помощью куска стальной проволоки. Медь расплавилась; это означало, что мы были в деле.

Итак, что мы сделали? Что ж, мы определенно достигли достаточно высокой температуры, и нам удалось выплавить золото, но, к сожалению, было очень трудно сделать даже один самородок, а это то, что мы хотели./p>

Наверх

Создание угольной дуги
Джонатан решил создать угольную дугу. Это метод, при котором электрический ток вынужден переходить с одного электрода на другой в виде яркой дуги, похожей на молнию. Когда это происходит, возникают очень высокие температуры (до 5500°F), которых будет более чем достаточно, чтобы расплавить наше уже очищенное золото. Мы использовали автомобильный аккумулятор для подачи электрического тока и взяли несколько угольных стержней от большой батареи для фонарика (старомодный вид батареи для фонарика с двумя пружинами в качестве клемм и с угольными стержнями, а не батарейки типа АА), чтобы сделать электроды.