Su birikintisi için eski bir yöntemdir rafine eriyik içeren karbonsuzlaştırma bir de reverber fırın ile cüruf elde etmek için oksitleyici demir gelen dövme erime .
Puddling kelimesi , "demlemek" anlamına gelen İngilizce to puddle fiilinden gelir. Yöntem ile geliştirilmiştir Henry Cort 1784 yılında ve daha sonra önemli ölçüde geliştirilebilir Samuel Rogers Baldwin ve Joseph Hall de XIX inci yüzyılın. Dökme demir, bir yankı fırınında çok yüksek bir sıcaklığa ısıtılır. Operasyondan sorumlu olan su birikintisi, bu dökme demiri "corny" adı verilen uzun bir kanca kullanarak karıştırarak reaksiyonu harekete geçirir. Yeteri kadar rafine büyüteç için, fırın elde edilir kiremitli dövme veya daha sonra çekiçleme ile ve haddelenmiş çubuklar halinde.
Yerine alır gölcük önceki yöntemleri için kömür , yalnızca alıcı için kömür , büyük miktarlarda demir üretimine olanak sağlar. Paris'teki Gare de l'Est ve Eyfel Kulesi'nin kemerleri bu nedenle Société des Aciéries de Pompey tarafından üretilen birikintili demirden yapılmıştır . XIX. yüzyıl boyunca yaygın olarak kullanıldıktan sonra , biriken demir yavaş yavaş çeliğe dönüşür, dönüştürücüler geliştirildiğinde daha verimli ve daha rekabetçi hale gelir .
İbrahim Darby , geliştirerek yüksek fırını ile kok üretimini boşaltır dökme demir düşük kullanılabilirlik kömür . Ancak bu dökme demirin çeliğe veya demire dönüştürülmesi henüz bu yakıt olmadan yapılamaz. Alman metalürji uzmanı Adolf Ledebur bunu şu şekilde özetliyor:
"Sırasında XVIII inci yüzyılın demir tüketimi, daha fazla gerilmiş ormansızlaşma Bazı uzantısı aldı bitkisel yakıt daha pahalı ve kıt yaptı. Bu nedenle, pik demir üretimi için yapıldığı gibi, kömür yerine mineral yakıtı rafine etmek için kullanmanın yollarını aramak zorunda kaldık. Rafineri yangınları, demiri her zaman az ya da çok kükürtlü olan bir malzemeyle temas ettiren bu ikameye uygun değildi. Bu nedenle, metalin katı yakıta temas etmediği ve yalnızca bir alevin etkisine maruz kaldığı fırınlara sahip olmak gerekliydi. Aynı zamanda, farklı metallerin füzyonuna uygulanan yankı fırınlarında uzun süredir elde edilen ham halde kömür kullanmak mümkün oldu.
İngiliz Cort , 1784'te, İngilizcede "bira yapmak" anlamına gelen su birikintisi kelimesinden "su birikintisi" adını verdiğimiz olgunlaşma sürecini bu fikri takip ederek hayal etti . "
- A. Ledebur, Demir metalurjisinin teorik ve pratik el kitabı , s. 366
Yankılanma fırın en eriyebilir metallerin metalürji bilinmektedir. İlkesini dökme demirin rafine edilmesine kadar genişletme fikri, Peter Onions'ın başvurduğu patentte ilk kez ortaya çıkıyor.7 Mayıs 1783. Ancak Dowlais ve Cyfarthfa Demir Fabrikalarına öncülük ettiği sürecin gelişimi başarısız oldu ve17 Şubat 1784, Fabrika müdürü William Reynolds, ona testleri bırakmasını emreder.
13 Şubat 1784İngiliz Cort , biraz farklı bir yankı fırını için patent başvurusunda bulundu. Çalışmanın yapıldığı ocak özenle inşa edilmiş kuvars refrakter malzeme ve kum yığınıdır . Bir hava akımı ile gerçekleşen dökme demirde bulunan karbonun yanması yavaştır ve metal kütlesinin manipülasyonları ile aktive edilmelidir. Buna rağmen, reaksiyonun süresi, yüksek bir karbon tüketiminin yanı sıra önemli bir demir oksidasyonuna yol açar. Bu işlem diğer sınırları gösterir:
Cort'un işlemine “kuru su birikintisi” denir, çünkü beyaz dökme demir sıcakken çok viskoz değildir ve çok eriyebilir olmayan taban çok az cüruf üretir . Maliyetleri önemli ölçüde düşürmeden miktar olarak demir elde etmeyi mümkün kılar: bu nedenle avantajı yakıtla sınırlıdır. Bu kalitesiz odun kömürü, hatta turba , linyit veya odun olabilir.
Cort tarafından geliştirildiği gibi, kuru su birikintisi yalnızca "kömür kaynağı sağlayamayan fabrikalar tarafından benimsendi ve Cort 1800'de buluşundan yararlanmadan öldü . "
Gelen 1818 , Samuel Baldwin Rogers su ile soğutulan bir dökme demir plaka (diğerleri daha sonra hava ile soğutulan bir ocak kabul olacaktır) tarafından desteklenen bir ocak icat. “Enerjik soğutmanın […] yakıt tüketimini arttırdığı yadsınamaz olsa da , bu masraf, daha az iyi soğutulan bir fırına sık sık yapılan onarımlardan kaynaklanacak olandan daha azdır” . Gerçekten de, refrakter tonoz sadece altı ay sürerse, bir dökme demir ocak yaklaşık üç yıl hizmet verebilir. Bununla birlikte, bu gelişme Rogers'ın bundan faydalanması için çok marjinal kalıyor.
1830 civarında , bazı deneylerden sonra, Joseph Hall soğutulmuş tabanı devraldı ama onu oksitleyici bir ateşe dayanıklı astarla kapladı. Bu yeniliği Tipton'da yeni kurduğu fabrikada sistematize ediyor . Gerçekten de, arıtma için gerekli oksijen, bir hava akımından gelmek yerine metalle temas halinde olan bu astardan gelir: süreç daha hızlıdır ve 'eski sürece' kıyasla üçlü fırın üretimi. Boğa köpeği adı verilen Hall'un dolgusu, esasen önceki ve kavrulmuş pudinglerden gelen demir oksitlerden oluşur . Reaksiyonun hızı, yakıt tüketimini ve oksidasyon kayıplarını önemli ölçüde azaltır.
Bazı fırın astarlarının ana bileşenleri (ağırlıkça %, Σ ≤ %100) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ambalajın adı | FeO | Fe 2 O 3 | MnO 2 | SiO 2 | TiO 2 | CO 2 | kurşun sülfat ile karıştırılan 4 | CaO | Al 2 O 3 | MgO | Çözünmeyen kalıntılar ve su |
Boğa köpeği ( cüruf ve ızgara soslar ) | 4 | 64 | 16 | 11 | 1 | ||||||
Menekşe cevheri ( pirit dönüştürülmüştür hematit ile kavurma ) | 95 | 1 | 2 | ||||||||
Çömlek toprağı ( Kuzey Staffordshire'dan manganez siyah bant ) | 47 | 2.54 | 3 | 31 | 1 | 1 | 14 |
Bu iyileştirmeler temeldir. Hall tarafından 1839'da geliştirilen ve patenti alınan , Cort'un ilkel yönteminin aksine "yağlı su birikintisi" veya "kaynama" olarak adlandırılan süreç hızla yayıldı:
“MM'nin metalurjik yolculuklarında. Dufrenoy, Coste ve Perdonnet biz (bkz 1 st 1823 yılında baskı) kum tabanı kullanımı hala bir generaldi. 1820 civarında kumun yerine kırılmış cürufu ikame etmeye başladık. 1829'da, burada ve orada dökme demir tabanlar görüyoruz, ancak yazarlar, doğrudan dökme demirin üzerine (bir hurda veya cüruf tabakası olmadan) su birikintisi yaparak sonuçların kusurlu olduğunu ekliyorlar. Son olarak, 1837'de ( 2. baskı) dökme demir tabanlar genel kullanımdaydı. "
- E.-L. Gruner , Metalurji Üzerine İnceleme , s. 168 , dipnot
Uygun bir oksit bileşimi ile, işlem fosfor gidermede de oldukça etkilidir ve Avrupa'da yaygın olan fosfor cevherlerinin kullanılmasını mümkün kılar. Ancak ağır kükürt ve fosfor yüklü dökme demiri ekonomik olarak uygun bir demire dönüştürmeyi başaramadı. Her dövme ustası, ocak üzerine yerleştirilen reaktifi ampirik olarak ve az çok başarılı bir şekilde geliştirmek için çalışır.
Yağ birikintisinde ilk adım, tabanın kullanılan dökme demir ile reaksiyona giren bir malzeme ile kaplanmasıdır. Üç bileşen kullanılır:
Son iki bileşen, Hall sürecinde yapılan iyileştirmelerdir. Üretilen karışımlar kullanılan döküm demire ve istenilen demirin kalitesine göre değişiklik göstermektedir. Karışımlar ampirik olarak gerçekleştirilir ve bazen gizlidir, o kadar ki “etkileri sadece takip ettiğimiz amaca kesinlikle karşı olabilecek çok sayıda madde eklemeyi önerdik ve denedik” .
Bu cüruf ve oksit tabakası eriyene kadar ısıtılır. Daha sonra su birikintisi ısıyı düşürür, böylece soğutulmuş dökme demir ocağı koruyan bir kabuk halinde katılaşır.
Pik demir daha sonra oksitlerin bu tabakanın üzerine yüklenir. Bazik ocakta yağlı puding yapılabildiğinden, silisyum veya fosfor açısından zengin dökme demirin işlenmesi mümkündür. Nihai ürünün nitelikleri de döküm seçiminde önemlidir. Çelik üretmek için manganez ( spiegeleisen ) açısından zengin demir gereklidir, çünkü bu element dekarburizasyonu geciktirir . Silisyum açısından zengin gri dökme demir, silika üreterek cürufu asidik hale getirecektir: bu nedenle fosforsuzlaşmayı sınırlarlar. Silisyum açısından fakir olan beyaz dökme demirler, karbondan arındırılması en kolay olanlardır.
Dökme demir erimeye başlar başlamaz, su birikintisi müdahale eder. Çalışması, sıvı yüzeyinden çıkan, karbonun yanması özelliği olan küçük mavi alevlerin görünümünü fark ettiğinde başlar. Daha sonra baca çekişini sınırlayarak fırının sıcaklığını düşürür ve ocağın malzemeleriyle temas etmesi için dökme demiri karıştırmaya başlar. Operasyonların tamamı "yoğun kas eforu ve yorucu koşullarda" gerektirir . Ayrıca bariz bir bilgi birikimi gerektirir :
“… İşçinin işi […] dökme demiri ve cürufu güçlü eski moda, sonunda dik açılarla kavisli kullanarak sürmekten ibarettir; bu "kanca" adı verilen araçtır. Metalik parçacıklar böylece oksitlenmiş elementlerle karıştırılır ve her ikisi de havanın etkisine maruz kalır. Demlemeyi çalıştırmak için çalışma kapısının kendisini açmıyoruz. İşçi çok fazla ısıya maruz kalacak ve fırının kendisi soğuyacaktır. Aletleri sadece 0,10 ila 0,15 m'lik basit bir açıklıktan , mobil kapının alt kısmından yapılmış ve kolayca kapatılarak tanıtıyoruz ...
Demir rafine oldukça, daha az eriyebilir hale gelir; karıştırmaya devam etmek için, bu nedenle, sıcaklığı kademeli olarak yükseltmek, baca bacasını kademeli olarak yeniden açmak gerekir.
Kanca yerine, işçi genellikle palet veya planya adı verilen, soğuyan veya sertleşen ve ona yapışma eğiliminde olan parçaları tabandan ayırmayı mümkün kılan eğimli bir kenar kullanır. "
- ML Gruner, Metalurji Antlaşması , s. 171 § 404
Dökme demirin dekarbürizasyonu, karbon monoksit salınımına karşılık gelen kabarcıklanmaya neden olur . Bu durduğunda, demiri çevirerek , yani dönüşümü tamamlamak için demir kütlesini çevirerek demir elde etmek için dekarbürizasyonu hala zorlayabiliriz .
Su birikintisi rafine olduğunu düşündüğünde, metalik kütleyi birkaç topa böler. Bunlar cüruftan arındırmak için fırına preslenir.
Bu topların fırından çıkarılmasını, son cürufu çıkarmak ve genellikle çubuklar olmak üzere işlenebilir bir şekil vermek için hemen çekiçleme veya yuvarlama takip etmelidir. Bu aşamada, sıcak metalin davranışı, kalitesini değerlendirmeyi mümkün kılar: yüksek kükürt içeriği onu kırılgan hale getirir, mavi kıvılcımların yayılması, yetersiz karbonsuzlaştırmayı gösterir, vb. Gerekirse, ütü daha fazla işlem için fırına geri gönderilebilir.
Fırın boşaldığında ocak kontrol edilir ve muhtemelen onarılır. Bazik bir kaplama durumunda, cüruf, kükürt ve fosfor oksitleri ile doyurulur: daha sonra sıvı duruma ısıtılır ve ardından fırından dışarı dökülür.
Pik demir yükleme
Puddler yoğurma yükü ile onu asosyal
Su birikintisi olan demir bilyenin fırından çıkarılması
cüruf dökümü
Boyunca kamçýlamak , "cüruf bolca akar, metal parçacıkları daha kaynaklanmış" . Bu sonucu elde etmek için, birikinti oluşturma işleminin düşük erime noktasına sahip bir cürufla sonuçlanması gerekir, bu da bunların magnezya veya kireç içeriğinin sınırlandırılmasına yol açar . Bu durumda cüruf yalnızca esas olarak silisli olabilir, bu da karbon, fosfor ve kükürtün oksidasyonunun verimliliğini düşürür veya fluorspar gibi akılar içerir . Bağlama işleminin sonunda ham demir çubuklar elde ederiz. Sıcak iş uzadığı için yüzeylerinin oksidasyonu daha da önemlidir.
Bu nedenle iyi bağlama, su birikintisinden ayrılamaz. 1783'te, yankılanma fırını rafine etme patentini almadan bir yıl önce , Cort, metali germeden işleyebilen oluklu bir haddehane için patent başvurusunda bulundu.
İşlendikten sonra ham demir, kalitelerine göre sınıflandırılan küçük çubuklar halinde kesilir. Dik açılarda düzenlenmiş dikdörtgen demetler veya kitler halinde istiflenirler. Ham demir parçalarını kalitelerine göre düzenlemek mümkündür. Örneğin, paketin ray olması amaçlanıyorsa, çevrede aşınmaya dayanıklı ütülerimiz olacaktır. Fırında ısıtılan bu demetler birbirine kaynar ve haddelenerek ticari demir çubuklar haline gelir.
Martinet önü, birikintiden sonra ham demiri kesmek için kullanılır.
Su birikintisi sonrası ham demir bağlama için kullanılan timsah presi.
Ham demirin dilme işlemini bitirmek ve ham demir bilyeyi bir çubuğa dönüştürmek için kullanılan flüt haddehanesi.
Demir çubukların dövülmeden önce demetler halinde düzenlenmesine örnekler. Koyu kısımlar zaten dövme demirler, açık kısımlar sadece kırık demir çubuklar.
Bu nedenle biriken demire genellikle "lifli" denir. Aslında, biriken cürufun mevcut kaldığı ve bağlama sırasında ham demir parçalarının yüzeyinde oluşan oksidasyonun bulunduğu bir demir matristen oluşur. Paketlerin dövülmesi, zararlılıklarını sınırlamak için bu safsızlıkları yönlendirir. Bu, tekrarlanan dövme ve güçlü aletler gerektirir: hem bağlamayı mükemmelleştirebilen hem de hassas büyük parçalarla dövme yapabilen çekiçler çağıdır .
Puddling, dökme demirden daha üstün özelliklere sahip demir elde etmeyi mümkün kılar: 1834'ün Carrousel köprüsü , dökme demir köprülerin zirvesine karşılık gelir. On altı yıl sonra açılışı yapılan ve dövme demirden inşa edilen Britannia Köprüsü , metal konstrüksiyonun sınırlarını önemli ölçüde zorluyor.
Yüksek fırından çıkan pik demirin kalitesindeki dalgalanmaların yeterince anlaşılmadığı bir çağda , su birikintisi ilginçtir. Gerçekten de, dökme demirin katılaşması, domuzların sınıflandırılmasını kolaylaştırır . İşlemin yavaşlığı, su birikintisinin yetkin olması koşuluyla, kontrolünü kolaylaştırır ve olgunlaşmanın başarısını garanti eder. Son olarak, dövme işleminden önce paketteki ham demir parçalarının makul bir şekilde düzenlenmesi, üretilen parçaların direncini artırır.
Ancak biriken demir, heterojen bir malzeme olarak kalır. Dövme, demir matris izotropik iken, oksitlerin ve cürufun inklüzyonlarını belirli bir yönde yönlendirilmiş liflere uzatır . Bu liflere dik olarak istendiğinde kolayca kırılır.
Demirin benimsenmesi, o zamana kadar kullanılan dökme demir ve taştan kaçan bir olgu olan korozyon üzerine büyük bir araştırma çabasına da yol açacaktır . Öte yandan, düşük karbon içeriği onu sertleşmeye karşı duyarsız bir malzeme yapar : bu nedenle özellikle sıcak perçinleme için uygundur .
Britannia Köprüsü , 1850 yılında ferforje olarak inşa edilmiştir. 140 m'lik iki açıklığı ile rekor kırıyor.
Garabit viyadüğü , 1884 yılında su birikintisi içinde inşa edilmiştir.
Birikmiş demirin "lifine" paralel metalografisi . Saldırı, dövme ile gerilmiş inklüzyonları koyu gri renkte ortaya çıkarır.
Yarı sıcak bir ezmeden sonra bir ham demir çubuğun fotoğrafı . Bessemer tarafından gerçekleştirilen test .
Gustave Eiffel kulesini 1889'da birikintili demirden inşa etti . Bu nedenle süreç, sırasıyla 1855 ve 1877'de icat edilen Bessemer ve Thomas dönüştürücülerinin ortaya çıkışından sonra hayatta kalacaktır . Gerçekten de, işlemin yavaşlığı, ilerlemenin iyi bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Aynı zamanda, çelik üretimi Büyük Britanya'daki demirin üretimini biraz geçmiş olsa bile, elde edilen metalin miktarı .
Ancak su birikintisi enerji yoğun olmaya devam eder: dönüştürücü yalnızca istenmeyen elementlerin (silikon, karbon ve fosfor) yanmasından kaynaklanan ısıyı kullanırken, birikinti oluşumu yükün yeniden akışını gerektirir. Ek olarak, bir su birikintisi fırınının ısıl verimi %7'yi geçmez, fırından çıkan dumanlar ısılarını yüke aktarmadan kaçar. Siemens ısı geri kazanım tesisatları kirlenmeye karşı test edilir .
Buluş Martin-Siemens dönüştürücü , aynı zamanda, bir reverber fırın olmakla birlikte, ısı geri kazanımı ile, ilk yarısında birikmesi kademeli terk neden XX inci yüzyıl. Nitekim metali sıvı halde çalıştıran bu fırın daha az işçilik ve yakıt gerektirirken kaliteli çelik üretimine olanak tanır.
In 1870 , demirin üretimi İngiltere'de Fransa'da olduğu çeliğin 7 kat ve 5 kat karşılık geldi. Ancak o tarihten itibaren neredeyse hiç su birikintisi fırını yapılmadı. In 1910 , oranlar tersine dönmüş: demir üretimi artık değer bu iki ülkede çelik olduğu hatta beşinci oldu.