Furnalul pentru brânză (crudă-vatră) este una dintre primele unități metalurgice din istorie care a produs fier metalic din minereu prin reducere chimică . Denumirea „explozie brută” (de la „explozie brută”) a apărut la mijlocul secolului al XIX-lea, când au început să fie folosite mașini puternice cu abur pentru a furniza aer furnalelor , iar aerul în sine a fost încălzit . După aceea, cuptoarele arhaice, în care suflarea a fost furnizată de o acționare de la roțile de apă sau din cauza muncii musculare a unei persoane, au devenit rapid necompetitive. Cuptoarele arhaice au fost numite retroactiv „raw-dough” [2] .
Din punct de vedere al istoriei tehnologiei metalurgice, împărțirea agregatelor pentru extracția fierului din minereuri este acceptată în funcție de tipul produsului principal al procesului [2] :
În literatură, următoarele tipuri istorice de agregate se referă la cuptoarele de suflare a brânzei:
Cea mai simplă vatră crudă avea o înălțime de 1–1,5 m. Un alt nume pentru o vatră crudă, folosită în literatura de specialitate, „vatră joasă”, indică faptul că înălțimea sa nu depășește înălțimea unei persoane și era ușor de întreținut. de către metalurgiști manual. Sub influența gazului de reducere fierbinte, în cuptor s-a format un flash , deoarece temperatura din vatră nu a depășit 1300 ° C și a fost insuficientă pentru formarea fontei [4] [5] . Ulterior, kritsa a fost obținută în cuptoare mai complexe de suflat brânzeturi - shtukofen, forje catalane. Temperatura în ele a atins deja 1400 °C, dar condițiile de topire încă nu permiteau producerea fontei [6] .
Forja de brânzeturi a fost prima unitate metalurgică special concepută pentru producția de fier din minereuri. Designul său a fost rezultatul dorinței metalurgiștilor antici de a crește intensitatea aerului care intra în unitate, ceea ce era o condiție necesară pentru creșterea temperaturii procesului. La început, „gropile lupilor” erau folosite pentru extragerea fierului din minereu, acestea fiind uneori folosite încă de la începutul unei noi ere. De exemplu, în gropi de până la 1,5 m diametru și până la 0,6 m adâncime, triburile germanice procesau minereu de fier. Gropile erau amenajate neapărat în locuri cu intensă mișcare naturală a aerului: pe dealuri, la poalele dealurilor, poieni de pădure. Cu toate acestea, foarte repede au ajuns la concluzia că cea mai eficientă modalitate de a crește explozia este construirea unei suprastructuri peste groapă - un fel de tunel de vânt.
Conform ultimelor cercetări arheologice, primele forje de brânzeturi au apărut la începutul mileniului II î.Hr. e. Au primit o răspândire largă, aproape universală, în perioada La Tène a epocii fierului , adică în secolele V-I. î.Hr e. [2]
Vatra joasă de suflare a brânzei era construită din lut foarte refractar pe un cadru de tije țesute. Cercuri de lemn erau adesea folosite pentru a întări pereții cuptorului și, uneori, era complet așezat într-un cadru de lemn sau căptușit cu pietre. În rândul popoarelor slave și în Scandinavia , construcția a fost larg răspândită, în care partea inferioară a cuptorului era situată într-o pirogă, iar partea superioară ieșea ușor deasupra solului.
Interiorul cuptorului era alcătuit din două trunchiuri de conuri cu o bază mare comună (deși se foloseau adesea alte configurații: trunchi de piramide, cilindri etc.). Cornul era furnizat cu una sau mai multe lănci de lut - duze (din slava veche „sniff”, adică să sufle) cu un diametru care scade treptat spre spațiul interior al cuptorului, de regulă, de la 60 la 25 mm. În lănci erau introduse burdufuri, iar dacă se folosea o tuyeră, atunci se introduceau două burduf în el, a căror funcționare alternativă asigura un flux relativ constant de aer în cuptor. Pentru ieșirea din zgură s-a lăsat în fundul cuptorului un canal, în fața căruia s-a săpat o adâncitură pentru topitura de acumulare [7] [8] .
Designul cuptoarelor stucoffens și Osmund a fost foarte similar cu diferențe minore. Cuptoarele Osmund, de regulă, au fost închise în cabane din lemn, iar structura stucoffens a fost întărită la exterior cu zidărie. Cuptoarele au fost construite cu o secțiune cu mai multe fațete, cel mai adesea sub forma a două prisme tetraedrice cu o bază mare comună. Tuyera era folosită singură și era instalată orizontal în partea inferioară a cuptorului în așa fel încât sub acesta să existe doar orificii pentru eliberarea zgurii din cuptor [9] .
În cele mai vechi timpuri, erau exploatate în principal minereuri, care erau carbonați sau hidroxizi de fier. Când sunt încălzite, au eliberat o cantitate mare de gaze care au împiedicat desfășurarea normală a procesului. Prin urmare, înainte de a fi încărcat în vatră, minereul, de regulă, era așezat în mormane cu lemne de foc, se făceau focuri și se calcinau timp de o zi. Apoi a fost zdrobit până la dimensiunea unei alune și amestecat cu cărbune , alcătuind încărcătura [4] .
Cuptorul de brânză a fost uscat și încălzit, făcându-se un foc în interiorul lui pentru o lungă perioadă de timp. Apoi vatra a fost umplută cu cărbune până la aproximativ două treimi din înălțime și numai după aceea a fost pusă sarcina. Cărbunele a fost din nou așezat deasupra vetrei, astfel încât să se formeze o mică elevație conică. Cărbunele era aprins printr-un canal de evacuare a zgurii, care era umplut cu lemn de foc mic și lemn de tufiș . Furnizarea de explozie a vatrăi a dus la aprinderea cărbunelui, al cărui carbon , în condiții de lipsă de oxigen, ardea până la monoxid de carbon . Astfel, în cuptor a fost creat un mediu reducător, care a contribuit la reducerea fierului din oxizi. Pe măsură ce cărbunele ardea și se forma zgura lichidă, mici fulgi de fier redus s-au scufundat în fundul cuptorului, sudându-se împreună. Astfel, în urma procesului, care a durat aproximativ o zi, s-au format unul sau mai multe pârâuri . În primele etape ale stăpânirii tehnologiei, greutatea florii rareori depășea 1-2 kg. Cu toate acestea, mai târziu au învățat să producă kritz cu o greutate de 25-40 kg, iar în cele mai productive forje catalane - chiar și până la 120-150 kg [4] .
Zgura curgea constant din cuptor printr-un canal special în partea inferioară. De aici provine un alt nume pentru forja cu vatră brută, care este folosit în special în literatura germană - „cuptor cu zgură curgătoare”. Componenta principală a zgurii, ca și în cazul topirii creuzetului , a fost silicatul de fier, astfel încât pierderea de fier cu zgură a fost extrem de mare și a ajuns la 80% din cantitatea de fier încărcată în unitate în stadiul inițial de stăpânire a tehnologiei. . Cu toate acestea, forja de brânzeturi din multe regiuni din Asia și Africa a existat până la sfârșitul secolului al XIX-lea, iar popoarele unor regiuni îndepărtate (de exemplu, pe insulele Oceanului Indian și Pacific) o folosesc încă (2004) [4] ] .
Pentru a extrage floare din forjă, a fost necesar să se distrugă o parte din pereții acesteia. Prin urmare, fiecare nouă topitură a fost precedată de lucrări de refacere a designului cuptorului, precum și de acoperirea spațiului interior al unității cu argilă, instalarea de noi duze, a căror rezistență, până la inventarea lăncilor metalice, era foarte scăzută.
Crăpătura extrasă din vatră cu ajutorul rangelor sau cleștilor speciale conținea un număr mare de incluziuni de zgură și cărbune nears. Prin urmare, a fost prelucrat cu ciocane de lemn pentru a îndepărta aceste impurități. Abia după aceea au început prelucrarea termomecanică a metalului [7] .
Înainte de începerea topirii, interiorul cuptoarelor shtukofen și Osmund a fost acoperit cu lut refractar și umplut cu pulbere de cărbune. Apoi se ardea cuptorul care consta în încălzirea zidăriei prin arderea lemnelor de foc și a unei anumite cantități de cărbune. După aceea, cuptorul a fost încărcat pe jumătate cu o porție de cărbune amestecat cu o cantitate mică de minereu de fier cu punct de topire scăzut. Ca urmare a topirii acestei prime încărcături, pereții părții inferioare a cuptorului au fost acoperiți cu un fel de strat protector - un craniu . Numai după o pregătire atât de lungă a unității au trecut la procesul propriu-zis de topire.
Bucăți de minereu, care era minereu de fier roșu sau brun, cu un conținut de fier de aproximativ 50%, au fost zdrobite până la dimensiunea mazării sau alunelor; cărbunele, ale cărui cerințe de calitate erau în continuă creștere, a fost zdrobit până la dimensiunea unei nuci. Ambele componente ale lotului au fost separate manual de particule mici și praf. Cuptorul a fost umplut pe jumătate cu cărbune, iar apoi minereul și cărbunele au fost încărcate secvenţial în straturi orizontale de cel mult 10-12 cm grosime.
După aprinderea cărbunelui în partea inferioară a cuptorului, unde a avut loc reacția de ardere incompletă a carbonului cărbunelui la monoxid de carbon, s-a atins o temperatură de peste 1500 ° C pentru gaze și 1400-1450 ° C pentru produsele de topire [9] .
| Cuptoare | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Incalzi | |||||||||||
| Încălzire și gătit | |||||||||||
| bucătărie | |||||||||||
| Industrial |
| ||||||||||