Введение
Металлургическое предварительное нагревание воздуха Горячим взрывом называется предварительное нагревание воздуха, вдуваемого в высокую печь или другой металлургический процесс. Поскольку это значительно сократило потребляемое топливо, горячий взрыв был одной из самых важных технологий, разработанных во время промышленной революции. Горячий взрыв также позволил повысить температуру печи, что увеличило емкость печей. В первом варианте он работал путем чередования хранения тепла от дымовых газов печи в сосуде с многочисленными камерами, а затем сдувания воздуха сгорания через горячую камеру. Это называется регенеративным нагревом. Горячий взрыв был изобретен и запатентован для железных печей Джеймсом Бомонтом Нилсоном в 1828 году на железоделительной фабрике Вильсонтауна в Шотландии, но позже был применен в других контекстах, включая поздние цветы. Позже углекислый газ, содержащийся в дымовых газах, сжигали, чтобы обеспечить дополнительное тепло.
Hot blast refers to the preheating of air blown into a blast furnace or other metallurgical process. As this considerably reduced the fuel consumed, hot blast was one of the most important technologies developed during the Industrial Revolution. Hot blast also allowed higher furnace temperatures, which increased the capacity of furnaces. As first developed, it worked by alternately storing heat from the furnace flue gas in a firebrick lined vessel with multiple chambers, then blowing combustion air through the hot chamber. This is known as regenerative heating. Hot blast was invented and patented for iron furnaces by James Beaumont Neilson in 1828 at Wilsontown Ironworks in Scotland, but was later applied in other contexts, including late bloomeries. Later the carbon monoxide in the flue gas was burned to provide additional heat.
Изобретение и распространение
Джеймс Бомонт Нилсон, ранее работавший бригадиром на газовой фабрике в Глазго, изобрел систему предварительного нагрева взрыва для печи. Он обнаружил, что, повысив температуру входящего воздуха до 300 градусов по Фаренгейту, он может уменьшить потребление топлива с 8,06 тонн угля до 5,16 тонн угля на тонну произведенного железа с дальнейшим сокращением при еще более высоких температурах. Он, с партнерами, включая Чарльза Макинтоша, запатентовал это в 1828 году. Распространение этой технологии по Британии было относительно медленным. К 1840 году 58 кузнецевцев получили лицензии, которые приносили им годовой доход в размере 30 000 фунтов стерлингов. К тому времени, когда срок действия патента истек, было 80 лицензий. В 1843 году, сразу после истечения срока годности, 42 из 80 печей в южном Стаффордшире использовали горячий взрыв, а в Южном Уэльсе его использование было еще медленнее. Другим преимуществом горячего взрыва было то, что вместо кокса можно использовать сырой уголь. В Шотландии можно было выгодно выплавить относительно бедный "черный пояс" железобетон. Ранние горячие печи были проблематичными, так как тепловое расширение и сжатие могли вызвать разрыв труб. Это было несколько устранено, поддержав трубы на роликах. Также необходимо было разработать новые методы соединения взрывных труб с трубками, поскольку кожа больше не могла использоваться. В конечном счете, этот принцип был применен еще более эффективно в регенеративных теплообменниках, таких как печь Каупера (которая предварительно нагревает входящий воздух с отработанным теплом от дымовых газов; они используются в современных высоких печах), а также в печи с открытым очагом (для производства стали) по процессу Siemens Martin. Независимо друг от друга Джордж Крейн и Дэвид Томас из Yniscedwyn Works в Уэльсе задумали такую же идею, и Крейн подал заявку на британский патент в 1836 году. 5 февраля 1837 года они начали добывать железо по новому методу. Впоследствии Крейн купил патент Гессенхайнера и запатентовал дополнения к нему, контролируя использование процесса как в Великобритании, так и в США. В то время как Крейн оставался в Уэльсе, Томас переехал в США от имени Lehigh Coal & Navigation Company и основал Lehigh Crane Iron Company, чтобы использовать этот процесс.
Антрацит в металлургическом производстве
Горячий взрыв позволил использовать антрацит в плавке железа. Он также разрешил использовать уголь более низкого качества, потому что меньше топлива означало пропорционально меньше серы и пепла. В то время, когда был изобретен этот процесс, хорошее коксующее уголь было доступно только в достаточном количестве в Великобритании и западной Германии, поэтому в железных печах в США использовался древесный уголь. Это означало, что любая железная печь требовала обширных участков лесистой земли для производства древесного угля и обычно выходила из строя, когда были вырублены близлежащие леса. Попытки использовать антрацит в качестве топлива закончились неудачей, поскольку уголь сопротивлялся возгоранию в условиях холодного взрыва. В 1831 году доктор Фредерик В. Гессенхайнер подал заявку на патент США на использование горячего взрыва и антрацита для плавки железа. Он произвел небольшое количество антрацитового железа этим методом в Valley Furnace около Поттсвилла, Пенсильвания в 1836 году, но из-за сбоев и его болезни и смерти в 1838 году он не смог развить процесс в крупномасштабное производство.