Анимационный фрагмент Сыродутный процесс получения железной крицы

В истории металлургической техники принято деление агрегатов для экстракции железа из руд по виду основного продукта процесса. В связи с этим представлен анимационный фрагмент сыродутного процесса – сыродутный горн, в котором при любых параметрах может быть получено только кричное железо. В данном фрагменте демонстрируется:

– общий вид конструкции сыродутного горна, расположение дутьевых приборов. Конструкция печи и дутьевых мехов;

– загрузка горна шихтовыми материалами: древесным углем (черное) и железной рудой (серое);

– работа с дутьевыми мехами;

– процесс движения в печи кусков руды, восстановления железа и кусочков железной руды, формирование железной крицы и шлака.

По мере повышения температуры при контакте с восстановительным газом (оксидом углерода) происходит постепенное восстановление железа на поверхности кусков руды. При достижении температуры свыше 1200 °С внутри кусочков руды формируется шлак – расплав, состоящий из оксидов железа и кремния.

Удаление шлака

По способу удаления образующегося шлака сыродутные горны принято подразделять на три типа. Первый тип включает печи, в которых не существовало системы шлакоудаления во время плавки. Шлак оставался внутри печи в течение всего процесса, он удалялся после окончания плавки и извлечения крицы. В горнах второго типа для шлака подготавливали специальную яму (в форме котла) в нижней части печи, где он постепенно скапливался и затвердевал (рис. 1.3). Характерные шлаковые блоки являются признаком, так называемых печей со шлаковыми ямами. Формирование блока было возможно при условии, что шлакосборник оставался пустым до момента образования шлака. Поэтому перед началом плавки свободное пространство заполняли углем, хворостом и соломой, которые шлак выжигал по мере стекания. Cыродутные горны, в которых шлак скапливался на чашеобразном поду печи, в современной исторической литературе получили название печи со шлакосборниками. Такие печи имели большое количество вариантов конструкций. Они могли размещаться в строениях ниже уровня земли (шалашах, сараях) или представлять собой отдельно стоящую глиняную конструкцию. Печи могли быть маленькими (35–40 см в диаметре и 40 см глубиной), в них образовывалось 20–25 кг шлака, или большими, когда диаметр только шлакосборника достигал 80 см, а глубина 90 см с накоплением до 450 кг шлака. Выдающимся изобретением 1-го тысячелетия стал горн с выпуском шлака (третий тип). Он имел большое количество различных форм и конструкционных особенностей. Такой горн мог быть встроен в укрытия, находящиеся ниже уровня земли, или мог стоять отдельно. Обнаружены доказательства, позволяющие считать, что эти горны иногда являлись переносными. Шлак в виде густой тестообразной массы выгребался через специальную арку в передней стенке печи или вытекал в виде расплава через выпускное отверстие – летку. Для выпуска расплавленного шлака необходимо было обладать высоким уровнем мастерства. Неправильный выпуск шлака мог сопровождаться большими тепловыми потерями, что в свою очередь могло привести к остановке процесса.

од

Рис. 1.3. Схема принципа работы горна со шлакосборником: а – до начала выплавки:

б – после выплавки:

1 – шахта; 2 – нетронутая земля; 3 – фурма; 4 – мех; 5 – древесный уголь; 6 – железная руда; 7 – хворост или солома; 8 – шлак, рудный остаток, древесный уголь; 9 – губчатое железо;

10 – застывший шлакообразный блок; 11 – уголь и зола.