A puddling egy régi módszer finomításával az olvadék , amely a decarburizing egy reverberatory kemencében a salakot oxidálószer, így a vas kovácsolt a olvadás .
A puding szó az angol to puddle igéből származik, ami azt jelenti, hogy "főzni". A módszer által kifejlesztett Henry Cort 1784, majd jelentősen javult Samuel Rogers Baldwin és Joseph Hall- a XIX th században. Az öntöttvas visszhangzó kemencében nagyon magas hőmérsékletre melegszik. A tócsás, a műveletért felelős munkás úgy aktiválja a reakciót, hogy ezt az öntöttvasat megkeveri egy "horgony" nevű hosszú horog segítségével. Megfelelően kifinomult állapotban a nagyítót kivonják a sütőből, kalapálással zsindelyezik , majd kovácsolják vagy rudakká tekerik .
Puddling kiszorítja az előző módszerek a szenet , mert fogyasztása csak a szén , ez lehetővé teszi a vasgyártás nagy mennyiségben. A párizsi Gare de l'Est és az Eiffel-torony boltívei tehát a Société des Aciéries de Pompey által előállított tócsás vasból készülnek . Miután a XIX . Században széles körben használták , a tócsás vas fokozatosan elhalványul acélig , hatékonyabbá és versenyképesebbé válik a konverterek kifejlesztésekor.
Abraham Darby , fejlesztésével nagyolvasztó a koksz , felszabadítja a termelés öntöttvas az alacsony rendelkezésre álló szénnel . De ennek az öntöttvasnak acéllá vagy vasvá alakítása még nem nélkülözheti ezt az üzemanyagot. Adolf Ledebur német kohász így foglalja össze:
"A XVIII . Század folyamán a vasfogyasztás tovább növekedett, miközben az egyre inkább megnyúló erdőirtás drágábbá és ritkábbá tette a növényi üzemanyagot. Ezért kénytelenek voltunk megkeresni a finomításhoz szükséges eszközöket, mint ahogyan azt szén, nyersvas, ásványi tüzelőanyag előállításához tették. A finomítói tüzek nem tették lehetővé ezt a helyettesítést, amely a vasat mindig többé-kevésbé kénes anyaggal érintette. Ezért olyan kemencékre volt szükség, amelyekben a fém nem érintette a szilárd tüzelőanyagot, és kizárólag láng hatásának volt kitéve. Ugyanakkor lehetőség nyílt a szén nyers állapotban történő felhasználására, amelyet régóta elértek a különböző fémek fúziójára alkalmazott visszhangzó kemencékben.
Ezt az ötletet követve képzelte el az angol Cort 1784-ben azt az érlelési folyamatot, amelynek a „tócsálás” nevet adtuk az angol szóból a tócsába, ami jelentése: „főzni”. "
- A. Ledebur, A vaskohászat elméleti és gyakorlati kézikönyve , p. 366
A visszhangzó kemence a legolvadóbb fémek kohászatában ismert. Elvének az öntöttvas finomítására történő kiterjesztésének ötlete először jelenik meg a szabadalomban, amelyet Peter Onions nyújtott be.1783. május 7. De a folyamat fejlesztése, amelyet a Dowlais és a Cyfarthfa Vasműhöz vezetett , kudarcot vallott, és1784. február 17, William Reynolds, az üzem vezetője elrendeli, hogy hagyjon fel a tesztekkel.
A 1784. február 13, az angol Cort szabadalmat nyújtott be egy kissé eltérő reverberációs kemencéhez. A tűzhely, amelyen a munkát végzik, egy gondosan felépített halom kvarc tűzálló anyag és homok . Az öntöttvasban lévő szén égése levegőárammal megy végbe, lassú, és a fémtömeg manipulációjával kell aktiválódnia. Ennek ellenére a reakció időtartama magas szénfogyasztáshoz, valamint a vas jelentős oxidációjához vezet. Ez a folyamat más korlátokat mutat:
Cort folyamatát „száraz tócsának” nevezik, mivel a fehér öntöttvas meleg állapotában nem túl viszkózus, és a nem túl olvadó talp kevés salakot eredményez . Lehetővé teszi a vas mennyiségének megszerzését, de a költségek jelentős csökkentése nélkül: előnye ezért csak az üzemanyagra korlátozódik. Ez lehet rossz minőségű szén, vagy akár tőzeg , lignit vagy fa.
A Cort fejlesztése szerint a száraz tócsázást csak azok a gyárak fogadták el , amelyek nem tudtak szénforrást szerezni, és Cort 1800-ban halt meg anélkül, hogy kihasználta volna találmányát .
A 1818 , Samuel Baldwin Rogers feltalálta a kandalló által támogatott vízhűtéses öntöttvas lemez (mások később elfogadja a léghűtéses kandalló). Noha vitathatatlan, hogy az energetikai hűtés […] növeli-e az üzemanyag-fogyasztást, ez a költség kisebb, mint ami a kevésbé jól hűtött kemence gyakori javításából származna " . Valóban, ha a tűzálló boltozat csak hat hónapig tart, akkor egy öntöttvas kandalló közel három évet szolgálhat. Ez a fejlődés azonban továbbra is túl marginális ahhoz, hogy Rogers kihasználhassa.
1830 körül , néhány kísérlet után, Joseph Hall átvette a lehűtött talpat, de oxidáló tűzálló béléssel borította be. Ezt az újítást az imént Tiptonban alapított gyárban rendszerezi . Valójában a finomításhoz szükséges oxigén ebből a bélésből származik, amely érintkezik a fémmel, ahelyett, hogy levegőáramból származna: a folyamat gyorsabb és hármas kemence előállítása a "régi eljáráshoz képest". Hall tölteléke, amelyet bikakutyának hívnak , lényegében a korábbi és sült pudingok vas-oxidjaiból áll . A reakció gyorsasága jelentősen csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és az oxidációs veszteségeket.
Egyes kemencebélések fő alkotóelemei (tömegszázalékban, Σ ≤ 100%) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
A csomagolás neve | Haderő műszaki főtiszt | Fe 2 O 3 | MnO 2 | SiO 2 | TiO 2 | CO 2 | PbSO 4 | CaO | Al 2 O 3 | MgO | Oldhatatlan maradványok és víz |
Bikakutya ( salak és grillezett öntetek ) | 4 | 64. | 16. | 11. | 1 | ||||||
Lila érc ( pirit átalakult hematit által pörkölés ) | 95 | 1 | 2 | ||||||||
Kerámia föld ( mangán fekete szalag Észak- Staffordshire-ből ) | 47 | 2.54 | 3 | 31 | 1 | 1 | 14 |
Ezek a fejlesztések alapvetőek. A Hall által 1839-ben továbbfejlesztett és szabadalmaztatott eljárás , amelyet "zsíros tócsának" vagy "forralásnak" neveznek, szemben a Cort primitív módszerével, gyorsan terjedt:
„Az MM kohászati útjain. Dufrenoy, Coste és Perdonnet látunk ( 1 st kiadás) 1823-ban a használata homok talppal még általában. 1820 körül elkezdtük a zúzott salakot helyettesíteni a homokkal. 1829-ben itt-ott öntöttvas talpakat látunk, de a szerzők hozzáteszik, hogy ha közvetlenül az öntöttvasra tönköztek (szemét- vagy salakréteg nélkül), az eredmények hibásak voltak. Végül 1837-ben (2 nd edition), öntöttvas talppal volt általános használatban. "
- E.-L. Gruner , Traktátus a kohászatról , p. 168. lábjegyzet
Megfelelő oxid-összetétel mellett az eljárás meglehetősen hatékony a foszformentesítésben is, és lehetővé teszi Európában elterjedt foszforércek használatát. De nem sikerül gazdaságosan átalakítani a kénnel és foszforral nagyon megrakott öntöttvasat megfelelő vassá. Minden kovácsmester empirikusan és több-kevesebb sikerrel törekszik a kandallóra helyezett reagens javítására.
A zsíros tócsázás első lépése, hogy a kandallót olyan anyaggal borítják be, amely reagál a felhasznált öntöttvasra. Három komponenst használnak:
Az utolsó két komponens a Hall-folyamat fejlesztése. Az előállított keverékek az alkalmazott öntöttvas és a kívánt vas minőségétől függően változnak. A keverékeket empirikusan hajtják végre, és néha titkosak, olyannyira, hogy „nagyszámú olyan anyagot javasoltunk és próbáltunk hozzáadni, amelyek hatása csak abszolút ellentétes lehet az általunk elérni kívánt céllal” .
Ezt a salak- és oxidréteget olvadásig melegítjük. Ezután a pocsolya csökkenti a hőt, így a hűlt öntöttvas kandallót védő kéreggé szilárdul.
A nyersvas ezután erre az oxidrétegre kerül. Mivel a zsíros tócsázás elvégezhető az alapkamrán, lehetőség van szilíciumban vagy foszforban gazdag öntöttvas kezelésére. Az öntvények megválasztásánál a végtermék tulajdonságai is fontosak. Az acél előállításához elengedhetetlen a mangánban gazdag vas ( spiegeleisen ), mivel ez az elem késlelteti a szén-dioxid-mentesítést . A szilíciumban gazdag szürke öntöttvas szilícium-dioxid előállításával savanyúvá teszi a salakot: ezért korlátozzák a foszformentesítést. A szilíciumban szegény fehér öntöttvasakat a legkönnyebben dekarburálni.
Amint az öntöttvas olvadni kezd, a tócsó közbelép. Munkája akkor kezdődik, amikor észreveszi, hogy a folyékony felületről kis kék lángok jelennek meg, amelyek a szén elégetésére jellemzőek. Ezután a kémény huzatának korlátozásával csökkenti a kemence hőmérsékletét, és keverni kezdi az öntöttvasat, hogy érintkezésbe kerüljön a kandalló anyagaival. A műveletek egésze "kemény izmos erőfeszítéseket igényel és fárasztó körülmények között" . Ez nyilvánvaló know-how-t is igényel :
„… A munkavállaló munkája abból áll, hogy […] az öntöttvasat és a salakot szántja, erős, régimódi, végén derékszögben ívelt; ez a "horog" nevű eszköz. A fémes részecskék tehát összekeverednek az oxidált elemekkel, és mindkettőnek ki van téve a levegő hatása. A sör üzemeltetéséhez nem nyitjuk ki magát a működő ajtót. A munkavállaló túl sok hőt él át, és maga a sütő is lehűl. Csak bemutatjuk a szerszámokat egy egyszerű, 0,10–0,15 m oldalú nyíláson keresztül , amely a mobil ajtó aljára készült, és könnyen becsukható ...
Amint a vas finomodik, kevésbé olvaszthatóvá válik; A keverés folytatása érdekében ezért fokozatosan meg kell emelni a hőmérsékletet, fokozatosan újra kinyitva a kémény fedelét.
A horog helyett a munkás gyakran használ ferde élt, úgynevezett raklapot vagy gyalut, amely lehetővé teszi a lehűlt vagy szilárdtá vált alkatrészek leválását a talpról, amelyek hajlamosak rá tapadni. "
- ML Gruner, Kohászati Szerződés , p. 171 404. bek
Az öntöttvas dekarburálása buborékosodást okoz, ami megfelel a szén-monoxid felszabadulásának . Amikor ez leáll, akkor is a szén-dioxid-mentesítést a vas megszerzéséhez tolhatjuk, a vas megfordításával , vagyis a vas tömegének elforgatásával az átalakítás befejezéséhez.
Amikor a pocsolya finomítottnak tartja, a gömböt néhány golyóra osztja. Ezeket a kemencébe nyomják, hogy megtisztítsák őket a salaktól.
Ezeknek a golyóknak a kemencéből való kivonását haladéktalanul kalapáccsal vagy hengerléssel kell követni, hogy az utolsó salak kinyerhető legyen, és működőképes alakot kapjon, általában rudakat. Ebben a fázisban a forró fém viselkedése lehetővé teszi annak minőségének megítélését: a magas kéntartalom törékennyé teszi, a kék szikra kibocsátása elégtelen dekarburálást jelez stb. Szükség esetén a vas visszavezethető a sütőbe további feldolgozás céljából.
Miután a sütő kiürült, a kandallót megvizsgálják és esetleg megjavítják. Alapbevonat esetén a salak kén- és foszfor-oxidokkal telített: ezt követően folyékony állapotúra melegítik, majd kiöntik a kemencéből.
Nyersvas betöltése
Puddler dudival dagasztott
A tócsás vasgolyó kivétele a sütőből
Salaköntés
A rögzítés során a "salak bőségesen folyik, a fémrészecskék egyre jobban hegesztődnek" . Ennek az eredménynek az eléréséhez szükséges, hogy a tócsázási művelet eredményeként alacsony olvadáspontú salak keletkezzen, ami korlátozza magnezium- vagy mésztartalmukat. A salak ilyenkor csak lényegében kovasav lehet, amely rontja a szén, a foszfor és a kén oxidációjának hatékonyságát, vagy fluxust tartalmaz, például fluort . A szempillák végén nyersvasrudakat kapunk. Felületük oxidációja annál is fontosabb, mivel a forró munka meghosszabbodik.
A jó rögzítés tehát elválaszthatatlan a tócsázástól. 1783-ban, egy évvel a visszhangzó kemence finomításának szabadalmaztatása előtt , Cort szabadalmat nyújtott be egy furatos hengerműhöz, amely képes fém megmunkálására anélkül, hogy megfeszítené.
Miután megmunkálta, a nyers vasat apró rudakra vágják, amelyeket minőségük szerint válogatnak. Derékszögben elrendezett hosszúkás kötegekben vagy készletekben vannak egymásra rakva. Lehetőség van a nyersvasdarabok minőségi elrendezésére. Például kopásálló vasalóink lesznek a periférián, ha a csomagot sínvé akarják alakítani. Sütőben felmelegítve ezek a kötegek összeforrnak és hengerelve kereskedő vasrudakká válnak.
A Martinet elülső része nyersvas lecsapására használt tócsázás után.
Tócsázás utáni nyers vaskötéshez használt aligátorprés.
A fuvolahengerlés a nyersvas hasításának befejezésére szolgál, és a nyers vasgolyót rúddá alakítja.
Példák a vasrudak kötegelt elrendezésére kovácsolás előtt. A sötét részek már kovácsolt vasak, a világosak csak repedezett vasrudak.
A pelyhesített vasat ezért gyakran "szálasnak" nevezik. Valójában egy vasmátrixból áll, amelyben a tócsázó salak és a nyers vasdarabok felületén kialakuló oxidáció a kötés során megmarad. A csomagolások kovácsolása ezeket a szennyeződéseket úgy irányítja, hogy korlátozzák káros hatásukat. Ehhez ismételt kovácsolás és erőteljes szerszámok szükségesek: ez a kalapácsok korszaka , amelyek egyaránt képesek tökéletesíteni a rögzítést és a kovácsolást precíziós nagy alkatrészekkel.
A pudingolás lehetővé teszi az öntöttvasnál jobb tulajdonságokkal rendelkező vas előállítását: az 1834-es Carrousel-híd megfelel az öntöttvas hidak apogejának. A tizenhat évvel később felavatott, kovácsoltvasból épített Britannia híd drámai módon kihúzza a fémszerkezet határait.
Egy olyan korban, ahol ingadozások a minőségi nyersvas egy nagyolvasztó kevéssé ismert, puddling érdekes. Az öntöttvas megszilárdulása megkönnyíti a sertések válogatását . A művelet lassúsága megkönnyíti az ellenőrzését és garantálja az érés sikerét, feltéve, hogy a tócsás hozzáértő. Végül a nyers vasdarabok megfontolt elrendezése a csomagolásban a kovácsolás előtt javítja a gyártott alkatrészek ellenállását.
De a tócsás vas továbbra is heterogén anyag marad. A kovácsolás az oxidok és a salak zárványait meghatározott irányba orientált szálakká nyújtja, míg a vasmátrix izotróp . Ezekre a rostokra merőlegesen késztetve könnyen elszakad.
A vas elfogadása jelentős kutatási erőfeszítéseket is eredményez a korrózióval kapcsolatban , amely jelenség elkerülte az addig használt öntöttvasat és követ. Másrészt alacsony széntartalma miatt keményedésre érzéketlen anyag lesz : ezért különösen alkalmas forró szegecselésre .
Britannia híd , 1850-ben épült kovácsoltvasban. Két 140 m fesztávolságú , ez határozza meg a rekordot.
Garabit viadukt , 1884-ben épült tócsás vasban.
A tócsás vas metallográfiája , párhuzamos a "rostjával". A támadás sötétszürke színben mutatja be a kovácsolással kinyújtott zárványokat.
Fotó egy nyers vasrúdról, félig forró zúzás után . A tesztet Bessemer végezte .
Gustave Eiffel 1889-ben tócsás vasból építette tornyát . A folyamat tehát túléli a Bessemer- és a Thomas- átalakítók megjelenését , amelyeket 1855-ben és 1877-ben találtak ki. Valójában a művelet lassúsága lehetővé teszi az előrehaladás megfelelő ellenőrzését. a kapott fémből akkor is, ha ugyanakkor az acéltermelés éppen meghaladta a vas- gyártást Nagy-Britanniában .
De a puding továbbra is energiaigényes: míg az átalakító csak a nemkívánatos elemek (szilícium, szén és foszfor) elégetéséből származó hőt használja fel, a pudinghoz a töltet visszafolyása szükséges. Ezenkívül egy tócskemence hőhatékonysága nem haladja meg a 7% -ot, a füst a kemencéből távozik anélkül, hogy hőjét a terhelésnek adja. A Siemens hővisszanyerő rendszerek tesztelését akadályozza a szennyeződés.
A Martin-Siemens konverter találmánya, amely szintén visszaverő kemence, de hővisszanyerő, a XX . Század első felében fokozatosan felhagy a tócsával . Ez a kemence, amely a fémet folyékony állapotban dolgozza fel, kevesebb munkaerőt és üzemanyagot igényel , miközben lehetővé teszi a minőségi acélok gyártását.
A 1870 , a vasgyártás megfelelt 7-szerese acél Franciaországban és 5-ször Nagy-Britanniában. De ettől az időponttól alig épült tócsás kemence. A 1910 , az arányok megfordultak: a vasgyártás már nem volt érdemes még egy ötödik, hogy az acél ebben a két országban.