풀링(금속)

Puddling (metallurgy)
웅덩이로의 개략도

웅덩이는 도가니나 용광로에서 고급 철을 제조하는 단계입니다.그것은 산업 혁명 기간 동안 영국에서 발명되었다.녹은 선철은 산화 환경에서 반사로에서 교반되어 연철을 생성했습니다.그것은 숯을 사용하지 않고 가치 있고 유용한 철(가단성 단철)을 처음으로 만드는 가장 중요한 과정 중 하나였다.결국 이 용해로는 소량의 특수 강철을 만드는 데 사용될 것입니다.

숯이 없는 철을 생산한 것은 처음은 아니지만, 웅덩이가 가장 성공적이었고, 이전의 화분, 스탬핑 공정뿐만 아니라 훨씬 더 오래된 숯 다듬기, 꽃꽂이 공정을 대체했다.이것은 철 생산의 큰 확장을 영국에서, 그리고 곧 북미에서 이루어지게 했다.제철업계에 관한 한 그 팽창은 산업혁명의 시작을 구성한다.에펠탑, 다리, 그리고 자유의 여신상의 원래 틀을 포함한 19세기 연철의 대부분의 응용 분야는 웅덩이가 있는 철을 사용했다.

이후 용해로는 양질의 탄소강 생산에도 사용되었습니다.이것은 매우 숙련된 기술이었고, 고탄소강과 저탄소강 모두 소규모로 성공적으로 생산되었으며, 특히 공구강고품질, 검 및 기타 무기의 게이트웨이 기술을 위해 제작되었습니다.

역사

송잉싱이 1637년에 출판한 천공개우엔시클로피디아에 기술된 우차오니의 정제 과정은 초기의 웅덩이 공정과 몇 가지 유사점을 보여준다.

고대 중국에는 서기 1세기 경 한나라 때 금속을 퍼들링하여 강철을 정제하는 것이 이미 알려져 있었다.제강 공정의 발달은 [1]검을 만들기 위해 선철을 단조, 접기, 쌓기를 반복하여 강철의 전반적인 품질을 향상시켰다.

현대의 웅덩이는 숯을 사용하지 않고 선철로 철을 생산하기 위해 18세기 후반 영국에서 개발된 여러 공정 중 하나였다.그것은 정밀한 단조장에서 시행된 초기 숯 연료 공정을 점차 대체했다.

웅덩이의 필요성

선철은 유리 탄소를 많이 함유하고 있고 부서지기 쉽습니다.사용하기 전에, 그리고 대장장이에 의해 가공되기 전에, 그것은 연철의 초기 단계인 철봉으로 보다 가단성 있는 형태로 변환되어야 한다.

에이브러햄 다비가[2] 1709년 콜브룩데일있는 고로용 코크스를 성공적으로 사용하면서 철의 가격을 낮추었지만, 이 코크스를 연료로 하는 선철은 기존의 [3]방법으로는 철로 바꿀 수 없었기 때문에 처음에는 받아들여지지 않았다.코크스에서 나오는 황 불순물로 인해 가열 시 '뜨겁게' 되거나 부서지기 쉬웠기 때문에 코크스는 미세 가공을 할 수 없었습니다.1750년경, 증기로 작동되는 바람이 유황을 제거하기 위해 충분한 양의 석회를 첨가할 수 있을 정도로 용해로 온도를 높였을 때, 코크스 선철은 [4]채택되기 시작했습니다.또한 [3]이를 개선하기 위해 더 나은 프로세스가 개발되었습니다.

발명.

용광로 혁신가의 아들인 아브라함 다비 2세는 1749년에 선철을 철로 바꾸는 데 성공했지만 그의 [5]과정에 대한 자세한 내용은 알려지지 않았다.크래니지 형제는 세번에서 일하면서 철과 황산 석탄을 [5]분리할 수 있는 석탄 연소식 환사로(reverbatory furn)를 사용하여 이를 실험적으로 달성했습니다.그들은 열의 작용만으로 철이 선철에서 철로 바뀔 수 있다는 가설을 세운 최초의 사람들이다.비록 그들은 공기로부터 공급되는 산소의 필요성에 대해 알지 못했지만, 적어도 연료에서 나오는 물질과 혼합물이 필요하다는 이전의 오해는 포기했다.그들의 실험은 성공적이었고 그들은 1766년에 특허 851을 부여받았지만, 그들의 공정은 상업적으로 채택되지 않은 것으로 보인다.

1783년, 다우라이스피터 양파스는 더 큰 순환로를 [5]건설했다.그는 이것으로 성공적인 상업 활동을 시작했고 1370호 특허를 받았다.

웅덩이는 1783-84년 Henry Cort에 의해 햄프셔의 Fontley에서 개선되었고 1784년에 특허를 받았습니다.Cort는 굴뚝에 댐퍼를 추가하여 과열과 [5]철의 '연소' 위험을 피했다.Cort의 공정은 산화 분위기 속에서 잔향로에서 녹은 선철을 교반하여 탈탄시키는 것으로 구성되었습니다.철이 "자연에 달라붙어" 즉, 끈적끈적한 상태로 뭉쳐진 공 모양으로 모이고 대상포진을 만든 다음(아래 설명과 같이) 굴렸다.좁은 바를 굴리기 위해 홈이 있는 롤러를 압연기에 적용한 것도 Cort의 [6]발명품이었다.Cort는 이 공정을 허가하고 수익을 얻는 데 성공했습니다. Cyfarthfa와 같은 제철소에서도 이전 공정을 Dowlais의 이웃에 의해 발명했습니다.Cort는 현재 일반적으로 [citation needed]웅덩이의 '발명자'로 여겨진다.

Cort가 발명된 지 90년이 지난 지금, 미국의 한 노동신문은 Cort의 시스템의 장점을 다음과 같이 회상했습니다.

"철을 단순히 녹여 금형에 넣으면, 그 질감은 입상화되기 쉽고, 인장 강도를 많이 필요로 하는 사용에는 매우 불안정합니다.웅덩이에서 용융된 쇳물을 휘젓는 과정이 이루어졌고, 굴림 과정을 [7]더욱 효과적으로 만들기 위해 무향학적 배치를 바꾸는 효과가 있었습니다."

Cort의 공정은 (특허를 받은) 백색 주철에만 효과가 있었고, 회색 주철에는 효과가 없었으며, 이것은 그 시대의 단조품의 일반적인 원료였습니다.이 문제는 아마도 Merthyr Tydfil에서 약간 이전 공정의 한 요소와 pudling을 결합함으로써 해결되었을 것입니다.이것은 '정비기' 또는 '불난리'[8]로 알려진 또 다른 종류의 난로를 포함했다.선철은 이 안에서 녹아서 수조에 빠졌다.슬래그는 분리되어 용융된 쇳물 위에 떠 있다가 수조 끝에 댐을 내려 제거되었다.이 공정의 효과는 금속을 탈규소화시켜 '마감 금속'으로 알려진 흰색의 부서지기 쉬운 금속을 남기는 것이었습니다.이것은 웅덩이로에 충전하기에 이상적인 재료였습니다.이 공정의 버전은 '건조 웅덩이'로 알려져 있으며 1890년까지도 일부 지역에서 계속 사용되었습니다.

회색 철을 정제하는 대안은 '물 웅덩이'로 알려져 있으며, '끓는' 또는 '돼지 끓는'이라고도 알려져 있다.이것은 팁톤조셉 홀이라는 이름의 웅덩이에 의해 발명되었다.그는 혐의에 고철을 첨가하기 시작했다.나중에 는 철 비늘을 추가하려고 했다.그 결과는 용광로가 격렬하게 끓는다는 점에서 장관이었다.이것은 비늘의 산화 철과 선철에 용해된 탄소 사이의 화학 반응이었다.놀랍게도, 그 결과로 생긴 퍼들볼은 좋은 철을 만들어냈다.

웅덩이의 큰 문제 중 하나는 모래가 침대로 사용되었기 때문에 철의 거의 50%가 슬래그와 함께 제거된다는 것입니다.홀은 침대 대신 구운 탭 신더를 사용했고, 이로 인해 쓰레기는 8%로 줄었고,[9] 21세기 말까지 5%로 감소했습니다.

그 후 홀은 1830년 팁튼에 블룸필드 철공소를 설립하는 파트너가 되었고, 1834년부터는 브래들리, 바로우, 홀이 되었다.이것은 19세기 중후반에서 가장 일반적으로 사용된 공정의 버전입니다.습식 푸딩은 드라이 푸딩(또는 이전 공정)보다 훨씬 효율적이라는 장점이 있었습니다.건식 푸딩에서 얻을 수 있는 최고의 철 생산량은 1.3톤의 선철에서 얻을 수 있는 1톤의 철(수율 77%)이지만 습식 푸딩에서 얻을 수 있는 철 생산량은 거의 100%였다.

웅덩이의 연강 생산은 1850년경 독일[citation needed] 웨스트팔렌에서 이루어졌으며 로헤이지, 브레메, 레르킨트를 대신하여 영국에서 특허를 받았다.그것은 특정 종류의 광석으로 만들어진 선철로만 작동했다.주철은 빨리 녹아야 했고 슬래그에는 망간이 풍부해야 했습니다.금속이 자연에 나타났을 때, 추가적인 침탄화가 발생하기 전에 금속을 신속하게 제거하고 대상포진을 만들어야 했습니다.이 공정은 1851년 요크셔(잉글랜드)의 브래드포드에 있는 로우 무어 제철소와 1855년 프랑스루아르 계곡에서 시작되었다.그것은 널리 쓰였다.

강철을 생산하는 베세머 공정의 도입으로 웅덩이 공정이 대체되기 시작했습니다.이것은 Aston 공정을 사용하면 비용과 시간의 극히 일부만으로 연철로 변환될 수 있습니다.비교를 위해, 웅덩이로의 평균 크기 충전량은 800–900파운드(360–410kg)[10]인 반면, 베세머 변환기 충전량은 15 쇼트톤(13,600kg)이었습니다.퍼들러가 처리할 수 있는 양에 따라 퍼들링 프로세스를 확장할 수 없었습니다.용광로를 더 지어야 확장할 수 있었다.

과정

단일 웅덩이로의 외관.A. 댐퍼, B.작업문

공정은 웅덩이를 준비하는 것에서부터 시작됩니다.여기에는 용해로를 저온으로 만든 다음 다듬질하는 작업이 포함됩니다.다듬질은 철 산화물(일반적으로 헤마타이트)[11]로 주변의 격자 및 벽을 도장하는 과정으로, 용해된 금속이 용해로를 통해 연소되는 것을 방지하는 보호 코팅 역할을 합니다.때때로 헤마타이트 대신 잘게 빻은 신더를 사용했다.이 경우 용해로는 4-5시간 동안 가열하여 신더를 녹인 후 냉각한 후 충전해야 합니다.

그런 다음 백색 주철 또는 정제된 철을 용해로의 난로에 넣습니다. 이 과정을 충전이라고 합니다.습식 웅덩이에 대해서는 고철 및/또는 산화철도 충전된다.그런 다음 이 혼합물을 상단이 녹을 때까지 가열하여 산화물이 혼합되기 시작합니다. 이 작업은 보통 30분이 소요됩니다.이 혼합물은 강한 공기의 흐름에 노출되어 [13]고로의 을 통해 한쪽 끝에 [10][12]후크가 있는 긴 막대에 의해 교반됩니다.이는 산화물의 산소가 선철의 불순물, 특히 실리콘, 망간(슬래그를 형성하기 위해) 및 어느 정도 황과 인과 반응하도록 돕습니다. 황은 용해로의 배기와 함께 배출되는 가스를 형성합니다.

그런 다음 연료를 더 넣고 온도를 높입니다.철은 완전히 녹고 탄소는 타버리기 시작한다.습식 웅덩이는 첨가된 산화철과의 반응으로 인해 이산화탄소가 생성되면 기포가 형성되어 질량이 끓어오르는 것처럼 보이게 된다.이 프로세스는 슬래그가 에서 부풀어오르게 하여 래블러에게 연소 진행 상황을 시각적으로 알려줍니다.탄소가 연소됨에 따라 혼합물의 용해 온도는 1,150°C에서 1,540°C(2,100~2,800°[14][15]F)로 상승하므로 이 과정에서 용해로에 지속적으로 연료를 공급해야 합니다.혼합물의 탄소 원자가 용질 역할을 하여 철 혼합물의 녹는점을 낮추기 때문에(얼음 위의 도로 소금처럼) 녹는점이 증가합니다.

2인승 승무원으로 일하는 푸들러와 도우미는 12시간 교대제로 [16]약 1500kg의 철을 생산할 수 있었다.고된 노동, 열, 연기로 인해 웅덩이들은 수명이 매우 짧아졌고 대부분은 30대에 [17]사망했습니다.퍼들러는 공이 자연에 왔을 때를 감지해야 했기 때문에 퍼들링은 결코 자동화할 수 없었다.

웅덩이로

단일 고로의 수직 및 수평 단면.A. 벽난로 격자 B.내화벽돌; C.크로스 바인더, D.벽난로; E.작업문; F.화로, G. 주철 옹판, H. 교량벽

고로(pudling furning)는 고로에서 생산되는 선철로(pig iron)로 연철 또는 강철을 만드는 데 사용되는 금속 제조 기술입니다.용해로는 연료가 철과 직접 접촉하지 않고 뜨거운 공기를 철 위로 끌어당기도록 구성되어 있습니다. 이 시스템은 일반적으로 반사또는 노천로라고 알려져 있습니다.이 시스템의 가장 큰 장점은 연료의 불순물을 전하로부터 분리하는 것입니다.

이중 고로 배치

난로는 철이 충전되고, 녹고, 웅덩이가 생기는 곳입니다.난로의 모양은 보통 타원형이다. 길이는 1.5-1.8m(4.9-5.9ft), 폭은 1-1.2m(3.3-3.9ft)이다.용해로가 백철을 퍼들링하도록 설계된 경우 노심 깊이는 50cm(20인치)를 넘지 않습니다.고로가 회색 철을 끓이도록 설계된 경우 평균 화로 깊이는 50~75cm(20~30인치)입니다.전하를 녹이는 데 엄청난 열이 필요하기 때문에, 전하를 녹일 때 녹지 않도록 격자를 냉각해야 했습니다.이것은 차가운 공기를 지속적으로 그 위에 흘리거나 화덕 바닥에 물을 끼얹음으로써 이루어졌습니다.

연료가 연소되는 벽난로는 사용된 연료에 따라 크기가 다른 주철 격자를 사용했다.유연탄을 사용할 경우 평균 격자 크기는 60cm × 90cm(2.0ft × 3.0ft)이며 25~30cm(9.8-11.8인치)의 석탄이 적재됩니다.무연탄탄을 사용할 경우, 격자는 1.5m × 1.2m(4.9ft × 3.9ft)이며 50–75cm(20~30인치)의 석탄을 적재한다.

이중 웅덩이는 단일 웅덩이와 비슷하지만, 두 개의 웅덩이가 동시에 작동하도록 두 개의 작업 문이 있다는 점이 가장 큰 차이입니다.이 설비의 가장 큰 장점은 2배의 단철을 생산한다는 것입니다.또한 단일 용해로에 비해 경제적이고 연료 효율적입니다.

「 」를 참조해 주세요.

각주

  1. ^ Chen, Cheng-Yih (1987). Science and Technology in Chinese Civilization. World Scientific Pub Co Inc. (published May 1987). p. 237. ISBN 978-9971501921.
  2. ^ 슈버트(1958), 99페이지
  3. ^ a b 슈버트(1958), 페이지 100
  4. ^ Tylecote, R. F. (1992). A History of Metallurgy, Second Edition. London: Maney Publishing, for the Institute of Materials. ISBN 978-0901462886.
  5. ^ a b c d 슈버트(1958), 페이지 106
  6. ^ 슈베르트(1958), 페이지 105-106.
  7. ^ "철의 웅덩이," 노동자 대변인 [시카고], 제9권, 제9호 (1873년 1월 25일), 1페이지.
  8. ^ Overman에 의해 "finery"와 "run-out fire"로 불리지만, 단조장의 finery와 혼동해서는 안 된다.
  9. ^ 랜즈(1969), 페이지 33.
  10. ^ a b Overman, Fredrick (1854). The Manufacture of Iron, in All Its Various Branches. Philadelphia: H. C. Baird. pp. 267, 268, 287, 283, 344.
  11. ^ Rajput, R.K. (2000). Engineering Materials. S. Chand. p. 223. ISBN 81-219-1960-6.
  12. ^ W. K. V. 게일, 철강산업: 용어사전(데이비드와 찰스, 뉴턴 애벗 1971), 165.
  13. ^ R. F. Tylecote, R. F. 산업혁명의 철.Tylecote, The Industrial Revolution in Metals(Institute of Metals 1991, 런던 1991), 236-40.
  14. ^ Smith, Carroll (1984). Engineer to Win. MotorBooks / MBI Publishing Company. pp. 53–54. ISBN 0-87938-186-8.
  15. ^ W. K. V. 게일, 영국 철강 산업(데이비드와 찰스, 뉴턴 애벗, 1967), 70-79.
  16. ^ McNeil, Ian (1990). An Encyclopedia of the History of Technology. London: Routledge. p. 165. ISBN 0415147921.
  17. ^ Landes(1969), 페이지 218.
원천
  • Landes, David. S. (1969). The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present. Cambridge, New York: Press Syndicate of the University of Cambridge. ISBN 0-521-09418-6.
  • Schubert, H.R. (1958). Extraction and Production of Metals: Iron and Steel. A History of Technology IV: The Industrial Revolution. Oxford University press.

추가 정보

  • W. K. V. 게일, 과 강철 (롱만, 런던 1969), 55ff.
  • W. K. V. 게일, 영국 철강 산업: 기술사(David & Charles, Newton Abbot 1967), 62-66.
  • R. A. Mott, '건조 습식 퍼들링' 트랜스. 뉴코멘 Soc. 49(1977-78), 153-58.
  • R. A. Mott(에드)P. Singer), 헨리 코트: 그레이트 페어(The Metals Society, 런던 1983).
  • K. Baraclough, 제강업: 1850~1900년(Institute of Materials, London 1990), 27-35년.
  • Overman, Fredrick (1854). The Manufacture of Iron, in All Its Various Branches. Philadelphia: H. C. Baird. pp. 259–302.
  • 폴 벨포드 N관한 논문. 힌글리 & 선즈
  • '아이언 퍼들러: 롤링밀에서의 삶과 그 결과' 제임스 J. 데이비스 지음.뉴욕: 그로셋 앤 던랩, 1922년.(C. L. Edson 작사)