WYDZIAŁY POLITECENICZNE KRAKÓW

>■

| BIBLIOTEKA GŁÓWNA

GKT^T -J

k©

,■; -:• '

*

■

,W

,

A

r

••:-

;

'

f:,'

:

%*5fł

\

f *■

î

m

.J|

Wi

■' f

■;:i

S

• "%

?

y

:hniki Krakowskiej

.

'

.

'

'..N*.

f,.V %v

jfèQpÜ- ^

>

'

&

• ?

' -ÿ

J

I

I

A?

Ï

>

W*

S

*•

r

f

I

%

%

*r

?

tHfe

piji

»40MI , - *

BIBLIOTEKA DZIEŁ TECHNIC

TCH. TOM II.

KOMITET REDAKCYJNY P. P.: H. CZOPOWSKI, K- DREWNOWSKI, H. KORW1N-KRUKOWSKI, F. KUCHARZEWSKI, S. MANDUK, S. TWARDOWSKI i C. WITOSZYŃSKI.

46.

HENRYK KORWJN-KRUKOWSKI,

INŻYNIER GÓRNICZY, DOCENT POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ.

WSTĘP

HUTNICTWU ŻELRZR.

Z ZAPOMOGI KASY POMOCY DLA OSÓB PRACUJĄCYCH NA POLU NAUKOWEM IM. D-ra JÓZEFA MIANOWSKIEGO, WYDALI W IM. KOMITETU S. MANDUK i S. TWARDOWSKI.

$/ \ iTÎCv'i

cioLł^tir**

«owMWfNgfc ♦ *

W SUm. »

ł .......

W* I*»'

WARSZAWA.

DRUK RUBIESZEWSKIEGO I WROTNOWSKIEGO.

KRAKÓW

155 8 G

„Geprüft und auch für die Ausfuhr freigegeben“, Warschau den. 19. 2. 1918. T. A° 9095. Dr. AÇ 455.

Akc. Nr.

5530 Jsq

SPIS RZECZY.

Słowo wstępne.

Str.

Zamiast przedmowy, Rodzaje żelaza. . Historya.....

1. Wyrób surowca

•    Skład chemiczny surowca i jego własności .    .    .    .

XWielki piec...............

Paliwo.................

•    Rudy żelazne...............

- Przygotowanie rudy............

XProcesy chemiczne, zachodzące w wielkim piecu .

Żużle wielkopiecowe............

Powietrze................

' Ogrzewanie powietrza............

Osuszanie powietrza............

Gazy wylotowe wielkiego pieca........

Oczyszczanie gazów...........

•    Zasilanie pieca i chwytanie gazów.......

Budowa wielkiego pieca...........

Wymiary wielkiego pieca..........

Prowadzenie wielkiego pieca.........

Zaburzenia w wielkim piecu.........

\ Bilans wielkiego pieca...........

15

21

24

31

36

42

49

56

57

60

61

64

69

77

83

87

93

96

2. Wyrób żelaza kowalnego.

’ Własności żelaza kowalnego Świeżenie

■Sposób pudlarski.........

’ Stal..............

.Sposób bessemerowski otrzymywania stali .

surowca

103

108

109

115

IY

Bilans pieca martenowskiego .

Stal tyglowa........

Stal elektryczna......

Metoda tomasowska . Sposób marteuowski . G-eneratory .    .    .    .

‘ Piece martenowskie .

.    143

148

154

.    157

. 160

164

3. Walcownictwo.

Zasady ogólne .    .    .

Walcarki.....

Kalibrowanie walców . Walcownia .    .    .    .

Piece grzewcze .

175

180

.    187

.    192

SPIS RYSUNKÓW.

Str.

1.    Dymarka katalońska................

2.    Dymarka na Madagaskarze .    .............

3.    Dymarka bergamska.................

4.    Fryszerka................... . .

5.    Kształty wewnętrzne wielkich pieców..........

6.    Wielkie piece współczesne..............

7.    Oddział wielkopiecowy w przekroju.........

8.    Piec koksowy ulowy................

9.    Piec koksowy systemu Dr. Otta............

10.    Łamacz Blake’a..................

22.    Oddzielacz pyłu ślimakowy..............

23.    Dezyntegrator-płuczka Theisena............

24.    Filtr do gazów syst. Halberger-Betha..........

25.    Plan fabryki wielkopiecowej.............

26.    Zasieki do rudy i koksu ..............

27.    Stożek Parry’ego..... ............

28.    Dzwon Langena..................

29.    Przyrząd Van Hoffa................

30.    Podwójny stożek Parry’ego..............

31.    Kosz zasilający.................. •

32.    Chłodzenie spadku.................

33.    Dolna część wielkiego pieca..............

34.    Gar w przekrojach: pionowym, poziomym oraz jego widok

z przodu..................

35.    Skrzynie chłodzące.................

22

23

tablica

28

30

37

38

39

40

40

41

42

58

60

65

65

66

66

67

68

70

72

73

74

75

76

76

79

79

80

S 8 22 8 £ 33    £ 3 ? $ £ F³ ■ p ß ® 3    8 £ 8 § jg S S S £ Sgggèfe £ & p & & fe p. è g §§ « g

Dysza................

Oprawa formy powietrznej i żużlowej .... Maszyna Uehlinga do odlewania gęsi .... Maszyna niemiecka do odlewania gęsi. .    .    .

Kryształ żelaza............

Budowa żelaza dendrytyczna.......

Budowa żelaza: włóknista, ziarnista i muszlowa

Piec pudlarski.............

Pabryka pudlarska...........

Żelazo pudlarskie pod mikroskopem.....

Blok stali z jamą usadową........

Przekrój szyny. ............

Przekrój bloka z pęcherzami........

Konwertor Bessemera..........

Przekrój konwertora bessemerowskiego .    .    .

Przekrój oddziału bessemerowskiego ....

Generator z rusztem obrotowym......

Piec Siemensa.............

Zasłona pieca martenowskiego.......

Zawór rozdzielczy .    ..........

Piec martenowski przechylny.....

Maszyna do ładowania żelaza.......

Elektromagnes do żelaztwa........

Plan stalowni martenowskiej.......

Przekrój stalowni martenowskiej ......

Widok stalowni martenowskiej.......

Eormy do bloków.......... .

Czop w kadzi rozlewniczej .    .......

Płyta z formami............

Forma wyłożona u góry masą .    ......

Forma z nadstawą ...........

Forma z nadstawą, ogrzewana.......

Kokile szwedzkie ............

Prasa Harmefa............

Mieszalnik cylindryczny.........

Mieszalnik płaskoogniskowy........

Tygiel................

Ognisko z ciągiem kominowym......

Piec Siemensa do tygli.........

Piec Siemensa do tygli, bez przedziałów .    .    .

Piec Stassano.............

Piec Héronlt’a .    ............

Piec Girod’a..............

Piec Nathusiusa............

Piec Kjellina.............

Piec Böchlinga-Bodenhausena.......

Rozkład sił przy walcowaniu .......

Para, trójka i para podwójna walców ....

CC

•h ▼H ^ H tH tH

116

116

117

119

120

125

132

134

135

136

137

144

144

146

147

148

149

150

150

151

151

152

152

153

155

156

161

162

162

163

. 166

167

168

168

170

171

175

Vń —

Sir.

S* iS 35 os" © h « » Tli »o co t oo oś ö —i oi co -># ,8 co Cr ffioococoxæ®ffl0)05œai0)ffl®oî00ooooo2

Walcarka wstępna o ruchu zwrotnym Walcarka średnio walcująca ....

Druciarka...........

Walec............

Walce zębate.........

Pochwa łącznikowa.......

Stojak............

181

182

183

183

184

184

184

Walcarka uniwersalna...........

Wykroje otwarte.............

Wykroje zamknięte............

Wykroje do żelaza okrągłego ........

Wykroje do żelaza handlowego różnych kształtów Wykroje do walcowania szyn tramwajowych .    .

Wytaczanie bruzd............

Przenośnik bębnowy............

Przenośnik przesuwany..........

Piła wahadłowa.............

Plan nowoczesnej walcowni amerykańskiej .    .    .

Sposób mannesmanowski walcowania rur . .    .    .

Piec zgrzewny..............

Piec żarowy o biegu ciągłym........

Piec podgrzewczy Morgana.........

Jamy grzewcze Gjersa...........

186

187

187

188

189

190

CD CD

193

194

195

198

199

200

201

Str.

20

44

46

48

110

124

125

139

140

141

158

158

158

161

176

179

181

OMYŁKI W DRUKU.

Wiersz 4 od góry 7 od dołu

18

17

77

57

5 od góry 16 od dołu

77

1 od góry 6 od dołu

Zamiast a Na 1 w gazie w górze topnienia rys. 52 rys. 50 rys. 50

teoretycznie tlenu

wapna

przechodzi

Winno być

73

a .Na 5 w garze w garze topienia rys. 53 rys. 51 rys. 51

tlenu, teoretycznie wapnia

CaS przechodzi

79

Ol OI

O 00 CO o

—<    TH

1 kg

m³

kg

na węgla

30'

większą

85

nawęgla

300

mniejszą

84

SŁOWO WSTĘPNE.

Zamiast przedmowy. Hutnictwo, albo metalurgia jestto umiejętność otrzymywania metali z ciał kopalnych lub innych sposobem fabrycznym.

Hutnictwo stanowi dział technologii, która uczy, jak przerabiać materyały małej wartości na bardziej cenne, i jest częścią technologii chemicznej, ponieważ w przeróbce hutniczej przeważną rolę odgrywają procesy chemiczne.

Hutnictwo pokrewne jest chemii, zajmującej się dobywaniem różnych pierwiastków ze związków, lecz tern się od niej różni, że gdy celem chemii jest otrzymywanie ciał w stanie jak najczystszym, hutnictwo dąży do korzystnego wydobywania metali sposobem fabrycznym, oddzielając jedynie ich składniki szkodliwe, ujemnie wpływające na właściwości fizyczne metalu.

Hutnictwo składa się z części ogólnej i działów specyalnych. Ogólna część obejmuje podstawy naukowe i metody praktyczne, stosowane do otrzymywania wszelkich metali, a przedewszystkiem technikę wytwarzania i wyzyskiwania ciepła, materyały opałowe, ogniotrwałe, urządzenia mechaniczne i t. d. Hutnictwo specyalne zajmuje się sposobami otrzymywania poszczególnych metali.

Hutnictwo żelaza, inaczej zwane syderurgią, stanowi dział metalurgii specyalnej.

Praca niniejsza została nazwana wstępem do hutnictwa żelaza, ponieważ nie ma na celu wyczerpującego wykładu tego obszernego przedmiotu, lecz treściwe wyłożenie najważniejszych wiadomości i zapoznanie ogólne czytelnika z zasadami i rozwojem metalurgii żelaza w taki sposób, ażeby ułatwić dalsze kształcenie się tym, którzy zechcą się hutnictwu żelaza specyalnie poświęcić. Obszerność przedmiotu wywołuje konieczność daleko idącej spe. cyalizacyi. Trudno dziś być specyalistą w całym zakresie hutnictwa żelaznego; możemy więc tylko mieć specyalistów w poszczególnych działach. Tych wszakże obowiązuje poznanie w głównjmh

Hutnictwo żelaza.

zarysach całej umiejętności. Postęp wiedzy metalurgicznej jest tak szybki, że specyalista zmuszony jest nieustannie dopełniać swe wiadomości, udając się do monografii i prac ogłaszanych w fachowych czasopismach peryodycznych. Mam nadzieję, że książka moja potrafi przygotować czytelnika do korzystania z tych źródeł.

Ogólne wiadomości z metalurgii żelaza są niezbędne dla inżynierów mechaników, mających do czynienia z obróbką tego najważniejszego z metali, gdyż dokładna znajomość materyałów wymaga poznania sposobów ich otrzymywania.

Hutnictwo żelaza postępuje naprzód w dwuch kierunkach: przez poznawanie istoty procesów chemicznych, zachodzących przy różnych sposobach postępowania i przez udoskonalenie konstruk-cyi hutniczych, obejmujących budowę pieców, maszyn i urządzeń pomocniczych. Pomimo, że od obydwuch kierunków zależą w równym stopniu pomyślne wyniki gospodarcze w przemyśle metalurgicznym, poświęcam w pracy swojej więcej uwagi stronie chemicznej, aniżeli mechaniczno-technicznej; bardziej szczegółowo omawiam procesy, niż urządzenia i zajmuję się więcej pomysłami, niż szczegółami ich wykonania.

Dzieła traktujące wyczerpująco o hutnictwie żelaza w językach obcych są liczne. Wymieniam tu zaledwie kilka:

Wedding, Ausführliches Handbuch der Eisenhüttenkunde.

Ledebur, Handbuch der Eisenhüttenkunde.

Hütte, Taschenbuch für Eisenhüttenleute.

Le Verrier, Métallurgie de la fonte.

Glages, Traité de métallurgie du fer.

Lipin, Mietałurgia czuguna, żeleza i stali.

W języku polskim mamy tylko trzy dzieła:

1)    Osiński Józef Herman ks., Nauka o gatunkach i szukaniu rudy żelaznej, topieniu jej w piecach wielkich, dymarkach it.d. 1782.

2)    Grurtl, Górnictwo i hutnictwo (tłomaczenie), 1883.

3)    Anczyc St. prof., Zarys hutnictwa żelaza, stanowiący część dzieła: Wykład technologii metali, 1913.

Rodzaje żelaza. Żelazem w chemii zowie się pierwiastek, oznaczony symbolem Fe, a w mowie potocznej różny materyał, składający się przeważnie z tego pierwiastku, lecz zawierający w sobie rozmaite domieszki, nadające mu szczególne własności, dla których jest cenionym w technice.

Żelazo chemicznie czyste niema żadnego zastosowania w przemyśle, a to nie tylko dlatego, że otrzymywanie jego byłoby zbyt kosztownem, lecz również z powodu, iż nie posiada pożądanych zalet mechanicznych: jest bardzo miękkie, mało wytrzymałe i nadzwyczaj trudno topliwe. Wszelkie żelazo używane w przemyśle jest żelazem węglistem, choć może zawierać prócz węgla i inne domieszki.

Z żelaza węglistego wykonać można zarówno garnek lub blachę kuchenną, jak i blachę do krycia dachów lub podkowę, pomimo że w pierwszych dwuch przedmiotach mamy materyał kruchy, mogący być łatwo uszkodzony przez uderzenie, a w ostatnich materyał mniej lub więcej giętki. Z pierwszego materyału możemy wyrabiać różne rzeczy przez roztopienie i odlewanie w formach, z drugiego — za pomocą prasowania lub kucia na gorąco. Pod względem chemicznym różnią się obydwa materyały przedewszystkiem mniejszą lub większą zawartością węgla. Stąd mamy pierwszy podział żelaza węglistego na dwa rodzaje: surowiec i żelazo kowalne.

sam

Surowcem nazywa się materyał otrzymywany bezpośrednio z rud żelaznych i służący do wyrobu wszystkich innych gatunków żelaza. Zawiera on w sobie węgla powyżej 2% i prócz tego wjnniejszej lub większej ilości inne domieszki, szkodliwe lub pożyteczne. Jest kruchy i łatwo topliwy. Ta ostatnia cecha czyni surowiec materyałem, nadającym się do celów odlewniczych. Ten materyał nosi jeszcze nazwę żeliwa, odlewu żelaznego lub żelaza lanego, o ile mu przez odlewanie w formach została nadana pewna postać użyteczna.

suro-

Żelazo kowalne (kujne, kowalskie) zawiera w sobie węgla od 0,04 do 1,5$, innych domieszek również znacznie mniej niż wiec. Topi się ono trudniej, a roztopione ma postać gęstego płynu, jest więc trudniejsze do odlewania w formach. Żelazo kowalne posiada tę własność, że przy wysokiej temperaturze przed roztopieniem przechodzi w stan ciastowaty o wysokiej plastyczności, która czyni je doskonale kowalnem na gorąco. Żelazo kowalne jest spawalne (zgrzewalne), to jest kawałki jego w stanie silnego rozgrzania mogą łączyć się ze sobą pod wpływem ściskania lub uderzania młotem w jedną całość.

Żelazo z zawartością 1,5—2{ węgla nie ma zastosowania w przemyśle, gdyż nie posiada żadnych zalet technicznych, cechujących powyższe dwa rodzaje żelaza węglistego. Póki istniał tylko sposób otrzymywania żelaza kowalnego z rud i następnie, kiedy je otrzymywano z surowca w ogniskach fryszerskich i piecach pudlarskich w stanie ciastowatym, nazywano gatunek miękki wprost żelazem, a gatunek twardy, któremu przez hartowanie można było nadawać jeszcze większą twardość — stalą. Cechami dodatkowemi stali były: znaczna sprężystość, zdolność zatrzymywania w sobie przez czas dłuższy raz wzbudzonych własności magnetycznych i trudniejsza spawalność.

1 glisty

Pod względem chemicznym żelazo było gatunkiem mało wę-m z zawartością od 0,05 do 0,5% węgla, stal zaś posiadała 0,5 —1,5# węgla. W ten sposób żelazo węgliste dzielono na trzy rodzaje: surowiec, stal i żelazo.

Po wynalezieniu sposobów otrzymywania żelaza kowalnego w stanie płynnym, inaczej żelaza zlewnego, pierwsze wytwory przedstawiały materyał twardy, źle spawalny, który odpowiednio do dawnej klasyfikacyi nazywano stalą, a miejsce wyrobu — stalownią. Obecnie otrzymywać można żelazo zlewne z najmniejszą zawartością węgla, a zatem miększe niż kiedykolwiek, otrzymywane dawnymi sposobami. Materyał ten wyrabiają stalownie.

Utrzymać dawniejszy podział żelaza kowalnego na stal i. żelazo, pomimo czynionych z różnych stron usiłowań, okazuje się nie-możliwem wobec trudności ustalenia między niemi ilościowej granicy jakiejkolwiek cechy. Każda z własności żelaza kowalnego, jak: wytrzymałość, rozciągliwość, twardość lub hartowność, zmienia się w sposób ciągły, są więc pośrednie gatunki, które tak dobrze można nazwać żelazem twardem, jak stalą miękką. Podział na zasadzie mniejszej lub większej zawartości węgla chybia celu, gdyż od czasu wprowadzenia do żelaza innych prócz węgla pierwiastków, jak: mangan, wolfram, chrom i inne, można otrzymać żelazo mało węgliste, posiadające wszelkie własności, które cechują stal. Twardość, wytrzymałość i rozciągliwość tego samego ma-teryału mogą się zmieniać wskutek obróbki termicznej lub mechanicznej. Tak żelazo ciągnione, naprzykład drut, posiada wytrzymałość większą, aniżeli to samo żelazo w grubej sztabie. Żelazo wyżarzone traci na wytrzymałości, lecz zwiększa swą rozciągliwość, hartowanie zaś działa odwrotnie.

Obecnie nazwa stali, bez bliższego określenia jakimś przymiotnikiem, oznacza żelazo ko walne, otrzymane w stanie płynnym i jest synonimem żelaza zlewnego. Zależnie od sposobu fabryka-cyi żelaza zlewnego mamy stal bessemerowską, tomasowską, mar-tenowską, tyglową lub elektryczną.

Żelazo kowalne, otrzymywane w stanie ciastowatym, nosi azwę zgrzewnego i może być fryszerskiem lub pudlarskiem. Żelazem kutolanem nazywa się odlew z surowca, który następnie i w postaci gotowego wyrobu, podlegał wyżarzaniu oraz częściowemu odwęglaniu i przez to nabrał własności, zbliżających go do żelaza kowalnego.

Stal cementowa jestto twardy materyał kowalny, otrzymywał jny przez nawęgianie miękkiego żelaza kowalnego w stanie stałym.

Stal lana jestto odlew z żelaza kowalnego, posiadającego wytrzymałość większą, aniżeli odlewy z surowca, noszące nazwę żelaza lanego.

Historya. Używanie żelaza sięga czasów najdawniejszych. Najstarsze pomniki piśmiennictwa, jak kroniki Hindusów, Biblia i Homer zawierają wzmianki o żelazie. Wbrew dawnemu mniemaniu, że cywilizacya ludzkości przechodziła kolejno przez okresy: kamienny, bronzowy i żelazny, ustala się coraz bardziej przekonanie, iż żelazo musiało być znane przed bronzem. Że przy poszukiwaniach archeologicznych nie znajdowano zabytków żelaznych, tłomaczy się tern, iż żelazo łatwo się utlenia i, tworząc związki rozpuszczalne, zostaje wchłonięte przez ziemię. Wystarcza paru wieków, aby rdza mogła doszczętnie zniszczyć źle przechowywane żelazo, wiek zaś wykopalisk przedhistorycznych oblicza się na lat tysiące.

Łatwiej możnaby się zgodzić na przypuszczenie, że użycie miedzi poprzedzało poznanie żelaza, gdyż miedź w wielu miejscach występuje w stanie rodzimym, posiada nęcący połysk, ludy więc pierwotne mogły z niej robić użytek. Bronz jest stopem miedzi z cyną. Cyna nie spotyka się w stanie rodzimym. Rudy miedzi i miedź rodzima prawie nigdy nie zawierają domieszek cyny. Ludy więc wytwarzające bronz po winny by były stać na pewnym stopniu rozwoju, aby módz stosować złożone sposoby, jakich wymaga wyrób przedmiotów z bronzu. Zresztą i obecnie spotykamy u ludów pierwotnych w Afryce i w Indyach Wschodnich umiejętność wyrobu żelaza, nigdy zaś bronzu.

Mniemaniem narodów starożytnych żelazem obdarzali ludzkość bogowie, a więc Egipcyanie przypisywali ten dar Ozyrysowi, Grecy — Prometeuszowi, Rzymianie — Wulkanowi, Germanowie— Odynowi, i nie jest wykluczonem, że naprawdę pierwsze żelazo, jakie ludzkość poznać mogła, spadło na ziemię z zaświatów, gdyż rodzime żelazo, z małą domieszką niklu, spotyka się tylko w meteorytach. Zawartość niklu w żelazie narzędzia, znalezionego w r. 1837 w piramidzie Cheopsa, pozwala przypuszczać, iż mate-ryał użyty do wyrobu był pochodzenia meteorycznego.

Przypuszczają, iż umiejętność otrzymywania żelaza wprowadzili do Europy Celtowie z Azyi, podczas wędrówki narodów na 1600 lat przed Chrystusem, w której umiejętność ta istniała u Hindusów na 5000 lat przed naszą erą i że pierwszemi ogniskami przemysłu żelaznego były osady celtyckie w teraźniejszej Belgii i Anglii

Pierwotny niezłożony sposób otrzymywania żelaza z małemi zmianami przechował się do naszych czasów. Niegdyś w dołach ocembrowanych kamieniem układano rudę na stosach drzewa, albo mieszano ją z węglem drzewnym. Stos zapalano, i ruda pod wpływem wiatru naturalnego lub doprowadzanego za pomocą miechów wydawała z siebie produkt ko walny, którego wartość tylko w małym stopniu zależała od woli wykonawcy. Otrzymywany mate-ryał przedstawiał masę gąbczastą, przepojoną żużlem, którą należało kuć, aby usunąć żużel i nadać jej odpowiednią ścisłość. Przez ponowne zagrzanie i kucie materyał ten stawał się lepszym. Z biegiem czasu dół został zastąpiony przez piec, zwany dymarką.

Rys. 1 przedstawia dymarkę, spotykaną jeszcze w końcu w. XIX w Pirynejach i w niektórych innych krajach, obfitujących w lasy i posiadających czystą i łatwo topliwą rudę. Ognisko, mające około 1 m w boku kwadratu; i głębokość od dyszy T do trzonu 0,5 m, zasypywano całkowicie węglem i zapalano. Następnie, gdy węgiel dobrze się rozpalił, w miejscu C układano rudę, która powoli zsuwała się do ogniska. Pod wpływem redukcyjnego działania tlenku węgla ruda się odtleniała i tworzyła żelazo, które zbierało się na spodzie. Znaczna część tlenku żelaza rudy łączyła się z piaskiem i gliną, zawartemi w rudzie, tworząc żużel. Z chwilą, gdy zebrała się dostateczna ilość żelaza, przystępowano za pomocą drągów i haków żelaznych do zbijania oddzielnych grudek żelaza w jedną całość, zwaną lupą lub wilkiem. Po wyjęciu z ogniska przekuwano lupę pod młotem,poruszanym wodą. Proces trwał około 6 godzin. Jednorazowo otrzymywano do 100 kg żelaza, przyczem zużywano 300 kg węgla. Strata żelaza w żużlu wynosiła 30%.

Dymarki pierwotne były niewątpliwie mniej doskonałe. Miechy i młoty były ręczne, rozchód węgla i strata żelaza w żużlu były większe. Tak zwane żużle pogańskie (crajats de Sarrasins), napotykane w Belgii, nagromadziły się przy procesie dymarskim wt ciągu wieków w tak wielkiej ilości, że w okresie lat 1860—1885 przetopiono je w ilości powyżej miliona tonn w wielkich piecach. Zawartość żelaza w tych żużlach wynosiła, jak w dobrej rudzie, 40 do 60$.

Dotychczas zachował się pierwotny sposób otrzymywania żelaza kowalnego z rudy na Madagaskarze. Piec (rys. 2) przedstawia garnek z gliny o wysokości 75 cm i średnicy 45 cm. Dysza zrobiona jest z łupka mikowego. Miechy składają się z d wuch walców pionowych o średnicy 22,5 cm z prostemi klapkami. Tłoki są poruszane ręcznie z szybkością 20—25 obrotów na minutę. Przewód powietrzny stanowią dwie trzciny bambusowe, po 4cm średnicy. Wypłukana ruda układa się na węglu w pewnej odległości od ścianek. Proces trwa 3¹L do 6 godzin. Żużel wypuszcza się przez

i:

ISSI

Ili»

iS*

Rys. 1. Dymarka katalonska.

Rys. 2. Dymarka na Madagaskarze.

otwór zrobiony przy dnie garnka. Po zatrzymaniu wiatru i ostygnięciu, garnek rozbijają, wyjętą lupę dzielą na dwie części i przekuwają na gotowy wyrób w ognisku kowalskiem. Strata żelaza wynosi 40—50%. Ponieważ dzienne utrzymanie robotnika kosztuje 4 kop., wyroby z tego żelaza sprzedają się tanio.

Już w starożytności otrzymywano w dymarkack prócz żela' za zwykłego wyborowy materyał twardy i hartowny, zwany stalą. Egipcyanie musieli posiadać narzędzia stalowe niezbędne do obróbki granitu. Ludy wschodnie, zwłaszcza Hindusi, wyrabiali stal, znaną pod nazwą damasceńskiej, i przerabianą na słynną broń. W wiekach średnich poza Hiszpanią, zkąd pochodziły rozgłośne wyroby maurytańskie, Europa otrzymywała niemal wszystką stal ze Wschodu. Dopiero w w. XII powstaje wyrób stali w Anglii.

Przez szereg wieków postęp w urządzeniu i prowadzeniu dy-marek był nieznaczny. Około w. IX zaczęto budować dymarki wyższe najpierw w Styryi (Noricum rzymskie), a potem w innych

poprzeczne.

7/ '" ,

»Er

krajach, stopniowo dochodząc do pieców szybowych, czyli takich, u których wysokość znacznie przewyższała wymiary W XIII stuleciu zaczęto stosować siłę wodną do poruszania miechów i osiągnięto możność dostarczania do dymarek większej ilości powietrza, niezbędnej przy piecach szybo-

wych.

S,3tM

Pomimo całej niedoskonałości takiego urządzenia, przetrwało ono do w. XVIII, kiedy zastąpione zostało przez miechy tłokowe cylindryczne.

-JO-

Bys. 3. Dymarka bergamska.

Pierwotne piece szybowe, rozmaicie nazywane (Stückofen, fourneau à loup, w Polsce — dymarkami bergamskiemi), przedstawia rys. 3. Wysokość ich dochodziła do 3 m. Wyrób prowadzono w ten sposób, że piec zasilano z góry warstwami węgla i rudy, przy ciągłem doprowadzaniu powietrza przez dyszę z dołu. Grdy zebrała się dostateczna ilość na spodzie, dyszę odejmowano i przez otwór w piecu wyłamywano lupę. Dzięki dłuższej drodze, jaką przebywała ruda w piecu, oraz dzięki szybowi koncentrującemu ciepło i mniejszej stracie przez promieniowanie zyskiwano znaczną oszczędność na opale, a wskutek zupełnej redukcyi otrzymywano większą wydajność żelaza z rud. Dziennie otrzymywano 3 lupy każda po 200 — 300 kg.

Przy sprzyjających warunkach wydatek węgla często nie przewyższał ilości, którą następnie po zaprowadzeniu wielkich pieców zużywano na wytapianie i przeróbkę surowca na żelazo metodą fryszerską. Tern się tłomaczy, dlaczego piece te przetrwać mogły, obok doskonalszych sposobów, w Styryi, Karyntyi i innych krajach aż do wieku XIX.

Prawdopodobnie przypadek i nieumiejętność miarkowania powietrza doprowadziły do tego, że zamiast żelaza kowalnego otrzymywano w tych piecach płynny surowiec. Materyał ten,

kruchy po zastygnięciu, uważany był za wytwór nieudany i odrzucano go wraz z żużlem jako nieużyteczny. Świadczy o tem stara nazwa niemiecka — Dreckstein i dotychczas zachowana w języku angielskim nazwa dla surowca pig-iron.

Wkrótce jednak zauważono, że wytwór ten, powtórnie przez piec przepuszczony, dawał żelazo lepsze, aniżeli otrzymywane z rudy, i zaczęto prowadzić piec w taki sposób, ażeby naprzemian otrzymywać z rudy surowiec, a następnie z mniejszym niż przedtem dodatkiem węgla przerabiać go na żelazo kowalne.

Przerabianie surowca na żelazo kowalne, zwane świeżeniem, polegało, jak to dziś rozumiemy, na usuwaniu domieszek, zawartych w surowcu przez działanie płomienia utleniającego i wcale nie wymagało tak wysokich pieców, jak przetapianie rudy na surowiec.

Stąd był tylko krok jeden naprzód do zaprowadzenia wielkich pieców, to jest takich, z których nieprzerwanie otrzymywano surowiec, przerabiany następnie w ogniskach fryszerskich, krótko fryszerkami zwanych.

Fryszerki, przedstawiające coś pośredniego między dawnemi dymarkami i ogniskami kowalskiemi, były jedynym środkiem świeżenia, aż do wynalezienia metody pudlar-skiej; przetrwały one do końca w. XIX w okolicach lesistych Uralu,

-W',

Rys. 4. Fryszerka.

Szwecyi, Styryi, służąc do wyrobu wyborowego materyału, i gdzieniegdzie zachowały się w drobnym przemyśle dotychczas.

żelazo kowalne Ziarna wyświe-

Fryszerka, której jedną z licznych odmian podaje rys. 4, ma*kształt skrzyni, wyłożo-nej płytami z żelaza lanego W i C. W jednej ze ścian bocznych jest umieszczona dysza B} doprowadzająca powietrze. Kotlina H zapełnia się węglem drzewnym. Surowiec umieszczony wyżej topi się i, spadając kroplami przy jednoczesnem utleniającem działaniu powietrza i tlenku żelazowego, zawartego w żużlach, traci krzem i węgiel i zamienia się na

j.....

BI ^

W r. 1769 Watt wynalazł maszynę parową, która, zastoso-' ",<pr,\?lSńaVr. 1776'do

<r

żonego żelaza, zebrane na spodzie kotliny, zbijają się żelaznymi drągami w bryły, które po wyjęciu przekuwa się, aby oddzielić żużel i nadać im kształt. Na dobę można wyrobić 500 — 700 kg żelaza, zużywając takąż ilość węgla. Strata żelaza w żużlu wynosi 15—25%.

Wielkie piece powstały w w. XV, i od tego czasu przemysł ludowy i rzemieślniczy w zastosowaniu, do otrzymywania żelaza, ustępuje powoli produkcyi fabrycznej, którą w porównaniu do pro-dukcyi dawnej można nazwać masową. Następuje znaczny wzrost spożycia żelaza, przytem nie tylko kowalnego, jak dotąd, lecz i lanego, gdyż surowiec okazał się doskonałym materyałem odlewniczym, zastępującym w wielu razach dawniej znany lecz kosztowny bronz. Wielki wpływ na rozwój przemysłu żelaznego aż do naszych czasów miały potrzeby wojenne. Działa i pociski zaczęto odlewać już w w. XV. Do użytku prywatnego służyły piece, ko-tły, garnki, płyty grobowe i t. d.

W przeciągu następnych paru wieków poza rozpowszechnieniem wielkich pieców, wprowadzano różne niezasadnicze udoskonalenia, mające na celu zmniejszenie kosztów produkcyi. Dopiero w XVIII stuleciu powstają odkrycia wielkiej wagi, które popchnęły przemysł żelazny na nowe tory. Każdy z następujących po sobie wynalazków stanowi epokę w hutnictwie żelaza.

Abraham Darby zastosował w r. 1730 koks do wytapiania surowca, co pozwoliło na wprowadzenie i rozwój przemysłu w krajach, gdzie bogactwa leśne były wyczerpane. Piece koksowe wymagają znacznie większego ciśnienia powietrza, aniżeli prowadzone na węglu drzewnym. Miechy, poruszane siłą wodną, z natury rzeczy nie wszędzie mogły być stosowane, a innych nie było wcale. Ilość doprowadzanego powietrza zazwyczaj była niedostateczna, co szczególnie dawało się we znaki w porze letniej, kiedy rzeki wysychały. Prowadzenie pieców na koksie początkowo dawało małe korzyści, i wytapiany surowiec był w znacznie gorszym gatunku, co prawdopodobnie było przyczyną, że pierwsze próby wytapiania surowca na koksie, przeprowadzone przez Dudley’a na sto lat przed Darby’m, nie miały praktycznego znaczenia.

poruszania miechów, mogła dostarczać powietrze pod ciśnieniem niezbędnem dla koksu, niezależnie od warunków miejscowych i pór roku. Pozwoliło to na dowolne zwiększanie wysokości i produkcyi wielkich pieców, z czego nieustannie korzystano, aż do ostatnich czasów, wytwarzając produkcyę masową, odpowiednią do wzrastającego zapotrzebowania surowca.

a o ma-

Postęp w wyrobie żelaza kowalnego nie szedł równolegle z wyrobem surowca. Ogniska fryszerskie o niezmiernie małej produkcyi mogły pracować tylko na węglu drzewnym, którego zużywały wielką ilość. Kształt użytkowy żelaza otrzymywanego z tych pieców był nadawany przez wielokrotne nagrzewanie i kucie. Koszt wyrabianego żelaza sztabowego i blachy, pomimo stosowania młotów poruszanych wodą, był bardzo znaczny, sowym wyrobie żelaza, w postaci dzisiejszych kształtowników, nawet marzyć nie było można.

W r. 1784 Henry Cort wynalazł metodę pudlarską świeżenia surowca w piecach płomiennych, do których za opał mógł służyć zarówno węgiel kamienny, jak drzewo. Wytwórczość pieców pudlarskich, aczkolwiek mała w porównaniu do obecnie stosowanych sposobów, wielokrotnie przewyższała dawniejszą. Przy tern postępowaniu otrzymywano mniejszą stratę żelaza w żużlach i dużą oszczędność sił roboczych.

Ten sam wynalazca Cort podał w r. 1792 sposób, polegający na zastąpieniu kucia walcowaniem, przy którem siła ręczna była zamieniona przez siłę mechaniczną. Dzięki temu sposobowi robotnik może dziś więcej wy walcować w ciągu jednej godziny, aniżeli dawniej wykuć w ciągu całego roku.

Wraz z postępem techniki zaznacza się wiek XVIII pogłębieniem wiedzy hutniczej.

Dawniejsza technika gromadziła przepisy, oparte na doświadczeniu. Tradycyjne przekazywanie z pokolenia na pokolenie tajemnic praktycznych stanowiło ogólną podstawę rzemiosł i wszelkiej sztuki technicznej. Majstrowie zazdrośnie strzegli i przechowywali w pamięci znane im sposoby. Starzy w najgłębszej tajemnicy dzielili się posiadaną wiedzą z synami lub ukochanymi uczniami.

W wieku XVI zjawia się literatura hutnicza. Student paryski Nicolas Bourbon, syn właściciela huty, wydaje w r. 1517 poemat łaciński, w którym opisuje wypalanie węgla, przygotowanie rudy, konstrukcyę wielkiego pieca i miechów, ładowanie i prowadzenie pieca, przerabianie surowca w innym piecu na żelazo ko-walne, posługiwanie się młotem wodnym i t. d. Opis wszelkich czynności przemysłu żelaznego jest dokonany z taką dokładnością techniczną, że skłoniło to redakcyę Annales des mines do ogłoszenia całkowitego tłomaczenia w tomie XII sery i III.

W tymże wieku wyszły: De la pirotechnia, wydana przez włoskiego metalurga-praktyka Vannoccio-Biringuccio w r. 1540 i ostatnio w r. 1914, zaopatrzona uwagami przez prof. Aldo Mieli. De re metallica, napisana przez Agricolę (Jerzego Bauera), niemieckiego lekarza i przyrodnika, i wydana po jego śmierci wr. 1557. Agricola jest uważany za ojca umiejętności hutniczej. Praca jego wielokrotnie przedrukowywana i tłomaczona, ostatnio wyszła w tłomaczeniu angielskiem w r. 1912.

Do w. XVIII słaby rozwój chemii, a szczególnie chemii hutniczej nie wystarczał do wyjaśnienia zjawisk złożonych, jakie zachodzą przy procesach wyrobu żelaza. Nie znano składu chemicznego surowca, a więc i zależności cech fizycznych od tego składu. Ważna sprawa istoty żużli nie była poruszana. Panowała dziecinna dla nas dziś teorya flogistonu, według której palenie było wydzielaniem flogistonu z ciała, a redukcya była łączeniem się tegoż z ciałem. Dopiero w drugiej połowie XVIII stulecia szereg chemików z Lavoisier’em na czele stworzyli chemię nowożytną i dali podstawę do naukowego tłomaczenia zjawisk chemicznych, zachodzących w procesach hutniczych.

W chaos niepowiązanych ze sobą przepisów wdała się nauka w celu przeszacowania ich wartości. Oddzielano rzeczy ważne i zasadnicze od niemających żadnego lub drugorzędne znaczenie. Zastosowano do badań metodę naukową i każde rozumowanie starano się stwierdzić ścisłemi doświadczeniami. Teorya palenia, wynalazek pirometrów, odkrycia nowych pierwiastków wywołały przewrót w nauce i technice hutniczej. Empiryzm ustąpił miejsce metodom, zabezpieczającym powodzenie niezależnie od przypadkowych i miejscowych warunków, różnicy używanych ma-teryałów i t. d.

Połączenie genialnych odkryć uczonych, przeważnie francuskich i wynalazców-praktyków mechaników, najczęściej angielskich, postawiło technikę przemysłu żelaznego na początku XIX wieku na poziomie, o jakim nie marzono w wiekach ubiegłych, i popchnęło dalszy rozwój z ogromnym rozpędem, który nie ustaje aż do chwili obecnej.

W XIX stuleciu zapotrzebowanie żelaza wskutek rozwoju budowy maszyn, dróg żelaznych, żeglugi parowej i potrzeb wojskowych wzrasta w sposób nadzwyczajny, wywołując nowe od-

17 000 tonn 32 000 „

krycia, mające na celu jednoczesne podniesienie ilości, jakości i taniości wszelkich, wytwarzanych raateryałów żelaznych.

Wytwórczość żelaza w Anglii, która do końca niemal ubiegłego wieku stała na czele produkcyi wszechświatowej, ilustrują liczby następujące:

156 000 „

10 646 000 „

Już jednak w końcu ósmego dziesiątka lat wieku zeszłego Anglia ustąpiła ze swego pierwszeństwa i dziś zajmuje trzecie miejsce po Stanach Zjednoczonych i Niemczech.

Wynalazki XIX wieku należą do rzeczy, o których obszerniej będzie mowa w dalszym ciągu. Tu przytaczamy główniejsze w porządku chronologicznym:

1809. Oberteau we Francyi wykazał możność korzystania z ciepła gazów wielkopiecowych. Szerokie zastosowanie tego odkrycia rozpoczęło się od r. 1832 po doświadczeniach niemca Fabra du Faur’a.

1828. Neilson wprowadza ogrzewane powietrze do wielkich pieców.

1842. Zjawia się pierwszy młot parowy Nasmyth’a.

1855.    Sposób Bessemera wyrobu stali.

1856.    Piec Siemensa z regeneracyą.

1865. Sposób Martin’a wyrobu stali.

1860. Ogrzewacze Cowpera, dające możność ogrzewania powietrza do 900°.

1879. Sposób Thomasa i GKlchrista defosforyzacyi żelaza.

1897.    Silnik spalinowy Diesela, pierwszy odpowiadający wymaganiom praktyki.

1898.    Elektrometalurgia żelaza. Piec Stassano.

Literatura: Beck L. Die Geschickte des Eisens in technischer und kulturgeschichtlicher Beziehung.

Bielski Zygmunt, inż. Historya żelaza w starożytności. Przegl. Techn. 1904, NsiN? 31-49.

Łabęcki Hieronim. Górnictwo w Polsce. Warszawa, 1840.

!♦ Wyrób surowca*

Skład chemiczny surowca i jego własności.

Surowiec jest materyałem żelaznym, zawierającym najwięcej domieszek obcych. Główną domieszką jest węgiel, po nim następuje krzem, mangan, fosfor, siarka i inne.

Węgiel, znajdujący się w surowcu, może być połączony z żelazem chemicznie, tworząc węglik żelaza Fe₃C (karbid), rozpuszczalny w żelazie, lub też może stanowić domieszkę mechaniczną. Jeżeli cały węgiel jest połączony chemicznie, mamy surowiec biały Domieszka mechaniczna węgla nadaje surowcowi barwę mniej lub więcej szarą. Ilość węgla w białym i szarym surowcu może być jednakowa.

To, co w dalszym ciągu powiedziane będzie o surowcu, stosuje się w równej mierze do żeliwa, czyli żelaza lanego, gdyż nazwy te oznaczają ten sam materyał, tylko w zastosowaniu do celów odlewniczych. Dawniej otrzymywano odlewy wprost z wielkiego pieca, obecnie zaś, po powtórnem przetopieniu surowca, w piecach specyalnych.

W roztopionym surowcu węglik żelaza rozpuszcza się tern lepiej, im wyższą jest temperatura surowca. Przy obniżeniu temperatury część karbidu wydziela się z roztworu nasyconego i wydzielony węglik rozpada się na części składowe: żelazo i węgiel w postaci krystalicznej grafitu, podług wzoru Fe₃C = SFe -j- C. Zjawisko to zachodzić może tak przed skrzepnięciem surowca, jak i po stężeniu. W pierwszym wypadku grafit, jako gatunkowo lżejszy, wypływa na powierzchnię i natychmiast się spala, co daje się łatwo obserwować przy wypuszczaniu surowca z wielkiego pieca: na powierzchni bowiem powstają i giną charakterystyczne desenie przez cały czas, dopóki surowiec nie skrzepnie. Gdy wspomniane wydzielanie grafitu odbywa się bez zetknięcia z powietrzem, naprzykład pod warstwą żużla, otrzymujemy powierzchnię pokrytą pianą, albo śniedzią, lub też ciemne płatki grafitu, niekiedy w znacznej ilości. Spostrzega się to również przy zetknięciu przesyconego węglem surowca z zimnemi ściankami form, do których się odlewa. Takie wydzielanie grafitu zachodzi przy zawartości węgla w roztopionym surowcu powyżej 4,2%; jeżeli zaś surowiec zawiera krzem, to i przy mniejszej zawartości węgla powstaje to samo zjawisko.

W chwili skrzepnięcia surowca (1130°C.) karbid pozostaje rozpuszczonym w żelazie, tworząc tak zwany roztwór stały. Największa ilość węgla, jaką zawierać może surowiec w stanie sta-łym, wynosi 4,2%, gdy w stanie płynnym zawartość węgla dochodzić może do 6,7$. Przy dalszem oziębieniu surowca, już po skrzepnięciu, węglik wydziela się w dalszym ciągu z roztworu stałego i rozkłada się na żelazo i grafit. Grafit, nie mogąc wypłynąć na powierzchnię, rozmieszcza się między cząsteczkami żelaza w postaci różnej wielkości kryształów i zabarwia surowiec na szaro. Przyczyną rozkładu karbidu jest wysoka temperatura. Karbid w stanie wolnym, to jest nierozpuszczony w żelazie, istnieć może tylko przy stusunkowo nizkiej temperaturze (poniżej 900° C.).

Powolne oziębienie sprzyja wydzielaniu grafitu z roztworu stałego, a więc otrzymywaniu surowca szarego. Jeżeli zaś surowiec będzie ochładzany raptownie przez polewanie wodą, lub przez odlewanie do formy metalowej, stanowiącej dobry przewodnik ciepła, wtedy karbid nie zdąży się rozłożyć i powstaje surowiec biały. Niekiedy w ten sposób otrzymuje się surowiec szary, pokryty mniej lub więcej cienką białą skórką na powierzchni; jest to tak zwany odlew żelazny zahartowany, zewnątrz twardy, w środku miękki.

W żelazie węglistym znajdować się mogą trzy składniki: żelazo czyste, karbid i węgiel. Przekonać się można o tern naocznie za pomocą badań metalograficznych. Metoda metalograficzna polega na doskonałem wygładzaniu powierzchni metalowej i trawieniu jej zapomocą rozmaitych odczynników, które działają na każdy składnik inaczej, wskutek czego na powierzchni powstaje rysunek, ujawniający te składniki. Zastosowanie do badań mikroskopu i fotografii pozwoliło poznać strukturę żelaza węglistego *).

Żelazo czyste, jako składnik w żelazie węglistem, noszące nazwę ferrytu, jest ciałem miękkiem. Karbid, inaczej cementyt,

') Patrz: Anczyc Stanisław, dr. „Badania metalograficzne w zastosowaniu fabrycznem“. Warszawa, 1917.

jest składnikiem o wielkiej twardości. Cechą główną węgla jest jego kruchość. Pamiętając o tem, łatwo sobie wytłomaczyć różne właściwości żelaza węglistego i zjawiska, jakie zachodzą w surowcu przy zmianie w jego składnikach pod wpływem termicznym lub przez obecność innych prócz węgla domieszek.

Wytrzymałość surowca zależy od postaci, w jakiej znajduje się w nim węgiel. Surowiec szary jest mniej wytrzymały od bia-łego, gdyż w nim cząsteczki wisnego żelaza są przedzielone kruchym grafitem. Im większa jest zawartość grafitu, tem wytrzymałość jest mniejsza. Surowiec biały jest twardszy i trudniej obrabialny od szarego.

Surowiec szary posiada własność szczególną zwiększania swej objętości przy krzepnięciu. Przyczyną tego jest wydzielanie węgla z karbidu. Wskutek tego surowiec w stanie stałym pływa na surowcu roztopionym, jak lód na wodzie. Ta własność połączona z rzadkopłynnością czyni surowiec szary doskonałym materyałem odlewniczym, dokładnie wypełniającym formy. Skurcz jego, czyli zmniejszenie linijne wymiarów, od chwili, kiedy tężeje, aż do czasu wyjęcia z formy wynosi 0,96 —1,2%.

Surowiec biały w skutek swej gęstopłynności, dużego skurczu (około 2%) i trudnej obróbki mechanicznej nie nadaje się do odlewów i służy przeważnie do przeróbki na inne rodzaje żelaza.

Jeżeli surowiec biały o pewnym składzie będzie żarzony przez czas dłuższy bez dostępu powietrza przy temperaturze 700—1000°, nastąpi rozkład karbidu, lecz powstający w tym wypadku węgiel wystąpi nie w postaci grafitu krystalicznego, lecz bezpostaciowo w ziarnkach i proszku, otoczony czystem żelazem. Ten węgiel nazywa się luęglem żarzenia. Surowiec po wydzieleniu go nabiera pewnych cech, zbliżających go do żelaza ko walnego. Wyrób zaś taki nosi nazwę żelaza kutolanego.

Punkt topliwości surowca szarego i białego jest mniej więcej jednakowy i zależy od ilości zawartego w nim węgla i innych domieszek (1000 — 1300° C.). Surowiec biały topi się jednak łatwiej, gdyż posiada ciepło właściwe mniejsze niż szary i przed roztopieniem surowiec szary powinien przejść w biały. Jeżeli przetapiać będziemy surowiec biały razem z szarym, pierwszy prędzej przechodzi w stan płynny i często spływa do kotliny, niezmiesza-ny z drugim.

Surowcem pstrym, albo połowicznym, nazywamy gatunek pośredni między szarym i białym. W złomie jego możemy wy-

Hutnictwo żelaza, "

raźnie odróżnić obydwa rodzaje surowca, w różny sposób zmieszane ze sobą.

Następną po węglu, stałą i ważną przymieszką w surowcu jest krzem, który wchodzi w połączenie z żelazem, tworząc krzemek żelaza FeSi. Krzem wpływa na rozkład karbidu, i przy zawartości krzemu około 2% nie można wcale otrzymać surowca białego, nawet przy nagłem ostudzeniu. Ze wzrostem zawartości krzemu od 1% do 4# surowiec staje się w złomie coraz bardziej ciemnym i gruboziarnistym. Gdy zawartość krzemu przekroczy 4#, barwa staje się jaśniejszą, budowa zaś drobnoziarnistą. Surowiec z zawartością b% krzemu jest już w złomie białym, z połyskiem atłasowym. Krzem powoduje zmniejszenie skurczu i utrudnia wydzielenie gazów, rozpuszczonych w surowcu, przez co daje odlew ściślejszy. Zwiększenie zawartości krzemu ponad 1% wywołuje zmniejszenie wytrzymałości; powyżej 3% czyni su rowiec bardzo kruchym. Krzem chroni surowiec od wypalania w nim węgla przy powtórnem przetapianiu, gdyż sam łatwiej i przed węglem się utlenia. W surowcu więc odlewniczym domieszka ta jest niezbędną. Surowiec z zawartością krzemu około 2# służyć może do wyrobu stali sposobem bessemerowskim. Krzem, spalając się w takim surowcu roztopionym, wytwarza ciepło w ilości dostatecznej do przeprowadzenia procesu. Wobec cennych zalet tej domieszki w wielu wypadkach dążą do otrzymania surowców krzemowych: odlewniczego z zawartością do 3,5# i żelcizo-krzemu około 16%. W ostatnich czasach otrzymuje się żelazo-krzem w piecach elektrycznych z zawartością około 80#.

surowca

Mangan występuje w surowcu w związku chemicznym z węglem jako węglik manganu Mn₃C. Działanie jego jest wręcz przeciwne, aniżeli krzemu. Wpływa na tworzenie podwójnego karbidu żelaza i manganu, powodując powstawanie surowca białego. Przy zawartości manganu do 1% wytrzymałość wzrasta, przy większej — surowiec staje się kruchym. Z powodu wielkiego powinowactwa z siarką, mangan służy za środek odsiarczający. Powstaje siarczek manganu MnS, mało rozpuszczalny w żelazie i wskutek tego wypływający na powierzchnię, skąd może być zgarnięty wraz z żużlem. Z tego względu surowce manganowe są bardzo cenione. Surowiec z zawartością 1,5—5# manganu nosi nazwę 'promienistego, gdyż ma w złomie strukturę promienistą, przy 5i—20f> nazywa się zwierciadlistym, a powyżej tej zawartości do 85$ — żelazo-manganem.

Fosfor tworzy z żelazem związek chemiczny Fe₃P, rozpuszczalny w żelazie. Przy zawartości 1,25$ obniża punkt topliwości surowca do 950° C. i czyni go rzadkopłynnym, doskonale nadającym się do odlewów cienkich i artystycznych. Jednocześnie czyni surowiec gruboziarnistym i mało wytrzymałym, szczególnie na uderzenia. Surowiec fosforowy nie nadaje się do odlewu części maszyn i przedmiotów podlegających silnemu rozgrzaniu. Zawartość jego jest szkodliwa w surowcu, przeznaczonym do przeróbki na żelazo kowalne, wszystkiemi sposobami, z wyjątkiem metody tomasowskiej. Podobnie jak surowiec ze znaczną zawartością krzemu, stosuje się przy wyrobie stali sposobem Bessemera, surowiec z zawartością fosforu około 2% może być przerabiany na stal sposobem Thomasa.

Siarka w postaci siarczku żelaza FeS rozpuszcza się w żelazie. Czyni surowiec gęstopłynnym już przy zawartości 0,1# , a przy 0,3# — niezdolnym do dokładnego zapełnienia form. Utrudnia wydzielanie grafitu i powoduje powstawanie surowca białego. Zmniejsza wytrzymałość. Ponieważ siarka ma wpływ ujemny i na inne gatunki żelaza, wyrabiane z surowca, domieszka ta jest bezwzględnie szkodliwą. Obecność w surowcu manganu zmniejsza szkodliwe znaczenie siarki.

Arsen wpływa ujemnie na własności surowca, a jest tern szkodliwszy od siarki, że dotychczas nie posiadamy skutecznych sposobów, ażeby go usunąć. Domieszka ta jednak spotyka się w rudach rzadko, więc nie ma takiego znaczenia, jak siarka.

Miedź uważaną była do niedawna za domieszkę szkodliwą, działającą na podobieństwo siarki, tylko w mniejszym stopniu. Obecnie powstało przekonanie, że mała ilość miedzi w surowcu przerabianym na żelazo kowalne jest domieszką pożądaną, gdyż chroni żelazo od szybkiego rdzewienia i zwiększa wytrzymałość. Większe zawartości miedzi w rudzie spotykają się rzadko, więc i surowiec ich nie posiada.

Podział surowca na gatunki bywa rozmaity, zależnie od przyjętej cechy klasyfikacyjnej, którą może być: wygląd złomu, przeznaczenie surowca, sposób wytapiania, czystość ze względu na domieszki szkodliwe i t. d.

Ze względu na wygląd złomu surowiec bywa biały, szary i pstry. Biały może pochodzić z zimnego biegu wielkiego pieca i wtedy jest zanieczyszczony siarką lub przedstawiać wartościowy surowiec promienisty i zwierciadlisty. W surowcu szarym rozróżniamy pięć numerów: JSJo 1 ma barwę najciemniejszą i ziarno najgrubsze. Z każdym następnym numerem barwa jest jaśniejsza i ziarna drobniejsze. Jednocześnie zmniejsza się zawartość krzemu, którego JSlą 1 posiada powyżej 3%, a JMe 3> mniej niż 1%.

Ze względu na przeznaczenie surowiec bywa: odlewniczy, bessemerowski, tomasowski, martenowski i specyalny: dla odsiarczania i rozkładu tlenku żelazawego przy wyrobie stali, zawierający znaczną ilość pożytecznych składników, jak mangan, krzem i t. d.

Rozróżniamy surowce wytopione na węglu drzewnym, koksie lub antracycie, na zimnem lub gorącem powietrzu, odlane do piasku lub do form żelaznych. Ostatnie mają gładką powierzchnię i są wolne od przywartego piasku.

Ze względu na czystość mamy surowce hematytowe, wolne od szkodliwych domieszek fosforu, siarki i t. d.

Analizy różnych gatunków surowca.

Si

Mn

Surowiec szary. Hematyt Ne 1    .    .    .    .

„ N 3.....

„ na zimnem powietrzu j.

co co oo co o —icotUco

«-    ^    r\    n n

ncocoMMmnmco

3,0

2,1

i 3,3

2,0

2,0

1,2

0,73

1,42

0,54

o' o" O H H o" o o

0,07 0,02 0,08 0,04

0,32

0,02

0,12 ! 0,08

Surowiec biały.

Do wyrobu żelaza kutolanego !

Pudlarski.......

Zwierciadlisty.....

Tomasowski......

Martenowski......

. i

Żelazo-mangan.....j

Żelazo-krzem......;

® CO    O] CO © Ol

« « u: aï « n h

CO

O'

^3 ^CO CO SC    O

CO o Ol O w 'óo M

Oi

0,02

0,13

0,1

0,05

0,04

0,01

2,0 0,10

0,3

0,08

0,2 | -

0,18 0,00

Na tablicy powyższej liczby, charakteryzujące poszczególne rodzaje surowców są wydrukowane tłustemi czcionkami. Przy surowcach pudlarskim i martenowskim niema liczb podkreślonych, gdyż do odpowiednich procesów mogą być używane wszelkie rodzaje surowca.

Wytwórczość surowca w różnych państwach w tysiącach tonu.

1880 1890 1900 1910 1911 1912 1913 1914 1915 1916

Stany Zjednocz. A. P.

Niemcy.....

Wielka Brytania .    .

Francya .....

Rosya......

Austro-Węgry .    .    . jj 464

Belgia......

Inne kraje łącznie . jj Królestwo Polskie .

3897 9353:14010 27735 24028'30202 31461 23705 30137:40065 2729    4658    8521 14793    15534    17869 19309 14389 11789

7876    8033    900310217    9874    9031 10646    9149    8934 9192

1725    1962    2714 4032    4426    4871 5311

Wielki piec.

IM

Zasilanie pieca i chwytanie gazów.

Bilans wielkiego pieca.

Metoda tomasowska.

i\

f jiï

Wielki piec.

Piec do wytapiania z rud surowca nazywa się wielkim piecem. Jest to piec szybowy, czyli taki, w którym wymiary poprzeczne są małe w porównaniu do wysokości, a materyały palne i przerabiane są ze sobą pomieszane. Stosowany być może tylko opał twardy.

Wewnętrzny kształt wielkich pieców pokazany jest na rys. 5. Dwa stożki ścięte zetknięte są ze sobą szerszemi podstawami, lub też przedziela je mniejsza lub większa przestrzeń walcowa. U dołu i góry piec jest zakończony walcowo.

Piec składa się z trzech części: szybu, spadku i garu. Szybem nazywa się górny stożek, aż do wylotu, zwanego paszczą pieca, albo gardzielą, przez którą odbywa się zasilanie pieca mate-ryałami stałymi. Dolny stożek nosi nazwę spadku. Część walcowa pod nim nazywa się garem, albo zapraioą i jest zakończona płaszczyzną, zwaną spode?n, albo trzonem. Ponieważ w garze zbiera się wytopiony surowiec, więc część dolna zaprawy, poniżej

dysz, przez które wtłacza się powietrze, nazywa się kotliną. Naj-szersza część pieca, gdzie stykają się obydwa stożki, jest przestro nem\ nazwę tę nosi również przestrzeń walcowa między stożkami.

W przekrojach poziomych wielki piec przedstawia koło. Próby nadawania przekroju owalnego nie znalazły szerszego zastosowania i należą do wyjątków z ogólnej reguły.

Kształt wewnętrzny wielkiego pieca, czyli profil, jest uzasadniony ruchem materyałów w piecu. Do paszczy wrzucane są

6000

jL

W -    ---—

\OOZf 009/

4500

0250

: ~ T ~ ~

11625

1/530

22250

0008

9i

5020

---

0692 1

JL*

i Oj

r'    ---. — § f --

'^oooT

00002

:ł

6000

1-

4700

--r-

9625

.3»

5500

4250

3200

~v

1r

if!

)ooo\

—1>1 — Us—

Rys. 5. Kształty wewnętrzne wielkich pieców.

w pewnych odstępach czasu koks, ruda i topniki,, które powoli opuszczają się ku dołowi. W skutek rozszerzania się szybu w kierunku ruchu zmniejsza się tarcie materyałów o ściany pieca, a rozkładanie się ich na coraz większej przestrzeni ułatwia przepływ przez nie gorących gazów, płynących do góry. Jest to ternbar-dziej potrzebne, że materyały, opadające na dół, pod wpływem ciśnienia warstw górnych i wzajemnego tarcia, kruszą się i, tworząc miał, utrudniają krążenie gazów. Poniżej przestronu zmniejsza się objętość materyałów. Ruda odtleniona zamienia się w płynny

P&î

''»'S«»;'; ; ’K»Èf5É|

p" ■ B

4- ; '

Ig

—tigg^aW

isiiiBi

-:Blgjg

»säääjgläb afât

'■ ItefSlS

à-

rga

É3 ' '

fe

:ii

sî- ïM

'    ’ I

%8&»f

dllllllil

"mm

trübst

Ś H £

Ji -«Sj |

WtSPÎFp m ' à

Rys. 6. Wielkie piece współczesne.

:<

SêtiiÊéitïê'k- vÉl

j$

|| 111

r*(M

V

JB

SES

as

surowiec i żużel, które spływają po pochyłej płaszczyźnie spadku. Węgiel spala się przed dyszami, i powstające gazy unoszą się ku przestronowi, działając chemicznie na materyały.

Współczesne wielkie piece przedstawia rys. 6. Dwa wielkie piece pośrodku; na lewo ogrzewacze powietrza, na prawo — wieże do oczyszczania gazów. Cały zespół budynków i urządzeń, zajmujących dużą przestrzeń, obejmuje to, co się nazywa oddziałem wielkopiecowym. Niema obecnie wielkich pieców bez ogrzewaczy powietrza, bez kosztownych urządzeń do zasilania materyałami, do chwytania i oczyszczania gazów, bez torów kolejowych dla dowozu olbrzymiej ilości zużywanych materyałów i dla wywożenia odpowiedniej ilości wytworów, bez wodociągów i t. d. Moc maszyn wiatrowych, stosowanych przy wielkich piecach wynosi od 400 do 3000 k. m.

Urządzenie wielkiego pieca nowoczesnego w przekroju przedstawia rys. 7. Krótkie objaśnienie będzie podane niżej wraz z planem tejże huty.

Materyałami surowymi w wielkich piecach są: paliwo, ruda i topniki, produktami zaś — surowiec, żużel i gazy. O każdym z tych materyałów i wytworów pomówimy osobno.

Pal iw o.

Jako paliwo w wielkich piecach służy przeważnie koks. Dawniej używany węgiel drzewny, wobec zaś wyczerpania się bogactw leśnych i zwiększonego zapotrzebowania materyału opałowego do wielkich pieców, odgrywa dziś rolę drugorzędną. Spotykamy jeszcze wielkie piece na węglu drzewnym w Szwecyi, na Uralu i w Ameryce Północnej. Aczkolwiek w Stanach Zjednoczonych produkcya na węglu drzewnym, w r. 1911 wynosiła jeszcze 278 tys. tonn, stanowiło to zaledwie 1$ całej produkcyi surowca w państwie. W roku 1878 wszystkie 38 wielkich pieców w Królestwie Polskiem były prowadzone na węglu drzewnym, przed wojną pozostał jeden, mogący dawać około 10 tonn dziennie.

Prowadzenie wielkich pieców na węglu drzewnym, jest łatwe, i otrzymywany surowiec odznacza się czystością, o ile ruda nie zawiera szkodliwych domieszek. Na Uralu jest czynny z doskonałym skutkiem piec na lekko zwęglonych drwach, dający dziennie 50 — 60 tonn surowca.

Z gatunków węgla kopalnego, bez uprzedniego przygotowa-

A

■

' i

-

/

/ X

/ //

/

/ //

/

/

y

/

// Ą

K

Ai

I

A:

?

//

'/ /

i\

rf

x r

/

- /

f

/

7*

f

/

f

se£P

\

f

I

4*

I

X

7

/

Q

/

/a

J----

O

/

/

/ Æ^C4#

/

_A

/

XK

ïvsoo-

\

-%

\ 1

2000/

0060-

7-4/

AI T I V U

—-7000

s

-70330-

-3700-

?

F

-7JÄÜ7---

*—9770-*rt

1

-wo—*

r«/

/

F

—4

1260

r*W

723

800

\

P

O

O

7200

'7M

I

£

*

*

r

/

|i.

t-kfi

70M_

Ä J

i

\

üä

.

o

f®

I

y

11

ar

/

’P

7

-1,

Si’O

\

I

3

y

mmmm.

s

£

i

JOX>/ i

I

-6-.6500-

201

P

! /T

I⁹

»

rrrrrrri

0800—*-ł

svso ;

180

P

|,

■ĄĄ

WM-

SS

■ I y / ;

ĘL1

!

i

1

5£:->:-ir_'7

~*-VÛOO-*-

ssa

1

È ^

*

:

B

i.

■32660-

ti'ÔO

«Élll

P

~-R

7

n

7260

---&SW---

7--37S00-

1

m

H

\700l

X'FxrI

i=ri

mĄ

Wk

1É

l—;

6600

-3600

;

L

ü I

[■

—

H

-27606

Rys. 7. Oddział wielkopiecowy w przekroju.

;

'

m

■ ; ÿy.:;;.

.

ne

' ■- ■

? F

:

^--— -    ‘    i

v

'•

■:

/

-,

' V-

mm

-

:■

■/

A

.....i

K A K 3w

A ?

-

-

S

>

A

'

■;

■

UM

nia, nadaje się do prowadzenia wielkich pieców niemal jedynie antracyt. Zaczęto go stosować od r. 1836. Zdawałoby się, iż mała zawartość w antracycie gazów czyni go bardzo zbliżonym do koksu i węgla drzewnego. Prowadzenie jednak wielkiego pieca na antracycie jest utrudnione z tego powodu, iż paliwo to rozpryskuje się przy wysokiej temperaturze. Rozpryskiwanie pociąga za sobą zatkanie dróg, któremi krążą gazy, i często zmusza do przedwczesnego • zakończenia kampanii. Wielka ścisłość antracytu utrudnia otrzymywanie działającego redukcyjnie tlenku węgla. Pokładane w tern paliwie nadzieje, iż będzie miało szerokie zastosowanie do wytapiania surowca, zawiodły. Do r. 1874 większość pieców w Stanach Zjednoczonych była prowadzona na antracycie. Dziś surowca antracytowego otrzymuje się tam mniej jeszcze, niż na węglu drzewnym. Na południu Rosyi tylko jedna huta, zbudowana przy kopalni antracytu, wytapiała surowiec na tern paliwie. Po blizko trzydziestoletniem kosztownem doświadczeniu, zaczęto dodawać do antracytu częściowo koksu, a w końcu uważano za korzystne przejść na sam koks, pomimo że kosztował on na miejscu trzy razy drożej od antracytu.

W Szkocyi stosuje się do wytapiania surowca pewien gatunek węgla kamiennego (splint coal). Jest to węgiel długopłomien-ny, nie spiekający się. Po wydzieleniu gazów w górnych warstwach pieca, kawałki tego węgla zachowują pierwotny swój kształt i objętość.

Koks otrzymuje się z węgla kamiennego, podobnie jak węgiel z drzewa, drogą suchej dystylacyi. Węgiel, używany dowyrce bu koksu powinien posiadać własność spiekania się przy ogrzewaniu. Węgle, zawierające więcej niż 40# części lotnych, również chude, posiadające poniżej 15$, nie dają koksu, lecz tworzą mało zwartą masę, lub proszek węglowy. Najlepszy koks wydają węgle tłuste, z zawartością 20 —30$ gazów. Nasz węgiel z zagłębia Dąbrowskiego nie nadaje się do koksowania. Ponieważ mieszanie różnych gatunków węgla w celu otrzymywania dobrego koksu już się stosuje, prawdopodobnie zmieszany węgiel dąbrowski z innym kiedyś będzie służył do wyrobu koksu. Rozwiązanie tego zadania tymczasem czeka na polskiego wynalazcę, który wskaże odpowiedni sposób.

Istota procesu koksowania nie jest jeszcze dokładnie zba-dana. Węgiel kamienny przedstawia mieszaniny ..pierwiastku węglowego, substancyi smołowej i węglowodorów lotnych W!fóińyfli

B:W...........

stosunku. Zdolność spiekania się węgla zdaje się zależeć głównie od obecności smoły, dzięki której węgiel kamienny przy pewnej temperaturze zmienia swoją budowę, mięknie i staje się płynnym. Przy dalszem ogrzewaniu łatwotopliwe części składowe wydzielają się i zamieniają w gazy, pozostała zaś masa węglowa twardnieje i traci swoją plastyczność. Masa węglowa wraz z częściami mine-ralnemi tworzy rurki włoskowate, których liczne rozgałęzienia nadają spójność otrzymanym bryłom. Przy prażeniu węgli, zawierających znaczną ilość części lotnych, węglowodory wydzielają się za prędko i obficie, więc naruszają spójność między cząsteczkami i pozostawiaję masę węglową w postaci proszku. Przy dużej zawartości smoły powstają wzdęcia w warstwie spieczonej i otrzymuje się koks mało ścisły gorszego gatunku. Węgle tłuste z umiarkowaną ilością części lotnych, tak zwane węgle koksowe, przy prażeniu dają masę, z której wydziela się mniej węglowodorów, więc wytwarzają koks ścisły.

Ponieważ inne, prócz koksu, produkty suchej dystylacyi węgla kamiennego przedstawiają wysoką wartość, współczesne piece koksowe budują się często tąk, ażeby otrzymać te produkty uboczne. Tysiąc kilogramów węgla koksowego może wydać mniej więcej: 750 kg koksu, 28 kg smoły, 8 kg benzolu, 12 kg siarczanu amonowego i 300 m³ gazów. Gazy posiadają wartość opałową 3500—5000 cpł./m³. Połowa do trzech ćwierci otrzymywanych gazów zużywa się na opalanie pieców koksowych i wytwarzanie siły mechanicznej dla ich obsługi, reszta może być użyta do innych celów.

Produkty uboczne i nawet gazy koksowe dotychczas w większości wypadków nie są wyzyskiwane, nastąpi to dopiero wówczas, kiedy koks będzie droższy i kiedy huty, nabywające koks, będą u siebie przerabiały węgiel kamienny na koks. W ostatnich latach coraz częściej budują koksownie przy hutach żelaznych i stosują gazy koksowe do opalania pieców martenowskich, lub do innych celów. Do ogrzewania zaś pieców koksowych można używać gazów wielkopiecowych, posiadających mniejszą wartość opałową, lecz wystarczającą do tego użytku. Najszersze stosowanie gazów koksowych spotykamy w Niemczech i w Belgii. W 50-u miastach Westfalii gaz koksowy jest głównem źródłem światła a częściowo i energii mechanicznej. W r. 1907 zapotrzebowanie gazów koksowych przez miasta wynosiło 2 mil. m³, w r. 1911 zaś już 84,4 mil. m³.

Dobry koks posiada barwę szarą lub srebrzystą. Ma budowę słupiastą, jest twardy i przy uderzeniu wydaje dźwięk czysty. Te jednak cechy zewnętrzne nie wystarczają, i dla oszacowania koksu stosować trzeba analizę chemiczną. .

Punkt zapłonienia koksu wynosi około 700° O. Wartość opałowa wynosi mniej więcej 7000 cpł. i zależy przedewszystkiem od zawartości w nim popiołu i wody. Siarka wpływa ujemnie na wartość koksu. Ilość popiołu waha się w granicach 6 —12# , wody 2—10#, siarki 0,25—2,5# .

Zależnie od natury węgla i sposobu koksowania wytrzymałość koksu na ciśnienie wynosi 80—IbO kgjcm². Im koks jest mocniejszy, tern jest więcej ceniony, gdyż przy ładowaniu i przewożeniu daje mniej miału. Ponieważ nawet w wielkich piecach najwyższych obciążenie słupem materyałów w dolnej części nie przekracza 5 kg/cm², większe ma znaczenie ścieralność koksu, niż wytrzymałość na zgniatanie.

Ścieralność koksu zależy od samej substancyi koksowej, a także od charakteru ścianek porów i kanałów włoskowatych w masie koksu. Ma znaczenie również gęstość koksu, t. j. objętość zajmowana przez pory. Koks bardziej gęsty przy innych jednakowych warunkach jest mniej ścieralny. Przy opuszczaniu się w szybie wielkiego pieca kawałki koksu nie tylko się ścierają na powierzchni przez tarcie o siebie, o ścianę pieca, o kawałki rudy i topników, lecz rozpadają się w kierunku budowy słupiastej, tworząc nowe ilości miału. Skutki ścieralności są tern silniejsze, im dłuższa jest droga, jaką przechodzi koks, czyli wysokość pieca.

Powstawanie miału w wielkich piecach jest niepożądane, zaleca się więc przeprowadzanie następujących prób koksu na ścieralność. Do bębna obracającego się z szybkością 10 obrotów na minutę, mającego średnicę 2 m i długość 0,8 m, ładuje się 400 kg grubego koksu i po 15 minutach obracania bada się ilość otrzymanego miału, przesiewając go przez dwa sita, mające otwory 10 i 4 cm średnicy. Przy dobrym koksie powinno pozostawać na pierwszem sicie nie mniej niż 107 kg, na drugiem 164 kg.

Przy znacznej wytrzymałości koks jest porowaty, co stanowi jego zaletę, gdyż powietrze przy spalaniu styka się z nim na większej powierzchni. Porowatość stanowi 30—06% objętości koksu. Metr sześcienny koksu waży 400—550 kg. Koks bardziej porowaty lepiej się nadaje do wielkich pieców, gdyż sprzyja powstawaniu tlenku węgla CO, koks ścisły, tak zwany odlewniczy, z porowatością 30—40%

daje przy spalaniu więcej bezwodnika C0₂ i jest pożądany przy przetapianiu surowca w małych piecach szybowych, zwanych ko-pulakami. Koks odlewniczy powinien zawierać mniej popiołu i siarki niż stosowany do wielkiego pieca. Otrzymujemy wreszcie słaby koks w gazowniach, jako produkt uboczny przy fabrykacyi gazu świetlnego. Koks ten służy do ogrzewania domowego, ognisk kowalskich i t. d., lecz do wielkich pieców się nie nadaje.

Popiół koksowy składa się przeważnie z krzemionki i z mniejszych ilości glinki, wapna, tlenku żelazawego, magnezyi i połączeń siarki z żelazem i wapniem. Wyjątkowo przeważają w po-

/■

I- - 1

!i| d

..- -3

WMM_

mm

Rys. 8. Piec koksowy ulowy.

piele zasady: OaO i MgO. Ilość popiołu w koksie jest większa niż w węglu, z którego się wyrabia; zawartość zaś siarki jest mniejszą. Uprzednie sortowanie, mycie i drobienie węgla przed koksowaniem zmniejsza ilość domieszek mineralnych i podnosi wartość koksu. W niektórych wypadkach, celem polepszenia fizycznych własności koksu, stosuje się ubijanie węgla przed poddaniem go suchej dystylacyi.

Wyrób koksu odbywa się przy małym dopływie powietrza w tak zwanych piecach ulowych (beehive oven, four à boulanger), lub w piecach retortowych, w których węgiel w hermetycznie za-. mkniętych przestrzeniach jest ogrzewany zewnątrz przez gazy, otrzymywane podczas suchej dystylacyi z węgla koksowanego.

Kształt i wymiary pieców koksowych są bardzo rozmaite. Otrzymywanie dobrego koksa zależy przedewszystkiem od jakości węgla. Ilość i skład części mineralnych wywiera również wpływ na moc koksu. Ma znaczenie również wielkość kawałków węgla: im są one drobniejsze, tern otrzymuje się koks mocniejszy. Poważną rolę odgrywa samo prowadzenie procesu, a mianowicie temperatura i czas koksowania. Temperatura powinna podnosić się stopniowo i nie przekraczać 1300—1400°. Po odgazowaniu koks powinien wystać się, nim będzie z pieca wyładowany. Koksowanie trwa 24 do 72 godzin. Przy dłuższem koksowaniu otrzymuje się koks lepszy.

Piece ulowe (rys. 8) umieszczane są w podwójnym szeregu w ilości różnej. Średnica pieca wynosi 3 — 4ra, wysokość 1,5—2 m, ładunek 3—6 tonn węgla. Wielką zaletą tych pieców jest ich taniość i prostota prowadzenia. Do pieca, uprzednio ogrzanego do wysokiej temperatury, ładuje się węgiel przez drzwi boczne, albo przez otwór w sklepieniu, który służy również dla ujścia gazów. Węgiel natychmiast wydziela gazy, które się spalają wewnątrz pieca i dostarczają ciepła do dalszego koksowania. Dopływ po. wietrzą jest regulowany przez otwory, znajdujące się w drzwiach bocznych. Proces trwa 48—72 godzin, zależnie ód wielkości pieca. Po skończonym procesie gaszą koks wodą w samym piecu; piec się opróżnia przez drzwi boczne i natychmiast wprowadza się nowy nabój węgla. W piecach tych otrzymuje się koks najlepszego gatunku i w kawałkach tej wielkości, jakich nie można osiągnąć w piecach komorowych. Pomimo nieekonomicz-ności procesu, gdyż część koksu przy tern się spala i gazy tylko wyjątkowo mogą być wyzyskane, piece ulowe mają dotychczas szerokie zastosowanie w Anglii i Stanach Zjednoczonych, gdzie w ten sposób otrzymuje się 75$ całej produkcyi. Uważany za najlepszy na świecie koks z Connelsville w Pensylwanii i z Durham w Anglii jest otrzymywany w piecach ulowych. W innych krajach europejskich wyrób koksu prowadzi się w piecach retortowych różnych systemów.

Rys. 9 podaje urządzenie bardzo rozpowszechnionych pieców w Niemczech systemu dr. Otta. Szereg komór murowanych (retort) a, obok siebie położonych, stanowi tak zwaną bateryę pieców. W jednym szeregu bywa 60—80 komór. Każda komora ma 10 m długości, 0,5 m szerokości i 2 m wysokości i mieści w sobie 7—8 tonn węgla. G-azy koksowe, uchodzące przy dystylacyi z komór, dopły-

wają przez przewody d, e i / do palników bunzenowskich, gdzie mieszają się z powietrzem i zapalają. Grazy spalinowe oddają swe ciepło w przestrzeniach b, przedzielających komory, i uchodzą do komina drogą wskazaną przez strzałki. Ładowanie pieców odbywa się z wózków z przez otwory c w sklepieniach komór. Po

Przekrój jr-^-Przekrój^-ir

li

li

NU U

«u ¹ ii !

ii

li

:|:3

li jl U

jl

iJI

illt

II

iST"

ra

«V

rt

mm

<v

ie

-S

mm

i:

(///////z

■M

f,:-'

Rys. 9. Piec koksowy systemu dr. Otta.

naładowaniu otwory te zostają szczelnie zamknięte. W sklepieniach znajdują się jeszcze wyloty dla gazów, które wchodzą do wspólnego dla wszystkich komór przewodu d i mogą być odprowadzane do zakładu, gdzie dobywane są z nich produkty uboczne. Komory z obu stron czołowych zamykane są hermetycznie drzwiami, otwieranemi do góry. Kiedy koks jest gotów, przez te drzwi rozżarzony koks wypycha się zapomocą maszyny na pomost, gdzie jest zalewany wodą. Czas koksowania trwa 24—48 godzin. Przyśpieszony proces koksowania obniża twardość otrzymywanego koksu.

Literatura: L. Herwegen, Zusammenfassende Darstellung der Kokereitechnik, 1911.

A. Say, La fabrication du coke et les sous-produits de la distillation de la houille, 1912.

O. Simmersbach. Grundlagen der Koks-Chemie, 1914.

Rudy żelazne.

Rudami żelaznemi nazywamy w hutnictwie ciała kopalne o takiej zawartości żelaza, ażeby wytapianie z nich surowca mogło być korzystne.

Zależnie od bogactwa posiadanych złóż w różnych krajach rozmaicie przyjmuje się najmniejsza procentowość, przy której wytapianie surowca można prowadzić z korzyścią. W Stanach Zjednoczonych A. P. przetapiają się przeważnie rudy, zawierające około 60% Fe, w Niemczech średnia zawartość przetapianych rud nie wiele przewyższa 34 procent. Rudami bogatemi nazywają się na ogół rudy z zawartością powyżej 50%, ubogiemi — poniżej 35% Fe.

ze

Rudy żelazne pod względem chemicznym są tlenkami, wodorotlenkami, lub węglanami żelaza, z mniejszą lub większą domieszką skały płonnej, składającej się najczęściej z krzemionki, gliny, wapienia, dolomitu i t. d. Rodzaj skały płonnej wpływa na wartość rudy. Dla usunięcia skały podczas procesu wytapiania surowca dodają do rudy pewne ilości topników, które tworzą skałą żużel łatwotopliwy. Rudy, mogące się przetapiać bez dodatku topników, nazywają się samotopliwemi. Rudy samotopli-we, jak również rudy posiadające taki skład, że zmieszane z inne-mi rudami, stają się samotopliwe, są bardzo cenione i mogą być z korzyścią przetapiane nawet przy zawartości w nich żelaza poniżej 30%.

Rudy zawierać mogą prócz skały płonnej domieszki szkodliwe lub pożyteczne. Rudy czyste nie zawierają szkodliwych domieszek: jak siarka, fosfor lub arsen.

Mangan, często znajdujący się w rudach żelaznych, jest do-

mieszką pożyteczną, gdyż służy w procesach hutniczych do odsiarczania.

Chrom, tytan, wolfram lub inne pierwiastki zwiększają wartość rudy, o ile ma się na celu otrzymywanie żelaza z zawartością tych ciał, nadających mu pewne specyalne własności.

Ze względu na postać odróżniamy rudę w kawałkach od proszkowatej. Ruda w kawałkach może przedstawiać masę ściśle zbitą, lub porowatą. Rudy o masie zwartej i w postaci proszku przetapiają się trudniej aniżeli w kawałkach i porowate.

Rudy, z których wydzielenie żelaza jest uciążliwe, nazywają się trudnotopliwemi, w przeciwnym razie — łatwotopliwemi.

Pod względem mineralogicznym rudy przedstawiają gatunki następujące:

Żelaziak magnetyczny (magnetyt) w stanie czystym, jako tlenek żelazawo-żelazowy Fe₃0₄, zawierać może 72,4$, zwykle zaś 50—70% Fe. Barwę posiada czarną lub stalowo-szarą z połyskiem metalowym. Na porcelanie niepolewanej daje rysę czarną. Przyciąga się magnesem i często sam posiada własności magnetyczne. Budowę ma bardzo zwartą i wskutek tego jest trudno-topliwy. Uprzednie prażenie czyni go łatwiej topliwym. Skała płonna przeważnie natury krzemionkowej składa się z kwarcu, granitu, blendy rogowej i t. d. Często zawiera znaczne domieszki fosforu: czasami tytan. Tworzy olbrzymie złoża w Północnej Szwecyi (Grelliwara), na Uralu (Błagodat’), na południu Rosyi (Korsak—Mogiła) i t. d.

Żelaziak czerwony Fe₂0₃ zawierać może do 70% żelaza, zwykle 50— 66% . Przedstawia kilka odmian, posiadających własne nazwy. Bywa barwy czerwonej różnych odcieni, czasami szarej i niebieskiej. Rysę daje zawsze czerwoną. Jest łatwotopliwy i zwykle wolny od szkodliwych domieszek. Skałę płonną stanowi najczęściej krzemionka i glina, czasami wapień. Błyszczem żelaznym nazywa się odmiana krystaliczna, barwy szarej o połysku metalowym. Słynna ze swej czystości ruda ta znajduje się w znacznej ilości na wyspie Elbie, w mniejszej ilości często towarzyszy innym odmianom żelaziaka czerwonego. Hematyteni nazywa się odmiana naciekowa, postaci nerkowatej, mająca budowę włóknistą, lub promienistą, nie zawierająca żadnych zanieczyszczeń. Spotyka się wraz z najbardziej rozpowszechnionym gatunkiem, jakim jest żelaziak czerwony w postaci ziemistej, mniej lub więcej zwartej, kawałkowej lub proszkowej. Słynne są złoża tej rudy w Cumberlandzie, Krzywym Rogu, na Uralu południowym, w Hiszpanii, Afryce północnej i nad jeziorem Górnem w Ameryce

Północnej.

Żelaziak brunatny (limonit) jest wodorotlenkiem żelaza 2Fe₂0₃.3H₂0. Zawiera w stanie czystym 59,9$ Fe, zwykle 30—52$. Bywa barwy żółtej, brunatnej aż do czarnej. Rysę daje zawsze żółtą. Jest to gatunek rudy najbardziej rozpowszechnionej, spotykający się we wszystkich formacyach geologicznych, starych i nowych. Jest produktem zwietrzenia żelaziaków czerwonych i spatowych, którym często towarzyszy. Jest łatwotopli-wy. Skałę płonną stanowi krzemionka, glina, często wapień i dolomit. Domieszkami szkodliwemi są: siarka, spotykana w pokładach starszych i fosfor w młodszych. Częstą domieszką jest tlenek manganu. Podobnie jak ruda poprzednia występuje w wielu odmianach, a mianowicie:

Hematyt brunatny ma postać naciekową i budowę włóknistą, podobnie jak hematyt czerwony, i odznacza się czystością. Zwykły żelaziak brunatny występuje w postaci ziemistej, mniej lub więcej ścisłej, w warstwach lub skupieniach bulwiastych budowy skorupiastej. Tworzy olbrzymie pokłady w Styryi, Algierze, Hiszpanii, Anglii it. d. Znajdujemy również rudę brunatną często rozpryśniętą gwiaździsto w Zagłębiu Dąbrowskiem, w pow. Będzińskim i Olkuskim, w gub. Radomskiej i Piotrkowskiej w pokładach kształtu nieprawidłowych lejów o nieznacznej grubości.

Buda oolitowa przedstawia skupienia ziarn od wielkości

prosa do znacznie większej. Na ogół dość uboga, prawie zawsze zawiera fosfor, często w znacznej ilości. W Lotaryngii francuskiej i niemieckiej, również w Luksemburgu, nosi nazwę minette i tworzy olbrzymie złoża. Miąższość pokładów wynosi tam nieraz 30—40 metrów; koszta wydobywania są małe, dlatego też pomimo, że zawartość żelaza waha się od 28 do 38$, zaspakaja ³/₅ zapotrzebowania przemysłu niemieckiego i stanowi ⁹/₁₀ całej produkcyi rudy we Francyi. Często bywa samotopliwą.

Buda bagienna lub darniowa należy również do li monitów. Zawiera prawie zawsze fosfor. Spotyka się często, lecz w małych ilościach w nizinach Europy północnej, w Królestwie Polskiem i na Polesiu. Obecnie znaczenia przemysłowego nie posiada. Dawniej służyła do wyrobu żelaza w dymarkach.

Żelaziak spałowy (syderyt) jest węglanem żelaza FeC0₃ . 1 W stanie czystym zawiera 48% żelaza, zwykle 30—42%. Jest bar-

dzo ceniony dla swej łatwotopliwości. Słynne złoża rudy krystalicznej znajdują się w Styryi (Eisenerz) i w Niemczech (Siegerland). Inną odmianą jest żelaziak gliniasty (syderyt ilasty), w którym węglan żelazawy jest ściśle zmieszany z gliną, marglem i piaskiem. Skała płonna nie jest domieszana do rudy, lecz jest nią jakby przepojona. Zawartość żelaza w rudzie ilastej wynosi 25—35$. Często występuje w skupieniach bulwiastych i wtedy nosi nazwę s ferosy dery tów. Olbrzymie złoża znajdują się w Cleveland, mniejsze pokłady — w wielu innych miejscowościach. W Polsce znajduje się w glinach jurajskich w rozległem paśmie Wieluńsko-Krakowskiem. Pokłady są cienkie od 0,15 m najwyżej do 0,5 m grubości, więc wydobywanie kosztuje drogo. Pobieżnie obliczone zapasy sięgają 600 milionów tonn. Zawiera w stanie surowym 27—37$ żelaza; po wyprażeniu przez stratę części lotnych zawartość żelaza dochodzi do 40—48$ żelaza, przy 1% manganu. Znaczniejsze kopalnie są: Poraj i Dźbów w Częstochow-skiem i Praszka w Wieluńskiem. Podobne rudy ilaste znajdują się w pasie ciągnącym się na wschód od Pilicy przez powiaty. Koński, Kielecki i Opatowski. Znaczniejsze kopalnie znajdują się w okolicach Ostrowca, Niekłania i Suchedniowa.

Jest jeszcze odmiana syderytu — żelaziak węglisty (black -band), zawierający 10—2d°j węgla; może być prażony w celu usunięcia bezwodnika węglowego bez używania paliwa (Cleveland).

Do wytapiania surowca używają się prócz rud pewne produkty i odpadki hutnicze, zawierające dostateczną ilość żelaza. Takiemi są: żużle fryszerskie, pudlarskie, martenowskie, z pieców zgrzewnych, zendra z pod młotów i walców, pył z gazów wielkopiecowych, zgorzyny iskrzy ku żelaza (FeS₂), pozostające przy fa-brykacyi kwasu siarkowego i t. d.

Wobec wielce pożądanej domieszki w rudach manganu, o ile rudy same go nie zawierają, zachodzi potrzeba dodawania do namiaru umyślnie rud manganowych. Rudy manganowe: pyro-luzyt MnOs, manganit Mn₂H₂0₄, hausmanit Mn₈0₄ i inne w znacznych pokładach i wysokiej procentowości znajdują się na Kaukazie, w Indyach Wschodnich i Brazylii, skąd są dostarczane dla potrzeb hutniczych do wszystkich krajów przemysłowych w Europie i Ameryce.

O'

11,32

25,41

30,55

37,20

33,09

S H₂0

4,20

2,80

1,70

15,00

6,32

0,30

0,01

0,04

0,20 ; 18,60 —    22,70

0,05    0,25

Ph

00 cc

,    CN OJ

I    o    o    I

MgO

3,85

1,90

3,70 0,60 |

0,23

2,22

ST'I

1,20

2,61 :

Analizy różnych rud:

Fe₂0₃ FeO j Si0₂ ; A1₂0₃ j CaO j Mn₃0₄

ą $5

lO Ö"

1,50

0,79

2,50

3,54

4,01

0,94

2,20

1,93

0,70

2,60

1,21

O l>- CQ CO    i—*    |

<nT O" O'    I

2,30

4,40

0,48

1,05

2,78

2,58

2,83

14,82

12,00

1,69

lotj- oocogoojogrococojß H co W CO «O N H H H CÎ CO ^ O !

50,78 | 22,82    6,35

80,05    7,97

5,20

5,00

7,10

16,80

11,08

3,10

38,54 j 28,00 47,13 13,30 50,58    3,12

9,87

90,45

83,00.

81,71

66,00

81,31

75,00

—    23,55

—    16,50

48,66    1,20

61,26

49,25

56,05

Magnetyt (Szwecya).......

Magnetyt (Ural góra Wysokaja).    .    .

Błyszcz żelazny (Elba)......

Żelaziak czerwony ziemisty . . . .

Hematyt czerwony........

Żelaziak czerwony zwarty.....

Żelaziak czerwony (Bakal na Uralu) . Żelaziak brunatny (Styrya) . . . . Syderyt ilasty.........

Żelaziak spatowy Minette ....

Huda darniowa . Żelaziak węglowy

Statystyka dobywanej rudy w tysiącach tonn:

1880

1890 j 1900    1910 ; 1911    1912 ; 1913

Stany Zjednoczone A. P.

Niemcy.......

Wielka Brytania .    .    .

Francya ......

Hiszpania......

Szwecya......

Rosya.......

Austro-Węgry .    .    .    .

Królestwo Polskie .    .

7234

7239

18314

2874

3565

775

1024

cc co

61770

15997

21500

9861

i    l

1143! 2154    3528; 45341 4672|

172    21    484;    129!    257

4

9490

50

4877

293

306

Ilość dobywanej rudy nie jest w stosunku prostym do wytapianego surowca. Niemcy i Anglia część potrzebnej im rudy dowożą. Francya, Hiszpania i Szwecya znaczną ilość rudy wywożą.

Przygotowanie rudy.

Przed przetapianiem w wielkim piecu ruda często podlega różnym procesom przygotowawczym, ułatwiającym otrzymywanie z niej surowca.

Najdawniej stosowanem, a dziś prawie zarzuconem było płukanie rudy w wodzie bieżącej, aby oddzielić od niej przylepioną glinę lub piasek.

Rudy otrzymywane w wielkich bryłach są drobione na mniejsze kawałki młotami ręcznie, albo maszynowo w tak zwanych łamaczach Blake’a, poruszanych zapomocą kół pasowych lub przez specyalny silnik parowy (rys. 10). Ruda wrzucana do do przestrzeni r wskutek ruchu miarowego szczęki c jest zgniatana i wyrzucana z tej przestrzeni, o ile kawałki stają się mniejsze od powstającej wolnej przestrzeni w. Ruch szczęki odbywa się zapomocą mimośrodu k i drągów hig. Przez otwór w drągu h przechodzi inny drążek połączony ze sprężyną i, która ułatwia ruch powrotny szczęki. Przy drobieniu ręcznem może być jednocześnie oddzielana skała płonna, którą ruda bywa przerośnięta. Jeden robotnik w ciągu dziesięciu godzin może rozbić młotem 2 do 5 tonn rudy, zależnie od stopnia jej twardości. Łamacz o mocy 5 do 10 koni rozdrabnia na godzinę 5 tonn.

Bardzo ważną i często stosowaną czynnością przygotowawczą jest prażenie rudy, polegające na ogrzewaniu jej mniej więcej do czerwoności w lekko utleniającej atmosferze gazów. Przez prażenie ruda traci zawartą w niej wodę i dwutlenek węgla. Czy-

rL

-,

Äs

i LI

LIW f| i

“Pi'VLj

Rys. 10. Łamacz Blake’a.

sty żelaziak spatowy, przechodząc w tlenek żelazowy Pe₂0₃, traci na wadze 31$, limonit—14,3$ wody. Rudy prażone stają się bogatsze w żelazo i wytrzymują przewóz na dalsze odległości.

Przez prażenie otrzymuje się rudę bardziej porowatą, a przez to łatwiejszą do redukcyi. Daje się to szczególnie dostrzegać w magnetytach, które po prażeniu przechodzą z tlenku Pe₃04 w tlenek Pe₂0₃. Prócz tego rudy stają się kruche, co nieraz jest pożytecznem, gdyż ułatwia rozdrabnianie, w innych wypadkach szkodzi, gdyż zwiększa ilość miału.

Siarka przy prażeniu częściowo się spala i ulatnia w postaci dwutlenku siarki.

Prażenie odbywa się w stosach, piecach szybowych, podobnych do wapiennych, i innych. Za opał może służyć materyał małowartościowy, twardy lub gazowy. Przestrzegać należy, ażeby ruda przy prażeniu nie spiekała się, gdyż wtedy powstaje krzemian żelaza, trudno poddający się działaniu gazów w wielkim piecu.

go pieca.

Rys. 11 przedstawia piec styryjski, opalany gazem wielkie

Mamy tu szereg podwójnych pieców szybowych A. Ruda surowa dowozi się po szynach kolejowych R w wagonach, z któ-

rych się wyładowuje przez opuszczanie dna. Ruda leży na rusztach k, które mogą być wysuwane przez okna P, i wówczas ruda prażona wpada do przestrzeni B, a stamtąd po pochyłej płaszczyźnie przez spusty b do przygotowanych wózków. Grazy wielkopiecowe doprowadzane są przez rury S, kanały h i f i wchodzą

IOOO

-Tl

/?'

pp¹:

1*H

-ł-

f-M

-o-

c I c

090 9 Bfl u ayy®'

«i

WmĘĘĘw,

wmmmfa

.s

a

Rys. 11. Piec do prażenia rudy, opalany gazem wielkopiecowym.

irmw⁷⁷^

\A

05

::

:i

A:

O u,

fi liBii

1    I

EJ

'B

p>

do pieca przez otwory c nad samymi rusztami. Powietrze do spalania gazów wchodzi przez okna b i ogrzewa się od gorącej rudy, znajdującej się w przestrzeni P, zanim się zmiesza z gazem. Wymiary pieca wskazane są na rysunku. Wydajność każdego pieca wynosi około 5 tonn na dobę.

Rys. 12 przedstawia prażak śląski, opalany miałem węglowym, typu zwyczajnych wapni arek.

Zależnie od celu, w jakim się odbywa prażenie i od gatunku rud powinna być stosowana temperatura różna. Zelaziaki bru- . natne wskutek prażenia stają się trudniejszymi do redukcyi. Dlatego prażenie limonitów, szczególnie bogatych, nie uważa się za korzystne. Tłomaczy się to powstawaniem nowej postaci tlenku żelazowego (polimeryżacyą). Wogóle każdy gatunek rudy wymaga innego postępowania przy prażeniu co do czasu, temperatury i atmosfery utleniającej. Korzystne wyniki otrzymują się przy ścisłem zachowaniu warunków, zdobytych przez praktykę dla każdego rodzaju rudy,¹ opału i pieca.

:m-B

A- i

,r.

za-

Rys. 12. Piec do prażenia rudy, własnego koksu i wywozi 80% wy- opalany miałem węglowym, dobytej rudy do Niemiec i Anglii.

Sposobem magnetycznym usuwać można skałę płonną z magnetytów i prażonych żelaziaków spatowych. Jednocześnie oddzielają się od rudy szkodliwe domieszki, a mianowicie: z magnetytów szwedzkich —- apatyt, składający się przeważnie z fosforanu wapiennego, a z prażonych żelaziaków spatowych w Siegerlandzie — siarczki miedzi i cynku.

Sortowanie magnetyczne polega na tern, że ruda, rozdrobio-na za pomocą gniotowników i młynów kulowych przenoszona jest na przenośniku do pola magnetycznego silnego elektromagnesu. Spadające z przenośnika części magnetyczne rudy odchylają się od kierunku pionowego i w ten sposób zostają odłączone od skały niemagnetycznej. Schemat sortownika Gröndalla ist przedstawiony na rys. 13. Ruda rozdrobiona na sucho do wielkości ziaren 2—3 cm na pasie przenośnika dochou do bębna, który ę obraca dokoła czterech nieruchomych elektromagnesów. Części ma-

Nowy sposób wzbogacania rud, coraz częściej stosowany, polega na usuwaniu skały płonnej drogą elektromagnetyczną. Póki zapotrzebowanie rudy było mniejsze, pozwalano sobie w wypadku, gdzie wybór był łatwy, odrzucać rudy biedniejsze. Z konieczności czyniono to tam, gdzie ruda była przeznaczona na wywóz i daleki przewóz wymagał rudy bogatej. Naprzykład Szwecya, posiadająca największe pasy rud w Europie, nie posiada

elektromagnesy m zajmują tylko część obwodu. Skała płonna spływa z wodą po blasze B do leja W, części zaś magnetyczne przystają do walca, podnoszą się z nim razem do punktu R, gdzie są chwytane przez mniejszy walec r, z dwoma tylko rzędami

0\

gnetyczne rudy przy spadaniu odchylają się w kierunku strzałki P i w ten sposób oddzielają się od skały płonnej.

Rys. 14 przedstawia schematycznie sortownik do magnetycznego zbogacania rudy na mokro. Ruda zmielona tak drobno, iż 4$ \    jej ilości ma ziarna

-j—    wielkości około 0,1 mm,

I    zmieszana z wodą,

spływa po żłobie A na mosiężny walec l, obracaj ący się w kierunku strzałki. Nieruchome

-€~L

7âS

JUl

lZSO-

Mm

Rys. 13. Sortownik magnetyczny Gröndalla.

IM

Rys. 14. Sortownik do magnetycznego zbogacania rudy na mokro.

elektromagnesów. Walec mały obraca się prędzej niż duży. Ruda przylepiona, gdy dojdzie do flc, gdzie działanie magnesów ustaje, odłącza się od powierzchni i spada do leja V. Oba leje napełnione są wodą.

Magnetyczne wzbogacanie rudy prowadzi się na wielką skalę, szczególnie w Szwecyi, gdzie w różnych miejscowościach posta-wionę sortownie przerabiają do kilkuset tysięcy tonn magnetytów, otrzymując ż rudy surowej 36—40 procentowej rudę sortowaną dwuch gatunków po 50% i po 67$ Fe. Jednocześnie zawartość fosforu spada z 0,5—0,8$ do 0,05% i nawet niżej.

Ruda wzbogacona sposobem magnetycznym, również ruda proszkowa z natury i pył wielkopiecowy, zawierający znaczną ilość żelaza, wymagają, ażeby przed ich przetapianiem nadawać im postać kawałkową. Koszta kawałkowania nie powinny być

1:1

_a

.d

t--n

ff]

m

mm

c)    Chłodnia.

d)    Zbiornik pyłu węglowego.

Rys. 15. Piec obrotowy do aglomerowania rudy. a) Zbiornik rudy.

5) Piec.

wysokie, gdyż inaczej robota się nie opłaca. Dla prawidłowego biegu wielkiego pieca przetapiane rudy nie mogą zawierać więcej niż 10—15$ miału. Ruda proszkowa nie tylko wywołuje nieprawidłowy bieg pieca, lecz powoduje straty, będąc w znacznej ilości unoszona przez prąd gazów.

Istnieją dwa sposoby tworzenia z proszku rudy kawałkowej: przez brykietoivanie i aglomerowanie. Brykietowanie polega na otrzymywaniu cegiełek za pomocą jedynie silnego ściskania (do 400 atm.) sproszkowanego materyału, albo przy mniejszem ciśnieniu za pomocą jakiegoś spoiwa. Spoiwo powinno być mocne, tanie i nie powinno zawierać szkodliwych domieszek. Takiem jest smoła, żużle wielkopiecowe zmieszane z wapnem, chlorek magnezu i t. d. Cegiełkowanie odbywa się za pomocą maszyn, podobnych do używanych w zwykłych cegielniach.

Aglomerowaniem nazywa się spiekanie sproszkowanej rudy pod wpływem wysokiej temperatury. Aglomerowanie odbywa się w piecach, używanych przy wyrobie cementu. Schemat urządzenia tych pieców przedstawia rys. 15, a widok ogólny — rys. 16.

mr

>•;*

W;

I PI

zmam

n]

Rys. 16. Widok ogólny pieca obrotowego do aglomerowania rudy.

Jest to piec obrotowy b, mający do 60 metrów długości, zrobiony z blachy żelaznej, wyłożony wewnątrz cegłą ogniotrwałą. Ruda proszkowa ze zbiornika a wchodzi do pieca, jak wskazuje strzałka i po lekkiej pochyłości przy powolnym obrocie pieca posuwa się ku niżej leżącemu końcowi, gdzie znajduje się palenisko. Ruchy rudy i gazów są do siebie odwrotne, a niezmierna długość pieca pozwala doskonale wyzyskać ciepło. Ruda na tej drodze spieka się i tworzy kawałki mniej więcej owalnego kształtu i jednakowej wielkości. Dolny walec c, dokąd spada ruda kawałkowa, służy do jej chłodzenia. Za opał służy mieszanina pyłu węglowego z powietrzem, wtłaczana przez wentylator. Zbiornik pyłu węglowego jest oznaczony na rysunku literą d.

Aglomerowanie wypada taniej niż cegiełkowanie, lecz ruda spieczona jest trudniejsza do redukcyi niż ruda brykietowana.

Procesy chemiczne, zachodzące w wielkim piecu.

Proces wytapiania surowca polega na redukcyi tlenków żelaza i roztopieniu żelaza po uprzedniem nasyceniu go węglem. Jednocześnie wszystka skała płonna w rudzie i popiół w koksie przechodzą w stan płynny i, oddzielając się od surowca, wskutek

(1)    C-f 0₂

różnicy ciężarów właściwych wypływają z pieca w postaci żużli przez otwór speeyalny, z wyższego poziomu, niż surowiec.

Najważniejsze reakcye chemiczne, jakie zachodzą w wielkim piecu, są następujące:

^C0₂

co -fo

2 CO

(5)    FexOy-f-y0^xFe-j-yGO

(6)    3Fe + 2C0^Ee₃C-j-C0₂

(7)    FexOy-|-yll₂ zitxFe-j-yH₂0

(2)    C0₂ 4=±

(3)    C0₂ + C

(4)    FexOy-(- yCO ^xFe 4- y00₂.

Pozatem zachodzi jeszcze odtlenianie tlenków manganu, krzemu, fosforu i t. d.

Wszystkie reakcye są odwracalne, czyli idące w dwuch odwrotnych kierunkach, zależnie od temperatury, ciśnienia i koncen-tracyi. To było przyczyną trudności wytłomaczenia zjawisk, zachodzących w wielkim piecu. Dopiero powstanie chemii fizycznej zadanie to ułatwia. Nowe stosunkowo pojęcia o szybkości reakcyi, równowadze chemicznej, koncentracyi i regule faz znajdują coraz większe zastosowanie przy wyjaśnianiu procesów hutniczych.

Jeżeli porównać objętość wielkiego pieca z ilością powietrza, wtłaczanego przez dysze w ciągu jednej sekundy, i uwzględnić, że gazy płyną tylko przez wolne miejsca, pozostające między kawałkami ciał stałych, to się okaże, że czas przebywania gazów w piecu wynosi zaledwie ułamek sekundy. W ciągu tak krótkiego czasu powinny odbyć się wszystkie reakcye między tlenem powietrza i węglem, dwutlenkiem węgla i węglem, tlenkiem węgla i tlenkami żelaza i t. d. Może to nastąpić tylko wtedy, gdy szybkość reakcyi będzie wystarczająca.

przy mieszaninie gazów — ciśnie-

Szybkość reakcyi mierzymy ilością materyi, powstającej w jednostkę czasu. Szybkość ta jest w stosunku prostym do koncentracyi w różnych potęgach ciał reagujących. Arytmetycznie określa się koncentracya jako ilość gramocząsteczek w jednym litrze. Gramocząsteczką albo molem nazywamy ilość gramów, równą ciężarowi cząsteczkowemu danego ciała. Przy gazie koncentracya mierzy się jego ciśnieniem, niem cząstko wem.

Reakcye odwracalne odbywają się jednocześnie w obydwie strony z różnemi szybkościami, zależnemi od koncentracyi, temperatury i ciśnienia. Przy pewnych warunkach jedna z tych szybkości zbliża się do zera, i reakcya przebiega tylko w jednym kierunku do końca. Przy innych warunkach reakcye odwracalne

nie idą do końca, czyli jednocześnie mamy tak ciała otrzymane, jak i te, z których one powstały, w pewnym do siebie stosunku. Ponieważ szybkość reakcyi po obu stronach znaku odwracalno-ści (    ) jest różną, koncentracya ciał zmienia się podczas prze

biegu reakcyi, a z nią razem stosunkowa ilość powstających ciał, aż do chwili, kiedy ta ilość będzie równą ilości powstających ciał w odwrotnym kierunku. Następuje wtedy równowaga chemiczna, która trwa, dopóki warunki zewnętrzne (temperatura i ciśnienie) pozostają bez zmiany. Można określić stan równowagi, jako taki, kiedy szybkość wypadkowa działania reakcyi w odwrotnych kierunkach równa się zeru. Szybkość wypadkowa jest mała, gdy ciała reagujące i powstające są w stosunku ilościowym blizkim równowagi, i odwrotnie szybkość ta jest tern większą, im stosunek ten jest dalszy od stanu równowagi.

Zależność równowagi od koncentracyi wyraża się prawem, iż stosunek iloczynów koncentracyi ciał wstępujących do reakcyi po obu stronach znaku odwracalności jest przy danej temperaturze niezmiennym. Zwiększenie koncentracyi któregokolwiek z ciał po jednej stronie wywołuje powstawanie ciał po drugiej, zmniejszenie zaś koncentracyi prowadzi do tworzenia się ciał po tej samej stronie znaku odwracalności. Przy zmianie temperatury następuje również przesunięcie równowagi. Przy podnoszeniu temperatury łatwiej zachodzą reakcye endotermiczne; w przeciwnym wypadku, kiedy układ oddaje ciepło, otrzymujemy warunki bardziej sprzyjające reakcyom egzotermicznym. Jeżeli reakcya odwracalna idąc w jednym kierunku, jest endotermiczną, to w kierunku przeciwnym jest egzotermiczną. Temperatura ma wogóle znaczenie największe. Dla wywołania reakcyi niezbędne jest doprowadzenie ciał do pewnej określonej temperatury. Od temperatury zależy nie tylko kierunek reakcyi, lecz podniesienie jej zwiększa szybkość reakcyi, niekiedy nawet egzotermicznych.

Powietrze wtłaczane przez dysze do wielkiego pieca spotyka się z rozżarzonym węglem, daje dwutlenek węgla według reakcyi (1) i zaraz pod wpływem panującej w gazie temperatury (do 1600°) rozkłada się według reakcyi (3) i (2), tworząc tlenek węgla. W najbliższej odległości od dysz gazy składają się z tlenku węgla, wodoru otrzymanego przez rozkład pary wodnej i azotu, który żadnym zmianom w wielkim piecu nie ulega. Reakcya (1) jest główną reakcyą egzotermiczną, dostarcza odpowiedniej ilości ciepła i podnosi temperaturę do stopnia, przy którym zachodzić mogą

najważniejsze reakcye endotermiczne, a mianowicie redukcya bezpośrednia tlenków żelaza i innych pierwiastków zapomocą twardego węgla (5).

Reakcye odtleniania wszelkich tlenków żelaza zapomocą tlenku węgla (4) noszą nazwę redukcyi pośredniej i są reakcyami egzotermieznemi, odbywającemi się przy stosunkowo nizkiej temperaturze 400—900°C. Całkowita jednak redukcya tlenków żelaza przez tlenek węgla jest niemożliwa, wskutek zmieniającej się w ciągu procesu koncentracyi CO. Zawartość w gazach tlenku węgla zmniejsza się, a przez to zmniejsza się jednocześnie i ich zdolność redukcyjna; wreszcie reakcya (4) może pójść w kierunku odwrotnym. Dlatego ostateczna redukcya nastąpić może tylko przez reakcyę (5) kosztem twardego węgla jako ciała z niezmienną koncentracyą (fazy stałej).

Grazy, unoszące się z wielką szybkością od dysz ku górze, oddają swe ciepło napotykanym materyałom i ściankom pieca i ochładzają się wskutek zachodzących reakcyi endotermicznych tak, że przy wylocie posiadają temperaturę 200—300° C. Redukcya pośrednia odbywa się przeważnie poniżej 900° C., gdyż przy wyższej następuje przy pewnej koncentracyi reakcya odwrotna (4), a kwas węglowy utlenia żelazo. Redukcya pośrednia, chociaż słabnie w miarę obniżenia temperatury, trwa aż do 300° C.

Rudy trudnotopliwe, jak magnetyty nieprażone, żużle pu-dlarskie i krzemiany, powstające w piecu przez połączenie nieod-tlenionej rudy z krzemionką, mogą być odtleniane jedynie zapomocą redukcyi bezpośredniej. Inne rudy podlegają tej redukcyi tylko częściowo. Następująca tablica podaje w procentach udział redukcyi pośredniej do redukcyi całkowitej:

Żelaziaki spatowe prażone i limonity kawałkowe . 80—90%

Syderyty prażone i żelaziaki czerwone .

Limonity ziemiste..........

Magnetyty prażone.........

Syderyty nieprażone.........

Magnetyty nieprażone, żużle, krzemiany .

703;

60%

“I

303;

Skuteczność odtleniającego działania tlenku węgla zależy nie tylko od temperatury, lecz i od stosunku ilościowego CO do CO znajdujących się w gazach. Tlenku węgla powinno być znacz- 1 nie więcej, niż potrzeba dla równowagi chemicznej, gdyż w atmosferze zbliżonej do obojętnej szybkość reakcyi jest mała i nie-odtlenione rudy opadają niżej, gdzie muszą podlegać redukcyi bezpośredniej.

Przy innych jednakowych warunkach im stosunek C0₂ do CO jest większy, tern materyał opałowy w wielkim piecu jest lepiej wyzyskany, lecz tern mniejszą wartość opałową posiadają gazy wylotowe. W ten sposób przy obecnym stanie techniki, gdy wartość opałowa gazów całkowicie się wyzyskuje, zyski i straty stąd pochodzące mniej więcej się równoważą. Stosunek ten zależy również od ilości kwasu węglowego, otrzymywanego przez rozkład węglanów, zawartych w rudzie i topnikach, pozatem przede-wszystkiem od tego, w jakim stopniu przeważała redukcya pośrednia. Stosunek ten zmniejsza się przy nieregularnem opuszczaniu się nabojów, gdyż wtedy pogarszają się warunki redukcyi.

Przy szybkim biegu pieca stosunek C0₂ do CO wzrasta, a z nim do pewnych granic wzrasta też oszczędność na paliwie, ponieważ absolutna wielkość straty ciepła przez promieniowanie pozostaje prawie niezmienna, więc jest procentowo mniejszą. Praktyka zgodnie z teoryą wykazuje, że przyspieszenie biegu pieca ponad pewną normę, prowadzi do oziębienia pieca. Istotnie, mniejsza koncentracya czynnego gazu CO zbliża układ do stanu równowagi, szybkość reakcyi staje się niewystarczającą, zwiększa się redukcya bezpośrednia i obniża się temperatura w gotze. Podobnie jak dodawanie opału, zapobiega oziębianiu pieca podnoszenie temperatury wtłaczanego powietrza. Jedno i drugie przesuwa równowagę chemiczną w stronę korzystną dla redukcyi pośredniej.

Ponieważ redukcya pośrednia (4) odbywa się przy temperaturze 400—900° C., a więc w szerokim pasie wielkiego pieca, wówczas, gdy reakcya (5) zachodzić może tylko przy wysokiej temperaturze w ograniczonym pasie dolnej części pieca, więc do ostatnich czasów przyjętem było uważać redukcyę pośrednią za korzystną, re-dukcyę zaś bezpośrednią za niekorzystną lub wprost szkodliwą dla ekonomii ciepła. Również, ponieważ przy reakcyi (4) powstaje C0₂, przy reakcyi zaś (5) CO, więc stosunek C0₂ do CO w gazach wielkopiecowych miał być miarą korzystnego wyzyskania paliwa w wielkim piecu.

Pogląd ten, acz oparty na powadze wybitnych metalurgów, utrzymywany przez Weddinga, Vathaire’a, Mathesiusa (1913), Brasserta (1916) i innych, nie jest słusznym. Rozpatrzmy redukcyę PeO zapomocą CO i C :

Reakcya (a), wydzielająca ciepło, pozornie wydaje się korzystniejszą od drugiej (b), pochłaniającej. Me wyrażają jednak one całkowicie przebiegu termicznego, a mianowicie: przy spalaniu węgla na CO, wchodzącego do reakcyi (a), wydziela się ciepło:

c 4- o

(°)

CO 4- 29 cpł.

więc łącząc reakcyę (a) i (c), otrzymamy:

(d)

Fe -f C0₂ + 3,86 cpł.

FeO -f CO FeO + C —► Fe -f- CO — 35,6 cpł.

(a)

(b)

FeO -f C -f O —► Fe -f C0₂ -f 32,36 cpł.

Natomiast przy dalszem spalaniu CO otrzymanego z reakcyi (b) wytwarza się ciepło: CO -f- 0 —> C0₂ -}- 67,96 cpł. i po pokryciu straty ciepła przy redukcyi bezpośredniej (b), otrzymamy znów 67,96—35,6 = 32,36 cpł. zysku, więc w rezultacie ostatecznym żadnej różnicy w wydatku ciepła niema i być nie może na mocy zasad termodynamiki. Raczej odwrotnie, przy spalaniu węgla kosztem tlenu rudy, wskutek niewprowadzania do gazów niepotrzebnego azotu, można się spodziewać pewnych korzyści.

Ostatnio (1917) prof. Simmersbach drogą innych obliczeń, popartych doświadczeniem, doszedł do wniosków następujących:

Redukcya bezpośrednia istotnie wymaga więcej ciepła, lecz przy gorącem powietrzu mniej koksu, niż redukcya pośrednia. Przy przetapianiu rud trudno odtleniających się może być obniżony wydatek koksu, jeżeli rozporządzamy przed dyszami dostateczną ilością ciepła, doprowadzanego przez ogrzane powietrze.

. Ciepło będące do rozporządzenia w garze zależy od temperatury powietrza, od ilości żużla i od punktu topliwości żużla. Im wyższa jest temperatura wiatru, im mniejsza ilość żużla i im niższy jest punkt topliwości żużla, tern więcej pozostanie ciepła dla redukcyi bezpośredniej i tern więcej rud trudnotopliwych można przetapiać bez zwiększenia wydatku koksu, lub nawet zmniejszając jego ilość. Obliczanie korzystnego zużycia opału na podstawie stosunku C0₂ do CO nie posiada żadnej wartości.

Szybkość biegu wielkiego pieca zależy od ilości spalanego węgla w jednostkę czasu, a więc i od ilości doprowadzanego powietrza. Niezbędne powietrze wtłaczać można pod większem ciśnieniem przez mniejsze przekroje dysz lub odwrotnie. Pomimo jednakowej ilości wprowadzanego powietrza reakcye mają odmienny przebieg, zależnie od stosowanego ciśnienia. O najkorzystniejszym stosunku ciśnienia dla różnych przekrojów dysz i wymiarów pieca dotychczas rozstrzyga przeważnie doświadczenie. Jako zasada ogólna stosuje się większe ciśnienie przy antracycie i koksie, rudach trudnotopliwych, piecach wysokich i garach szerokich, aniżeli przy węglu drzewnym, rudach łatwotopli-wych, piecach nizkich i garach wązkich.

Rozkład tlenku węgla według reakcyi odwrotnej (3) odbywa się częściowo we wszystkich warstwach z wydzieleniem ciepła. Najbardziej sprzyjającym temu warunkiem jest obecność ziemistych żelaziaków brunatnych i czerwonych przy temperaturze 300—400° C. Węgiel wydzielony w postaci sadzy przenika rudę, wywołuje pęcznienie jej i bywa przyczyną zatkania pieca. Przy wyższej temperaturze węgiel ten posiada wielką moc redukcyjną w reakcyi (5), również łączy się bezpośrednio z odtlenionem żelazem, tworząc węglik.

Ruda wrzucona do paszczy pieca podlega na swej drodze ku otworom dyszowym kolejnym zmianom. Zależnie od tych zmian zachował się dawny klasyczny podział wielkiego pieca na pasy (strefy), w których odbywać się mają poszczególne procesy. Pomimo, że dziś wiadomo, iż procesy te odbywają się w szerszych, niż jak dawniej przypuszczano, granicach i nie dają się ściśle odgraniczyć, to jednak, wobec tego, że w pewnych częściach pieca przeważają te lub inne zjawiska, istnieje dotychczas podział pieca na pasy: przygotowawczy, odtleniania, nawęglania i topnienia, gdyż podział ten ułatwia zrozumienie zmian, jakim ulega ruda w piecu.

W pasie przygotowawczym, zajmującym mniej więcej trzecią część pieca od paszczy w dół, ruda traci przede wszy stkiem wodę, wpierw hygroskopijną, powyżej 100° 0., a potem krystaliczną przy 300—400°. Następnie przy 750—900° następuje rozkład węglanów, który pochłania wiele ciepła i zmniejsza koncentracyę od tlenia jącego gazu CO. Uprzednie prażenie rudy zmniejsza pas przygotowawczy, natomiast rozszerza następny, odtleniający. Jednakże już w pierwszym pasie rozpoczyna się redukcya. Jest ona słabą, z powodu nadmiaru C0₂ i stosunkowo nizkiej temperatury. Tlenki żelaza wyżej utlenione (Fe₂Os) przechodzą w mniej utlenione (FeO).

W pasie drugim, odtleniającym, odbywa się przeważnie pośrednia redukcya rudy zapomocą tlenku węgla i powstaje żelazo w postaci masy gąbczastej, gdyż temperatura jest niedostateczna

W pasie topienia odbywa się również redukcya bezpośrednia rudy, przedtem nieodtlenionej, a także odtlenianie krzemu, fosforu i manganu twardym węglem, wymagające wysokiej temperatury.

dła roztopienia czystego żelaza. Rudy biedne trudniej ulegają redukcyi, aniżeli bogate. Dla redukcyi ma wielkie znaczenie fizyczny stan rudy: porowatość i kawałkowość. Żelaziaki magnetyczne odtleniają się tern lepiej, im były silniej prażone.

W pasie nawęglania powstaje węglik żelaza przez reakcyę endotermiczną (6). Żelazo/nawęglone w dostatecznym stopniu/ staje się topliwem w temperaturze panującej w spadku. Rozpoczyna się pas topienia, w którym jednak żelazo, ściekające kroplami pomiędzy rozżarzonym koksem, nasyca się w dalszym ciągu węglem.

Topniki, z których najczęściej stosowany jest wapień (CaC0₃), tracą najprzód wilgoć, a następnie dwutlenek węgla w pasach przygotowawczym i redukcyjnym. W pasie nawęglania łączy się wapno topnika z krzemionką, glinką i innemi tlenkami, tworząc płynny żużel. Wcześniejsze lub późniejsze powstawanie żużli ma doniosły wpływ na bieg wielkiego pieca. Im później ono następuje, tern większą jest redukcya pośrednia. Pożądanem jest, ażeby odtlenie-nie żelaza zostało ukończone przed rozpoczęciem powstawania żużli, gdyż w przeciwnym razie tlenek żelazawy tworzy krzemian, wchodzi w skład żużli i może być następnie odtleniony tylko z trudnością zapomocą redukcyi bezpośredniej w garze.

Koks i węgiel drzewny, w drodze od paszczy do dolnej części spadku, ulegają małym zmianom i prawie w całości dochodzą w stanie rozżarzonym do najbliższej odległości od dysz i tu się spalają.    _____________________

Literatura: Schenk R. Physikalische Chemie der Metalle. 1909.

Mathesius W. Die physikalischen und chemischen Grundlagen des Eisenhüttenwesens. 1916.

Simmersbach O. lieber den Koksverbrauch im Hochofen. St. u. Eis. 1917. Jsla 24.

Żużle wielkopiecowe.

W celu usunięcia z pieca skały płonnej, zawsze towarzyszącej rudom, należy ją doprowadzić do stanu płynnego. W wyjątkowych tylko wypadkach skała ma taki skład, że bez dodawania topników tworzy żużel łatwotopliwy. Zwykle zaś rudzie

Hutnictwo żelaza.

brakuje tych lub innych składników, które trzeba doprowadzić w postaci topników, ażeby utworzyć odpowiednią mieszaninę. Topnikami dla rud krzemionkowych służy wapień, OaC0₃ i dolomit CaC0₃ . MgC0₃, dla rud wapiennych krzemionka SiO., i glina Al₂0₃nSi0₂. Ponieważ każda prawie huta przetapia różne gatunki rudy, starają się więc mieszać je ze sobą tak, aby brakujące składniki jednej były dostarczane przez inną i w ten sposób potrzebna ilość dodawanych topników była najmniejszą. Rudy więc krzemionkowe i gliniaste przetapiają się z wa-piennemi. Odpowiednia mieszanina rud z topnikami nazywa się namiarem.

Poza usuwaniem skały płonnej i popiołów⁷ koksu z wielkiego pieca, żużle spełniają inne zadania, a mianowicie: tworzą warstwę ochronną dla zebranego w kotlinie surowca, który mógłby uledz utlenieniu pod wpływem wchodzącego przez dysze powietrza; regulują temperaturę w piecu, zależnie od punktu swej topliwości, i w skutek tego dają możność otrzymywania surowca żądanego ugatunku, wreszcie służą za środek zapobiegawczy, ażeby szkodli-fwa domieszka siarki nie łączyła się z żelazem surowca, lecz mogła być w innem połączeniu usunięta wraz z żużlem.

O ile chodzi o oddzielenie skały od surowca i o warstwę ochronną, najwłaściwszymi żużlami byłyby najłatwiej topliwe, jako wymagające najmniej opału, lecz wzgląd na wytrzymałość ścian pieca, potrzeba wytwarzania różnych gatunków surowca i odsiarczanie, wywołuje konieczność stosowania trudniej topli-wych żużli odpowiedniego składu.

Do wytapiania jednego gatunku surowca można stosować żużle różnego składu. Zadaniem hutnika jest wybrać taki namiar, przy którym wytapianie mogłoby się odbywać z najmniejszym wydatkiem paliwa i możliwie małym dodatkiem topników. Od umiejętnie obliczonego i stosowanego namiaru zależy korzystny bieg wielkiego pieca. Pomimo obszernych badań naukowych, dotychczas więcej praktyce niż teoryi zawdzięczamy sposoby obliczania namiarów.

Zaznaczyć należy, iż temperatura tworzenia żużli nie jest ta sama, co punkt ich topliwości. Pozatem w pasie topienia powstają żużle składu innego, niż te, które są wypuszczane z pieca, gdyż nie ulega w-ą-tpli wości, że w wielkim piecu powstają wpierw nad przestronem żużle najłatwiej topliwe, które następnie w pasie gorętszym Rozpuszczają w sobie nowe ilości CaO i stają się bardziej

tyihk u ń.4.iinhaeji fivy A.ßJ

MM

trndnotopliwemi. Wreszcie przed samem wypuszczaniem żużli z pieca zmienia się skład ich przez połączenie z popiołem, powstającym przy spalaniu koksu przed samemi dyszami.

Żużle pod względem chemicznym są mieszaniną krzemianów wapna, magnezu, glinu i manganu w różnym stosunku z niewielką domieszką innych związków. Dotychczas niema danych co do ciepła powstawania krzemianów, lub dane są tak sprzeczne, że niektóre reakcye uważane są przez jednych badaczy za endo-, przez innych za egzotermiczne. Dlatego ciepło powstawania żużli, pomimo niezaprzeczonego znaczenia dla zaoszczędzenia paliwa, nie bierze się w rachubę przy obliczaniu namiaru.

Punkt topliwości żużli zależy od rodzaju zasad, wchodzących w skład krzemianów i od stosunku ilościowego zawartego w nich kwasu krzemowego Si0₂ do zasad. Im więcej zasad wchodzi w⁷ skład krzemianu, tern jest on łatwiej topliwy. Tak naprz. podwójny krzemian magnezu i wapnia topi się przy niższej temperaturze, aniżeli pojedynczo krzemian wapnia lub magnezu.

Dawniejsza klasyfikacya żużli jako krzemianów polega na stosunku ilości atomów tlenu, zawartych w kwasie krzemowym, do ilości tychże w zasadach. Oznaczając przez R pierwiastki metali dwu- lub trójwartościowe, otrzymujemy:

Nazwy

skład

topliwość surowiec

Półkrzeiniauy . . 4RO . Sl0₂ lub 4R₂0₃.3Si02 Jednokrzemiany. 2RO . Si0₂ „    2R₂0₃.3Si0₂

Półtorakrzemiany 4RO . 3Si02 r 4P₂0₃.9Si02 1) wukrzemiany . j /R O . Si O., „

Trój krzemiany. . 2RO . 3Si0₂    „

trudna ciemnoszary średnia

dobra

R₂0₃.3Si0₂ (bardzo dobra

2R₂0₃.9Si0₂

średnia

szary

pstry

biały

szary

Mogą być jeszcze różne inne krzemiany o pośrednim stosunku tlenu w kwasie i zasadach. Zawartość w żużlu piewiastków jednowartościowych, jak potas i sód, która nigdy nie bywa znaczną, ułatwia topliwość. W tablicy powyższej pierwsze dwa krzemiany noszą nazwę zasadowych, ostatnie dwa—kwaśnych. Najłatwiej topliwe są dwukrzemiany. Przy zmianie stosunku ilościowego krzemionki do zasad w jedną lub drugą stronę podnosi się punkt topliwości.

Przy prowadzeniu wielkich pieców na węglu drzewnym dążono do otrzymywania dwukrzemianów; przy koksie najwłaściwszymi są jednokrzemiany, ponieważ żużle zasadowe sprzyjają

usuwaniu siarki, zawartej w koksie. Przy rudach trudno redukujących się stosują żużle o wyższym punkcie topliwości, gdyż powinny one przechodzić w stan płynny po całkowitem odtlenieniu rudy.

Łatwopłynny żużel nie nadaje się do wytapiania szarego surowca ze znaczną zawartością krzemu. Podniesienie w tym wypadku punktu topliwości przez dodawanie wapienia jest niewłaściwe, gdyż utrudnia redukcyę krzemu. Skutecznym natomiast środkiem jest zwiększanie w żużlu zawartości glinki.

Przy wytapianiu białego surowca zaleca się zapobiegać re-dukcyi krzemu nie przez żużel mocno zasadowy, lecz przez zwiększenie nabojów rudy przy żużlu łatwopłynnym, ażeby w teń sposób odpowiednio obniżyć temperaturę w spadku. Dla otrzymania surowców manganowych stosują żużle wysoko wapienne, sprzyjające redukcyi tlenków manganowych.

Bardzo ważnem jest, ażeby siarka, zawarta często w rudzie i zawsze w koksie nie mogła połączyć się z żelazem. Praktyka dawno wykazała, że wysoka temperatura w piecu i żużle zasadowe sprzyjają odsiarczaniu!    "

Siarka, wobec wielkiego powinowactwa do żelaza, łatwo tworzy siarczek żelaza FeS, doskonale rozpuszczalny w żelazie. Przy | wysokiej temperaturze siarka wstępuje w połączenie z wapniem, według wzorów: CaO+FeS+C = CaS-j-Fe+CO i FeS-f CaO+CO = = Fe-j-CaS-j-C0₂. Siarczek wapnia w obecności rozżarzonego węgla żadnym zmianom nie ulega i pozostaje rozpuszczony w żużlu. W żelazie jest nierozpuszczalny. O ile w żużlu znajduje się nieodtléniony tlenek żelazawy, co ma miejsce przy niedostatecznej ilości koksu, nizkiej temperaturze i wszelkich zaburzeniach w wielkim piecu, zupełnego odsiarczenia przeprowadzić nie można, gdyż powstaje reakcya CaS-f-FeO =FeS-J-CaO i siarka powraca do surowca. Siarczek każdego metalu najlepiej rozpuszcza się w krzemianie, w skład którego wchodzi jako zasada tlenek tego samego metalu. Dlatego w celu odsiarczania należy stosować żużle wysokowapienne. Ponieważ żużle mogą rozpuścić w sobie tylko ograniczoną ilość siarczku wapnia (w najbardziej zasadowych zawartość siarki nie może przewyższać b%), przy więk-szem zanieczyszczeniu rudy lub koksu siarką, konieczną jest rzeczą powiększenie ilości żużla w celu zmniejszenia w nim koncen-tracyi CaS. Podnosi to koszt wytapiania surowca. Wyższa tempe-

53 —

ratura w piecu dopuszcza większą koncentracyę siarczku wapnia w żużlu.

Mangan, podobnie jak wapień, służy do odsiarczania, tworząc podwójny siarczek manganu i wapnia MnS . ÇaS, rozpuszczalny w żużlu. Dodatnią stroną rud manganowycTT w namiarze jest to, że powstające żużle, zawierające tlenek manganu, są łatwo topliwe i przyczyniają się do ekonomicznego biegu pieca. Redukcya manganu jest trudna wskutek wielkiego powinowactwa tego metalu do tlenu. Odbywa się ona w dolnej części pieca przy żużlach zasadowych. Zawartość tlenku żelazawego w żużlu utrudnia ten proces. Całkowite odtlenienie związków manganowych w wielkim piecu jest niemożliwe. W żużlu pozostaje 30—50% całej ilości zawartego w namiarze manganu.

Magnezy a MgO zachowuje się przy tworzeniu żużli, jak wapno; dodana do wapna obniża punkt topliwości. Przy obliczaniu zasadowości może być uważaną za surogat wapna.

Co do roli, jaką odgrywa glinka A1₂0₃, poglądy są dotychczas sprzeczne. Dawniej uważaną była za zasadę. Następnie było mniemanie, że w żużlu występuje jako kwas, i dla oceny zasadowości kierowano się stosunkiem (Si0₂4-Al₂0₃) do (CaO+MgO-f-MnO). Stosunek ten dla surowca martenowskiego równał się jednostce, zwiększał się dla surowców bessemerowskiego lub odlewniczego i zmniejszał się dla surowców manganowych. Ostatniemi czasy powstał pogląd, że glinka w żużlu jest ciałem obojętnem, nie wpły wającem na zasadowość, podobnie jak CaS i MnS (niektórzy zaliczają do tej kategoryi również tlenki MnO i FeO), więc przy obliczaniu namiaru wystarcza uzględniać jedynie stosunek Si03 do (CaO-f-MgO).

Praktyka wykazuje, że przy małej zawartości glinki, którą jedni określają w żużlu do 16$, inni do połowy wspólnej zawartości CaO-f-MgO, nie wywiera ona żadnego wpływu. Przy większej zawartości żużel staje się coraz bardziej trudnotopliwy i gęsto-płynny.

Po ustaleniu, jakie żużle mają być stosowane, obliczenie namiaru odbywa się na podstawie analiz chemicznych rud i topników. Korzystać też można z tablic pomocniczych, ułatwiających te obliczenia dla każdego gatunku surowca.

Skład żużli otrzymywanych przy różnych gatunkach surowca w %.

Surowiec

Si0₂ A1₂0₃ Ca O MgO FeO MnO

>1

CaS-

Biały tomasowski .

wa-

Zależnie od gatunku rudy otrzymuje się żużli 0,6 do 1,5 gi surowca. Ponieważ ciężar właściwy żużla jest 2,5 — 3 razy mniejszy niż surowca, ilość jego na objętość jest bardzo znaczna. Niemałą więc troską huty jest wynalezienie w pobliżu placów, ażeby oszczędzić na kosztach przewozu. Pomimo dawnych starań o zużytkowanie żużli wielkopiecowych, tylko nieznaczna ich ilość daje się zastosować do różnych celów.

/ Żużle tak pod względem fizycznym, jak i chemicznym zbliżone są do materyałów szklanych. Jak szkło, nie są one określonym związkiem chemicznym lecz zastygłym roztworem jednych krzemianów w drugich z małą domieszką innych połączeń. Jest to materyał kruchy i bezpostaciowy. Niektóre żużle kwaśne w cienkich warstwach są przezroczyste, najczęściej przez zabarwienie tlenkami manganu i żelaza są najrozmaitszej barwy i odcieni: żółte, zielone, niebieskie, aż do czarnych włącznie. Z wyglądu zewnętrznego przypominają kamień, emalję lub szkło. Złom bywa szklany, matowy, czasem porowaty. Pod wpływem atmosferycznym jedne żużle, zasadowe, lasują się, tworząc po pewnym czasie z brył proszek, inne zaś działaniu atmosferycznemu nie ulegają.

Rozmaitość składu i własności fizycznych jest przyczyną, że nie wszystkie żużle mogą być jednakowo zużytkowane. Powszechne i najdawniejsze jest użycie żużla jako wybornego materyału drogowego. Z biegiem czasu szaber żużlowy ubity kopytami końskie-mi tworzy jednolitą masę i daje doskonałą nawierzchnię.

W Styryi i Pinlandyi wylewano żużel do form kształtu cegiełek budowlanych i z takich cegieł wznoszono całe osady. Przy pewnym składzie i umiejętnem chłodzeniu otrzymuje się cegła

mocna i formy prawidłowej; w innych wypadkach masa szklana pęka i rozpryskuje się na kawałki przy stygnięciu.

Żużel płynny, wypuszczony z pieca do zimnej wody bieżącej, nagle tężejąc, rozpada się na ziarna i tworzy piasek gruboziarnisty, tak zwany żużel granulowany, który znajduje łatwiejsze zastosowanie, czy to jako materyał drogowy, czy też jako piasek do budowy. Zmieszany z 10$ wapna może służyć do wyrobu cegły. Taka cegła tężeje w przeciągu 3 do 6 tygodni i następnie przedstawia doskonały materyał budowlany, wytrzymując ciśnienie do 130 kg jem².

Wreszcie z żużli wyrabiane są różne gatunki cementu.

Cement żużlowy wyrabia się z żużla granulowanego, który powinien być przedtem dokładnie wysuszony i bardzo drobno zmielony. Powinno pozostawać na sicie z 4900 oczek na 1 cm² zaledwie lb%. Po dodaniu pewnej ilości wapna gaszonego nadaje się taki cement do natychmiastowego użytku. Nie daje się przechowywać, gdyż wapno, łącząc się z kwasem węglowym powietrza, traci swe własności wiążące.

Lepszym materyałem jest cement żelazo-portlandz-ki, otrzymywany w taki sam sposób, jak poprzednio opisany, z tą tylko różnicą, że zamiast wapna dodaje się na 30 części żużla 70 części cementu portlandzkiego. Nie ustępuje on co do wartości czystemu cementowi portlandzkiemu dobrych marek.

Cement tak zwany wielkopiecowy ma skład odwrotny do poprzedniego: zawiera on 30$ cementu portlandzkiego i 70$ żużla. Starannie przygotowany przy odpowiednim składzie żużla daje dobrą zaprawę hydrauliczną.

Żużle do wyrobu cementu powinny pochodzić z gorącego biegu pieca, muszą zawierać wiele wapna oraz glinkę przy najmniejszej ilości tlenku żelazawego. Najlepszymi są otrzymywane przy wyrobie surowca bessemerowskiego i odlewniczego.

Ciekawem, lecz mało rozpowszechnionem stosowaniem żużli wielkopiecowych jest wyrób wełny czyli waty żużlowej. Grdy na rzadki, przeważnie kwaśny żużel, spływający z rynny na posadzkę, skierować strumień pary z wylotu o średnicy 5—10 mm, można otrzymać najcieńsze nici, mogące zastąpić azbest przy izolacyi przewodów, kotłów parowych i t. d.

Literatura: Pawłów M. prof. Obliczanie namiarów wielkopiecowych. 1914.

^ Fleissner. H. Eisenhochofen-Schlaken, ihre Eigenschaften und ihre Verwendung, 1912.

Powietrze.

zu-

za-

Wielki piec zużywa znaczną ilość powietrza. Węgiel do spalenia na tlenek CO wymaga ⁴/₃ części wagowych tlenu, albo 5,3 części powietrza. Ponieważ na tonnę wytapianego surowca żywa się mniej więcej takaż ilość koksu, więc po odtrąceniu wartości popiołu w koksie i uwzględniając redukcyę bezpośrednią rudy, kiedy to część węgla zostaje spalona przez tlen rudy, otrzy-, mamy, że waga doprowadzonego powietrza przewyższa cztero-ykrotnie ciężar wytapianego surowca i jest większą od ciężaru wszystkich materyałów stałych, zasilających wielki piec.

Na każdą tonnę surowca przypada 3 do 4 tysięcy m³, czyli 4 do 5 tonn powietrza. Piec więc z produkcyą dzienną 300 tonn wymaga około miljona m% powietrza, ważącego powyżej 1200 tonn, a na minutę około 700 mz przy ciśnieniu jednej atmosfery i 0° O.

Ażeby powietrze zasilające piec mogło przecisnąć się od dysz do wylotu i pokonać opór znacznej wysokości słupa materyałów stałych, należy mu nadać odpowiednie ciśnienie, stosownie do wysokości pieca i rodzaju materyałów. Ruda proszkowa wymaga większego ciśnienia, niż kawałkowa, koks i antracyt większego niż / węgiel drzewny i t. d. Najczęściej stosowane nadciśnienie wynosi 0,3—1 kg/cm², co odpowiada wysokości słupa rtęci 25—76 cm. Przy szczególnie wysokich piecach amerykańskich nadciśnienie przekracza obecnie 1 kg/c?n².

Do zasilania wielkich pieców powietrzem służą dmuchawy, pędzone silnikami wodnymi, parowymi, gazowymi i elektrycznymi.

Materyałem opałowym zarówno do kotłów parowych, jak i do silników spalinowych służą gazy wylotowe wielkiego pieca. Ponieważ sprawność termiczna w silnikach spalinowych dwukrotnie przewyższa sprawność w maszynach parowych, pierwsze znajdują L coraz większe zastosowanie. Zważywszy, że na jedną tonnę surowca otrzymuje się średnio 4500 m³ gazów, a 1 m³ daje około 800 ciepłostek, otrzymujemy ^olbrzymią oszczędność przy stosowaniu silników gazowych, która w prędkim czasie pokrywa koszta nowej instalacyi.

Dmuchawy parowe bywają tłokowe i odśrodkowe. Pierwsze mogą być pionowe lub poziome. Są to maszyny sprzężone, w których przedłużone trzony tłokowe są zarazem trzonami tłoków dmuchaw. Miechy tłokowTe mogą być poruszane w podobny sposób przez silnik gazowy. Zdaje się nie ulegać wątpliwości, iż przy

wielkich piecach silniki parowe tłokowe należeć będą wkrótce do przeszłości, ustępując miejsce silnikom spalinowym. Najlepsze silniki parowe z kotłami wodnorurkowymi, przegrzaniem pary, eko-nomajzerami i t. d. w wyjątkowych tylko wypadkach wyzyskują 11% ciepła gazów wielkopiecowych, gdy tymczasem silniki spalinowe mogą zamieniać 23—2b% ciepła na pracę.

Dmuchawy odśrodkowe, wielostopniowe, pędzone turbiną parową, szybko się rozpowszechniają. Pierwsza taka turbo-dmu-chawa była ustawiona w Commentry w r. 1903. Obecnie jest czynnych kilkaset. Moc pojedynczych dmuchaw dochodzi do 2000 k. m. Najczęściej są używane turbodmuchawy o mocy 850 k. ni., które robią 3000 obrotów na minutę, dostarczając 630 m% powietrza przy nadciśnieniu 0,5 kgjcm². Dmuchawy odśrodkowe wymagają mniejszych kosztów na postawienie i dają tak wielką oszczędność na opale, w porównaniu z miechami tłokowe-mi, że koszta zamiany nieraz opłacały się w przeciągu roku. Po-zatem zajmują mniej miejsca w budynku i dostarczają powietrza o jednostajnem ciśnieniu wskutek obrotowego działania dmuchaw.

Silniki gazowe korzystnie jest sprzęgać z maszynami elek-trycznemi, ażeby po zaspokojeniu potrzeb wielkiego pieca łatwiej było przenosić energię do innych celów.

Ogrzewanie powietrza.

y

Ogrzewanie powietrza, wprowadzanego do wielkiego pieca, daje wielorakie korzyści. Obok znacznych oszczędności na paliwie wynalazek ten umożliwił otrzymywanie gatunków surowca, wy-» magających nieosiąganej dawniej temperatury, jak żelazo-mangan i żelazo-krzem. Trudnotopliwe żużle wapienne pozwalają na wytapianie wyborowych gatunków surowca z rud, zanieczyszczonych siarką. Prowadzenie pieca nie napotyka na tyle co dawniej trudności wobec łatwego w razie potrzeby podnoszenia temperatury pieca.

Pierwsze próby ogrzewania powietrza były dokonane w r. 1829 przez Neilsona w Szkocyi, a w r. 1837 zastosowano do ogrzewania powietrza ciepło gazów wylotowych wielkiego pieca. Powietrze przed wtłoczeniem do pieca przechodziło przez rury żelazne, dokoła których w komorze murowanej odbywało się spalanie gazów. Ten sposób, pomimo pewnych stron ujemnych, stosowany był z różnemi zmianami przez lat kilkadziesiąt. Rury żelazne podlegały uszkodzeniom tem łatwiej, im wyższą była temperatura, więc z konieczności unikano silnego ogrzania. W rzadkich wypadkach przy najlepszych urządzeniach temperatura powietrza przekraczała 400° C., najczęściej zaś wynosiła 250—800° C.

/r

a.;

aÆ§

Wm

CL

Ig

>'

dnrs

ii

mm

Rys. 17. Ogrzewacz powietrza Cowpera.

Obecnie stosowane są przeważnie ogrzewacze systemu rege-neratorowego. Rys. 17 przedstawia najczęściej spotykany ogrzewacz Cowpera. Jest to budynek murowany z cegły ogniotrwałej, pokryty blachą, kształtu cylindra, zakończonego kopułą. Wysokość ogrzewacza wynosi 20—85 m, średnica 5—8 m. Wnętrze podzielone jest na dwie nierówne części. Mniejsza a, o przekroju okrągłym lub owalnym, jest przeznaczona do spalania gazów wielkopiecowych, dopływających przez otwór d. Gaz miesza się z powietrzem wchodzącem przez otwór e; po spaleniu gorące gazy spalinowe wchodzą przez ko-! | pułę k do drugiej komory ń, składającej się z licznych wązkich kanałów z cegły. Ściany kanałów odbierają gazom ciepło i same się rozgrzewają tern silniej, im dłużej przechodzą przez nie gazy. Ostudzone gazy wchodzą przez czopuch f do komina. Po pewnym czasie, kiedy kanały b są dostatecznie rozgrzane, przerywa się przez zamknięcie odpowiednich zaworów dopływ gazów wielkopiecowych i powietrza do ogrzewacza, natomiast przez otwór h wtłacza się przeznaczone do wielkiego pieca powietrze, które odbywa odwrotną drogę, niż poprzednio gazy, ogrzewa się i wychodzi przez otwór i do przewodu, prowadzącego do pieca.

Każdy piec powinien mieć conajmniej dwa ogrzewacze: gdy bowiem jeden sam się ogrzewa, drugi oddaje ciepło nabyte powietrzu. Najczęściej jest ich więcej a mianowicie od 3 do 5, ponieważ jeden z ogrzewaczy jest zapasowy na wypadek naprawy lub czyszczenia, a pozatem w celu niedopuszczania wielkiej różnicy w temperaturze powietrza przy początku i końcu korzystania z tego samego ogrzewacza. Dla prawidłowego biegu wielkiego pieca jest rzeczą pożądaną, ażeby różnica temperatur powietrza przy rozpoczęciu i ukończeniu okresu ogrzewania jednym przyrządem była jak najmniejsza.

Kopuła ogrzewacza powinna być urządzona w sposób umożliwiający rozszerzenie ścian bez podnoszenia muru kopuły.

Przy stosowanej obecnie powierzchni ogrzewalnej 5 do 8,5 tysięcy ml można ogrzać powietrze do 900° O. Najczęściej praktykowane ogrzanie wznosi 500 — 700° C. Gdy temperatura spadnie o 50—100° C., powietrze wpuszcza się do następnego ogrzewacza, a dotąd czynny zostaje nastawiony tak, ażeby gazy ogrzewały go ponownie do odpowiedniej temperatury. Ogrzewanie kanałów trwa zawsze dłużej, niż ogrzewanie przez nich powietrza, mniej więcej w stosunku dwuch godzin do jednej.

Zużycie ogrzewacza zależy przeważnie od materyału ognio- ^. trwałego i od czystości gazów. Pył o składzie zasadowym działa na kwaśną cegłę, która może się stopić. Najczęstsze uszkodzenie ogrzewaczy polega na zatkaniu się kanałów.

Dla zapobieżenia wybuchom gazów, tworzących z powietrzem mieszaninę piorunującą, wszystkie otwory ogrzewacza są opatrzone dokładnie uszczelnionymi zaworami. W tym samym celu przed puszczeniem w bieg ogrzewacza w komorze a, przeznaczonej do spalania gazów, rozkłada się ognisko, ażeby gazy zapalały się niezwłocznie przy wejściu. Po pewnym czasie ognisko jest niepotrzebne, gdyż gazy zapalają się ód zetknięcia z gorącemi ścianami ogrzewacza. W kopule ogrzewacza znajduje się klapa bezpieczeństwa.

Skrupulatne pilnowanie porządku, w jakim zawory powinny być otwierane i zamykane, są najskuteczniejszym środkiem przeciwko wybuchom. Przed wpuszczaniem gazów: zamyka się zawór h, doprowadzający zimne powietrze, zamyka się ujście powietrza ogrzanego i, otwiera się zasuwa kominowa, otwiera się zawór gazowy d i nakoniec wpuszcza powietrze do spalania gazów przez zawór e. Przed wpuszczaniem powietrza, przeznaczonego do

ogrzewania: zamyka się zawór gazowy d, powietrzny e, zasuwę kominową, otwiera się zawór do zimnego powietrza h i ujście dla ogrzanego i.

Przewody dla gorącego powietrza są wyłożone materyałem ogniotrwałym. Dla zmniejszenia straty ciepła wyłożenie często składa się z dwuch warstw: wewnątrz ze zwyczajnej cegły szamotowej, a między nią i blachą żelazną z cegły porowatej. Ta ostatnia przygotowuje się przez domieszkę do szamoty proszku koksowego, który po wypaleniu pozostawia w cegle pory.

Przewód dla powietrza gorącego urządza się w ten sposób, ażeby przy zmianie temperatury mógł się bez uszkodzenia kurczyć łub rozszerzać. Przy długości 10 m i różnicy temperatury około 800 °C. wydłużenie stanowi 100 mm. W tym celu stosują połączenia wskazane na rys. 18 lub inne na wzór dławnic.

Przewody dla powietrza gorącego są szersze, aniżeli dla zimnego, najczęściej w stosunku 5 do 3-ch.

Termoelement Le Chatelier’a, służący do mierzenia temperatury, pozwala odczytywać ją stale na galwanometrze, niekiedy umieszczanym w znacznej odległości od miejsca pomiaru, naprzykład w biurze kierownika wielkim piecem.

■ Lfc-j

Mielili

7;

i»

\\CZ4

-n ; fpfr

Rys. 18 Połączenie przewodów powietrznych.

Osuszanie powietrza.

Powietrze wtłaczane do wielkich pieców zawiera, zależnie od miejscowości i pory roku, od 3 do 25 g wilgoci w 1 m³. Przyjmując średnio 10 ^/m³, wprowadza się do pieca przy produkcyi 300-tonnowej—13,5 tonn pary wodnej dziennie. Para jest szkodliwą, gdyż rozkładając się przy wysokiej temperaturze pochłania znaczną ilość ciepła. Pozatem zmienna zawartość wilgoci w powietrzu wywołuje nieregularny bieg pieca. Dawno zostało stwier-dzonem, że podczas mrozów wielkie piece zużywają mniej paliwa, i aniżeli latem, co się tłomaczy mniejszą zawartością w pierwszym wypadku wilgoci w powietrzu.

/ Amerykanin Grayley zaproponował osuszanie powietrza za-pomocą wymrażania. Do tego służy komora, chłodzona systemem rur, w których krąży rozczyn chlorku wapniowego, ochłodzonego do —5° C. Przy oziębianiu do tej temperatury powietrza mającego poprzednio 25°C., zawartość wilgoci spada z 18 g do 3 g/m³. W roku 1907 wymrażano powietrze w pięciu hutach amerykańskich i otrzymywano od 8 do 15$ oszczędności na koksie i 4 do 33$ zwiększenia produkcyi. Sposób więc był skuteczny, lecz kosztowny. Zastąpiono go tańszym, polegającym na dwukrotnym oziębianiu. Powietrze przechodzi wpierw przez komorę, do której wtryskuje się wodę przy temperaturze blizkiej do zera. W ten. sposób w znacznym stopniu oziębione powietrze zawiera mniej wilgoci niż przedtem i przechodzi do innej części urządzenia, gdzie napotyka strumień roztworu ochłodzonego poniżej zera, odbierającego resztę wilgoci. W taki sposób powietrze styka się bezpośrednio z roztworem, rury zaś są wolne od powłoki lodowej, lecz zachodzi potrzeba odbierania wody od roztworu. Są jeszcze i inne sposoby. Wszystkie jednak są tak kosztowne, że po kilku próbach w hutach niemieckich powstał pogląd, że koszta inwestycyi (bliz-ko 250 tys. marek na 1 piec) nie odpowiadają uzyskanym korzyściom, a w niektórych wypadkach eksploatacya okazała się tak drogą, że ze zbudowanych urządzeń korzystać przestano.

Poważne zainteresowanie obudził pomysł zwiększania zawartości Jdenu w powietrzu. Sposób Gr. Olaude’a otrzymywania £Ienu z płynnego powietrza jest względnie tani. Energia potrzebna do otrzymania 1 m³ tlenu na sekundę wynosi mniej niż 1 k. m. W hucie belgijskiej Ougrće Marihay wzbogacenie powietrza tlenem z 21 do 23$ korzystnie zmieniało bieg pieca, dało 6% oszczędności koksu oraz zwiększyło produkcyę o 10—15$. Bieg pieca był równiejszy, surowiec bogatszy w krzem. Korzyści otrzymywane przez zastosowanie nowego pomysłu tłomaczą tern, że ilość doprowadzanego powietrza może być mniejszą i może być ono ogrzewane do niższej temperatury. Prawdopodobnie przy znaczniej szem wzbogacaniu powietrza tlenem ogrzewanie powietrza mogłoby się okazać zbyteczne. Ekonomiczne znaczenie wynalazku nie jest jeszcze dostatecznie wyjaśnione.

Gazy wylotowe wielkiego pieca.

wa-

Grazy, uchodzące z wielkiego pieca, są palne i służą jako materyał opałowy do wielu celów. Skład ich ulega pewnym

haniom i zależy od materyałów użytych przy wytapianiu surowca, jak również od biegu wielkiego pieca. Objętościowo składają się gazy z 25—30$ CO, 9—14$ C0₂, 50—60# N₂, 5—12$ pary wodnej i małych ilości H₂ i CH₄.

Ilość otrzymywanych gazów jest olbrzymia, a mianowicie, na każdą tonnę wytopionego surowca przypada 4500 m³ gazów. Są huty, posiadające kilka wielkich pieców, których roczna pro-dukcya gazów przekracza miljard metrów sześciennych. Wartość opałowa 1 m³ wynosi zależnie od składu gazów 700 do 1000 ciepł. Do XIX wieku nie oceniano wartości gazów wielkopiecowych. Dopiero w r. 1809 Obertau we Francyi wskazał na możność wyzyskania ich w celach hutniczych, a po doświadczeniach Fabre du Faur’a w Wasseralfingen zaczęto je szeroko stosować od r. 1832 do prażenia rudy, do ogrzewania powietrza, wprowadzanego do wielkich pieców i do ogrzewania kotłów parowych. Na Uralu, na Węgrzech i w innych miejscowościach, gdzie potrzebną energię mogły dostarczać w dostatecznej ilości motory wodne, istniały do końca wieku ubiegłego wielkie piece, z których gazy bez żadnego pożytku były wypuszczane w powietrze, a spalając się nad wylotem, służyły jedynie do oświetlania huty w porze nocnej.

Wskutek zastosowania silników spalinowych, w których ciepło zawarte w gazach zamienia się w energię ruchu znacznie korzystniej, niż w silnikach parowych, pozostaje obecnie po zaspokojeniu potrzeb wielkiego pieca duża ilość gazu, którą zaczęto używać do wytwarzania energii elektrycznej lub do procesów hutniczych, zastępując przezeń kosztowny gaz generatorowy, na-przykład w piecach martenowskicb.

Około 40# gazów zużywa się na ogrzewanie powietrza. Po odliczeniu więc pewnej części na straty pozostaje jeszcze blizko 2500 m³ gazów na każdą tonnę wytwarzanego surowca. Przyjmując wartość cieplną 1 m³ gazów za 900 ciepł., równoważnik ciepła i pracy 425 kgm i część ciepła zamienianego na pracę dla silników spalinowych 0,20, obliczymy łatwo wartość energii, wytwarzanej przez gazy, według wzoru:

X0,20= 29,5 k. m.

2500X900X425 — 24 X 60 X 60 X 75

każdą tonnę wytapianego dziennie surowca a więc nowoczesny piec z produkcyą 200—

Czyli mamy na około 30 koni mech.,

300 tonn dostarcza energii 6—'8 tys. k. m. Mniej więcej piąta ozęść jej zużywa się na potrzeby wielkiego pieca: na uruchomię-me dmuchaw, podnośników, wodociągów i t. d., a reszta może służyć do celów postronnych w tej samej hucie, lub nawet w znacznej odległości od niej w postaci energii elektrycznej.

Pytanie, czy gazy wielkopiecowe w elektrowniach zużywać lepiej bezpośrednio w silnikach spalinowych, czy też zapomocą kotłów parowych w związku z turbogeneratorami, zostało roztrzy-gnięte w większości hut w ten sposób, że pierwsze zastosowanie daje większe korzyści przy gazie czystym. Jednocześnie poważne głosy są odmiennego zdania. Przypuszczają, że dla dmuchaw silnik spalinowy jest korzystniejszy od turbiny parowej tylko przy wysokiej cenie paliwa i odwrotnie turbodmuchawa jest korzystniejszą, niż silnik gazowy przy nizkiej cenie gazu. Powyższe zdanie ma szczególne znaczenie dla warunków, istniejących w państwie Rosyjskiem, gdzie silnik gazowy wskutek dalekiego przewozu i cła wypada prawie dwa razy drożej, niż w fabryce, w której jest budowany. W każdym pojedynczym wypadku należy zbadać i obliczyć, co jest korzystniejsze, przyczem należy brać pod uwagę rzeczywiste wydatki huty, związane z urządzeniem stacyi i jej eksploatacyą, niezależnie od obliczonej w ten lub inny sposób, a zawsze trochę fikcyjnej ceny gazu wielkopiecowego.

Bieg wielkiego pieca ma tę właściwość, że ilość otrzymywanych gazów, również ich jakość jest zmienną, przeto raz mamy go za wiele, czasami zaś ilość jego może okazać się niedostateczną. Wywołuje to potrzebę takiego urządzenia gospodarstwa gazowego, ażeby wahania w ilości i jakości otrzymywanego gazu nie mogły wywierać szkodliwego wpływu. W tym celu zaleca się stawianie zbiorników dla chwilowo zbywającego gazu, który służy jako zapas, gdy go zabraknie. Bardzo ważnem jest również, ażeby ciśnienie w miejscach spożycia gazu, a więc ogrzewaczach powietrza, kotłach, silnikach i t. d. było jednostajne, odpowiadające potrzebie. Jest to łatwiejsze, o ile gaz przechodzi przez zbiornik, będący jednocześnie regulatorem. Skuteczniej służą do tego celu ustawione w odpowiednich miejscach zawory, najlepiej samoczynne, które przy zmianie ciśnienia same zmieniają ilość dopływających gazów.

Gazy uchodzą z pieca przy temperaturze 150—200° C. Szybkość ich przy wylocie wynosi od 3 do 10 mjs. Silny prąd jest przyczyną, że gazy unoszą ze sobą znaczną ilość pyłu, składającego się z drobnych cząstek węgla i rudy. Ilość pyłu w gazach zależy od gatunku używanych rud i paliwa i waha się w granicach od 5 do 20 g w 1 m³ gazów. W piecu o produkcyi 300 tonn na dobę, gazy przy średniej zawartości 10 g/mz mogą unieść dziennie 300X4500X10 g= 13,5 tonn pyłu. Wyrządzając dotkliwą stratę w materyałach, pył zawarty w gazach jest szkodliwy pod innym względem: zanieczyszcza przewody, wywołując konieczność częstego oczyszczania, osiada na powierzchniach ogrzania i jako zły przewodnik zmniejsza sprawność przyrządów ogrzewających, a w większej ilości jest zupełnie niedopuszczalny przy stosowaniu tych gazów do silników spalinowych. Gazy stosowane do celów opałowych nie powinny zawierać więcej pyłu niż 0,1 do 0,5 g/m?, a do silników spalinowych—0,01 do 0,03 (7/m³, wymagają więc koniecznie oczyszczania od pyłu przed ich użyciem, przyczem jednocześnie usuwa się z nich para wodna i przez to podnosi się wartość opałowa.

Otrzymywany z gazów pył może być, w postaci brykietów lub aglomeratów, przetapiany w wielkich piecach razem z rudami. Pył wielkopiecowy posiada tę cenną właściwość, że może służyć za spoiwo przy brykietowaniu rudy proszkowej.

Oczyszczanie gazów.

Oczyszczanie gazów, zależnie od ich przeznaczenia, może być mniej lub więcej dokładne. Rozróżniamy więc czyszczenie wstępne, wystarczające przy stosowaniu gazów do celów opałowych i ostateczne w celu użycia gazów do silników spalinowych.

Tak czyszczenie wstępne, jak i ostateczne może odbywać się na sucho i na mokro.

Wstępne oczyszczanie gazów na sucho dokonywa się w ten sposób, że przewody gazowe, idące od wielkiego pieca, zaopatrzone są w różnych miejscach, a szczególnie przy załamaniach i rozgałęzieniach, w zbiorniki dla pyłu. Zmniejszona szybkość gazu w miejscu, gdzie jest większy przekrój, wywołuje osiadanie pyłu. Zbiorniki mają kształt walców, zakończonych stożkowo, z klapami u dołu, dla usuwania nagromadzonego pyłu. Przed zbiornikami w przewodach często ustawiają się przegrody, ażeby uderzający prąd gazów zmieniał kierunek, co również przyspiesza osiadanie pyłu.

na

Doskonalszy sposób wstępnego oczyszczania gazów widzimy rys. 19. Jest to wieża znacznej wysokości (do 15 m), w której odbywa się krążenie gazów w kierunku wskazywanym przez

i

m

\

Cl

%

f

X

iï

TT

-,

K

j

M

SI

i

:

4

W

o o osi

II

Cer

r

¹

5800-

Ą-t

i; ■ ’>

rd

Rys. 19.

Oddzielacz pyłu.

Rys. 20.

Płuczka chłodnica dla gazów.

strzałki. Zmiana przekroju i kierunku, w których odbywa się ruch gazów, wywołuje oddzielanie pyłu. G-az z jednego oddzielacza idzie do drugiego i trzeciego, przez co staje się coraz czyst

szym. .

Oddawna stosowane jest płukanie gazów tak w celu skuteczniejszego oddzielenia pyłu jak i dla ich chłodzenia do temperatury, przy której zawarta w gazach para wodna będzie się skraplała. Istnieją różne typy płuczek. Na rys. 20 podajemy płuczkę“ chłodnicę Zschocke w kształcie wieży, mającej niekiedy do 22 m wysokości przy średnicy do 5,5 m.

Gaz wchodzi u dołu wieży i wznosząc się do góry spotyka się z natryskiwaną wodą. Wewnątrz wieży urządzone są

ii

ml

f jej

} Jjl

-i

1:

woda

i±-z

asm

«==>!<==»

L i:»

SIMMS

/■

tri"

____,

I«

Rys. 21. Przegrody z listew syst. Zschocke.

Rys. 22. Oddzielacz pyłu ślimakowy.

przegrody z gęsto ułożonych listew drewnianych (rys. 21), dokoła których gazy zmuszone są krążyć, przez co lepiej stykają się z wodą. Woda zaś spadając z przegrody na przegrodę rozpryskuje się i dokładnie opłukuje gaz, unosząc na dół w postaci szlamu 50—60# pyłu.

Jednym z najdawniej stosowanych aparatów do oczyszczania gazu jest przyrząd ślimakowy, przedstawiony na rys. 22. Jest nim rozszerzony do wielkiej średnicy przewód gazowy, zamknięty wodą, opatrzony klapami bezpieczeństwa, mający wewnątrz rurę a, z której wytryskająca woda w postaci deszczu przepłukuje gazy i Długość przyrządu dochodzi do 8 w. Usuwanie szlamu odbywa się w miarę nagromadzenia się jego na dnie przez otwór C.

Czyszczenie ostateczne gazów odbywa się najczęściej na mokro przez wprawienie gazów i wody w szybki ruch obrotowy w nacz}Tniu zamkniętem stosunkowo niedużych wymiarów. Ciężkie cząsteczki mokrego pyłu uderzają pod wpływem siły odśrodkowej o ścianki przyrządu, osiadają na nich i następnie wypływają z wodą.

Hi

ni

u----

d-----

Rys. 23. Dezyntegrator-płuczka Theisena.

Rys. 23 przedstawia dezyntegrator-płuczkę Theisena, zużywającą mniejszą ilość wody i energii mechanicznej, aniżeli inne tego rodzaju przyrządy. Urządzenie składa się z trzech części, z których środkowa przypomina wentylator. Po obu jego stronach umieszczone są symetrycznie skrzynki z płuczkami, zbudowanemi w sposób następujący. Do wału przymocowane są tarcze, a na nich prostopadle listwy z kątowników. Podobne listwy umocowane są również na ściankach skrzynek, koncentrycznie do pierwszych tak, że przy obrocie wału jedne mijają drugie. Podczas ruchu tarczy robiącej 600 obrotów na minutę, woda wchodząca od środka rozbija się na drobny pyłek i równomiernie zapełnia przestrzeń. Gaz, wchodzący z dołu, miesza się dokładnie z wodą i przechodzi

do części środkowej, w której szereg łopatek osadzonych ukośnie do osi podchwytuje mieszaninę wody z gazem i odrzuca ku ściankom, na których następuje wydzielenie wody wraz z cząsteczkami pyłu. Woda ze szlamem ścieka po żłobie do rur odpływowych, a oczyszczony gaz idzie do miejsca przeznaczenia.

Przyrząd ten zajmuje mało miejsca, nie potrzebuje obsługi i wskutek silnego opłukiwania wewnętrznych części wyłącza możność powstawania osadów, wymagających czyszczenia. Wspomniany dezyntegrator, działający bez przerwy, oczyszcza na godzinę 40 tys. m³, zmniejszając zawartość pyłu w gazie z 4 do 0,2—0,5 g. W innym wypadku, stosowany do ostatecznego czyszczenia,

IÖÖÖÖ1

77

Z;

MN

Ütfüi

TO

Rys. 24. Filtr do czyszczenia gazów na sucho syst. Halberger-Betha.

zmniejszał zawartość pyłu z 0,88 do 0,008 g/m³. Zużycie wody wynosiło 0,7—0,9 litra/m³, energii zaś dla czyszczenia wstępnego 3—4 k. m. i dodatkowo dla ostatecznego około 5 k. m. na każdy tysiąc m% gazów.

Z powodu znacznego zużycia wody, którą następnie należy odszlamowywać w specyalnych dużych zbiornikach, zwrócono się do szukania sposobów ostatecznego czyszczenia na drodze suchej, zapomocą filtrowania.

Rys. 24 przedstawia schematycznie takie urządzenie. G-azy wielkopiecowe, mające temperaturę 80—120° C., wchodzą przez przewód A do obszernego zbiornika Z, gdzie pozostawiają znaczną ilość pyłu, oziębiając się do 50—60° C., wskutek czego skrapla się

też zawarta w nich para. Ażeby zapobiedz skraplaniu się pary w tkaninie filtrów, gazy ogrzewają się następnie w ogrzewaczu B do 70—80° C. i wchodzą do komór filtrowych O, których jest cały szereg. W komorach wiszą rury ze specyalnej tkaniny, które otwarte są od końca dolnego a zamknięte od góry. Każdy filtr ma 3 m długości i około 20 cm średnicy. W każdej komorze znajduje się 8—12 filtrów. Gazy ssane przez przewód D zapomocą wentylatora E filtrują się przez tkaninę i płyną przez przewód F do silników spalinowych. Gdy się filtry zanieczyszczą i przestaną przepuszczać gazy, wówczas automatycznie, w stałych odstępach czasu, przestawia się zawór G i do komory wstępuje pod ciśnieniem oczyszczony gaz przez rurę I i wydmuchuje pył z tkaniny. Jednocześnie zapomocą potrząsacza H ułatwia się odpadanie pyłu od ścianek filtru. Oczyszczanie tkaniny z pyłu odbywa się kolejno w różnych komorach co 4 minuty i trwa 15—20 sekund, poczem znów zawór G zajmuje samoczynnie położenie pierwotne. Pył z filtrów spada do skrzyni K i do wózków, którymi się odwozi.

Poniżej podajemy koszta instalacyi i oczyszczania gazów na sucho sposobem Halberger-Betha. Urządzenie obliczone do oczyszczania 66 tys. w³ gazu na godzinę kosztowało 312 750 franków. Średnie koszta roczne wraz z amortyzacyą i oprocentowaniem kapitału wynoszą 141890 fr. Koszta więc czyszczenia 1000 m³ wynoszą 24,8 cent. Ponieważ suchy pył otrzymywany z gazów może być stosowany jako spoiwo przy wyrobie brykietów i jest ocenia-ny po 7 fr. za tonnę, a otrzymuje się go 0,66 tonny na godzinę, przeto koszt czyszczenia spada do 17,8 cent. (6,7 kop.). Zapomocą czyszczenia gazów przez filtrowanie można oczyścić gaz z zawartością 4,16 g do 0,00043 gjm³\ zwolennicy tego sposobu twierdzą, że koszta mogą być niższe, aniżeli przy sposobie mokrym.

Zasilanie pieca i chwytanie gazów.

Do pieca, obliczonego na produkcyę dzienną 300 tonn, trzeba dostarczyć mniej więcej tyleż koksu, blizko podwójną lub potrójną ilość rudy i połowę, w stosunku do otrzymywanego surowca, topników, co wyniesie razem około 1200 tonn, czyli 80 normalnych wagonów kolejowych różnych materyałów surowych. Istnieją huty z kilkoma piecami, zużywające dziennie do tysiąca wagonów materyałów. Wywołuje to konieczność dobrego rozplanowania pieców i składów dla ułatwienia ruchu kolejowego na terenie

fabrycznym, jak również zaprowadzenia specyalnych urządzeń w celu szybkiego i taniego zasilania wielkich pieców. Plan huty nowoczesnej z wielkiemi piecami podaje rys. 25. Jest to plan huty Esch w Luksemburgu, której przekrój przedstawia rys. 7. Huta jest zaprojektowana na 8 wielkich pieców, z których dotychczas postawiono sześć, dających dziennie po 250—300 tonn surowca.

ii

lOOOc

lOOOO/

70000 r-tf

ioooofi

70000

jjQQQQig

2 Oi^ÓGIlGOC JOlojl Qfrû, o    ü|o iCTÜTO

ry

21000

"ÜDC

274000

Tfko o o o_o l|_Q ooo

l—

■i

h.

Dmuchawy Stacya elektryczna

UL

ESIigJ si

Rys. 25. LjRlan fabryki wielkopiecowej.

Wszystkie piece są podzielone na grupy po dwa w każdej. Jednakowe rozplanowanie składów koksu i rudy, hal odlewniczych urządzeń dla wstępnego oczyszczania gazów i ogrzewacze powietrza powtarza się w każdej grupie. Czyszczenie wstępne odbywa się w wieżach, stojących między wielkimi piecami i ogrzewaczami powietrza. Przyrządy do ostatecznego czyszczenia gazów, dmuchawy poruszane silnikami spalinowymi i centralna stacya elektryczna śą położone na osi symetryi całej zaprojektowanej huty.

Między składami materyałów i piecami ułożony jest tor dla

Dostarczanie materyałów ze składów do pieca sposobem dawniejszym i dotychczas przeważnie praktykowanym odbywa się zapomocą wyciągu pionowego (windy). Wózki z rudą i węglem są dowożone do wieży wyciągowej i po podniesieniu zapomocą siły mechanicznej na wysokość gardzieli, znów, ręcznie toczą się po szynach do pieca i tu się wyładowują. Ten sposób wymaga licznej obsługi, która przebywając w blizkości wylotu gazów bywa narażoną na zatrucie niemi i na niebezpieczeństwo przy wybuchach, jakie zdarzają się nieraz przy nieprawidłowym biegu pieca. Przy wielkiej produkcyi pieców współczesnych często jest rzeczą trudną wystarczająco piec zasilać i wynika z tego potrzeba zwalniania biegu pieca, aby był on stale zapełniony.

wywożenia żużli. Również dla odwożenia surowca i pyłu służy tor osobny, położony między wielkimi piecami i ogrzewaczami Cowpera.

Drożyzna życia w Stanach Zjednoczonych i związana z nią wysoka płaca robocza wywołała wiele pomysłów w celu zastąpienia rąk ludzkich przez urządzenia mechauiczne, które następnie stosować zaczęto również i w Europie. Do takich należą wyciągi ukośne dla wózków lub koszów, pokazane na rys. 7. Do poruszania wózków służy lina pędzona motorem, lub też wózki mają napęd elektryczny. Kosze czyli kubły podnoszone są zawsze liną. Zapomocą wyciągów ukośnych wózki lub kosze, naładowane w ułatwiony sposób ze specyalnych zasieków (rys. 26) dochodzą, kierowane ręką jednego maszynisty, do gardzieli i tu opróżniają się automatycznie.

Czasami odbywa się dowóz materyałów do pieca zapomocą linowej kolei powietrznej. Jest to korzystne wtedy, gdy składy lub koksownie leżą daleko, a wielkie piece są tak postawione, że jedna kolej może je wszystkie obsługiwać. Wózki po opróżnieniu powracają same do składów.

Naboje, doprowadzane do pieca, powinny być zasypywane tak, ażeby tworzyły możliwie równe warstwy na całym przekroju; w razie potrzeby materyały układają się jedne bliżej, drugie dalej od obwodu pieca. Do tego służą przyrządy zasilające, stanowiące obecnie nieodzowną część gardzieli i służące jednocześnie do zamykania wylotu i chwytania gazów.

Ponieważ gazy łatwiej się wznoszą przy obwodzie pieca niż w środku, gdyż tam napotykają mniejszy opór, pożądanem jest, ażeby paliwo trafiało więcej do środka, a ruda bliżej obwodu.

W ten sposób skuteczniejsze będzie działanie odtleniające gazów na rudę. Dla wzmocnienia prądu gazów w środku pieca należy wszelki materyał kawałkowy zasypywać tak, by układał się on bliżej środka, przy czem paliwo winno tworzyć pośrodku warstwę grubszą, a dokoła pieca cieńszą warstwę, ruda zaś i topniki odwrotnie. Przy opuszczaniu się na dół, w skutek różnicy ciężarów właściwych i rozszerzania się szybu ku dołowi, na pewnej już głębokości otrzymuje się pozioma powierzchnia zetknięcia się tych warstw.

M-

Qooei

73300

-39530-

I fasEIZI^ji

I

8-70 700-

Ą3000

tsoo-^m-jp

r-tr£±EŁpp!|

— 7300

•*1 'r-—sooo—H

-Ą

9700-* I

-9770*^-9330-

■'

-00951 \00597-

Liài

gp

®j 3750r^3900^37S0, “

Sm

r;\

-79000-

sp

-0700-

->-l>

3W\.

Rys. 26. Zasieki do rudy i koksu.

Różne sposoby chwytania gazów dają się sprowadzić do d wuch zasadniczych, a mianowicie, gaz odprowadza się z obwodu pieca, albo ze środka. Pierwowzorem pierwszego jest stożek Parry’ego, drugiego dzwon Langena. Każdy z tych sposobów ma swoich zwolenników, i trudno zaiste powiedzieć, jakiemu należy oddać pierwszeństwo.

Stożek Parry’ego (rys. 27), po wsypaniu naboju koksu lub rudy z topnikami do przestrzeni BB, opuszcza się na dół, i ma-teryały po pochyłej powierzchni stożka zsuwają się do paszczy wielkiego pieca. Jeżeli stożek jest opuszczony tak, że podstawa jego znajduje się daleko od poprzednio zasypanej warstwy, wtedy zsuwające się po nim materyały uderzają o ściany pieca i odbite padają bliżej środka. Kiedy stożek jest bliżej poprzedniej warstwy, materyały zsuwające się po nim układają się bez odbicia przy obwodzie pieca. Zasypując pierwej nabój koksowy, a następnie rudę z topnikami, umieszczamy przy jednako wem zagłębieniu stożka koks bliżej środka, a rudę bliżej obwodu, jak nakazuje teorya. Zwolennicy centralnego chwytania gazów utrzymują, że ponieważ gazy przy tym sposobie zasilania uchodzą otworami bocznymi K w ścianach pieca, więc ruch gazów potęguje się przy obwodzie, do

373p_

Bi

B,

C/

itys. 27. Stożek Parry’ego.

czego, jak wyżej wzmiankowano, gazy i bez tego mają skłonność i co może wywołać nierównomierność redukcyi, jak również szybsze zużycie ścian pieca.

Dzwon Langena (rys. 28) składa się z trzech części: nieruchomego leja aa do zadawania nabojów, rury C w środku do chwytania gazów i ruchomego walca (dzwona) KK, zamykającego dolną część leja. Wewnętrzna krawędź M dzwona jest jedną stroną zanurzona do korytka H z wodą, przymocowanego dokoła rury środkowej, przez co otrzymuje się szczelniejsze zamknięcie wylotu. Ruda i koks zasypane do leja wpadają do paszczy przy podnoszeniu dzwona do góry i układają się dokoła rury, odprowadzającej gazy. Najpierw zasypuje się koks, który, zsuwając się po pochyłej powierzchni leja do środka, tworzy dokoła rury środkowej wał i zmusza tym sposobem zadawaną następnie rudę do układania się grubszą warstwą bliżej ścian pieca. Ponieważ zasilanie odbywa się przez podnoszenie dzwona, piec przy tern urządzeniu zapełnia się do samej góry, przez co wzrasta wysokość użyteczna wielkiego pieca. Zanurzona w materyałach rura, odprowadzająca gazy, skierowuje krążenie gazów od ścian ku środkowi pieca. Przeciwnicy tego sposobu zasilania twierdzą, że regulowanie warstw jest tu trudniejsze, aniżeli przy stożku Parry’ego.

_Ji

90-

;

i-»*-

LJ

JA

1

rPtt.

\17

/ i \-N

Jf\

TT.

~T p ~

Rys. 28. Dzwon Langena.

W celu połączenia zalet obydwu rodzaju zamknięć istnieje wiele sposobów kombinowanych, jak naprzykład przyrząd Van Hoffa (rys. 29), łączący środkową rurę do chwytania gazów ze stożkiem do wpuszczania nabojów. Wprowadzony był on w użycie przed dzwonem Langena.

Aby zapobiedz ulatnianiu się gazów podczas zadawania nabojów, nowoczesne przyrządy zasilające mają zamknięcia podwójne, tak, iż w chwili otwarcia przyrządu z jednej strony jest on samoczynnie zamykany z drugiej, a zatem strata gazów nie przekracza objętości zbiornika zasilającego przy każdorazowem zasypywaniu naboju. Rys. 30 przedstawia podwójny stożek Parry’ego.

-a

Ol

Przy stosowaniu wyciągów ukośnych, a przy nich kubłów lub koszów, można uniknąć niepożądanego dwukrotnego przesypywania nabojów raz z wózka do zasilającego zbiornika, drugi raz ze zbiornika do pieca, przez co się zmniejsza ilość miału, wprowadzanego do wielkiego pieca. Dno kosza jest urządzone w tym wypadku na: podobieństwo stożka Parry’ego (rys. 31). Od stożka, w dnie kosza, idzie drążek połączony z liną wyciągową. Póki kosz

-oo'sl

ocfc

i---»*

⁼^pjp§j§||Pr

im ii

1

O'

3Ë

i-

4200

Rys. 29. Przyrząd Van Hof fa.

wisi na linie, jest on zamknięty od dołu własnym ciężarem. Kosz wpuszczony do zbiornika opiera się o jego brzegi i stożek kosza nie powstrzymywany przez linę opuszcza się pod wpływem ciężaru materyałów a jednocześnie opuszcza się stożek w zbiorniku, stanowiący zamknięcie pieca. W ten sposób koks i namiar wpadają bezpośrednio z kosza do paszczy pieca. Zbiornik posiada podwójne zamknięcie, polegające na tern, że po wpuszczeniu kosza do zbiornika, lecz przed opuszczaniem stożków, automatycznie opadają dwie klapy i zamykają szczelnie zbiornik od góry.

Na rys. 31a widzimy zbiornik otwarty u góry w chwili wpuszczania kosza, a na rys. 31b kosz znajduje się w zbiorniku zamknięty u góry, przyczem obydwa stożki kosza i zbiornika są opuszczone.

5s2

(9)

cm

Hf c

Rys. 30. Podwójny stożek Parry’ego.

Wielkość zadawanych nabojów bywa rozmaitą. W małych piecach idących na węglu drzewnym nabój węglowy wynosi zaledwie

JTT"

fet:³.

to

tz

El

Rys. 31. Kosz zasilający.

300 kg, wówczas, gdy przy wielkich piecach—na koksie kosze objętości do 8,5 mz mieszczą w sobie 5 tonn koksu lub też 7 do 10 tonn rudy.    -—-

Literatura: Lilge Pr.. Hochofen Begichtungsanlagen unter besonderer Berücksichtigung ihrer Wirtschaftlichkeit, Berlin 1913.

Budowa wielkiego pieca.

Za materyał do budowy wielkiego pieca służy cegła ogniotrwała i żelazo. Cegła powinna nie tylko opierać się działaniu wysokiej temperatury, to jest nie topić się i nie pękać pod jej wpływem, lecz również nie ulegać działaniom chemicznym i fizycznym przy zetknięciu się z gazami gorącymi lub z płynnym żużlem. W różnych częściach pieca działanie tych czynników, jak również ciśnienie, jakiemu podlega cegła, jest niejednakowe.

Używa się do budowy przeważnie cegła szamotowa. Ogniotrwała glina wypalona i zmielona miesza się z małą ilością gliny surowej, poczem dopiero z tej masy wyrabia się cegła odpowiedniej wielkości i kształtu. Cegła po ostrożnem wysuszeniu powinna być mocno wypalona.

Cegła do dolnych części pieca, spadku i garu, powinna być szczególnie ogniotrwałą i oprócz tego odporną na działanie roztopionych żużli, które, jako krzemiany, mogą częściowo rozpuszczać w sobie składniki zawarte w masie szamotowej: krzemionkę lub glinkę, zależnie od tego, czy żużle będą więcej zasadowe, czy też kwaśne.

Cegła do budowy szybów może być mniej ogniotrwałą, lecz powinna posiadać większą wytrzymałość na ciśnienie. Zaprawa murarska winna mieć ten sam skład co i cegła i być jak najdrobniej zmieloną. Przy budowie należy uważać, ażeby spoiny między cegłami były jaknajwęższe, celem zabezpieczenia muru od przenikania ciał, co w następstwie wywołać może zwiększenie spoin i pęknięcia. Dawniej uważano za konieczne, w celu zmniejszenia ilości spoin, nadawać cegle takie wymiary, ażeby sięgała przez całą grubość ściany, lecz, że dokładne doszlifowanie do siebie większych kamieni jest rzeczą niezbyt łatwą, używają więc obecnie cegieł normalnych, wiążąc je w sposób odpowiedni.

W ostatnich czasach są stosowane z powodzeniem dla trzonu, garu i spadku cegły węglowe, wyrabiane z drobno mielonego koksu z dodatkiem 25# smoły pogazowej. Cegła, znacznych rozmiarów, uformowana z tej masy, po wysuszeniu wypala się w hermetycznie zamkniętych muflach, przesypana proszkiem węglowym, lub koksowym. Tak otrzymana cegła jest twarda, znosi wysoką temperaturę i nie ulega działaniu żużli, może być jednak stosowana tylko w miejscach niedostępnych dla utleniającego wpływu po-

wietrzą i gazów. Z tego powodu mur z kamieni węglowych powinien być wyłożony od wewnątrz pieca cegłą szamotową; dla ochrony od wilgoci otacza się zewnątrz pancerzem żelaznym.

Używają również do garu cegły kwaśnej, zwanej Dinas, mocno wypalonej i składającej się z możliwie czystej krzemionki, zcementowanej jak najmniejszą ilością wapna (2$).

Najlepsza jednak cegła nie może długo opierać się wpływom wysokiej temperatury, panującej w piecu i działaniu żużli; dla zwiększenia więc jej odporności stosuje się chłodzenie ścian pieca z zewnątrz. Szyb pieca, ze stosunkowo niższą temperaturą, poniżej 1000° 0., do niedawna był chłodzony naturalnie otaczającym powietrzem, obecnie coraz częściej stosuje się chłodzenie wodą. Spadek, a szczególnie gar wymagają zawsze energicznego chłodzenia wodą, która się odbywa w sposób rozmaity.

Jeżeli piec jest opancerzony blachą, woda natryskiwana na powierzchnię ścieka po blasze na dół, ku rynnie odpływowej. W innych wypadkach pancerz jest otoczony śrubowo biegnącą rynną, po której przepływa woda, albo w ścianach jest wmurowanych kilka rzędów jeden nad drugim skrzyń żelaznych lub bronzowych, do których doprowadza się woda rurami. Wreszcie w płyty z żelaza lanego lub stali, otaczające mur, zalewają się rurki gazowe, po których krąży woda, albo też rury wodne o średnicy 2 cali zakładają się bezpośrednio w murze. Rys. 32 podaje różne sposoby chłodzenia spadku: a—jest najbardziej rozpowszechnionym sposobem amerykańskim z poziomemi skrzyniami chłodzącemi; skrzynie b mają kształt wygięty i ilość ich może być mniejsza; przy sposobie c chłodzenie odbywa się przez natryskiwanie wody na płaszcz żelazny, otaczający cienkie ścianki muru.

Nowoczesne piece wymagają dla chłodzenia murów, zależnie od swej wielkości i gatunku wytapianego surowca, od 2 do 4 tys. m% wody na dobę, co odpowiada spożyciu wody w mieście zT ludnością 25—4Ô tys. mieszkańców. Dla zaoszczędzenia tej olbrzymiej ilości wody ustawiają przy wielkich piecach chłodnice w celu ostudzenia wody dla powtórnego jej użycia.

Fundament buduje się z betonu i oblicza się na ciśnienie pieca, wypełnionego materyałami. Głębokość fundamentu do poziomu wynosi 2—3 m i najczęściej drugie tyle nad poziomem, ażeby zabezpieczyć piec od wilgoci i ułatwić wypuszczanie żużli i surowca do kadzi, znajdujących się na wozach dla szybkiego odwożenia poza obręb huty.

s$

**H.

li

,-t'

;<•>.

Rys. 32. Chłodzenie spadku.

śiH

pjZl

-4 830

/A

-łoo

1-

--259o.

4(.

JjlBiiiM

liii

»

lii

!$

Rys. 33. Dolna część wielkiego pieca.

P° wyprowadzeniu fundamentu ponad powierzchnię ustawia się na nim rusztowanie żelazne dla pomostu przy paszczy i takież słupy, na których leży wieniec z belek kolisto wygiętych, podtrzymujący mur szybowy. W ten sposób dolna część pieca—gar i spadek— nie dźwiga na sobie żadnego ciężaru i jest połączona z szybem na podobieństwo dławików. Obie części pieca, górna i dolna,

1

?!

-L

I; -

gig

rei

W?

ii

I;

lire

.Al.

«I

>2>:

---

TT

i ' 1.1 K i

ggBgg

r GOl i 3g

“>d

—i—i—i—-

i iii

iii

HTTI x r i

LLLJ

r i ii

I I A I 1 I I I [ I 1 i /i i i \ i i i i i ÂSSsæs

i r iii upapla

Kys. 34. Grar w przekrojach pionowym, poziomym, oraz jego widok z przodu.

mają możność swobodnego rozszerzania się pod wpływem ciepła i rozgrzane zamykają przestrzeń (30 mm), zostawioną pomiędzy niemi podczas budowy (rys. 33).

kiedy jest oparty na podtrzymujących szyb.

Trzon złożony jest z kilku rzędów cegły dużych wymiarów, kształtu romboidalnego lub innego, szczelnie przyszlifowanych i ułożonych w sposób usuwający możność wypływania cegieł na

Spadek pieca tworzy zwykle jedną całość z garem, lecz nie-pancerzu otaczającym gar, albo na słupach

powierzchnię surowca, zebranego w kotlinie. W celu chłodzenia pod trzonem urządzone są poziome kanały, po których może krążyć powietrze, a często trzon spoczywa na żelaznych dźwigarach, ażeby powietrze, a niekiedy woda mogły go chłodzić od dołu.

Ponieważ w garze panuje temperatura najwyższa i znajduje się surowiec płynny, którego wylew przez uszkodzone ścianki spowodować może groźne następstwa, największe usiłowania skierowane są do umocnienia ścianek garu. Na rys. 34 przedstawiona jest budowa garu w przekrojach poziomym i pionowym, oraz jego widok z przodu. Ściany są otoczonq pancerzem z płyt żelaznych i chłodzone wodą, krążącą po rynnach a pancerza.

itttt

MB

md.

ymf

-J

C-

Rys. 35. Skrzynie chłodzące.

Istnieją jeszcze inne sposoby opancerzania kotliny. Często stosowany jest naprz. pancerz z pionowych sztab żelaznych 50x50 mm, umieszczonych między dwoma płaszczami z blachy żelaznej. Sztaby są mocno wbite w masę szamotową lub w mieszaninę smoły, gliny i pyłu koksowego.

Grubość muru w spadku dochodzi do 550 mm. Do studzenia go służą trzy rzędy chłodzących skrzyń miedzianych lub bronzo-wych, mniej lub więcej głęboko osadzonych w murze, w których krąży woda (rys. 35).

Dysze, któremi powietrze wchodzi do wielkiego pieca, składają się z dwuch części: jednej nieruchomej, składowej części pieca, osadzonej w otworze dyszowym, zwanej forma, (tuyère, die Form), i właściwej dyszy, będącej zakończeniem przewodu powietrznego (la buse, die Düse). Formy miedziane lub bronzowe,

Hutnictwo żelaza.

mające podwójne ścianki, by chłodzić je wodą, służą do obramowania otworów dyszowych (rys 37). Formy wchodzą wewnątrz pieca na głębokość 200—400 », a to w celu oddalenia ogniska palenia od ścian muru. Dysze właściwe (rys. 36) są urządzone w taki sposób, ażeby je można było odejmować od form, na wypadek robót reparacyjnych przy formach, lub ich zamiany. Powinny one szczelnie przylegać do form i posiadać zamknięcia, w celu zabezpieczenia przewodów powietrznych od wchodzenia do nich gazów przy zatrzymaniu wiatru, co mogłoby wywołać wybuchy. Dysze

ii

ii

r;

ii

iii]

ii

tvjTfT

--

■I

Bys. 36. Dysza.

są zaopatrzone w okienka a ze szkła kolorowego, umieszczone na-wprost form, żeby przez nie można było obserwować wnętrze i bieg wielkiego pieca.

Wielki piec posiada otwór do spuszczania żużla, obramowany formą żużlowa. Forma ta, mosiężna, na rys. 37 leży w jednej płaszczyźnie pionowej z formą powietrzną, we wspólnej wnęce pieca, w skrzyni chłodzonej wodą.

Owalny otwór do spustu surowca d₅ (rys. 33), podobnie do formy żużlowej, mieści się w ramie stalowej i jest zatykany korkiem z mieszaniny gliny, szamotu, proszku koksowego i smoły. Często spust ten posiada w ramie wężownicę do chłodzenia wodą.

Mur szybu składa się z dwuch rzędów cegły szamotowej o grubości całkowitej około 850 mm. Szyb otoczony jest rzędami obręczy żelaznych 100X20 mm, związanych śrubami i klinami, mającymi pewien luz, więc mogących regulować długość obręczy przy rozszerzaniu się szybu od rozgrzania.

Ostatniemi czasy w Ameryce uważają za korzystne budować szyby o cienkich ściankach w pancerzu chłodzonym w różny spo-

</

ïr3

wm

kODt

•a.

■V,

li

ipi

TKŚ

<000-tC

Wk

Rys. 37. Oprawa formy powietrznej i żużlowej.

sób wodą. Niekiedy górna część szybu jest tylko z żelaza, chłodzonego wodą, bez wyłożenia cegłą.

Literatura: Pawłów M. prof. Atlas wielkich pieców.

Wymiary wielkiego pieca.

Przy obliczaniu wymiarów wielkiego pieca za punkt wyjścia bierze się projektowana dzienna produkcya surowca i zależna od niej objętość pieca. Rozróżniamy objętość całkowitą od objętości użytecznej. Ostatnią nazywa się objętość pieca do poziomu zasypywanych materyałów, czyli od objętości całkowitej należy odjąć przestrzeń zajętą przez przyrządy zasilające. W podobny sposób otrzymujemy wysokość pieca całkowitą i użyteczną; różnica tych wysokości wynosi niekiedy do 3 m.

Stosunek produkcyi do objętości użytecznej waha się w dość szerokich granicach, gdyż zależy od materyałów surowych, gatunku wytapianego surowca, stopnia ogrzania powietrza i t. d. W różnych wypadkach na 1 tonnę wytapianego dziennie surowca przypada od 1,25 do 4 m³ objętości wielkiego pieca. Naprzykład, więcej się wytapia surowca martenowskiego i tomasowskiego, aniżeli odlewniczego lub źwierciadlistego. Dłuższe przebywanie rudy w pie-

w Stanach Zjednoczonych „ Wielkiej Brytanii. .

cu często daje oszczędność na opale, więc nieraz umyślnie w tym celu zmniejszana jest produkcya na jednostkę objętości.

Istnieje stała dążność do zwiększania objętości wielkich pieców tak przez podnoszenie ich wysokości, jak i wymiarów poprzecznych. Przed pół wiekiem wysokość pieców nie przekraczała 18 m, a produkcya 50 tonn, dziś mamy już piece 80 m wysokości o produkcyi dziennej 500 tonn. Tern się tłomaczy, dlaczego pomimo olbrzymiego wzrostu produkcyi surowca, liczba wielkich pieców w ciągu ostatnich lat kilkudziesięciu we wszystkich krajach znacznie się zmniejszyła; a mianowicie było pieców:

r. 1873 r. 1913 291 266 109

410

661

266

„ Francy i......

27

46

n Belgii.......

38

13

„ Królestwie Polskiem

Zwiększona wysokość pieca wywołuje obniżenie wydatku paliwa, gdyż rudy przebywają dłużej w piecu i gazy lepiej oddają ciepło materyałom surowym. Wysokość pieca jest ograniczoną przez wytrzymałość paliwa i rud na ciśnienie. Dla wielkich pieców pracujących na węglu drzewnym wysokość nie powinna przekraczać 15—18 m, dla koksowych 30 m. Rudy ziemiste i łatwo kruszące się wymagają pieców niższych, gdyż zbijając się pod ciśnieniem w zwarte masy stawiają znaczny opór wznoszącym się do góry gazom, nierównomiernie podlegają ich działaniu i przychodzą do garu częściowo w stanie surowym.

Stosunek wysokości pieca do przestronu wynosi od 3 do 5, najczęściej około 4,5. W wypadku ostatnim zależność objętości użytecznej V w od wysokości pieca H i przestronu D wyraża się w przybliżeniu wzorem F=0,49D²H.

Produkcya wielkiego pieca zależy od średnicy garu, gdyż im więcej dysz można umieścić na obwodzie, tern więcej wtłacza się powietrza. Większa ilość powietrza spala więcej koksu i przetapia więcej rudy. Wpływ większej liczby dysz przy jednakowej ilości doprowadzanego przez nie powietrza wyraża się zwiększonem ciśnieniem w garze. Zwiększone zaś ciśnienie prowadzi do energiczniej-szego spalania koksu, przyczem otrzymujemy wyższą temperaturę, i większa ilość odtlenionego manganu i krzemu przechodzi do surowca. Szerszy gar pozwala na znaczniejsze wysunięcie dysz wgłąb pieca, przez co ognisko tworzy się w środku garu i dalej od ścian, które przez to ulegają mniejszemu zużyciu. Wszystko to jest przyczyną, iż w piecach nowoczesnych nadaje się garowi przekrój większy niż dawniej. W przybliżeniu średnica garu w metrach d=kVC, gdzie C jest to ilość zużytego paliwa w ton-nach na dobę, która mniej więcej równa się produkcyi dziennej surowca, a k jest współczynnikiem, zależnym od intensywności spalania, równym 0,2—0,3.

Średnica garu wynosi od 2 do 4 w i zależy od mocy miechów, ażeby powietrze mogło dochodzić do środka. Daje się mniej więcej jedną dyszę na 1 m obwodu. Dysz bywa od 5 do 12. Przy obliczaniu pieca na surowiec odlewniczy zaleca się większa liczba dysz o mniejszej średnicy, dla surowca białego mniej dysz większej średnicy.

Wysokość garu wynosi od 0,5 do 0,75 średnicy. Poziom dysz znajduje się powyżej ²/₃ wysokości garu i często stanowi granicę między garem i spadkiem.

Kąt spadku wynosi 70—78°. Przy mniejszym kącie spadku materyały posuwają się wolniej ku garowi, niż przy spadku stromym, co jest pożądanem przy otrzymywaniu surowców odlewniczych, wytapianych przy żużlach trudnotopliwych. Surowce te powinny przebywać dłużej w pasie nawęglania i zwiększać w sobie zawartość krzemu, powstającego przez redukcyę bezpośrednią w spadku.

Od wielkości przekroju paszczy i kąta pochylenia stożka szybowego (84—86°) zależy prawidłowe opuszczanie się nabojów. Przy opuszczaniu naboje coraz bardziej rozpościerają się w kierunku poziomym i to w tern większym stopniu, im szerszy jest przestron w stosunku do gardzieli. Jednocześnie warstwy początkowo poziome nabierają wklęsłości lub odwrotnie, i w ogóle uwar-stwowienie się zatraca. Pochodzi to stąd, że ruda i koks opuszczają się niejednakowo. Ruda będąca zawsze w kawałkach mniejszych niż koks, a cięższa gatunkowo, przeciska się w kierunku pionowym między kawałkami koksu, odsuwając je ku obwodowi. Zachodzi więc zawsze wyprzedzanie koksu przez rudę. Temu wyprzedzaniu sprzyja znaczne tarcie, wskutek właściwości powierzchni, koksu o siebie i o ścianki pieca. Szczególne znaczenie ma to ostatnie. Przekrój zwiększa się w stosunku do kwadratu, a obwód w stosunku prostym do średnicy. Przeto szeroka paszcza, a więc i szyb, zmniejszając tarcie o ścianki, sprzyjają prawidłowemu opuszczaniu się nabojów.

Tablica poniższa podaje wymiary i dane dotyczące różnych, współczesnych wielkich pieców:

22.    Dodatek topnika CaC0₂ %

23.    Gatunek rudy.....

18.    Czas przebywania rudy

w piecu. . .

19.    Ilość żużla . .

20.    Stosunek C0₂ do CO . ’

21.    Gatunek surowca. . . .

.    . godz.

paszczy ... m 9. Ciśnienie powietrza w cm słupa rtęci......

10.    Temperatura powietrza. ⁰ Ó.

11.    Liczba dysz......

12.    Średnica wylotu form mm

13.    Przekrój powietrzny wszyst

kich. form .... cm²

14.    Przekrój garu .... m²

15.    Wydajność surowca z na-

. %

16.    Wydatek koksu . . . %

17.    Jakość koksu

miaru

1.    Objętość całkowita . . m³

2.    Objętość użyteczna . . m³

3.    Produkcya dzienua . tonn

4.    Na 11. przypada objętości m³

5.    Wysokość użyteczna . m

6.    Średnica przestronu .    . m

garu .    .

7.

ui •

minette

odlewn.

0,39

104

21

152 || |-|§ «-g-Sg-gsgg

minette

odlewn.

0,65

84

19

dobry

103

33

11,34

2198

200

G0L-0S9

30

4,2

3,8

6,2

2,85

.160

456

504

br.-p

czer.+

magn.

26

hemat.

0,24

49

24

dobry

107

48

9,62

1778

— OC Sj p\p3J3S ccJ-^ h-> łf^ tf*-ce -J c- en en cn-^, ^ ~3 >—co o o en    ^ to

O l—¹ -J

br f czer.-l-spat.

23

czerw.

23

hemat. bessern.

0,28

50

30

średni

116

42

8,04

2010

160

10

850

32

5,07

3,2

6,9

22,2

2,74

220

602

619

0,54

49

11

dobry

91

45

18.70

2488

178

10

435

78

5,14

4,88

6,7

28,7

1,49

460

685

745

magn.-p i br.-f-spat.

18

tomas.

0,24

97

21

P g“

-P CH M- 05 tO J^P*-⁰⁵ bO-P³ h-¹ ^ rf*-i-‘00    »3 ~o o -a -acwoo^cso'

-Jtooo    œoH»

! brun.-f-| maga.

tomas.

0,27

62

10

dobry

104

48

13,85

2826

200

760

60

^ Ü» 05

oo o a> o

brun. 4-czew.

32

mart.

0,26

75

20

zły

100

43,9

8,04

1206

160

700

23

4,4

3,2

6,0

17,8

2,76

115

318

336

czerw.

23

mart.

0,53

39

12

dobry

97

50

9,62

1767

KKOI^ Jf^SaSn CO M- § g? §5

gogos o en ooh-'ojg § ^

brun.

19

mart.

0,56

53

10

b. dobry

90

43

.5 S —1 00 O 00

S ¹⁻¹ C0 P’-*“⁻..⁰⁵ toJ⁻¹ ^ Ci -3 ^to^oo goo-j-^ggw

magn.

47

czerw.

114    30

0,25 ! 0,6 żelazo-mang.

867»

12

mart.

10

dobry węgiel drzewny

32 I 51 259 I 115

3,14 | 4,52

570

l-¹ -J C0 H- 05 en -vl

O o

jiïiojj’ (-i jf*- os co io OCOlM»OK)OiOi t£» O 05

i°5§s ‘©££|S°gjg

Literatura: Pawłów M. prof. Metalurgja surowca. Petersburg. 1910.

Prowadzenie wielkiego pieca.

Nowozbudowany lub nanowo po gruntownej reparacyi puszczony piec powinien być z całą ostrożnością wysuszony. Suszenie prowadzi się powolnie i trwa około dwuch tygodni. Przy szyb-kiem suszeniu w murze mogą powstać rysy. Suszenie odbywa się zapomocą przystawianego paleniska, z którego gazy spalinowe wchodzą do wielkiego pieca, służącego jednocześnie za komin. Czasami używa się w tym celu gorącego powietrza lub gazów, o ile można niemi rozporządzać przy biegu innych pieców.

Dokładnie wysuszony piec zapełnia się do przestronu koksem z odpowiednią ilością wapienia dla utworzenia żużla z popiołem paliwa—i koks rozpala się od dołu. Gdy płomień ukaże się na powierzchni koksu, zasypują się prawidłowo normalne nabojekokso-we i zmniejszone naboje rudy z topnikami. Do rudy często dodaje się żużli wielkopiecowych, aby przez pokrycie ścian szklistą powłoką podnieść ich odporność. Po zapełnieniu pieca puszcza się powietrze z początku o słabem ciśnieniu, a następnie stopniowo coraz większem, aż do normalnego, które się osiąga po 4 — 6 dniach. O ile się rozporządza gazami innych pieców—można doprowadzać odrazu powietrze ogrzane, w przeciwnym razie rozpoczynać trzeba od zimnego dmuchu. W miarę rozgrzewania pieca i podnoszenia temperatury powietrza nabój rudy zostaje zwiększany.

Szybkość puszczania w bieg wielkiego pieca zależy od doświadczenia i uwagi kierownika, który ma możność sądzenia o przebiegu, badając otrzymywane żużle i surowiec.

Praca przy normalnym biegu pieca polega na zasilaniu go materyałami surowymi, wypuszczaniu wytopionego surowca i żużli, na dozorze nad ogrzewaczami powietrza i doglądaniu dysz i chłodnic. Przy jednostajnej ilości doprowadzanego powietrza naboje powinny opuszczać się w jednakowych odstępach czasu, dysze powinny świecić jasno i żużel winien być odcieni jasnych, gdyż barwa ciemna wykazuje redukcyę niedostateczną, a zatem bieg nieprawidłowy. Krążenie wody w chłodnicach powinno być nieustanne; niebezpieczne jest zarówno zatkanie rur dopływowych jak i odpływowych.

Odpowiednio do biegu zmienia się skład nabojów rudy i ich wielkość w stosunku do koksu. Przyjętą jest zasada, że nabój koksowy jest stały i niezmienny, zmienia się tylko wielkość nabojów rudy. Ponieważ ruda jest znacznie cięższa od koksu, więc przy tej zmianie objętość całkowitego naboju zmienia się nieznacznie. Zależnie od wielkości pieca i rodzaju rudy, naboje koksu wynoszą 2—7 tysięcy kg, a namiary rudy z topnikami 4—15 tys. kg.

Wielkie piece nowoczesne zarówno wskutek swej kosztowności, jak z powodu wielkiej produkcyi, związanej ze stałym dowozem ogromnej ilości materyałów surowych, wymagają troskliwej opieki, ażeby prawidłowy bieg pieca nie ulegał zmianom, a piec raz puszczony mógł jak najdłużej pracować bez przerwy. Kampanie wielkopiecowe trwają po kilka, czasami po kilkanaście lat. Praca odbywa się w dzień i w nocy, tak w najuroczystsze święta, jak i w dnie powszednie.

Dnia 14 maja 1914 r. zakończył kampanię wielki piec angielski w Middlesborough, puszczony w bieg 8 maja 1876 r. Pracował bez opróżniania w ciągu lat 88, pomimo szeregu poważnych strajków. W czasie tej nadzwyczajnej kampanii wytopiono 1365387 tonn surowca. Celowość takiego przedłużania kampanii jest więcej niż wątpliwą. Postępy w budowie, wymiarach, przyrządach zasilających i t. d. są tak szybkie, iż piec zbudowany przed laty kilkunastu nie może stać na wysokości wymagań współczesnych.

Koniec kampanii następuje zazwyczaj wtedy, gdy piec został zniszczony przez zużycie się wyłożenia ogniotrwałego. Opróżnianie pieca odbywa się w ten sposób, że przerywa się zasypywanie nabojów i zmniejsza ciśnienie powietrza. Dopływ powietrza zostaje wstrzymany, kiedy ostatni nabój zostanie przetopiony. Ażeby zabezpieczyć szyb od uszkodzenia przy opróżnianiu, często w miarę opuszczania ostatnich nabojów piec dopełnia się kamieniem wapiennym, który obniża temperaturę pieca, przyczem otrzymuje się bez kosztów znaczna ilość wapna palonego.

W wypadkach nadzwyczajnych, jak połamanie maszyn, brak materyałów, strajk i t. p. wypada nieraz bieg pieca wstrzymać na czas krótszy. W takich razach należy przedewszystkiem zabezpieczyć piec od ochłodzenia i skrzepnięcia mas płynnych. W tym celu wypuszcza się nagromadzony surowiec i żużel, zatyka hermetycznie dysze i spusty, ażeby nie dopuścić dopływu powietrza atmosferycznego i zatrzymuje się dopływ wody do chłodnic. Jeżeli zatrzymanie pieca przewidzieć można zgóry, wtedy wsypuje się do pieca kilka lub kilkanaście nabojów jałowych, t. j. koksu bez rudy i przerywa doprowadzanie powietrza w chwili, kiedy

Przed piecem znajduje się bała, dokąd skierowuje się surowiec wypuszczany z pieca. Otwór spustowy zwykle zamknięty jest zatyczką z gliny ogniotrwałej, którą przebija się zaostrzonym drągiem żelaznym, kiedy zebrany w kotlinie surowiec zbliża się do poziomu dysz. Zdarza się, że skrzepły poza zatyczką surowiec nie pozwala na szybkie przebicie otworu. Dla łatwiejszego odetkania spustu stosuje się palniki autogenowe. Dwa palniki połączone jeden z tlenem, drugi z gazem palnym dają płomień tak gorący, że skierowany na stężały surowiec w jednej chwili go roztapia i spust oczyszcza. Wystarcza strumień czystego tlenu, który skierowany na rozgrzane żelazo, szybko go spala. Po wypuszczeniu surowca spust zabija się nanowo gliną.

przed dyszami okaże się jedynie rozżarzone paliwo. Oko uzbrojone w szkło kolorowe, obserwując przez dysze wnętrze pieca, zwykle może widzieć wyraźnie między rozżarzonymi kawałkami koksu, krople spływającego surowca i żużli, lub też koks czysty. Piec umiejętnie przygotowany do zatrzymania może być puszczony w bieg ponownie po upływie kilku tygodni, a niekiedy paru miesięcy.

Wypuszczony surowiec wylewa się do otwartych form, wyciśniętych w piasku gruboziarnistym, przepuszczalnym dla gazów. Formy te są połączone ze sobą. Cienkie połączenia pozwalają rozbijać zastygły i wyjęty z form surowiec na grube i krótkie kawałki, noszące nazwę gęsi. Zamiast odlewania do piasku, stosuje się formy z żelaza lanego. Gęsi otrzymywane z form żelaznych są wolne od przywartego piasku i mają gładką powierzchnię. Formy takie powleka się przed każdorazowem użyciem mlekiem wapien-nem w celu zabezpieczenia od szybkiego zużycia i dla łatwiejszego wyjmowania z nich gęsi.

Jeżeli surowiec ma być przerabiany w stanie płynnym w tej samej hucie, to zamiast odlewania w formach, wypuszcza się go do kadzi z blachy żelaznej, wyłożonej cegłą ogniotrwałą. Kadź taka posiada pojemność do 20 tonn, niekiedy więcej, i jest przesuwana po szynach, lub przewożona kolejką powietrzną.

Przy nowoczesnej wielkiej produkcyi pieców, dla oszczędzenia czasu i rąk roboczych, do formowania, wyjmowania i ładowania gęsi są używane maszyny. Pierwsze maszyny zjawiły się w Ameryce, lecz od lat kilkunastu są stosowane już i na południu Rosyi. Najbardziej rozpowszechnione są urządzenia Uehlinga (rys. 38), polegające na tern, iż dwa łańcu-

chy bez końca I ciągną na sobie szereg niecek żelaznych, służących za formy, do których surowiec z wielkiego pieca jest doprowadzany bezpośrednio przez rynnę lub dowożony w kadzi. Po przejściu niecek po za bęben ciągnący łańcuchy, gęsi same, wskutek

IJ-

✓W

i

M/J

//

>B

d/

-"o:

Rys. 38. Maszyna Uehlinga do odlewania gęsi.

4-

odwracania się niecek dnem do góry, wypadają odrazn do wagonu, albo częściej na przenośnik, który następnie ładuje gęsi do wagonu W po zupełnem ich ostygnięciu. Ażeby gęsi prędzej stygły i łatwiej z form wypadały, w pewnem miejscu t przechodzą one pod natryskiem wody. Na drodze powrotnej niecki przechodzą nad natryskiem R mleka wapiennego, w tym czasie stygną i po dokonanym obiegu podchodzą z powrotem pod wylot rynny doprowadzającej surowiec.

czone ze

Wadą tej maszyny jest psucie się łańcuchów i trudności połą-zmianą niecek zużytych, zaletą zaś jest wielka jej prostota.

Na odmiennej zasadzie wykonano kilka urządzeń do odlewania gęsi w Niemczech. Jedno z nich z napędem elektrycznym po-daje rys. 39. Dwie tarcze obracają się w płaszczyźnie poziomej.

m

iteas

fn

Rys. 39. Maszyna niemiecka do odlewania gęsi.

Na obwodzie ich rozmieszczone są niecki. Pomiędzy tarczami znajduje się rynna doprowadzająca surowiec i posiadająca dwa wyloty. Rynnę można przechylać, względem osi podłużnej, na obie strony i przez jeden z wylotów kierować strumień surowca ku jednej lub drugiej tarczy. Ruch obrotowy tarcz jest przerywany: w chwili napełniania niecki jednej z tarcz, druga obraca się o kąt podziałowy, poczem następuje przechylenie rynny na drugą stronę. Równocześnie tarcza przedtem nieruchoma zaczyna się obracać, a druga staje tak, że przed wylotem rynny znajduje się pusta niecka. Niecki napełnione surowcem opisują łuk 270°. W ciągu tej drogi surowiec krzepnie, poczem w punkcie wyładunkowym niecka automatycznie zostaje przewrócona dnem do góry,

i gęś spada do podstawionego w tem miejscu wagonu. W położeniu odwróconem niecki pozostają czas jakiś, będąc opryskiwane od dołu mlekiem wapiennem. Przed ukończeniem pełnego obrotu niecki są odwracane do położenia pierwotnego. Opisany bieg trwa bez przerwy, dopóki cały zapas surowca się nie wyczerpie. Dopływ surowca do rynny reguluje się zapomocą mniejszego lub większego pochylenia kadzi, dowożącej surowiec z wielkiego pieca.

Maszyny do odlewania gęsi odpowiadają istotnej potrzebie. Odlewnicy wymagają gęsi jednostajnej wielkości i bez warstwy

mm

• ■w

mm

S&Sà

^r'> \>

-r-    >'v v-    r/*⁵ ,

^ ,v ?■■■■'■    ■

Mwi

.. ÊmÆÊB-

&• '•■

Sg

Ä5

<■-*

" ïf*-. S

Rys. 39. Widok ogólny maszyny niemieckiej.

przylegającego piasku. Maszyny czynią zadość temu żądaniu, dając jednocześnie oszczędność nie tylko rąk roboczych, lecz i ma-teryału, gdyż odlewanie w łożu piaskowem wywołuje stratę około 0,5 procentu surowca.

Żużel spuszcza się z pieca do kadzi, ustawionych na szynach, i odwozi poza granice huty w stanie płynnym albo stężonym. Coraz częściej stosuje się granulacya żużli, to jest przeistaczanie żużla w piasek gruboziarnisty. W tym celu płynny żużel wprost z wielkiego pieca wypuszcza się do zimnej wody bieżącej, gdzie magle tężejąc rozpada się na ziarnka. "Podnośniki kubełkowe wyciągają piasek z wody i ładują na wagony.

Można granulować żużel również i zapomocą prądu powietrza, Do obracającego się bębna (1,8x15 w), z osią pochyloną, dopływa stale żużel, na który działa prąd sprężonego powietrza. Bęben jest chłodzony z zewnątrz wodą. Powstające ziarna posuwają się po pochyłej powierzchni bębna i szybko stygną. Wychodzący z bębna żużel jest suchy, więc lepiej się nadaje do wyrobu cementu niż granulowany wodą, ostatni bowiem zawiera 30—40% wody, którą trzeba następnie usuwać.

Zaburzenia w wielkim piecu.

Prawidłowy bieg pieca nazywamy gorącym. Wszelkie zaburzenia wywołują bieg zimny. Powody zaburzeń mogą być rozmaite. Zadaniem kierownika jest znaleźć jak najprędzej przyczynę, która wywołała bieg nieprawidłowy, i natychmiast ją usunąć. Pierwszą wskazówką zimnego biegu jest zmiana barwy otrzymywanego żużla, który z jasnego staje się ciemnym wskutek zwiększonej w nim zawartości niezredukowanego tlenku żelazawego. Zmiana w składzie żużla wywołuje zmianę w gatunku surowca, który staje się gęsty, uboższy w krzem, mangan i węgiel, natomiast zawiera więcej siarki. Również zmienia się ilość i jakość gazów wylotowych. Przy gorącym biegu płomień jest żywy z odcieniem żółtym, przy zimnym - ciemniejszy. Przy stosowaniu rud jednakowych doświadczone oko łatwo odróżnia te odcienie.

Głównemi przyczynami zimnego biegu są: za wielkie naboje rudy, nieprawidłowe zasypywanie nabojów, niewłaściwy namiar, zaszybkie pędzenie pieca, przez co ruda przebywa zbyt krótko w piecu, proszkowatość rud i koksu, zły gatunek koksu, wilgoć zawarta w materyałach, niedostateczna ilość i nizka temperatura doprowadzanego powietrza, dostawanie się wody z chłodnic i dysz do wnętrza pieca i zmiany zaszłe w kształcie wielkiego pieca przez zużycie wyłożenia ogniotrwałego. Wreszcie bieg nadto gorący wskutek nadmiaru paliwa wywołać również może zjawiska zimnego biegu. Zdarza się to przy wytapianiu surowców odlewniczych i bessemerowskich. W tym wypadku powstaje zawysoka temperatura w szybie i paszczy, ruda stapia się przed redukcyą i nieod-tleniona dochodzi do garu.

W początku zimnego biegu żużle są zawsze bardziej rzadko-płynne niż normalne, ponieważ w skład ich wchodzi większa ilość krzemianu żelaza. Po pewnym czasie żużle gęstnieją pod wpły-wem obniżonej temperatury, a przy dłuższem trwaniu zimnego biegu nabierają specyalnej budowy porowatej. Wskutek niezupełnej redukcyi rud ilość żużla szybko sią zwiększa, tak iż w końcu możemy wcale surowca nie otrzymywać. Żużle żelaziste działają na materyał szamotowy i w krótkim czasie niszczą ściany garu.

Żelazo odtlenione zapóźno, dopiero w pobliżu dysz, nie może się dostatecznie nawęglić i w postaci trudnotopliwego żelaza ko-walnego przystaje do dysz i może je zatkać aż do zupełnego niedopuszczenia dopływu powietrza do pieca. Dysze, jak się mówi, ślepną. Niedostateczna ilość powietrza prowadzi do dalszego obniżania temperatury w piecu, i procesy odbywają się coraz bardziej nieprawidłowo.

Wskutek obniżenia temperatury materyały, które normalnie wychodzą z pieca w stanie płynnym, gęstnieją i przystają do ścian, tworząc nar osty. Narosty te, składające się z mieszaniny żużla, miału koksowego i rudy, są niezmiernie trudno topliwe. Narosty utrudniają szybkie ściekanie otrzymanego surowca pod ochronną warstwę żużla, wskutek czego surowiec pod dłuższym wpływem prądu powietrza zmienia się na trudnotopliwe żelazo ko walne, co zwiększa objętość narostów. Narosty na ścianach zmniejszają objętość pieca, wywołują powstawanie sklepień, utrudniają ruch gazów, a opadając od czasu do czasu do kotliny wywołują objawy zimnego biegu. O ile nie będą w porę zastosowane środki do ich usunięcia, mogą zatkać piec całkowicie. W zwężonym garze spala się mniej koksu, ilość gazów wylotowych staje się mniejsza i często niedostateczna dla normalnego ogrzewania powietrza, co znów przyczynia się do dalszego obniżenia temperatury w wielkim piecu.

Pierwszym środkiem zaradczym przy spostrzeżeniu objawów zimnego biegu jest zmniejszenie nabojów rudy, albo podwyższenie temperatury dmuchu. Środek ten w większości wypadków okazuje się skutecznym. Istotnie, ponieważ przy zimnym biegu do garu dochodzi pewna ilość tlenków żelaza, mogą się one odtleniać tylko przez redukcyę bezpośrednią, co się odbywa ze znacznem pochłanianiem ciepła i powoduje dalsze obniżenie temperatury. Tlenek żelazowy posiada własności utleniające i może surowiec otrzymany odwęglić, domieszki krzemu w nim utlenić i nawet zredukowane już żelazo zamienić na tlenek żelazawy. Zmniejszenie więc naboju przy tej samej ilości koksu zapobiega obecności tlenków żelaza w spadku i w garze, a podniesienie temperatury przez

wprowadzanie bardziej ogrzanego powietrza pozwala tlenki te odtlenić w dolnej części zapomocą węgla twardego.

W tym samym celu zmniejsza się niekiedy ciśnienie powietrza, przez co bieg pieca się zwalnia i ułatwia całkowitą redukcyę. Często wskazanem jest zmienić namiar w celu otrzymania żużla łatwiej topliwego.

Jednem z niebezpiecznych zaburzeń jest zawisanie nabojów w wielkim piecu. Niewłaściwy profil, nieprawidłowe zasilanie pieca, ruda proszkowa, miał koksowy i przedwczesne stapianie rudy, wskutek nieprawidłowego namiaru, mogą przyczynić się do tworzenia w spadku, lub nad przestronem sklepień z materyałów, znajdujących się w piecu. Pod sklepieniami, po spaleniu koksu i wytopieniu surowca, powstaje próżna przestrzeń, a nad sklepieniem ruch materyałów ku dołowi zostaje wstrzymany. Daje się wtedy zauważyć powolniejsze opuszczanie nabojów, albo całkowite zatrzymanie na czas pewien. Ruch i działanie gazów nad sklepieniem stają się niewystarczające, i ruda pozostaje przeważnie w stanie surowym. Od czasu do czasu pod ciężarem słupa materyałów sklepienie się zapada, znaczna ilość rudy nieodtlenionej wpada odrazu do spadku i do garu, wywołując objawy zimnego biegu. Grazy o Wysokiem ciśnieniu, zebrane pod sklepieniem, znajdują nagle ujście i mogą wywołać często niebezpieczny wybuch.

Po zauważeniu zawisania nabojów wystarczy nieraz zatrzymać wiatr, ażeby przez usunięcie parcia od dołu poczynające się tworzyć sklepienie osunęło się łagodnie pod ciężarem mas na niem leżących. Innym środkiem jest cofnięcie dysz, ażeby spalanie odbywało się bliżej ścian i można było stopić narosty, na których opierają się sklepienia. Wreszcie praktykuje się doprowadzanie gorącego powietrza przez dysze zapasowe, leżące bliżej spadku, ażeby stworzyć nowe ogniska spalania i wysokiej temperatury.

Niebezpieczne następstwa może pociągnąć wylew surowca przez ściany garu, lub przez trzon pieca, co się zdarza wskutek zużycia wyłożenia ogniotrwałego. Wylew surowca wywołuje poważne następstwa w postaci wybuchów w tych wypadkach, kiedy płynny surowiec zetknie się z wilgotnym murem, gruntem, lub zebranym dokoła pieca gruzem, albo się dostanie do zamkniętego zbiornika wody. Jeżeli surowiec... ncięka po twardym grunch^nak^^ otwartej przestrzeni, wybuchów lnie byjjm, yi wypadek się kończy mniej lub więcej pomyślnie. o|p^^^miâ^^^udo'v^₁*9^^B^rojeI^^eĄ

h Ptt* A.fi.

Lit.......

garu i trzonu zabezpiecza do pewnego stopnia od wylewu surow-W razie zaś wypadku zatrzymujemy wiatr i po oczyszczeniu wyrwy z surowca i żużla starannie się ją zamurowuje.

ca.

Bilans wielkiego pieca.

Ponieważ zadaniem hutnika jest możliwe wyzyskanie ciepła doprowadzanego do pieca, pożyteczną więc jest rzeczą zbadać dokładnie, w jaki sposób to ciepło się zużywa. Ilość opału, potrzebna do wytapiania surowca, jest zależna od przerabianych materyałów, konstrukcyi pieca, gatunku surowca i t. d., nie można więc wnosić o prawidło wem wyzyskaniu ciepła jedynie ze stosunku zużytego opału do wytopionego surowca. Bilans cieplny, wykazujący zyski i straty w odbywających się procesach, zadanie to może ułatwić.

Na przychód ciepła składa się spalanie koksu, doprowadzanie gorącego powietrza i reakcye egzotermiczne przy powstawaniu żużli. Rozchód ciepła dzieli się na poszczególne pozycye, jakiemi są: redukcya żelaza i innych pierwiastków, wyparowanie i rozkład wody, rozkład węglanów, reakcye endotermiczne żużli, ciepło unoszone z pieca przez gazy, roztopiony surowiec, żużel, wodę do chłodzenia i promieniowanie.

Przed sporządzeniem bilansu cieplnego układa się uprzednio bilans materyałów, najpierw sumaryczny, a następnie szczegółowy.

Bilans sumaryczny otrzymuje się przez obliczanie w przeciągu kilku dni materyałów surowych, dostarczanych do wielkiego pieca, a więc: koksu, rud, topników i powietrza, również produktów: surowca, żużli, gazów i pyłu. W tym czasie materyały i produkty podlegają analizom chemicznym, mierzy się temperatura powietrza, gazów, wody chłodzącej, stopień wilgoci zawartej w powietrzu i t. d.

Z otrzymanych danych wyprowadza się bilans na jednostkę wagową surowca, więc naprzykład:

Przychód materyałów

. .    1,972

Rudy .    .

Topników ....    0,600

. . 1,060

Koksu .    .

Powietrza suchego .    4,236

Wilgoci w powietrzu 0,011

Wydatek produktów

.    .    0,042

razem

7,879

razem 7,853

Obliczenie materyałów i produktów stałych nie ^nastręcza wielkich trudności. Inaczej rzecz się przedstawia z gazami. Obliczenie ilości powietrza zapomocą liczby obrotów maszyny, wielkości skoku i powierzchni tłoka daje rezultaty niedokładne, trzeba więc się uciec do drogi pośredniej. Za punkt wyjścia służy analiza chemiczna gazów wylotowych. Niech objętościowo wykazują one skład następujący:

CO, CO CEL H, N,

25    0,5    1,5    59

Przy ciśnieniu 1 atm. i przy 0° C. jeden mol jakiegokolwiek gazu zajmuje objętość 22,4 litra. W każdym molu C0₂, CO i CH4 mamy jednakową zawartość węgla, a mianowicie 12 g; w każdym więc litrze jednego z tych gazów lub w ich mieszaninie znajduje

się

12

= 0,54 g, a w 1 m³— 0,54 kg C.

22,4

Grazy wylotowe powyższego składu zawierają więc w 1 m3 14+25+0,5 100

w gazach powstał ze spalenia koksu. Część jednak tego węgla została zużyta na nawęglenie surowca. Natomiast gazy otrzymały pewną ilość węgla w postaci bezwodnika C0₂, powstałego przez rozkład węglanu topnika.

Należy obliczyć, jaka ilość węgla zawarta jest w gazach.

X 0,54 = 0,212 kg węgla. Węgiel znajdujący się

Na 1 kg surowca przypada 1,06 kg koksu, zawierającego 12$ popiołu, 4■.% H₂0 i 84$ C. Węgla więc jako pierwiastka przy-1,06X84

pada

100

0,89 kg. Surowiec wytapiany zawiera 3,2#

węgla czyli 1 kg—0,032 kg C, które należy odjąć od węgla koksu.

Wapień topnika zawiera 43$ C0₂, czyli 0,43X0,6 = 0,258 kg

0,258X3

0,070 kg. Węgla

więc w gazach mamy: 0,89 — 0,032+0,070=0,928^ na 1 kg

na 1 kg surowca, pierwiastka zaś C

11

surowca.

Ponieważ w 1 m³ gazów znajduje się 0,212 kg C, otrzymuje-0,928 0,2+2

Przy powyższym składzie gazów otrzymamy:

C0₂

0,614    1,096    0,023    0,066    2,590 m%.

Hutnictwo żelaza.

my więc ilość gazów

= 4,386 m³/kg.

co

ch₄

h₂

N₂

Mając ciężar 1 w³ dla C0₂ —1,977, CO — 1,25, CH₄ — 0,72, H₂ — 0,08 i N₂ — 1,25 kg, otrzymamy wagę:

co,

co

ch₄

1,209,    1,370,    0,016,    0,005,    3,237 kg.

Ciężar wszystkich gazów suchych wynosi 5,837 kg.

Ponieważ azot w gazach wylotowych jest niemal wyłącznie azotem powietrza, możemy przeto obliczyć ilość doprowadzonego

g|=⁴'²³⁶ ^

Ilość pary wodnej w gazach może być obliczona z bilansu wodoru. Wiadoma bowiem jest zawartość wody hygroskopijnej i konstytucyjnej zawartej w rudach, koksie i powietrzu. Odjąwszy od ogólnej sumy wodoru, wodór wolny i znajdujący się w metanie, otrzymamy wodór związany w postaci wody. Mnożąc różnicę przez 9, otrzymujemy ilość pary wodnej w gazach.

Bilans sumaryczny służy do pierwszego sprawdzenia dokładności dokonanych pomiarów, analizy i obliczeń. Znaczna różnica pomiędzy przychodem i wydatkiem dowodzi, że zaszedł błąd, który należy odnaleźć i poprawić. O błąd zaś łatwo, gdyż najmniejsza niedokładność w analizie gazów odbija się na azocie, obliczanym jedynie zapomocą różnicy.

Szczegółowy bilans materyałów służy do ostatecznego sprawdzenia rachunku, wykazując, ile z użytych materyałów powinno się otrzymać każdego produktu osobno. Taki bilans przedstawiony jest na str. 99. Ponieważ pył gazów posiadał skład blizki do składu rudy, więc ilość otrzymanego pyłu została odjęta od rudy i nie figuruje ani w przychodzie, ani w wydatkach.

powietrza, a mianowicie

cieplnego.

H.

n₂

Po ustaleniu bilansu materyałów przystępujemy do bilansu

1. Najważniejszą pozycyą przychodu ciepła jest spalanie węgla. Analiza wykazała nam obecność w gazach 1,37 kg CO i 1,209 kg C0.₂. Ostatnia liczba zawiera 0,258 kg bezwodnika dostarczonego przez topnik. Węgiel wydał ciepła:

przy spalaniu na CO —

y X 1,37 X 2452 ==

1440 ciepł.

r»

„ co₂-

▼H

(1,209 — 0,258) 8187 = 2110 „

razem

.    .    3550 ciepł.

Bilans materyałów.

Przychód

Rozchód

Materyały surowe Surowiec

Żużel

Grazy

Si0₂ . A1₂0₃ . Pe₂0₃ . CaO . MgO . Mn₈0₄ . P₂0₅    .

11,0. .

Ruda

SiO, 0,225 O 0,024 A1₂0₃ 0,083

CaO 0,011 MgO 0,006 MnO 0,023

O 0,400

0,005 0,002 H,0 0,184

OO

Topnik

Si0₂,    .    .    .    0,009,*

(0,600 =

+    0,348

Si0₂ 0,009j A1₃0₃ 0,003 CaO 0,330

+    0,615

C0₂ 0,258

C 0,032

0,342

S. .

popiół 0,106 S    0,022

1,060 = 0,032    +    0,128

+    0,258

C 0,858 H₂0 0,042

+    0,900

0₂ 0,999 N₂ 3,237 H₂0 0,011

4,247

4,247

= 1,000 +

+    6,019

. . 7,837

2. Powietrze było ogrzane do 670° C. Przy tej temperaturze ciepło właściwe azotu wynosi 0,248, tlenu 0,217, pary wodnej 0,48. Ilość więc ciepła dostarczonego przez powietrze stanowi ' wg. wzoru Ipet, w którym p oznacza masę, c — ciepło właściwe i t— temperaturę:

(8,237X0,248 + 0,999X0,217 + 0,011X0,48) 670 = 676 ciepł.

8. Ilość ciepła, wytwarzanego przy powstawaniu żużli, nie była brana pod uwagę.

Rozchód ciepła składa się z następujących pozycyi:

1.    Redukcya żelaza wymaga:

0,935X1746 = 1633 ciepł.

2.    Redukcya krzemu, manganu i fosforu:

0,021X 6430 + 0,011X1988 + 0,001 X 5892 = 161 ciepł.

Razem

0.818

8. Rozkład pary wodnej 0,005X28 900 = 144 ciepł.

4.    Rozkład węglanów 0,258x959= 247 ciepł.

5.    Wyparowanie wody 0,156 (80—j—589) = 96 ciepł.

6.    Ciepło unoszone przez surowiec wynosi 290 ciepł.

//    7. Ciepło unoszone przez żużel 0,818X440=360 ciepł.

su-

8.    Woda do chłodzenia zużyta w ilości 13 litrów na 1 kg rowca ogrzewała się o 10° C., a więc pochłaniała

10X13 — 130 ciepł.

9.    Ciepło unoszone przez gazy przy temperaturze 200° C. oblicza się wg. wzoru lùpct. Ciepło właściwe c zależne od tempera-tury jest inne niż w punkcie 2 przychodu.

C0₂    1,209X0,209X200= 50,4 ciepł.

razem .

. 285,9 ciepł.

10. Różnica między przychodem ciepła i rozchodem wykazanym w poprzednich dziewięciu pozycyach przedstawia stratę ciepła przez promieniowanie i konwekcyę. Wynosi ona

4226 — 3347 = 879 ciepł.

Bilans cieplny.

Przychód ciepła

Ciepł. %

Rozchód ciepła

Ciepł. %

Spalanie węgla .    .    .    .

Powietrze ogrzane .    .    .

3550 84 | 676 16

Promieniowanie i ■ kon-wekcya......

1794 42,5

247

5,8

240

290

360

286

130

5,7

8,5

6,7

3,1

879 20,7

i 4226 i 100

4226

100

Przykłady bilansów cieplnych.

Przychód ciepła w procentach.

Spalanie węgla......

Powietrze ogrzane.....

Reakcye tworzenia żużli .    .

CO 10- t— $ « t-T

to

J⁻*- co 'bi

81,7

18,3

100

100

100

procentach.

Rozchód ciepła

Redukcja ...........

Rozkład węglanów.......

Parowanie i rozkład pary wodnej .    .

Ciepło surowca.........

Ciepło żużla..........

Ciepło gazów..........

Woda do chłodzenia.......

Strata przez promieniowanie i t. d. .

53,5

3,0

4,7

8,7

8,1

4,9

4,6

12,5

100

o »o co co i> ; co' aï t-" cT oo~

L-a    j«    ao    w    oo    oo

:CO    to    to    CC    to    Ol

iO

'br

Ot

100

100

Ponieważ przy układaniu bilansów dotychczas stosują się różne sposoby, jak również przy obliczaniu przyjmują się niejednakowe wielkości pochłaniania i wytwarzania ciepła, a także niejednakowe wartości dla ciepła właściwego przy różnych temperaturach, więc przy porównaniu bilansów różnych pieców należy to uwzględniać.

Eiteratura: Pawłów M. prof. Bilanss cieplne procesów metalurgicznych. 1912.

Uwaga. Na str. 60 opuszczono literaturę obliczania ogrzewaczy Cowpera, a mianowicie:

Gugler H. St. u. Eisen, 1911, str. 62 i 101.

.

.

\

'

'■<

2♦ 'Wyrób żelaza kowalnego*

Własności żelaza kowalnego.

Żelazo kowalne różni się od surowca przedewszystkiem swoją plastycznością, jaką w wysokim stopniu posiada, szczególnie po rozgrzaniu do temperatury poniżej punktu topliwości. Wskutek plastyczności jest ono kowalne i spawalne.

Kowalnością nazywa się własność metalu, która pozwala nadawać mu kształt od uderzeń młota, lub pod naciskiem prasy, walców i t. d. Spawalność zaś polega na tern, że dwa kawałki żelaza, nagrzane do białości, t. j. doprowadzone do stanu najwyższej plastyczności i położone jeden na drugi, łączą się w jedną całość pod wpływem siły ściskającej.

Pod względem chemicznym żelazo kowalne różni się od surowca przedewszystkiem mniejszą zawartością węgla, a następnie i wszystkich innych domieszek. Cały węgiel jest tu połączony chemicznie. Im mniej węgla zawiera żelazo, tembardziej jest ono kowalne i spawalne. Największa zawartość węgla nie powinna przekraczać 1,5$, gdyż przy większej ilości żelazo traci powyższe własności i staje się kruchem.

Ze zwiększeniem zawartości węgla wzrasta wytrzymałość żelaza na rozerwanie i twardość, lecz zmniejsza się jego rozciągliwość. Występuje również jeszcze jedna własność, zwana harto-iV7iością, a polegająca na tern, że żelazo węgliste, rozgrzane do czerwoności i nagle ostudzone, nabiera większej wytrzymałości i twardości, niż je przedtem posiadało. Należy więc odróżniać twardość naturalną od twardości nadanej. Twardość naturalna zależy od składników zawartych w żelazie, nadana zaś—od hartowania lub od obróbki mechanicznej na zimno. Nadana twardość może być usunięta przez powtórne słabsze ogrzanie i ponowne ochłodzenie, czyli przez tak zwane odpuszczanie. Zmniejszenie twardości nadanej, z którą jednocześnie powstaje niepożądana kruchość, ma ważne znaczenie praktyczne. Żelazo zahartowane traci przy od puszczanin twardość i kruchość w stopniu niejednakowym. Można więc, odpuszczając żelazo przy pewnej temperaturze, zachować dostateczną twardość, a równocześnie zmniejszyć kruchość i w ten sposób otrzymać materyał o pożądanych własnościach.

y)

Budowa żelaza jest mniej lub więcej krystaliczna. Wyraźne kryształy obserwować można w niezapełnionych przestrzeniach roztopionego żelaza przy powolnem stygnięciu, jak widzimy to na rys. 40. Również budowę krystaliczną stwierdzić można zapomocą nagryzania różnymi płynami wygładzonej do-|    skonale powierzchni, przyczem

k    otrzymuje się niekiedy zarys (rys.

gjfc,    41) przypominający drzewa igla

Hi

t-j

■ jsp

ste (budowa dendrytyczna). Zwy-kle zaś żelazo ko walne przedsta-wia skupienie kryształów niewyraźnego kształtu i różnej wielkości. Zależnie od układu tych kryształów złom żelaza bywa ziarnisty lub włóknisty. Ten sam materyał, zależnie od obróbki mecha-■j    nicznej lub termicznej, może da

wać obydwa rodzaje złomów.

•'s"

Żelazo otrzymane po skrzepią nięciu ze stanu płynnego lub cia-stowatego daje złom ziarnisty.

Rys. 40. Kryształ żelaza w. n. Wielkość ziaren zależy od szybkości krzepnięcia. Im stygnięcie odbywa się wolniej, tern ziarna są większe. Ze zwiększeniem zawartości węgla zwiększa się gruboziarnistość, i po przekroczeniu pewnej granicy żelazo traci zdolność otrzymania budowy włóknistej. Żelazo gruboziarniste zapomocą kucia można zamienić na drobnoziarniste. W ten sposób pomimo znacznej zawartości węgla otrzymuje się stal o budowie tak drobnoziarnistej, że ziaren go-łem okiem rozróżnić nie można; powstaje tak zwany złom muszlo-wy. Obecność niektórych domieszek, naprz. fosforu, wywołuje również gruboziarnistość.

mmm

iHKcarii' -28

Rys. 41. Budowa żelaza dendrytyczna.

m-

sial

I» -

UPI?; SU

y’

Rys. 42. Budowa żelaza: a) włóknista, 6) ziarnista, c) m uszłowa.

Przy walcowaniu, wskutek wyciągania żelaza w jednym kierunku, ziarna układają się podłużnie jakby we włókna, które w złomie mają zakończenia haczykowate (rys. 42 a).

Sposób łamania żelaza ma wpływ na wygląd złomu: tak naprz. nagle przełamane żelazo włókniste może dać złom ziarnisty. Kucie metalu, częste wstrząśnienia i powtarzające się zmiany temperatury zmieniają również budowę włóknistą na ziarnistą. Przy innych jednakowych warunkach żelazo miękkie, mało węgliste łatwiej daje złom włóknisty, niż żelazo twarde.

Przy nagrzewaniu z węglem lub ze związkami węglowymi żelazo kowalne w stanie stałym posiada własność łączenia się z węglem. Przy temperaturze około 1000° C. następuje nawęgla-nie żelaza (cementacya), która rozpoczyna się na powierzchni i następnie drogą dyfuzyi przenika wgłąb. Im wyższą jest temperatura i dłużej trwa proces, tern dalej posuwa się cementacya. Zależy to również od środków cementujących, którymi są: węgiel drzewny, koks, tlenek węgla, związki cyanowe, gaz świetlny, skóra, kopyta i t. d. Zapomocą nawęglania można nietylko nadawać większą twardość, lecz nawet żelazo kowalne zamienić na surowiec.

Żelazo, podobnie jak inne metale, rozpuszcza w sobie gazy. Stopień rozpuszczalności gazów wzrasta z podniesieniem temperatury, a w żelazie roztopionem jest większy, aniżeli w skrzepłem. Wskutek tego przy tężeniu żelazo wydziela znaczną ilość gazów. Jeżeli krzepnięcie odbywa się pod ciśnieniem, wydzielenie gazów jest słabsze i część ich pozostaje w stanie rozpuszczonym, niewidoczna dla oka i mniej szkodliwa dla fizycznych własności żelaza. W przeciwnym razie gazy wydzielone z roztworu, o ile nie mogą wypłynąć z metalu na powierzchnię, tworzą w stężałem żelazie ly pęcherze, szkodzące jednolitości i wytrzymałości materyału. W że-/ lazie spotykają się następujące gazy: wodór, azot i tlenek węgla. Większa ich ilość obniża wartość techniczną, a mianowicie wywołuje kruchość żelaza.

Na własności żelaza kowalnego wywierają wpływ inne prócz węgla domieszki, znajdujące się w niem zwykle w mniejszej lub większej ilości, takiemi są: siarka, fosfor, mangan, krzem, miedź i tlenek żelazawy.

na

Siarka jest domieszką szkodliwą, wpływającą już w małych ilościach na mechaniczne własności żelaza. Wywołuje ona kru-|j chość, szczególnie przy wysokiej temperaturze, czyli kruchość gorąco. Zmniejsza kowalność i spawalność żelaza. Zawartość siarki nie powinna przekraczać 0,05$, chociaż ujemny wpływ jej daje się odczuwać już przy 0,02$. Ze zwiększeniem za-

wartości węgla wpływ szkodliwy siarki zmniejsza się, i jest mniej wyraźnym w żelazie zlewnem, niż zgrzewnem.

Podobny wpływ jak siarka wywiera rozpuszczalny w żelazie tlenek żelazawy, powstający podczas świeżenia przez utlenienie żelaza przy wysokiej temperaturze.

FosfOT wywołuje kruchość żelaza na zimno. Żelazo zawiera- ! jące fosfor może być jednak obrabiane na gorąco, gdyż nie traci wówczas na spawalności i kowalności. Fosfor nadaje żelazu budowę gruboziarnistą i zmniejsza wytrzymałość, szczególnie na uderzenia. Ze wzrostem zawartości węgla wzrasta szkodliwy wpływ fosforu na wytrzymałość. Wówczas, g(Ty żelazo miękkie zawierać go może do 0,1%, w stali twardej szkodliwy wpływ jego wykazuje się już po przekroczeniu 0,03# fosforu. Mniejszą kruchość wywołuje fosfor w żelazie zgrzewnem, aniżeli w zlewnem.

Mangan i krzem w ilościach niewielkich (do 0,1%) mało wpływają na własności mechaniczne żelaza. Przy większej zawartości podnoszą wytrzymałość i twardość, powyżej zaś 1% wywołują kruchość oraz zmniejszają spawalność i kowalnośó żelaza. Obecność krzemu utrudnia wydzielanie się gazów rozpuszczonych w żelazie, przeto zapobiega powstawaniu pęcherzy w żelazie zlewnem.

Miedź przy małej zawartości nie szkodzi mechanicznym własnościom żelaza. Ostatniemi czasy powstał pogląd, iż przy zawartości 0,15 — 0,3# miedź chroni żelazo od szybkiego rdzewienia. Powyżej 1% czyni żelazo krachem na gorąco.

Nikiel, umyślnie wprowadzany, znakomicie polepsza własności żelaza kowalnego, zwiększając jego wytrzymałość i ciągliwość i zabezpiecza od szybkiego rdzewienia

Analizy różnych rodzajów żelaza kowalnego.

Si

Mn

p-t

co

Żelazo fryszerskie b. miękkie % „ pudlarskie miękkie . „ * pudlarskie twarde.    .    „

Stal bessemerowska na szyny „ „    „    na blachy „

„ tomasowska na szyny . „ „ martenowska miękka na

blachy.......

„ martenowska twarda . „ „ tyglowa na granaty ,

„ elektryczna ....

„ niklowa na lufy działowe „

0,055 0,01 0,16 0,012

0,06

0,09

0,75

0,45

0,12

0,35

0,09

0,62

0,72

0,635 0,895

„ elektryczna niklowa. . ,,    0,12

0,09

0,32

0,01

0,01

0,02

0,14

0,6

0,016

0,197

0,22

0,18

0,8

0,35

0,75

0,37

0,89

0,68

0,46

0,75

0,55

fffffi filfrgf

^    CO    CO CD CO

tfllll HIHI

GC CO OT) CO    OT) OC

Aï iA <x> co

Świeżenie surowca.

Żelazo kowalne otrzymywano dawniej bezpośrednio z rud, jak o tem była mowa w rozdziale poświęconym historyi żelaza. Obecnie wyrabia się z surowca, a wszelkie nowoczesne próby wyrobu żelaza wprost z rud nie mają dotychczas praktycznego znaczenia.

Ponieważ surowiec różni się od żelaza kowalnego większą zawartością obcych domieszek, więc proces przeróbki polega na oałko witem lub częściowem ich usuwaniu.

Oczyszczanie surowca od domieszek nazywa się świeżeniem (od niemieckiego frischen) i uskutecznia się zapomocą utleniania. Czynnikami utleniającymi są! tlenT~po wietrzą, który łączy się z pierwiastkami, znajdującymi się w surowcu i tlenki metali, rozkładające się przy wysokiej temperaturze, panującej w piecach. Takim tlenkiem jest przedewszystkiem tlenek żelazowy Fe₂0₃, dodawany umyślnie w postaci zendry lub rudy, lub też powstający podczas świeżenia działaniem powietrza na roztopiony surowiec.

Z pierwiastków zawartych w surowcu najłatwiej spala się krzem, następnie kolejno mangan i węgiel. Pozatem od początku da końca spala się żelazo, tworząc tlenki FeO, Fe₂0₃ i Fe₃0₄. Świeżenie więc zawsze jest połączone z pewną stratą na wadze. Tlenki żelaza łączą się z krzemionką, powstającą przez spalanie krzemu, lub znajdującą się w wyłożeniu ogniotrwałem pieca, tworząc żużel. Żużel nasycony tlenkiem żelazowym Fe₂0₃ ma własności utleniające i wywołuje świeżenie surowca.

W celu ułatwienia działania czynników utleniających stosowane są różne sposoby.

W zarzuconym obecnie sposobie fryszerskim świeżono zapomocą strumienia powietrza, skierowanego na krople roztopionego surowca. Przy metodzie pudlarskiej roztopiony surowiec podlega mieszaniu, ażeby powietrze mogło przeniknąć wgłąb surowca, jak również by wywołać lepsze zetknięcie się tlenków żelaza z surowcem. W procesie bessemerowskim powietrze przepuszcza się przez roztopiony surowiec pod ciśnieniem i w ten sposób utlenia znajdujące się w nim domieszki.

Jeżeli żelazo kowalne przetapiać będziemy z odpowiednią ilością surowca, domieszki zawarte w ostatnim rozpuszczą się

w większej masie, i powstanie produkt zawierający mniej domieszek niż było ich w surowcu a więcej, niż w żelazie kowalnem. G-łówną domieszką jest w tym wypadku węgiel, nadający twardość żelazu kowalnemu, które wobec tego, według dawnej nomenklatury, nosiło nazwę stali. Ponieważ jednak przy samem roztapianiu surowca część domieszek się utlenia, pod wpływem zaś utleniającego działania powietrza powstają tlenki żelaza i do tego dochodzi rdza, zwykle towarzysząca żelazu, otrzymane więc żelazo kowalne posiada mniej domieszek niż użyte materyały. Przy umie-jętnem postępowaniu i odpowiednim namiarze otrzymywać można najmiększe żelazo przez stapianie surowca ze starem żelastwem. Tak powstał sposób, zwany martenowskim.

Sposoby świeżenia podzielić można na dwie kategorye, zależnie od stanu, w jakim żelazo kowalne otrzymuje się z pieca:

Do pierwszej kategoryi zaliczają się sposoby wyrabiania żelaza zgrzewnego, przy których otrzymuje się metal w stanie ciasto watym, przepojony żużlem, dającym się usuwać tylko przez następną obróbkę mechaniczną przy silnem rozgrzaniu. Są to sposoby dawniejsze: fryszerski i pudlarski.

Do drugiej kategoryi należą sposoby świeżenia, odbywające się przy tak wysokiej temperaturze, że żelazo otrzymuje się w stanie płynnym. Żużel, powstający jako produkt spalania domieszek w surowcu, oddziela się sam, wypływając na powierzchnię roztopionego metalu. Otrzymuje się żelazo zlewne, czyli stal. Są to sposoby: bessemerowski, tomasowski, martenowski, tyglowy i elektryczny.

Sposób pudlarski.

Sposób ten służy do wyrobu żelaza zgrzewnego pudlarskiego. Nazwa jego pochodzi od słowa angielskiego „to puddle“ co znaczy mieszać, gdyż najważniejszą czynnością przy tern postępowaniu jest mieszanie roztopionego surowca w celu ułatwienia działania nań czynników utleniających.

Rys. 43 przedstawia pierwowzór pieca pudlarskiego. Jest to płomieniak, składający się z paleniska a i topniska b. Płomień, powstający przy spalaniu opału w palenisku, wchodzi do topniska, gdzie oddając swe ciepło, w^ńmłuje topienie surowca, oraz podtrzymuje odpowiednią temperaturę podczas całego procesu.

Paleniska są różnych systemów, zależnie od stosowanego opału, którym mogą być: drzewo, węgiel kamienny, ropa naftowa i t. d. Używa się też często gaz, doprowadzany z osobno stojących generatorów.

Ponieważ gazy uchodzące z topniska posiadają jeszcze wysoką temperaturę, więc ciepło ich może być wyzyskane w sposób rozmaity. Między topniskiem i czopuchem c znajduje się często komora, w której spalinami podgrzewa się surowiec przeznaczony

¹ mu

* im*

■

iip

Ü!

li

i&i

Si

Rys. 43. Piec pudlarski.

do następnego naboju. Często prócz tego gazy wylotowe służą do ogrzewania kotłów parowych, obsługujących młoty lub walce. Wreszcie spaliny mogą podlegać regeneracyi przy stosowaniu pieców Siemensa (rys. 52), o których będzie mowa przy wyrobie stali.

Piec pudlarski jest przykryty nizkiem sklepieniem z cegły ogniotrwałej, mającem taki kształt, ażeby płomień wychodzący z paleniska odbijał się od sklepienia i uderzał o surowiec. Trzon topniska składa się.z pły^ żelaznych, pokrytych gliną ogniotrwałą.

kcla f.-'ÇCHAfa :ćw I

^ ■ -.....

\M

Na

glinie ubija się warstwa trudno topliwego żużla pudlarskiego. Dla zabezpieczenia płyt od wpływu wysokiej temperatury są one chłodzone od dołu powietrzem, a dokoła wodą, krążącą w rurach, albo stojącą w skrzyniach obramujących topnisko. Boczne ściany pieca, wykonane z cegły ogniotrwałej, są obłożone płytami z surowca lub grubą blachą i umocnione ściągaczami żelaznymi. Okno g służy do ładowania surowca i wydostawania gotowego żelaza. W zasłonie do zamykania okna znajduje się mały otwór h, przez który wprowadza się mieszadło w postaci żelaznego drąga, na końcu zakrzywionego.

Wymiary pieca są rozmaite, a jednorazowy nabój surowca wynosi od 300 do 800 kg. Większe piece dają większą stratę żelaza, lecz zużywają stosunkowo mniej opału. Większe piece zamiast jednego okna mają je z obu stron, a czasami z każdej strony znajduje się po dwa okna. Większa liczba okien przyspiesza ładowanie i mieszanie surowca.

Stosowane są piece systemu Siemensa z regeneracyą, podzielone na dwie części. Kiedy w jednej połowie odbywa się topienie surowca, w drugiej następuje mieszanie i zakończenie procesu. Zmienny kierunek gazów w tych piecach sprzyja takiemu postępowaniu i daje wielką oszczędność opału i czasu.

Istnieją różne sposoby mieszania mechanicznego, mające zastąpić mieszanie ręczne; lecz żaden nie okazał się tak praktycznym, ażeby mógł wyrugować sposób ręczny.

Surowiec ładuje się do pieca dostatecznie przedtem rozgrzanego. Przed ładowaniem nowego naboju spód topniska należy wyrównać, dorzucając zendry z pod walców i żużli pudlarskich.

Ułożony w topnisku surowiec, najlepiej w postaci stosu, topi się przy zamkniętych oknach, ażeby nie dopuszczać dopływu zimnego powietrza. Podczas topienia surowiec oczyszcza się częściowo od krzemu, który łatwo się utlenia, a powstająca krzemionka Si0₂, łącząc się z utlenionym w małej ilości żelazem, tworzy krzemian żelaza w postaci żużla. O ile surowiec zawiera mangan, powstaje podwójny krzemian manganu i żelaza. Wobec tego stosowane czasami doprowadzanie płynnego surowca wprost z wielkiego pieca nie daje spodziewanych korzyści, gdyż przedłuża następny okres świeżenia. Natomiast pożytecznem jest wkładać do pieca surowiec rozgrzany, o ile to rozgrzanie otrzymuje się kosztem uchodzących z topniska gazów. Roztapianie surowca trwa 20—40 minut, poczerń rozpoczyna się mieszanie.

Bez mieszania surowiec pokryty warstwą żużla podlegałby świeżeniu bardzo powoli. Bruzdy, wytwarzane przez ruch mieszadeł, ułatwiają dostęp tlenu powietrza do surowca. Mieszanie surowca z żużlem zawierającym tlenek żelaza przyspiesza świeżenie. Najpierw spala się krzem i mangan, wskutek czego temperatura kąpieli metalowej podnosi się do stopnia, przy którym następuje spalanie węgla. Przy świeżeniu surowca ze znaczną zawartością manganu otrzymuje się żużel bardzo płynny, o małej zdolności utleniającej. W tym wypadku jest rzeczą pożyteczną obniżyć temperaturę w piecu, lub też dorzucić nową dawkę zendry, przez co żużel staje się gęstszym i bardziej utleniającym. Spalanie węgla poznaje się po niebieskim płomieniu powstającego tlenku węgla. Wskutek obfitego wydzielenia gazów kąpiel zaczyna się pienić, podnosi się poziom żużla i część jego wylewa się przez próg okien. Ta część procesu nazywa się gotowaniem, na którem się kończy tak zwane świeżenie wstępne, poczem jeszcze znaczna ilość węgla pozostaje w surowcu. Podczas świeżenia wstępnego utlenia się część fosforu, czemu sprzyja nizka temperatura w piecu, obecność żużli mocno zasadowych i obfite wyłożenie topniska zendrą. Powstały fosforan wylewa się z pieca wraz z żużlem przy gotowaniu. Zupełna defosforyzacya jest niemożliwą w piecach pudlarskich i dlatego zawartość fosforu w surowcu przy tym procesie nie powinna przekraczać 0,1$.

Utlenianie siarki odbywa się podczas całego procesu. Im dłużej trwa proces, tern więcej siarki wydziela się w postaci bezwodnika siarkowego S0₂. Obecność manganu sprzyja odsiarczaniu: powstaje siarczek manganu rozpuszczalny w żużlu. Przy najbardziej jednak sprzyjających warunkach zawartość siarki w przerabianym surowcu nie powinna przekraczać 0,2$, pożądaną zaś jest zawartość jej daleko mniejsza.

Przy końcu mieszania, trwającego od 20 do 40 minut, żelazo tężeje z powodu zmniejszenia się w nim zawartości węgla i podniesienia przez to punktu topliwości powyżej panującej w piecu temperatury, która rzadko przekracza 1400° 0. Stężałe żelazo opada na spód topniska, ziarna zaś żelaza pozostają częściowo zawieszone w żużlu.

Świeżenie ostateczne zaczyna się od tego, że pudlarz łączy zapomocą zaostrzonego drąga rozproszone ziarna w bryłki, które spawając się z sobą w coraz większe bryły, tworzą w końcu lupy, wystające nad poziom płynnego żużla. Takich lup wyrabia się 5

do 7; od czasu do czasu obraca się je, ażeby wszystkie części podlegały kolejno świeżeniu pod wpływem utleniającego działania gazów. W tym czasie podtrzymuje się w piecu możliwie wysoka temperatura, aby ułatwić wyciekanie żużla z lup. Możliwa tu jest dalsza defosforyzacya, gdyż rozpuszczony w żelazie fosforek żelaza czyni je łatwiej topliwem i wydziela się razem z żużlem.

Jakkolwiek dużo żużli wypływa z żelaza przy tworzeniu się lup i ich następnem wygrzewaniu, jednak po wyjęciu z pieca przedstawiają one masę gąbczastą, przepojoną żużlem. Dalsze usuwanie żużla odbywa się zapomocą kucia lup pod młotem parowym, gdzie ciastowata niekształtna masa otrzymuje formę czworokątnego graniastosłupa, zwanego blokiem.

Strata żelaza przy sposobie pudlarskim wynosi od 8—12$.

Od umiejętności robotnika, tyleż co od przerabianych ma-teryałów, zależy jakość otrzymywanego materyału. Można wyrabiać żelazo pudlarskie w różnych gatunkach co do miękkości, również można mu nadawać złom włóknisty lub ziarnisty.

Blok pudlarski zawiera jeszcze pewną ilość żużli, które usuwa się ostatecznie dopiero przez wielokrotne walcowanie po każ-dorazowem przedtem wygrzaniu w piecach zgrzewnych. Bloki po pierwszem walcowaniu otrzymują kształt czworoboku płaskiego lub zbliżonego do kwadratu. Żelazo, pocięte po pierwszem walcowaniu na kawałki równej wielkości, daje kęsy. Kęsy płaskie składają się w snopce i ponownie się walcują lub przewalcowują bezpośrednio na blachę. Kęsy kwadratowe walcują się na żelazo tak zwane handlowe. W ten sposób otrzymuje się żelazo jedno-zgrzewne, dwu- lub trójzgrzewne. Każde następne walcowanie prowadzi do zmniejszenia zawartości żużli i czyni żelazo mięk-szem.

Rys. 44 daje obraz dawnej fabryki pudlarskiej, połączonej jak zwykle z walcownią. Lupa po wyjęciu z pieca E otrzymuje kształt graniastosłupa pod młotem parowym M. Z pod młota blok pudlarski wstępuje do walców L, gdzie zmienia przekrój kwadratowy na płaski. Żelazo pocięte na kęsy, złożone w snopce i zagrzane w piecach zgrzewnych ponownie się walcuje w klatkach P i PP. Grotowa sztaba w stanie gorącym prostuje się drewnianymi młotami na prawidle D.

Żelazo pudlarskie, powstałe ze spawania pojedyńczych ziaren, a następnie przez spawanie kęsów, posiada charakterystyczną budowę, którą się różni od żelaza zlewnego. Zapomocą badań.

Hutnictwo żelaza.

metalograficznych, polegających na polerowaniu powierzchni żelaza i następnie wygryzaniu jej odpowiedniemi płynami, otrzymu-

--irr=

Si

-r—

t"ïï:

SI

Mr

IB

I:*-

:.r

ii Tli i II

Rys. 44. Fabryka pudlarska.

jemy widoczny tak gołem okiem jak pod mikroskopem rysunek, wykazujący strukturę żelaza; w masie żelaznej dostrzegamy nie-

E V, & V ,    /\VT£

* • s v. V.V\ **

'    ■    -    j

I» *n- .

# V .

^    «

■s*v

i N

j|

X

Rys. 45. Żelazo pudlarskie pod mikroskopem X 250.

regularnie wydłużone w jednym kierunku cząsteczki żużla (rys. 45). Żelazo z małą zawartością węgla zwykle ma budowę włóknistą.

Produkcya żelaza pudlarskiego z każdym rokiem zmniejsza się; obecnie stanowi na całym świecie mniej niż 3# całej pro-dukcyi żelaza kowalnego. Reszta przypada na żelazo zlewne, które w dalszym ciągu nazywać będziemy stalą. Niemniej należy zaznaczyć, że w konserwatywnej Anglii proces pudlarski daleki jest od wymarcia. Zapotrzebowanie na żelazo pudlarskie jest tak znaczne, że brakuje starych doświadczonych majstrów i trzeba uczyć sztuki pudlarskiej młodych robotników. W r. 1912 znajdowało tam zajęcie około 10 tys. robotników przy 661 piecach.

Wielką sensacyę obudziło powstanie w r. 1915 wielkiej walcowni żelaza zgrzewnego z piecami pudlarskimi w St. Louis (St. Zj. Am. P.). Pabryka jest opatrzona we wszelkie nowożytne urządzenia mechaniczne, piece opalane pyłem węglowym i t. d. Wyniki gospodarcze tego powrotu do zarzucanego powszechnie sposobu nie są nam znane.

Stal.

Stal, jako żelazo kowalne otrzymywane w stanie płynnym, słusznie uważana jest za materyał bardziej jednolity, niż żelazo zgrzewne. W piecach pudlarskich temperatura nie przekracza 1400° C., i żelazo wyświeżone otrzymuje się w postaci masy gąbczastej, przepojonej żużlem. Dla otrzymania żelaza zlewnego należy podnieść temperaturę powyżej 1500° C., wówczas żużel łatwo się oddziela od żelaza, wypływając bez pomocy mechanicznej na powierzchnię wskutek mniejszego ciężaru właściwego.

Pierwszy kształt stali przed walcowaniem nadaje się nie za-pomocą kucia, lecz przez odlewanie w formach. Bloki, wyjęte z form, walcują się na wszystkie gatunki żelaza handlowego, w podobny sposób, jak graniastosłupy pudlarskie.

Odlewanie jednak stali powoduje innego rodzaju niejednolitość materyału. Przedewszystkiem zachodzić może zjawisko likwacyi, polegające na tern, iż stal roztopiona zawiera różne składniki, w niejednakowym stopniu w niej rozpuszczalne i wydzielające się stopniowo w miarę stygnięcia. Im więcej domieszek znajduje się w stali, tern dłużej pozostaje ona w stanie płynnym. Blok ostyga i tężeje poczynając od obwodu przy zetknięciu się z zimnemi ściankami formy. Stal najpierw krzepnąca zawiera najmniej domieszek, które wydzielając się przechodzą do żelaza pozostającego płynnem. Stal w środku bloka tężeje na ostatku i za-

Rys. 47. Przekrój szyny.

wiera najwięcej obcych i szkodliwych domieszek. Zawartość fosforu i siarki wewnątrz bloka wyższa jest nieraz czterokrotnie a węgla dwukrotnie niż przy ściankach. Zawartość krzemu jest wszędzie jednakowa, manganu zaś zmienia się mało, o ile stal nie posiada siarki; w razie przeciwnym siarczek manganu, jako mający

wysoki punkt topliwości, skupia się w części krzepnącej wcześniej. Rys. 46 przedstawia blok stali, rozcięty podłużnie; likwacya wyraźnie występuje dokoła jamy usadowej i zawsze ją zauważyć można przy badaniu metalogra-ficznem przekrojów dźwigarów i szyn kolejowych, wywalcowanych z takich bloków (rys. 47).

iV—1--A /

i    i

'    435 a ]W

I:

Sil

m

TÎ

"om

L-

?!

if

ii

+ HS+

i.

Rys. 46. Blok stali z jamą usadową.

Stal po zastygnięciu posiadać może wewnątrz większe lub mniejsze przestrzenie niezapełnione metalem. Przestrzenie te wpływają niekorzystnie nie tylko na wytrzymałość materyału, lecz niekiedy czynią stal niezdatną do dalszej przeróbki. Są dwie przyczyny wywołujące to zjawisko:

Ciężar właściwy żelaza płynnego (6,5) jest mniejszy, niż w stanie stałym (7,8). Krzepnąc więc, stal zmniejsza swoją obję-dość o 20$. Skurcz linijny zaś od chwili krzepnięcia do zupełnego ostygnięcia stali stanowi 1,6—2$, a objętościowy średnio 6$.

Krzepnięcie stali wlanej do formy rozpoczyna się od zimnych ścianek ze strony zewnętrznej. Otrzymujemy więc z początku stężałą powłokę, wewnątrz której znajduje się płynny metal. Stygnąca w dalszym ciągu powłoka zmniejsza wskutek skurczu objętość swoją o 6$, zawarta zaś w niej stal zmniejsza objętość przy krzepnięciu o 20$. Różnica obu objętości, czyli 14$, po zu-pełnem ostygnięciu bloka daje przestrzeń niewypełnioną metalem, ! wskutek czego w środku górnej części bloka powstaje tak zwana

AW'

V*? W

wm

j* i $ f .'

’    ‘ * u*v

•A

. ...1

Rys. 48. Przekrój bloka z pęcherzami.

jama usadowa postaci lejkowatej, wskazanej ńa rys. 46. Wobec małej ilości wydzielanych ze stali gazów, ciśnienie w jamie jest niższe od atmosferycznego, wskutek czego otrzymuje się mniejsza albo większa wklęsłość górnej powierzchni. Jama wewnątrz ma powierzchnię chropowatą i często bywa pokryta kryształami żelaza.

Część bloka, w której znajduje się jama odleiuniana, nie jest zdatna do użytku i powinna być odcięta. Głębokość jamy stanowi 10 do 30% wysokości bloka i zależy od składu chemicznego stali, stopnia przegrzania, kształtu bloka i t. d.

Drugą przyczyną powstawania pustych przestrzeni i tworzenia materyału porowatego jest wydzielanie gazów rozpuszczonych w stali. Gazami tymi są: wodór powstały z rozkładu pary wodnej, zawartej w powietrzu, azot i tlenek węgla, wytwarzający się pod-

czas świeżenia. Im wyższą jest temperatura i ciśnienie, tern więcej gazów rozpuszcza w sobie żelazo; po wypuszczeniu więc z pieca gazy rozpuszczone w stali wydzielają się z niej przy stygnięciu. O ile gazy nie znajdą ujścia ze stali, gromadzą się w postaci pęcherzy lub baniek, przeważnie przy ściankach bocznych i przy górnej powierzchni bloka. Na rys. 48 widzimy takie pęcherze w przekroju jednej ćwiartki wadliwego bloka.

Bańki gazowe, o ile są nieliczne i drobne, dają się zawalco-Wać, gdyż przy Wysokiem ciśnieniu, jakie wywierają walce, gazy nanowo rozpuszczają się w rozgrzanej stali, żelazo się spawa i tworzy materyał jednolity. Pęcherze większe i liczniejsze nie dają się zawalcować, i materyał pozostaje porowaty. W niektórych wypadkach, jak naprz. przy wyrobie blachy, bańki są przyczyną powstawania dziur lub nierównych brzegów, wskutek czego materyał staje się niezdatny do użytku.

Obecność krzemu i glinu sprzyja utrzymaniu gazów w roztworze stałym, zapobiega więc powstawaniu baniek gazowych w stali.

Literatura: Noble H. Eabrication de 1’acier. 1913.

Carnegie D. assisted by S. Grladwyn. Liquid Steel, its manufacture and cost. London. 1913.

Bessemerowski sposób otrzymywania stali.

Henryk Bessemer wynalazł w r. 1855 sposób świeżenia surowca, oparty na przepuszczaniu prądu powietrza przez roztopiony metal, bez użycia jakiegokolwiek opału przy samym procesie. Tlen powietrza utlenia większość zawartych domieszek, skutkiem czego surowiec zamienia się na żelazo kowalne. W porównaniu z dotychczas praktykowanemi metodami wynalazek Bessemera przedstawia korzyści olbrzymie, gdyż oszczędzając na opale i pracy ludzkiej skraca nadzwyczajnie czas świeżenia. Gdy dla przeróbki 12 tonn surowca na żelazo kowalne, przy sposobie fryszer-skim, potrzeba było trzech tygodni czasu, a w piecu pudlarskim — trzech dni, to przy stosowaniu metody bessemerowskiej wystarcza tylko dwadzieścia minut!

Proces Bessemera i pokrewny mu Thomasa i Gilchrista prowadzi się w specyalnych naczyniach, zwanych konwertorami, lub z powodu swego kształtu—gruszkami.

Konwertor (rys. 49 i 50) budowany jest z blachy żelaznej i wykładany wewnątrz masą ogniotrwałą. W dnie naczynia, stano-wiącem łatwo odejmowaną i zamienianą część gruszki, znajdują się kanały, łączące konwertor ze skrzynią, do której doprowadza

V50

—-i-*2300

2V00~\

êkXM

ü⁻!

nn

Er*

jIl

!=

ÎT7

li

i—h

{r-~-

JP

\\

-2975

■3075

Hys. 49. Konwertor Bessemera.

się zimne powietrze pod ciśnieniem 1,5—2 atmosfer. Otwór u góry służy do napełniania i opróżniania konwertora. Dla ułatwienia tych czynności konwertor, zawieszony na czopach stalowych i poruszany motorem, działającym na tryb umocowany do jednego z czopów, może przyjmować dowolne położenie.

Drugi czop jest wewnątrz pusty i służy jako przewód powietrzny. Z jednej strony łączy się z kompresorem, a z innej za-pomocą rury ze skrzynią, znajdującą się pod dnem konwertora, wskutek tego dmuchanie może się odbywać przy każdem położeniu gruszki.

1128

OSSL-

mm

2650

WO

WO

Säg

-1850

Wielkość konwertora bywa rozmaita, zależnie od wagi przerabianego naraz naboju, która się waha w granicach od 3 do 30 tonn surowca. Wymiary na rysunku stosują się do gruszki obliczonej na 23 tonny. Objętość konwertora jest znacznie większą od objętości wlewanego surowca, którego wysokość warstwy nie powinna przekraczać 35—50 cm, ażeby łatwo mogła przepuszczać ^ przez siebie wtłaczane powietrze.

«iiii

¥000

//

!j

El3.Jk

-4

“I

Podczas procesu odbywa się silne X. wrzenie, wskutek którego przy małej objętości konwertora mogłaby nastąpić strata przez rozpryskiwanie. Z tego względu na 1 tonnę świeżonego surowca przyjmuje się 1 m% objętości konwertora przy procesie kwaśnym ^ i 1,2—1,5 m³ przy procesie zasa-dowym, gdyż przy tym ostatnim powstaje więcej żużla.

--i

i—i

Eys. 50, Przekrój konwertora bessemero wskiego.

Przed wlaniem surowca konwertor należy rozgrzać do jasnej czerwoności. Ogrzewanie to otrzymuje się przez spalanie koksu przy małym dmuchu powietrza.

Płynny surowiec może być dostarczany wprost z wielkiego pieca, albo powtórnie przetopiony w kopulakach, lub piecach płomiennych. Pierwszy sposób jest korzystniejszy ze względu na oszczędność opału i znajduje częstsze zastosowanie, gdy stalownia położona jest przy wielkich piecach, do czego przyczynia się stosowanie mieszalników, mogących dostarczać jednostajnego i odsiarczonego surowca, jak o tern będzie niżej.

Przy wlewaniu surowca konwertor ustawia się poziomo» i w ten sposób otwory kanałów są zabezpieczone od zatkania ich surowcem. Z powrotem gruszki do położenia pionowego rozpoczyna się doprowadzanie powietrza pod ciśnieniem 7 razy większem od ciśnienia statycznego płynnego metalu, wskutek czego otwory kanałów nie mogą być zalewane. Powietrze działa na płynny surowiec w trojaki sposób, a mianowicie: podnosi jego temperaturę, świeży i miesza.

Podniesienie temperatury otrzymuje się przez spalanie różnych pierwiastków, zawartych w surowcu. To podniesienie nie jest, jakby się wydawało, w stosunku prostym do ilości ciepła wydzielanego przy utlenianiu tych pierwiastków, jak widzimy z poniższej tablicy.

Przy spalaniu:

Si/SiO„ P/P₂0₅ Mn/MnO JFe/FeO

C/CO

1 kg daje ciepłostek.    .

1 % zawartości podnosi temperaturę o stopni

6430

375

5892

248

1730

76

1150

70

2452

40

Węgiel więc, który przy zupełnem spalaniu na C0₂ wydziela 8137 ciepł., spala się tu przeważnie na tlenek węgla i najmniej przyczynia się do podnoszenia temperatury, gdyż powstający gaz uchodząc z pieca, unosi zawarte w nim ciepło, gdy tymczasem tlenki krzemu, fosforu i inne pozostają na miejscu i oddają całe swe ciepło kąpieli metalowej. Liczby dotyczące podnoszenia temperatury, przytoczone w powyższej tablicy, stosują się do temperatury początkowej surowca 1200° C., przy wyższej będą mniejsze.

Ponieważ rzeczą najkorzystniejszą okazuje się spalanie krzemu i fosforu, więc omawiany sposób oparty jest na spalaniu jednego z tych pierwiastków. Stąd mamy obecnie dwa sposoby postępowania: dawniejszy, bessemerowski, inaczej zwany kwaśnym do świeżenia surowca o znacznej zawartości krzemu i sposób toma-sowski, albo zasadowy do przerabiania surowca fosforowego o małej zawartości krzemu. Skład surowców bessemerowskiego i to-masowskiego został podany na str. 20.

Zawartość tych głównych pierwiastków krzemu albo fosforu w surowcu powinna być taka, ażeby temperatura kąpieli metalowej po wyświeżeniu była wyższa niż 1500° 0-, to jest wystarczała do utrzymania żelaza kowalnego w stanie płynnym. Zwykła ich zawartość wynosi około 2$.

Strata ciepła w konwertorze przez promieniowanie jest nieznaczna, gdyż proces, jak to już zaznaczyliśmy, trwa krótko, zaledwie 15 do 25 minut, zależnie od składu surowca. W rzadkich wypadkach czas trwania procesu jest krótszy od 15 minut lub przekracza 25.

Azot powietrza, który, jak wiadomo, nie bierze udziału w re-akcyach, przechodząc przez roztopiony metal, sprzyja dokładnemu mieszaniu świeżonego materyału.

Przy sposobie bessemerowskim kwaśnym, do wyłożenia konwertora stosowana jest cegła lub masa ogniotrwała kwaśna, zawierająca, w przeważnej ilości krzemionkę.

Po rozpoczęciu świeżenia najpierw utlenia się krzem i podnosi temperaturę kąpieli metalowej, potem powstaje tlenek inan-ganawy, który łącząc się z krzemionką daje krzemian manganu, wypływający w postaci żużla na powierzchnię. Węgiel spala się przeważnie wówczas, gdy temperatura podniosła się powyżej 1400° C. Ponieważ krzem, mangan i węgiel mają większe powinowactwo do tlenu, niż żelazo, więc chronią to ostatnie od spalania, które zachodzi dopiero po utlenieniu innych pierwiastków.

W procesie kwaśnym dają się wyraźnie odróżnić trzy okresy: iskrowy, płomienny i czadowy, których znaczenie zostało wyjaśnione zapomocą analiz gazów, metalu i żużla, otrzymywanych podczas przebiegu procesu.

W okresie iskrowym odbywa się przedewszystkiem utlenianie krzemu i manganu. Tylko mała ilość węgla spala się na niepalny kwas węglowy, więc u wylotu konwertora niema płomienia. Natomiast uchodzący azot, częściowo tlen i bezwodnik węglowy, unoszą ze sobą cząsteczki żużla w postaci iskier barwy czerwonej i białej. Słychać bulgotanie surowca, przez który przechodzi wiatr. Czas okresu iskrowego trwa od 4 do 10 minut i jest w stosunku prostym do zawartości krzemu w surowcu.

W okresie płomiennym kończy się spalanie resztek krzemu i manganu, powstaje tlenek węgla CO, spalający się przy wyjściu z konwertora na C0₂. Płomień początkowo mały o barwie pomarańczowej z pasmami czerwonemi i niebieskiemi staje się coraz dłuższy, biały i bardzo jasny. W tym czasie wrzenie, wskutek wydzielania wielkich ilości gazów, odbywa się bardzo gwałtownie, daje się słyszeć charakterystyczny szum, odmienny od poprzedniego. Następuje nieraz wyrzucanie żużla z pewną ilością metalu na zewnątrz, czemu można zapobiedz przez zmniejszenie ciśnienia powietrza. Okres ten trwa około 10—15 minut.

W okresie czadowym, wskazującym na blizkie zakończenie procesu, płomień staje się krótszy, gdyż kończy się spalanie węgla, i staje się brunatny przez zabarwianie powstającymi tlenkami żelaza. Szum nagle się zmniejsza. Okres ten trwać powinien zaledwie ułamek minuty, ażeby uniknąć powstawania większej ilości tlenku żelazawego, który wywołuje kruchość stali i z wyświeżonego wyrobu powinien być usunięty przez odtlenienie, czyli dezoksydacyę.

Dezoksydacya dokonywa się w konwertorze przez dodawanie żelazo-krzemu, żelazo-manganu lub glinu, rozkładających tlenek żelazawy. Przez dodawanie powyższych gatunków specyalnych surowca wprowadza się również niezbędna ilość węgla do gotowego wyrobu w celu nadania mu odpowiednich własności. Chociaż przy metodzie kwaśnej, w przeciwstawieniu do procesu zasadowego, można w każdym czasie przerwać świeżenie, kiedy osiągnięto odpowiednie odwęglenie, wszakże uważa się za dogodniejsze doprowadzać świeżenie do zupełnego odwęglania, a następnie wprowadzać węgiel przez dodawanie surowca specyalnego. W celu nawęglania dodaje się niekiedy sproszkowanego węgla drzewnego lub koksu możliwie wolnego od siarki.

Najważniejszą rzeczą przy prowadzeniu procesu jest określenie chwili, kiedy należy przerwać świeżenie. Wobec szybkości przebiegu każda sekunda ma tu znaczenie. Doświadczony majster poznaje poszczególne fazy procesu po barwie i ilości wychodzących płomieni. O ile ma się do czynienia z materyałem jednostajnym, sposób ten może być uznany za wystarczający. W innych wypadkach posiłkują się spektroskopem, badaniem stali i żużli.

Jak wiadomo, analiza widmowa opiera się na zasadach następujących. Światło, wydawane przez jakiekolwiek ciała stałe lub płynne, rozżarzone do białości, daje widmo ciągłe bez linii ciemnych. Grazy rozżarzone dają widmo prążkowane, to jest o wyraźnych liniach barwnych na tle ciemnem. Jeżeli białe światło, pochodzące z jakiegokolwiek źródła przechodzi przez płomień, na widmie powstają linie ciemne, gdyż płomień pochłania promienie tej barwy, jaką sam posiada. Obserwując światło przy wylocie

konwertora przez spektroskop, widzimy początkowo widmo ciągły gdyż w okresie iskrowym świecą rozżarzone produkty spalania, nie dające płomienia. Widmo to najprzód jest słabe i o ma-łem rozszerzeniu: brakuje w niem barw fioletowej i niebieskiej. Wkrótce w miarę wzrostu temperatury staje się ono więcej inten-sywnem i rozszerza się na prawo. W okresie płomiennym występują w pewnym stałym porządku barwne linie na tle ciemnem, które znikają następnie w porządku odwrotnym. Spektroskop więc wykazuje w każdej chwili, jakie pierwiastki się spalają i jakie pozostają do wyświeżenia. Nastąpienie okresu czadowego wyraża się przez zaciemnienie widma.

Badanie żużla i metalu odbywa się w sposób następujący. Kiedy można mniemać, że proces jest na ukończeniu, konwertor ustawia się poziomo, dopływ wiatru zostaje wstrzymany, i dla wzięcia próby zanurza się sztabę żelazną, albo czerpie metal łyżką osadzoną na długim pręcie. Z barwy żużla, przylegającego do sztaby można wnosić o stopniu wyświeżenia. Póki zawartość węgla w stali jest duża, żużel ma barwę jasną; w miarę zmniejszania się węgla, zwiększa się ilość powstającego tlenku żelazawego, i żużel stopniowo z oliwkowego staje się brunatnym i czarnym.

Próbki żelaza rozpłaszcza się pod młotem na kowadle. Im łatwiej daje się to uczynić i im mniej rys przy tern powstaje, tern metal jest bardziej wyświeżony. Rozpłaszczona stal próbuje się na przeginanie aż do złamania; z wyglądu powierzchni przełomu można wnioskować o zawartości węgla i manganu.

Tylko mała część siarki może być usunięta w procesie bes-semerowskim, surowiec przerabiany powinien przeto zawierać jej jak najmniej.

Fosfor zawarty w surowcu przy procesie kwaśnym całkowicie przechodzi do stali. Dlatego sposób ten może być stosowany tylko tam, gdzie rudy wolne są od tej domieszki. Kraje zaś posiadające olbrzymie pokłady rud fosforowych, jak: Niemcy, Francya, Cleveland w Anglii z dobrodziejstwa wynalazku Bessemera korzystać nie mogły, dopóki dwum innym anglikom Thomasowi i Gril-christowi nie udało się w r. 1878 wynaleść sposobu do przerabiania w konwertorach surowców fosforowych.

Rys. 50 przedstawia urządzenie stalowni bessemerowskiej w przekroju. Konwertory ustawione są w jednym szeregu. Wszelkie inne rozstawienie ich okazuje się w praktyce mniej dogodnem. Czynności odbywają się na różnych poziomach. Płynny surowiec

dowozi się z mieszalnika w kadzi a. Na niższym poziomie znajduje się kadź b, do której wylewa się gotowa stal, a stąd odwozi się ją do hali, gdzie się odlewa w bloki. Majster kierujący procesem znajduje się w miejscu, skąd może obserwować całą stalownię

eiBLIOTCKA

lii

K cl* t-:rCHA,v, .•■ ■w

a.

war*]

Bl

mm

gEH

1/

(O

30-t

Pt#

SiKU ^P-pg

U,......

, -    -7â9Û0 u . PB,

oloU !

ilrdtailir

mjcl

52» i I M

"‘I

wmmm.

ÆËÊm

Ué‘ SWQ-J

■S7W-

|l-< ■■ ■ 6sm-

Rys. 50. Przekrój oddziału bessemerowskiego.

i ma pod ręką trzy kierownice: do regulowania dopływu powietrza, do nadawania odpowiedniego położenia konwertorowi i do przechylania kadzi z płynnym surowcem.

Metoda tomasowska.

Metoda ta, zwana inaczej procesem zasadowym, jest odmianą sposobu bessemerowskiego. Przerabiany w tym wypadku surowiec powinien zawierać krzemu poniżej 0,5$, możliwie zaś mniej, gdyż za materyał opałowy przy tym sposobie służy fosfor, krzem zaś utrudnia proces. Zawartość fosforu w surowcu toma-sowskim wynosi 1,7—2,2%.

Przebieg procesu zasadowego tem się różni od kwaśnego, że tu po ukończonem utlenieniu krzemu, manganu i węgla pozostaje w metalu znaczna zawartość fosforu. Spalanie fosforu, pomimo że odbywa się od samego początku, jest jednak nikłe i występuje

energicznie dopiero po wypaleniu węgla. Najwyższa temperatura kąpieli metalowej (1600° C) osiąga się przy końcu procesu. Z powodu nieobecności w tym okresie innych składników zwiększa się bardzo utlenianie żelaza, które przechodzi w żużel. Stąd strata ; żelaza dochodzi do 15%, gdy tymczasem przy procesie kwaśnym stanowi 8—12# użytego surowca.

Konwertor posiada wyprawę zasądową z najmocniej wyprażonego i następnie sproszkowanego dolomitu, zcementowanego smołą. Przed wlaniem surowca wrzuca się do konwertora mocno rozgrzane wapno palone w ilości 15$ wagi surowca.

Stosowanie wyprawy zasadowej i dodawanie wapna uzasadnia następujące rozumowanie. Fosfor w atmosferze utleniającej spala się na tlenek fosforowy P₂0₅, który łącząc się z wapnem tworzy fosforan wapienny, wypływający na powierzchnię w postaci żużla. Również może zachodzić reakcya odtleniania tlenków żelaza fosforem: 2P-|-5FeO-f-3CaO = P₂0₅.8CaO-f-5Fe. Kwaśna wyprawa konwertora, zawierająca krzemionkę, jak również krzemionka, powstająca przy spalaniu krzemu, przeszkadzają de-fosforyzacyi, gdyż wtedy następuje rozkład tlenku fosforowego według reakcyi: P₂0₅-|-5Fe-|-5Si0₂=5FeSi03-j-2P. Wolny fosfor łączy się z żelazem, dając fosforek żelaza, rozpuszczalny w kąpieli metalowej.

Fosforany mogą być rozkładane przez węgiel, zawarty w surowcu, o ile temperatura będzie dostatecznie wysoka, i wówczas fosfor z żużla wraca ponownie do stali. Stąd wynika, że najsilniejsze spalanie fosforu odbywać się może tylko po zupełnem od-węgleniu surowca.

Zaduża zawartość fosforu w surowcu jest szkodliwą, gdyż powstająca zbyt wysoka temperatura sprzyja spalaniu żelaza i zwiększa stratę. Oznaką tego jest powstawanie dymu brunatnego. Temperaturę można obniżać przez dodawanie wapna.

Podobnie jak w procesie kwaśnym rozróżniamy tu trzy okresy: iskrowy, podczas spalania krzemu i manganu, płomienny, kiedy utlenia się węgiel, i okres odfosforzania, czyli defosforyzacyi.

Pierwszy okres przebiega spokojnie przy obfitem wyrzucaniu iskier, zabarwionych na żółto przez cząsteczki wapna i żużla wapiennego; trwa on od dwuch do trzech minut.

Spalanie węgla odbywa się przy burzliwem gotowaniu i charakterystycznym szumie w ciągu 12—15 minut. Płomień zabarwiony początkowo na żółto, powoli wzrasta, staje się oślepiająco

białym i w końcu nagle ustaje. Reakcya staje się łagodniejszą i pokazuje się dym brunatny, gdyż zabarwiony jest tlenkiem żela

zawym.

Defosforyzacya i powstawanie fosforanu wapiennego rozpoczyna się przy ponownem ukazaniu się jasnego płomienia i trwa 3 — 4 minut. Wobec szybkiego przebiegu tego okresu trudno jest brać próby gotowego wyrobu, należy więc starać się ściśle czas regulować według zegarka lub liczby obrotów dmuchawy. Jest to możliwe tylko wówczas, gdy surowiec świeżony posiada stałą zawartość fosforu. Kontrola odfosforzania odbywa się zapomocą rozpłaszczania pod młotem wziętych próbek stali i łamania ich po nacięciu karbu. Gruboziarnistość złomu i swoisty połysk wskazują na zawartość fosforu.

Jak i przy procesie kwaśnym, po ukończeniu świeżenia należy przeprowadzić odtlenienie i nawęglanie, bez których przy tern postępowaniu stal wcale i nigdy nie nadaje się do użycia, węgla bowiem nie posiada. Ażeby węgiel zawarty w żelazo-man-ganie nie mógł wywołać redukcyi fosforu, zawartego w żużlu, przed dodaniem środków nawęglających, żużel się wylewa przez ostrożne pochylenie konwertora.

Żużel tomasowski, z powodu znacznej zawartości w nim fosforu, przedstawia cenny środek nawozowy, mający obszerne zastosowanie w rolnictwie. hTa jedną tonnę stali otrzymuje się około 250 kg żużla o zawartości do 24% kwasu fosforowego, co zmniejsza koszta własne wyrobu.

Siarka, podobnie jak i przy procesie kwaśnym, tylko w małej ilości może być wyświeżona. Odsiarczaniu sprzyja do pewnego stopnia zawartość manganu w surowcu.

Przy obydwuch metodach konwertorowych występować mogą w biegu procesu zaburzenia, na które składają się przyczyny następujące: niedostatecznie wygrzany konwertor przed wlaniem surowca, zimny stosunkowo surowiec, brak pierwiastków opałowych w surowcu i niedostateczne ciśnienie powietrza. W tych wypadkach powstaje t. zw. zimny bieg pieca: powietrze z trudnością przechodzi przez gęstopłynny surowiec, węgiel źle się spala wskutek nizkiej temperatury, żużel przystaje do ścian konwertora i gotowa stal z trudnością wylewa się do kadzi rozlewniczej. Środkami zaradczymi przy zimnym biegu są: dodatek surowca obfitującego w pierwiastki opałowe lub podniesienie ciśnienia powietrza.

Zbyt gorący bieg jest również niepożądany, temperatura bowiem wtedy podnosi się tak wysoko, że przy procesie kwaśnym spalanie węgla rozpoczyna się przed całkowitem utlenieniem krzemu, który pozostaje w gotowym wyrobie, zwiększa się strata żelaza, również niszczą się ściany i dno konwertora, potrzebując częstego odnawiania. W tym wypadku zmniejsza się lub zatrzymuje na krótko ciśnienie powietrza, albo dodaje się do zawartości konwertora pewną ilość obcinków szyn lub innego żelaza kowal-nego.

Stal bessemerowska używa się przeważnie do wyrobów twardych i o przekrojach większych, jak: szyny kolejowe, belki, osie i t. d. Materyał ten wyświeżony w gruszkach o małych wymiarach stosuje się również do celów odlewniczych. Pewna zawartość pozostałego krzemu sprzyja otrzymywaniu ścisłych odlewów stalowych.

Stal tomasowska używa się do wyrobu żelaza miękkiego, blachy, drutu i t. d. Przewyższa zwykle bessemerowską pod względem kowalności i spawalności. Wysoka temperatura przy koùcu procesu zasadowego pozwala na wyświeżenie w stopniu wyższym, aniżeli przy procesie kwaśnym. Ponieważ stal tomasowska nie zawiera w sobie prawie wcale krzemu, sprzyjającego rozpuszczalności gazów, powstawanie w niej baniek gazowych jest zjawiskiem pospolitszem, aniżeli w stali bessemerowskiej.

Sposób martenowski.

Grenialny wynalazek Bessemera, obok wszystkich swych zalet, posiada wady, stojące na przeszkodzie do stosowania go we wszelkich wypadkach. Jak widzieliśmy wyżej, przy procesie kwaśnym fosfor zawarty w surowcu przechodzi całkowicie do stali. Przy procesie zasadowym niezbędna jest duża zawartość fosforu w surowcu, do wytapiania zaś takiego surowca potrzebne są rudy specyalne, nie wszędzie spotykane. Wreszcie niekorzystną stronę tego postępowania stanowi wielka strata żelaza.

Sposobem bardziej powszechnym, niezależnym od gatunków surowca, jest Siemens-Martin’a, zwany zwykle sposobem marte-nowskim.

Oj ciec z synem, Emil i Piotr Martin’o wie, pierwsi zaczęli otrzymywać żelazo zlewne przez przetapianie surowca z obcinkami żelaza ko walnego, otrzymy wanemi w znacznej ilości w hutach i fabrykach

wyrobów żelaznych, albo z bezwartościowego starego żelaztwa Pierwsze piece, przy tym sposobie stosowane, były płomienne, podobne do pudlarskich, temperatura jednak w nich osiągana okazała się niedostateczną. Dopiero po wprowadzeniu pieców gazowych, wynalezionych przez Siemensa w r. 1856 dla hut szklanych, i po zastosowaniu wyłożenia ogniotrwałego, odpornego na temperaturę topliwości żelaza, osiągnięto w r. 1865 sposób wyrabiania stali metodą Siemens-Martin’a.

Piece Siemensa są płomieniakami opalanymi gazem, nie-zbędnem więc przy nich urządzeniem są generatory, czyli przyrządy do wytwarzania gazów z twardego materyału opałowego. Zamiast gazu generatorowego zaczynają obecnie stosować gazy koksowe lub wielkopiecowe. Doskonałe wyniki daje ropa naftowa, jako materyał nie zawierający szkodliwych domieszek. Drugą właściwością tych pieców jest to, że gaz również jak i powietrze potrzebne do jego spalania są ogrzewane do wysokiej temperatury (od 700° do 1000° O.). Ogrzewanie odbywa się gazami uchodzącymi z paleniska". Oazy spalinowe przed ujściem do komina przechodzą przez komory, wypełnione cegłą w ten sposób, ażeby nie przeszkadzała krążeniu gazów. Spaliny oddają swe ciepło ściankom komor i znajdującej się w nich cegle, a po pewnym czasie powietrze i gaz palny skierowane przez te komory, zwane regeneratorami, ciepło to odbierają, same się ogrzewając.

Opalanie gazem zamiast paliwem twardem przedstawia samo przez się korzyści wielorakie. Graz miesza się dokładnie z powietrzem, spala się szybko i całkowicie, nie potrzebując takiego nadmiaru powietrza, jak przy opale twardym, przez co daje możność osiągania wyższej temperatury w miejscu spalania. Łatwo jest regulować temperaturę, normując dopływ gazu i na żądanie otrzymywać płomień utleniający lub redukujący. Mało wartościowy materyał opałowy, jak torf i gorsze gatunki węgla kamiennego, wytwarzają gaz, nadający się do otrzymania wysokiej temperatury w piecu.

we

Ekonomiczna doniosłość sposobu martenowskiego polega na zużytkowywaniu materyału prawie bezwartościowego, jakiemi są odpadki żelazne i stare żelaztwo, w ogromnej ilości gromadzone wszystkich środowiskach ludzkich. W pierwszych latach po wprowadzeniu metody martenowskiej materyał ten był tak tani, że opłacało się budować stalownie w pobliżu wielkich miast i otrzy-

mywać tani wyrób, miało się bowiem główny materyał i odbyt na miejscu.

W Niemczech, gdzie warunki miejscowe najbardziej sprzyjają rozwojowi procesu tomasowskiego wskutek obfitości rud fosforowych, produkcya stali tomasowskiej, aczkolwiek wynosi jeszcze około 57$, z każdym rokiem zmniejsza się procentowo na korzyść stali martenowskiej, której produkcya stanowi już bliz-ko 42$. W państwie Rosyjskiem produkcya stali martenowskiej w roku 1913 wynosiła 82,4$, wobec 12,4$ stali bessemerowskiej, 4$ tomasowskiej, 0,1$ tyglowej, 1,2$ bloków pudlarskich i 0,02$ fryszerskich.

Generatory.

Piece, służące do przemiany opału twardego na gazowy, nazywają się generatorami lub gazownicami. Są one stosowane do wszelkich procesów hutniczych, w celu otrzymywania temperatury najwyższej, lub ażeby z miernych materyałów opałowych otrzymywać takie paliwo gazowe, któreby mogło rozwinąć temperaturę, jakiej przy bezpośredniem spalaniu osiągnąć nie można. Do generatorów używa się opał rozmaity: drzewo, torf, wszelkie gatunki węgla kamiennego, koks i antracyt.

Wytwarzanie gazów w generatorze polega na tern, że powietrze, przechodząc przez grubą warstwę paliwa, nie spala go zupełnie na bezwodnik węglowy C0₂, lecz daje tlenek węgla CO, który jest gazem palnym, stanowiącym główny pożyteczny składnik gazu generatorowego. Prócz tlenku węgla gaz zawiera zawsze znaczną ilość nieczynnego azotu i może zawierać wodór, metan i małą ilość bezwodnika węglowego. Wodór powstaje z rozkładu pary wodnej, zaś metan CH₄ jest produktem suchej dystylacyi węgla kamiennego. Niepożądany dwutlenek węgla otrzymuje się przy wadliwem urządzeniu generatora i przez rozkład pary wodnej według reakcyi: 2H₂0-{-C = 2H,-j-C0₂ . Reak-cya ta odbywa się przy temperaturze poniżej 1025° C. Przy wyższej zachodzi reakcya korzystniejsza: H₂0-f-C =H₂-j-CO. Stąd wynika zasada ogólna, że im wyższa jest temperatura w generatorze, tern większa jest wartość opałowa otrzymywanych gazów. Wartość ta bywa rozmaita i wynosi 1000 — 2000 oiepłostek w 1 m³ gazu.

Gazy generatorowe, zależnie od sposobu otrzymywania, noszą nazwę powietrznych, albo wodnych. Gaz powietrzny, otrzy-

mywany z węgla kamiennego przy dostępie samego powietrza, zawiera w sobie około 30$ CO, 65$ N₂, 1—2$ H₂, 1—4$ CH₄ i do 3$ C0₂. Dla otrzymania gazu wodnego wtłacza się do generatora prócz powietrza para wodna. W gazie wodnym zawartość wodoru może być objętościowo niemal równa zawartości tlenku węgla przy mniejszej ilości azotu, wskutek czego wartość opałowa jego jest większa niż powietrznego. Są też gazy, które ze względu na zawartość w nich wodoru mogą być nazywane półwodnymi lub wo-góle mieszanymi. Zachodzą tu reakcye:

C+0-f-2N₂ = CO-(-2N₂-f-29 ciepł. C-f-H₂0 =CO+H₂ —30 ciepł.

(1)

(2).

Przy spalaniu jednej cząsteczki kg-owej t. j. 12 kg C w generatorze powietrznym otrzymuje się 3 mole t. j. 67 gazu (5,6 rnz/kg), zawierającego blizko J CO i f N₂. Temperatura gazu, obliczana teoretycznie bez uwzględnienia strat przez promieniowanie wynosi 1300° C. Energia cieplna gazu składa się z dwuch części: ciepła jawnego, wyrażanego przez temperaturę gazu i ciepła utajonego, które się ujawnia dopiero po spaleniu CO tak, iż na 96 ciepł., odpowiadających 12 g spalanego C, 29 ciepł. jest ciepłem jawnem w gazie, a 67 ciepł. jest jego wartością opałową. Ciepło jawne jest mało wyzyskiwane w piecach i wcale się nie wyzyskuje w silnikach spalinowych. Jest to więc energia całkowicie lub częściowo stracona. Z tego względu jest rzeczą pożyteczną ciepło to uczynić możliwie małem, zużywając je na przeprowadzenie reakcyi (2), która jest endotermiczną. W tym celu dodaje się do powietrza, służącego do spalania, pewną ilość pary wodnej.

Łatwo obliczyć, że przy jednoczesnym przebiegu reakcyi (1) i (2) i przy dodaniu 0,75 kg pary wodnej na 1 kg C ilość ciepła pochłoniętego przez gazy będzie blizka zeru. W rzeczywistości zasada równowagi chemicznej nakazuje wprowadzenie znacznie mniejszej ilości pary, i zwykle, gaz wychodząc z generatorów posiada temperaturę 600 — 700° C.

Gazownice, jakkolwiek wszystkie są budowane na jednakowej zasadzie, różnią się między sobą w szczegółach. Ruszt, najczęściej pochyły, powinien być zawsze pokryty grubą warstwą paliwa, żeby wywołać zupełną przemianę.dwutlenku węgla, powstającego w sąsiedztwie rusztu, na tlenek węgla, według reakcyi C0₂-|-Cr=200. Grubość warstwy jest rozmaita dla różuych gatunków opału, wy-

sokość więc generatora pracującego na drzewie jest większa, aniżeli węglu kamiennym. Ciśnienie powietrza odgrywa ważną rolę PE?y sPalaniu. Do jednych generatorów doprowadza się powietrze przez ruszta ciągiem naturalnym, do drugich pod ciśnieniem, do hermetycznie zamkniętego popieliska. Te ostatnie pozwalają otrzymywać większą ilość gazów w jednostkę czasu, doprowadzać parę wodną, utrzymywać regularny bieg generatora i stosować miał

na

węglowy, przez który naturalny ciąg powietrza byłby nie wystarczaj ący.

- PU -

Z licznych systemów generatorów, służących do gazowania różnego rodzaju opału, najczęściej są stosowane obecnie piece szybowe, z centralnem zasilaniem powietrza i pary, z zamknięciem wodnem i samoczyn-nem oczyszczaniem żużla i popiołu, powstających przy spalaniu się opału. Pierwsze takie generatory były systemu Kerpely’ego ; obecnie stosują się podobne Reh-mana, Hilgera i innych.

p&r

Na rys. 52 podany jest w przekroju generator obrotowy dla węgla kamiennego. Jest to piec szybowy o 1—2 m średnicy i po-

Rys. 52. Generator z rusztem obrotowym.

dwójnej mniej więcej wy-sokości, zbudowany z blachy żelaznej i wyłożony wewnątrz cegłą ogniotrwałą. Grórna część szybu jest zakończona sklepieniem, w którem założony jest przyrząd zasilający a o podwójnem zamknięciu w celu zabezpieczenia robotników od trującego działania gazów i zmniejszenia straty gazów podczas zasilania. Dolne zamknięcie pieca stanowi żelazna misa d, napełniona wodą. Jedną całość z misą stanowi stożkowy ruszt b, umieszczony nie w środku, lecz mimośrodowo. Pod rusztem znajduje się przewód, którym doprowadza się zapomocą

inżektora mieszanina powietrza z parą wodną pod ciśnieniem 40 do 70 cm słupa wodnego. Misie wraz z rusztem nadaje się powolny ruch obrotowy. Popiół i żużel spadają na dno misy. W pewnem miejscu przymocowana jest do pieca ukośnie blacha żelazna, dolnym końcem dochodząca niemal do dna misy. Blacha ta przy obrocie misy zbiera żużel i wyrzuca go po równi pochyłej na zewnątrz. Mimośrodowe położenie rusztu ma na celu kruszenie żużla, o ileby się spiekał w większe bryły lub tworzył sklepienia, gdyż odległość między rusztem i ścianą generatora przy obrocie misy stale się zmienia w jedną lub drugą stronę. Otwór c służy do odprowadzania gazu generatorowego.

Stalownie martenowskie mają szereg generatorów, z których gazy idą do wspólnego przewodu, posiadającego rozgałęzienia do poszczególnych pieców. Wskutek tego otrzymuje się w piecach gaz o bardziej jednostajnym składzie i ciśnieniu, gdyż zasilanie jednego z całej grupy generatora nie wywołuje większych zmian w przewodzie głównym.

Literatura: Dowson_J. and Larter A. Producer-gas. 1912.

Kietaibl C. Das Generatorgas, seine Erzeugung und Verwendung. Wien. 1910.

Piece martenowskie.

Piece martenowskie są to piece systemu Siemensa (rys. 53). Pod topniskiem są umieszczone dwie pary ogrzewaczy regene-ratorowych: większe służą do ogrzewania powietrza, ipniejsze do gazu. Kanały znajdujące się w tak zwanych głowicach pieca, łączą topnisko z regeneratorami. Przez te kanały z jednej strony wchodzi do topniska ogrzane powietrze i gaz, tu się miesza przy głowicy i następnie spala. Gorące gazy spalinowe, przez takie same kanały ze strony przeciwnej, idą do drugiej pary regeneratorów, tam oddają swe ciepło i uchodzą do komina. Kiedy ta druga para została ogrzaną, kierunek gazu i powietrza zmienia się na odwrotny; wchodzą one do gorących regeneratorów, same się ogrzewają, dają wskutek tego wyższą temperaturę spalania, a gorętsze spaliny silniej ogrzewają pierwszą parę regeneratorów. Po pewnym czasie znów zmieniamy kierunek gazów, wskutek czego następuje ponowne podniesienie temperatury i t. d. Temperaturę można jednak doprowadzić tylko do 1800° C., gdyż

dalszemu podniesieniu temperatury przeszkadza powstająca dyso-cyacya kwasu węglowego. Zmiana kierunku gazów 'odbywa się mniej więcej co 20—25 minut.

Ogrzane gazy, spalając się w gorącem powietrzu, wytwarzają w topnisku temperaturę tak wysoką, że wyświeżone żelazo otrzy-

H-

WL

mat

ki

Przekrój t—3

sm

dolomitowa

magnezytowa

52223 Dliut £--'.-<1 Szamota Cegła Cegła

feV’Sl Cegła zwyczajna

\\

F/zckr*J

te

Rys. 53. Piec Siemensa.

lOl

Pfzekzrtj 1--2

4i

jkbD

mmmmmm

--4Js=£

ma-

muje się w stanie płynnym. Ta temperatura wywołuje konieczność stosowania do budowy pieców martenowskich materyałów o wysokiej ogniotrwałości. Takiemi materyałami sj^egła lub sa szamotowa, krzemionkowa (Dinas), dolomitowa, magnezytowa i żelaziak chromowy FeÓ. Cr₂Os. Sklepienie i ściany topniska

*■ 1 k.tf * »/ b y

powyżej poziomu, do którego sięga żużel, robią się przeważnie z cegły krzemionkowej, rzadziej z szamotowej. Trzon i dolna część topniska wykłada się, o ile wyprawa ma być kwaśną, cegłą krzemionkową, a przy procesie zasadowym — masą dolomitową, magnezytową lub chromitową. Budowę pieca martenowskiego ze wskazaniem materyałów ogniotrwałych przedstawia rysunek 53.

Topnisko jest lekko wgłębione i pochylone w stronę spustu, znajdującego się z przeciwnej strony niż okna, służące do ładowa-

33 o    ^    33ą_

<o\

Tm

SES-

L°

TZ7JÖÖ

-i

LC

UH). ioo. yg.

So. i2

Rys. 54. Zasłona pieca martenowskiego.

nia materyałów stałych. Okien jest najczęściej trzy. Płynny surowiec wlewa się przez otwór, znajdujący się po stronie spustu. Piec jest wzmocniony licznemi ściągaczami żelaznemi i blachą. Okna są zamykane zasłonami, osadzonemi w ramach, które służą za prowadniki. Ciężkie zasłony (rys. 54) z cegły ogniotrwałej, z uzbrojeniem Żelaznem, unoszone są do góry zapomocą zrównoważonych dźwigni.

Najbardziej ze wszystkich części pieca narażona jest na zniszczenie głowica pieca, tak wskutek wysokiej temperatury jak i chemicznego działania gazów, unoszących ze sobą tlenki metalów, wchodzące w połączenie z krzemionką. Istnieje wiele pomysłów w tym celu, ażeby ułatwić naprawę lub zamianę uszkodzonych

głowic. Kanały powietrzne w głowicach są zwykle umieszczane nad gazowymi.

Do zmiany kierunku i regulowania dopływu powietrza i gazu do regeneratorów służą rozmaite przyrządy. Na rys. 55 podany jest jeden z najprostszych i najczęściej używanych. Przez przewód G idzie gaz z generatora do zaworu regulującego lub zamykającego ich dopływ. Niżej znajduje się zawór rozdzielczy V, który ustawiony, jak wskazuje rysunek, zmusza gaz do krążenia w kierunku strzałek przez kanały do regeneratora C₄, a gazy spalinowe wychodzą z drugiej pary regeneratorów i przez kanały C i Cv dalej przez czopuch C₂ wchodzą do komina.

Rys. B5. Zawór rozdzielczy.

Drugi taki przyrząd, ustawiony równolegle do pierwszego, służy do kierowania powietrza. Tu powietrze wchodzi do kanału Cz, a gazy spalinowe z kanałów C i C₁ wchodzą do czopucha, albo odwrotnie, o ile zawór V zostanie obrócony o 90°.

Istnieją i inne zawory rozdzielcze, podobne do suwaków przy maszynach parowych.

Pojemność pieców martenowskich waha się w granicach od 3 do 80 tonn. Najczęściej spotykane piece obliczone są na 30 tonn. Wydatek węgla wynosi 200—300 Ug na 1 tonnę otrzymywanej stali.

Piece są stałe i przechylne. Te ostatnie (rys. 56) tern się różnią od stałych, że topnisko w nich może być pochylane mechanicznie, co ułatwia wylewanie płynnej zawartości pieca.

Poniższa tablica podaje temperatury, odnoszące się do różnych części pieca i produktów. Dane te dotyczą pieca amerykańskiego na 60 tonn naboju.

4?—WOO-

O * s l

0000000-0 0 0 COOO OcOiOGOiO O t-4 05 CO CD O CO LO t>-10 lO (M lO O H H GM iß CD CD CO H tH 1-H rH t-H t-H J H r-H rH

Temperatura gazu przy wejściu do regeneratorów „ wyjściu z regeneratorów w regeneratorach gazowych .    .    .

powietrza ogrzanego......

regeneratorów powietrznych .    .    .

spalin przy głowicach......

» wyjściu z regeneratorów stali podczas spustu żużla podczas spustu , surowca wlewanego do pieca . . .

$700-

HBH

Si

Rys. 56. Piec martenowski przechylny.

(D

rri

Wysoka temperatura gazów spalinowych przy wyjściu z regeneratorów pozwala na stosowanie ich do ogrzewania kotłów parowych. Kotły bywają umieszczane między regeneratorami i kominem.

Literatura: Pawłów M. Album rysunków do pieców martenów-skich. 1908.

Pawłów M. Wymiary pieców martenowskich według danych empirycznych. 1912.

G-ruin-G-rzymaiło W. Metoda hydrauliczna obliczania pieców płomiennych. 1911.

(Wszystkie w języku rosyjskim).

Procesy chemiczne, zachodzące w piecu martenowskim.

Sposób martenowski powstał z pomysłu świeżenia surowca przez zmniejszenie zawartych w nim domieszek, zapomocą przetapiania go z żelazem kowalnem, zawierającem domieszki te w znacznie mniejszym stopniu niż surowiec. Wkrótce zauważono, że zawartość domieszek w otrzymywanej w ten sposób stali wynosi mniej, niż ich średnia arytmetyczna w użytych materyałach, a więc zachodzą tu procesy utleniania pierwiastków i wydzielania ich z kąpieli metalowej w postaci żużla i gazów. Dążność do otrzymywania żelaza miękkiego z małą zawartością węgla i wzrost ceny bezwartościowego niegdyś żelaztwa (skrapu) przy rozpowszechnianiu metody martenowskiej, skierowały usiłowania hutników do wynalezienia sposobu świeżenia surowca w piecach martenowskich bez używania odpadków żelaznych lub przynajmniej do zmniejszenia tego dodatku.

Obecnie istnieją rozmaite odmiany sposobu martenowskiego, z których najważniejsze są dwa: wyrób stali przy użyciu odpadków żelaznych (zwany z angielska scrap process), i drugi—świeżenia surowca zapomocą rudy (czyli ore process).

Przy metodzie martenowskiej rozróżniamy zwykle dwa okresy: świeżenia wstępnego—podczas topienia naboju—i ostatecznego —podczas gotowania stali. W obydwuch okresach przebieg świeżenia zależy od szeregu rozmaitych czynników, a mianowicie od:

1)    Składu chemicznego i stanu fizycznego materyałów, dodatku rudy i wapna, stosowania surowca płynnego lub twardego.

2)    Wyprawy trzona i ścian: kwaśnej lub zasadowej.

3)    Temperatury i atmosfery utleniającej w piecu, nadmiaru tlenu, składu gazów i t. d.

Większość reakcyi tu zachodzących jest odwracalna, zależnie od temperatury i koncentracyi, więc przy pewnych warunkach pierwiastki już wyświeżone przy dalszym przebiegu procesu mogą powracać z żużla do kąpieli metalowej.

Proces martenowski może być kwaśny albo zasadowy. Fosfor nie może być usunięty z żelaza przy wyprawie kwaśnej z powodów wyłuszczonych już przy opisie procesu bessemerowskiego. Powstawanie fosforanów jest możliwe przy wyprawie trzonu i ścian topniska do wysokości, jakiej sięga żużel, masą lub cegłą zasadową i przy mocno zasadowym żużlu, otrzymywanym przez dodawanie wapna. Powstające fosforany mogą się rozkładać, jak i w procesie tomasowskim w obecności węgla, więc ostateczne odfosforzanie odbywa się po całkowitem odwęgleniu surowca. Większa zawartość krzemu w surowcu utrudnia defosforyzacyę.

Ponieważ fosfor stanowi częstą domieszkę surowca, stosowana jest przeważnie metoda zasadowa, przy której można otrzymać dobry wyrób nawet z miernego materyału. Tylko przy surowcu hematytowym i pewności, iż żelaztwo nie posiada fosforu, dopuszczalna jest metoda kwaśna. Przy wyprawie zasadowej proces postępuje szybciej. Krzem utlenia się łatwiej, otrzymana krzemionka łączy się z wapnem, tworząc krzemian, z którego odwrotne powstawanie krzemu jest niemożliwe, wówczas gdy krzemiany żelaza przy odpowiednio wysokiej temperaturze mogą być odtle-niane działaniem węgla, znajdującego się w surowcu. Zostało stwierdzone analizami chemicznemi, iż przy jednakowym składzie chemicznym naboju kąpiel metalowa, już w końcu, okresu topienia, posiada przy wyprawie zasadowej mniej węgla, krzemu, fosforu i siarki, a więcej manganu, niż przy wyprawie kwaśnej.

Jak wykazują ściślejsze badania, świeżenie odbywa się przeważnie zapomocą tlenu zawartego w gazach pieca, który działa albo bezpośrednio, albo przez spalanie żelaza na tlenek żelazowy Pe₂0₃. Nawet przy procesie z rudą, gazy utleniają w dalszym ciągu większą część domieszek. Ruda dostarcza tylko 50$ teoretycznie tlenu niezbędnego do spalania krzemu, manganu i węgla. Tlen, znajdujący się w gazach, działa na krzemian żelaza w żużlu i wywołuje powstawanie tlenku żelazowego, który posiadając większy ciężar właściwy opuszcza się na dół do zetknięcia się z powierzchnią roztopionego metalu i oddaje domieszkom część swego tlenu, sam zaś przechodzi w tlenek żelazawy FeO.

Żużel otrzymuje się z połączenia tlenków żelaza i manganu z krzemionką, która powstaje przez spalanie krzemu lub jest wprowadzana do pieca z surowcem w postaci piasku z nieoczyszczo-nych gęsi i z żelaztwem. Przy procesie kwaśnym krzemionka jest czerpana z wyprawy, przyczem ścianki ulegają zużyciu.

Skład żużla, otrzymywanego w okresie topienia naboju wyraża się wzorem 2FeO . 3Si0₂, w którym część żelaza jest zastąpiona manganem. W okresie gotowania stali skład żużla się zmienia, zbliżając się do mieszaniny: 2 (2FeO . 3Si0₂)-j-Fe0 . Si0₂. Powstający w tym czasie lub wprowadzony tlenek żelaza Fe₂Oa przechodzi w żelazawy FeO, przy ozem tlen w chwili powstania działa energicznie tak na żelazo jak i na domieszki.

Tlenek żelazowy działa również na trój krzemian żelaza, który przechodząc w dwukrzemian także wydziela tlen według reakcyi: 2 (2FeO . 3Si0₂)-f-Fe₂0₃ = 6(Fe0 . Si0₂)-f-0.

Analizy żużla wziętego podczas okresu gotowania wykazują niezmiernie małą zawartość Fe₂0₈ (około 0,25$). To się tłomaczy nietylko powyższemi reakcyami, lecz także tern, że w okresie gotowania wyświeża się ⁸/s zawartego w surowcu węgla, który tworzy tlenek węgla, redukujący tlenek żelazowy do niższego stopnia utlenienia.

Kiedy gotowanie jest ukończone i zawartość węgla w kąpieli metalowej jest doprowadzona do 0,2$, wydzielenie tlenku węgla słabnie i wzrasta ilość tlenku żelazowego w żużlu. Przypuszczają, że pewna część tlenku żelazowego działa na żelazo według reakcyi Fe₂Oâ-f-Fe = 3FeO, a powstający tlenek żelazawy odtlenia się do czystego Fe tlenkiem węgla CO lub rozpuszcza się w żelazie i odtlenia w dalszym ciągu przez pierwiastki, zawarte w surowcu. W skutku tego przy procesie z rudą często nietylko niema straty żelaza, lecz otrzymuje się więcej stali, niż użyto surowca i obcinków żelaza.

W końcu okresu gotowania, żelazo zawiera w sobie pewną ilość rozpuszczonego tlenku żelazawego, ponieważ przy zmniejszonej koncentracyi węgla i innych pierwiastków, rozpuszczanie FeO w stali postępuje szybciej, aniżeli jego odtlenianie. To jest powodem, dla którego w celu ostatecznego usunięcia tlenku żelazawego z gotowego wyrobu niezbędnem jest przeprowadzanie dezoksy-dacyi zapomocą żelazo-manganu, lub innego czynnika działającego analogicznie.

Odsiarczanie żelaza jest rzeczą konieczną, gdyż gazy generatorowe zawierają zawsze bezwodnik siarkowy, działający na żelazo i dający ostatecznie siarczek żelaza FeS. Siarczek żelaza jest rozpuszczalny w żelazie, o ile więc powstaje, wprowadza siarkę do stali. Przez dodawanie wapna w obecności tlenku węgla otrzymujemy reakcyę: CaO-f-FeS-j-CO = CaS4-Fe-j-C0₂. Siarczek wapna nie rozpuszcza się w żelazie, lecz przechodzi do żużla w tern większej ilości, im więcej żużel zawiera krzemianu wapnia. Żużel zawierający siarkę powinien być podczas procesu usuwany, gdyż przy większej koncentracyi i pod wpływem utleniającego działa-nia gazów przechodzi w siarczan, i zapomocą reakcyi: 0aS0₄-j--}-4Fe=FeS-j-3FeO-|-CaO siarka wraca ponownie do żelaza.

Obecność manganu sprzyja odsiarczaniu, siarczek manganu bowiem jest mniej rozpuszczalny w żelazie niż siarczek żelaza, a podwójny siarczek MnS . CaS pozwala na większą koncentracyę siarki w żużlu. Odsiarczanie postępuje według reakcyi: FeS-j-4-Mn = MnS+Fe-p22,6 ciepł. i MnS-}-CaO = MnO-f CaS-15,1 ciepł. Pierwsza jest egzo-, druga endotermiczna. Łącząc obie re-akcye, jak niżej, otrzymamy reakcyę egzotermiczną: 2FeS-|-2Mn-{-

-j-CaO = MnS . CaS-f-MnO-(-2Fe-(-30 ciepł. Reakcya ta dla

swe-

go przebiegu nie wymaga wysokiej temperatury, lecz szybkość jej jest mała i przy słabej koncentracyi nie przebiega do końca. Zupełnego odsiarczania w piecach martenowskich nie można przepro -wadzić, i dlatego surowiec używany do tego procesu nie powinien zawierać siarki więcej niż 0,1$.

Przy procesie skrapowym do rozgrzanego pieca wlewa się surowiec, albo wrzuca się go w stanie stałym i roztapia w piecu. Do roztopionego surowca dodaje się następnie żelaztwa w stosunku 25—50$ całego naboju, zależnie od posiadanych zapasów. Po pewnym czasie żelazo rozpuszcza się w surowcu. Domieszki surowca utleniają się jak przy procesie pudlarskim. Przyczynia się do tego dyfuzya części składowych metalu i żużlu, długotrwałość procesu, zastępująca mieszanie, rdza na żelazie i tlenki żelaza, powstające wskutek działania utleniającego spalin.

Przy procesie z rudą, do pieca z wyprawą zasadową wrzuca się najpierw wapno palone w ilości 5$, następnie możliwie czystą i bogatą w żelazo rudę (magnetyt lub żelaziak czerwony) w ilości 18—25%. Resztę stanowi surowiec płynny. Natychmiast po wlaniu następuje energiczna reakcya: kąpiel metalowa gwałtownie się burzy, ruda się odtlenia i tlenem swoim spala krzem i mangan surowca. Powoli wrzenie ustaje i w dalszym ciągu przebieg procesu jest taki, jak przy stosowaniu żelaztwa. Jeżeli surowiec zawiera dużo fosforu, należy często spuszczać powstający żużel i dodawać wapna lub rudy. Inaczej następuje redukcya fosforanu wapnia w żużlu, i fosfor powraca do żelaza.

Powyżej opisany proces z rudą mało jest rozpowszechniony, i niemal zawsze zachodzi potrzeba dodawania odpadków żelaznych, chociaż w mniejszej ilości, niż przy procesie skrapowym. Stąd powstały różne odmiany procesu z rudą, noszące własne nazwy.

Sposób Bertranda i Thiela polega na tem, że świeżenie odbywa się w dwuch piecach martenowskich, ustawionych jeden nad drugim. W piecu górnym przy stosunkowo niższej temperaturze odbywa się, przy udziale rudy, świeżenie wstępne z domieszek krzemu, manganu i części fosforu i węgla. Na wpół wy-świeżone żelazo spuszcza się do dolnego pieca, gdzie się świeżenie kończy zapomocą skrapu. Zamiast powyższego sposobu stosuje się świeżenie wstępne w ogrzewanym mieszalniku, a ostateczne w zwykłych piecach martenowskich.

Metoda huty Hoesch tem się różni od sposobu Bertranda i Thiela, że proces odbywa się w jednym piecu. Po wstęp-nem świeżeniu żelazo spuszcza się do kadzi, a żużel wylewa się osobno. Następnie półgotowy wyrób wraca do pieca, i proces kończy się dodaniem rudy, wapna i żelaztwa. W ten sposób przerabia się surowiec z zawartością fosforu do 1,8^, która przy wstępnem świeżeniu spada do 0,25%. Żużel otrzymywany posiada tak dużo kwasu fosforowego, iż równie dobrze jak tomasowski może być stosowany jako nawóz do celów rolniczych. Postępowanie to przy przeróbce surowców fosforowych ma tę przewagę nad tomasowskim, że może być stosowane przy każdej zawartości fosforu, gdy tamten wymaga koniecznie znacznej jego ilości.

Sposób Talbota, mający dość duże zastosowanie w Anglii i Ameryce, ma na celu uniknięcie znacznych wahań temperatury w piecu między końcem świeżenia jednego naboju i rozpoczęciem następnego, co oddziaływa szkodliwie na trwałość ścian pieca. Stosuje się do tego przechylny piec martenowski, mieszczący 200—300 tonn metalu. Na początku tygodnia piec taki z odnowioną wyprawą napełnia się płynnym surowcem z dodatkiem rudy i wapna. Otrzymany żużel fosforowy zlewa się przez pochylenie pieca. Po wyświeżeniu spuszcza się do kadzi rozlewni-czej tylko mniej więcej czwarta część stali z odpowiednią ilością środków odtleniających i nawęglających, a na to miejsce dodaje się nowych materyałów surowych. Stal, pozostająca w piecu, zastępuje w tej metodzie żelaztwo. Po pewnym czasie, trwającym mniej więcej 3—4 godziny, znów się zlewa czwarta część wyświeconego materyału i tak trwa do końca tygodnia. Zużycie opału przy sposobie Talbota jest mniejsze, i świeżenie odbywa się szybko. Niedogodnością tej metody jest to, że gruntowna repa-racya wyprawy dokonywać się może tylko raz na tydzień, a również, że dezoksydacya i nawęglanie odbywa się w kadzi rozle-wniczej, a nie w piecu, przez co nie zawsze osiąga się stal jednostajną, pożądanego składu.

Sposób kombinowany, albo podwójny jest połączeniem procesu bessemerowskiego z martenowskim. Ma on zastosowanie przy świeżeniu surowca, zawierającego większe ilości krzemu i fosforu. W gruszce bessemerowskiej wyświeża się surowiec z krzemu, manganu i węgla, a dla usunięcia fosforu przerabia się następnie w piecach martenowskich z wyprawą zasadową przy dodatku rudy i skrapu.

Literatura: Petersen O. Zum heutigen Stande des Herdfrischverfahren. 1910.

Dichman C. Der basische Herdofenprozess. 1910.

Springorum Pr. Experimentalle Untersuchungen des Hoeschprozesses. 1910.

Prowadzenie pieców martenowskich.

Przy prowadzeniu pieców martenowskich rozróżniamy następujące po sobie czynności:

1.    Ładowanie materyałów i ich topienie.

2.    Gotowanie stali do zupełnego wyświeżenia.

3.    Odtlenianie i doprowadzanie stali do pożądanego składu.

4.    Wylewanie stali do form.

5.    Reparacya topniska po każdorazowem opróżnieniu pieca.

Piec nowozbudowany lub gruntownie odnowiony powinien

być dokładnie osuszony i przed ładowaniem rozgrzany do białości. Ogrzewanie odbywa się początkowo zapomocą drzewa i koksu i ostatecznie gazami generatorowymi. Przy puszczaniu gazu do pieca należy zachowywać taką samą ostrożność, jak przy ogrzewaczach Cowpera, ażeby zapobiedz możliwym wybuchom. Gdy piec jest dobrze rozgrzany, przystępują do natapiania trzonu, to znaczy do pokrycia materyału ogniotrwałego, leżącego bezpośrednio na płycie żelaznej, warstwą monolitową z masy trudno-topliwej. Masa ta może być kwaśna lub zasadowa, zależnie od tego, jaki proces ma się prowadzić. Często się używa wyrażenia: proces na kwaśnym albo na zasadowym trzonie. Stosuje się albo spiekanie piasku kwarcowego z niewielkim dodatkiem gliny ogniotrwałej, albo magnezytu z dodatkiem małym żużla marte-nowskiego, dolomitu, zawierającego 3—1% krzemionki, żelaziaka chromowego i t. d. Stapianie takiej masy zachodzi przy tempera-

turze 1600 — 1700° C., poczem otrzymuje się trzon gładki i wytrzymały, pod warstwą płynnego metalu.

fâ

my,

%;

ml

;4;

"• nwâ i

*#>

Ml

r-.

ŸÏ

II

i*.

'1

üys. 57. Maszyna do ładowania żelaza.

ff

Ładowanie materyałów powinno się odbywać z możliwie małą stratą czasu. Dawniejsze wrzucanie surowca w gęsiach jest zastępowane, gdzie tylko można, przez wlewanie surowca płynnego. Ładowanie skrapu odbywa się w korytkach, które po napełnieniu wsuwa się mechanicznie przez okna do pieca i obraca dnem do góry (rys. 57). W ten sposób cała zawartość korytka, t. j. około 1 tonny i więcej, odra-zu wchodzi do pieca. Napełnianie korytek odbywa się zapomocą silnych elektromagnesów, połączonych z suwnicami elektrycznemi. Elektromagnes, kształtu odwró-jRys. 58. Elektromagnes do żelaztwa. conej misy (rys. 58), zabiera że-

laztwo ze stosu i przenosi do miejsca ładowania korytek. W ten sposób oszczędza się na czasie i obsłudze, gdyż ładowanie skrapu w inny sposób wobec różnego kształtu i wielkości kawałków żelaza jest uciążliwe. Odpadki blaszane i wióry od tokarek winny być prasowane, w celu wyzyskania miejsca i zmniejszenia straty żelaza przez spalanie.

Przy gotowaniu stali sposobem martenowskim jak i przy postępowaniu bessemerowskiem, ważną jest rzeczą ustalenie czasu, gdy okres świeżenia się kończy. Określenie tej chwili jest jednak łatwiejsze w procesie martenowskim, gdyż trwa on dłużej, i jest czas do czynienia prób wielokrotnych. Zaczerpnięta stal wylewa się do formy lub wprost na płytę żelazną i po ostudzeniu zgina się i łamie, a z tego, jak się próba przy tern zachowuje i z charakteru złomu, sądzi się o zawartości węgla i manganu w wyrobie. Można tu również kierować się, jak przy sposobie bessemerowskim, wyglądem żużla na powierzchni roztopionego metalu: żużel jasny wskazuje na świeżenie niedostateczne, ciemny, z połyskiem metalowym, wykazuje, że świeżenie posunęło się zadaleko i t. d. Ostatniemi czasy zaczyna być stosowana analiza chemiczna. Wiórki otrzymane maszynowo z próbek poddaje się szybkiej analizie w laboratoryum i rezultaty komunikuje majstrowi przy piecach.

Żelazo wyświeżone poddaje się odtlenieniu przez dodawanie surowca zwierciadlistego, żelazo-krzemu lub glinu, poczem zlewa się do form.

W piecach martenowskich otrzymywać można stal od najmiększej z zawartością węgla 0,03% do bardzo twardej. Również można wyrabiać stal niklową, chromową i inne, dodając po zupeł-nem wyświeżeniu odpowiednie składniki.

Odlewanie stali do form w bloki jest rzeczą tak doniosłą przy procesie martenowskim jak i przy innych, że poświęcamy temu rozdział osobny.

Na rys. 59 podajemy plan, na rys. zaś 60 przekrój współczesnej stalowni martenowskiej. Miejsce środkowe zajmuje 5 pieców, stojących w jednym rzędzie. Dwa z nich są na 30 i trzy na 50 tonn naboju. Przy piecach widzimy żóraw z maszyną do ładowania żelaztwa.

Z jednej strony pieców znajduje się hala odlewnicza z żóra-wiem, na którym jest zawieszona kadź, służąca do zabierania gotowej stali z pieca. Ten sam żóraw służy do dostarczania do pieców płynnego surowca.

Z drugiej strony pieców znajdują się składy materjałów i hala generatorowa. Mieści się w niej 8 generatorów z rusztami obroto-

10

Hutnictwo żelaza.

TT

____gnan ~

3' E

Id

ilfcEzgSiJ

■rtrr—

»!

SsS

IS

-J-l

-JbM

Si*? 7*"

».

CO

fl ki

rai g

iii

rrp-

"ta

fX3Q

, rs. .

i. 7S.

JL—JU......ji................r i,! ^

PU« n/ |

tUnw I|g<Mvnlc>7 Ni. ł

PltPn.i 1

ÊOQ

ii

:-r—

mm

TDJ - ~

Qn ii ii iO gfSP

^wc' Ü^wc'mw|¹

Rys. 59. Plan stalowni martenowskiej.

wymi. Gazy ze wszystkich generatorów łączą się w jednym wspólnym przewodzie, skąd następnie odprowadzone są do poszczególnych pie

w"

0012

la

-33000-

S3^

-73SÛO-

Rys. 60. Przekrój stalowni martenowskiej.

Mm

ców. Mała liczba generatorów tłomaczy się tern, że stosowana jest mieszaninagazów generatorowych z koksowymi i wielkopiecowymi.

Przed kominem znajdują się kotły parowe ogrzewane spalinami, wychodzącemi z regeneratorów. Przy każdym piecu martenowskim są dwa kotły, każdy po 200 w² powierzchni ogrzewalnej.

WL

....

-    . j

■JL WC -    ......."„raj

nu

«il

mm

nTf.Jp'

I'

Ti

iüpstf

àkf. W

i|p :

"B

>..4

;Kiys. 61. Widok stalowni martenowskiej.

Odlewanie stali w bloki.

Rys. 61 przedstawia rząd pieców martenowskich z kanałem odlewniczym, wypełnionym formami do odlewu bloków.

Gotowa stal, o ile nie jest przeznaczona na odlewy, powinna otrzymać kształt ułatwiający dalszą jej przeróbkę zapomocą walcowania lub kucia. Kształt taki nadaje się stali przez wlewanie jej do form wykonanych z surowca lub ze stali, zwanych kokilami. Stal wyjęta z kokili po zastygnięciu nosi nazwę bloków. Bloki bywają różnych wymiarów i ważą od 100 kg do kilku i nawet kilkunastu tonn. Przekrój bloków bywa przeważnie kwadratowy z krawędziami zaokrąglonemi, gdyż jest on najwłaściwszy do walcowania szyn, belek i żelaza handlowego. Do walcowania blachy używają się bloki płaskie o przekroju wydłużonego prostokąta, a na przedmioty kute—okrągłe lub sześciokątne.

Rys. 62 przedstawia kokile różnego rodzaju. Używane są również niekiedy formy składane z dwuch części, lecz przedstawiają one tę niedogodność, że w miejscu połączenia obu połów na bloku powstaje podłużny szew, który nie daje się za walcować, a ścinanie jego jest uciążliwe.

Kokile są z obu stron otwarte, lekko stożkowate, ażeby je łatwo było zdjąć ze stężałego bloka. U góry posiadają uszy żelazne do podnoszenia; często też kokile odlane są z występami, służącymi do uchwycenia przy podnoszeniu. Stosunek wymiaru poprzecznego do wysokości bloka wynosi od 1 : 2,5 do 1 : 3,5. W wysokich i wązkich formach powstają głębsze jamy odlewniane.

Staranny wybór materyału i dokładny odlew kokili jest rzeczą bardzo doniosłą, gdyż zużycie ich znacznie podnosi koszt własny stali. Za materyał do wykonania kokili służy najczęściej surowiec hematytowy z zawartością około 2% krzemu i najwyżej

«WS,

Eys. 62. Formy do bloków.

0,2% manganu. Jedna kokila wytrzymuje średnio 100—200 odlewów. Kokile ze stali martenowskiej lub bessemerowskiej wytrzymują do 700 odlewów, lecz są trudniejsze do odlania i nie znoszą chłodzenia wodą. Dotychczas są one mało stosowane.

Stal nigdy nie wlewa się bezpośrednio do kokili, lecz wpierw do kadzi rozlewniczej (rys. 63), w której mieści się zawartość całego naboju pieca. Kadź wykonana z grubej blachy żelaznej i wyłożona wewnątrz cegłą lub masą ogniotrwałą, umieszczona jest na wozie motorowym, lub zawieszona na żórawiu. Dla łatwiejszego oddzielenia żużla od stali i dla uniknięcia rozlewania jej przy napełnianiu form, kadź się nie przechyla, lecz metal wypuszcza się z niej przez otwór o średnicy 25—40 mm, znajdujący się w dnie i zamykany czopem z masy ogniotrwałej. Czop daje się łatwo podnosić zapomocą dźwigni i drążka, obłożonego ma-teryalem ogniotrwałym. Przed użyciem kadź powinna być dokładnie wysuszona i mocno rozgrzana koksem lub gazem.

Przed wlaniem stali do kokil są one smarowane mieszaniną grafitu i gliny z wodą dla zabezpieczenia od szybkiego zużycia.

Przy użyciu kadzi, umieszczonej na wozie, formy ustawia się w kanale odlewniczym tak, ażeby szczyty ich znajdowały się na poziomie posadzki; przy kadzi wiszącej na żórawiu można je ustawiać na posadzce lub na wózkach, które podwożone są pod kadź.

3-

psa

WS/*

jJgjL.

rh

-fT— —

te

•i'

U!

ST

Rys. 64. Płyta z formami.

Rys. 63. Czop w kadzi rozlewniczej.

W każdym wypadku kokile są ustawiane na płycie żelaznej, wyłożonej masą ogniotrwałą, grupami po 4, 6, 8 i t. d. (rys. 64). Każda grupa ma wspólny wlew a, z którym formy połączone są u dołu przewodami i zapełniają się od spodu ku górze. W ten sposób zapobiega się rozpryskiwaniu stali i utlenieniu kropel na powierzchni, również usuwa się gazy, zbierające się wewnątrz na stężałych ścianach bloków.

Od umiejętnego postępowania przy odlewaniu bloków zależy uniknięcie pęcherzy gazowych i zmniejszenie jamy odlewnianej.

Należy unikać napełniania form stalą przegrzaną. W miarę obniżania temperatury stali podczas przebywania w kadzi rozlewniczej, zmniejsza się ilość rozpuszczonych gazów, które się wydzielają na zewnątrz. Razem z gazami może się wydostać żużel, wypadkowo zawieszony w płynnym metalu.

Proces odtleniania zasługuje na szczególną uwagę nietylko dlatego, że rozkłada tlenek żelazawy, powodujący kruchość stali, lecz również dlatego, że tlenek ten wskutek działania węgla, zawartego w żelazie, może się odtleniać podczas odlewania bloków. Wówczas tworzy się tlenek węgla, będący przyczyną powstawania baniek. Z tego powodu odtlenianie lepiej jest przeprowadzać w piecu, aniżeli w kadzi rozlewniczej. O ile zaś odbywa się ono podczas wypuszczania stali do kadzi zaleca się stosowanie żelazokrzemu lub glinu, zamiast żelazo-manganu, gdyż krzem i glin zapobiegają wydzielaniu się gazów z roztworu.

Wyłoi tni» ^

71

*głd drzewny

___&■**___

11

i—-"-—i :

k4jfitóen*

i

I.-: '■

800_

• ' v§

||

IV-

■ .Y.V-

Rys. 66. Porma z nadstawą.

Ryś. 65. Porma wyłożona u góry masą.'¹

Pomimo wszelkich zabiegów, w górnej części bloka powstają: jama odlewniana, pęcherze gazowe i żużel w mniejszej lub większej ilości; część ta przed walcowaniem powinna być odcięta. W celu zmniejszenia tej straty należy dążyć do utrzymania górnej części bloka jak najdłużej w stanie płynnym. Do tego służą: otulanie ko-kili u góry złym przewodnikiem ciepła, ogrzewanie powierzchni stali, znajdującej się w formie, gazem lub węglem i szybkie chłodzenie dolnej części kokili.

Otulanie górnej części formy złym przewodnikiem uskutecznia się w ten sposób, że kokila posiada u góry zagłębienie walcowate, które wykłada się masą szamotową (rys. 65). Częściej stosuje się inny sposób, polegający na tern, że na formę nakłada się pierścień z materyału ogniotrwałego, stanowiący jej przedłużenie; wysokość pierścienia winna być taka, iżby w niem mieściła się ja-odlewniana (rys. 66). W celu jaknajdłuższego utrzymania powierzchni stali w stanie płynnym bywa ona zasypywana węglem drzewnym, na który może być skierowany dodatkowo strumień po-

ma

£L

.©

“T"'

IL

Rys. 68. Kokile szwedzkie.

Rys. 67. Forma z nadstawą.

wietrzą (rys. 66 i 67). Opóźnione tężenie górnej części bloka przyczynia się do nagromadzenia w niej domieszek, obniżających punkt topliwości stali, która pozostaje wskutek tego najdłużej w stanie płynnym. Do takich domieszek należą połączenia żelaza z fosforem i siarką. Po odcięciu górnej części bloku, mieszczącej się w nadstawce, tak zwanej głowy bloku, reszta, stanowiąca ⁹/₁₀ metalu, zawiera już mało szkodliwych domieszek. Przy ogrzewaniu powierzchni stali w kokili strata może się zmniejszyć do 1%.

W celu szybszego chłodzenia od dołu stosuje się tak zwane kokile szwedzkie, szersze u góry niż u dołu. Prócz wolniejszego

ostygama górnej części z powodu większego jej przekroju, blok odlany w takiej formie, ostygając i kurcząc się, osuwa się na dół własnym ciężarem i zawsze dotyka ścian formy, gdy w zwyczajnych formach powstaje między blokiem i ściankami warstwa powietrza, która czyni po wolniej szem dalsze chłodzenie.

IfS

/]

•1

-*■ 20001

ii

ji

WOO—3

. E:

Ii

LL

!1

Dlsi

700

;°V i

11

Stosowanie form, rozszerzających się do góry, jest skutecznym środkiem zapobiegawczym przeciwko tworzeniu się głębokich jam odlewnianych, lecz wymaga spe-cyalnych urządzeń dla wyjmowania bloków z kokili. Na rys. 68 widzimy takie formy na wózku. Lewa para przedstawia ustawienie ich przed napełnieniem stalą. W dnie każdej kokili jest otwór, zamknięty czopem, dolna część którego wchodzi w zagłębienie, umyślnie wykonane w płycie. Po wylaniu stali do formy, ta ostatnia, uchwycona za uszy kleszczami specyal-nego wyciągacza podnosi się do góry, a wózek posuwa się tak, ażeby forma opuszczona ponownie stanęła obok zagłębienia w płycie i czop wypychał odlany blok z formy do góry, jak widzimy to na drugiej parze form z prawej strony rys. 68. Osobny żó-raw chwyta obnażony koniec bloka i przenosi go do miejsca przeznaczenia.

itlr

-2020

70

W tym wypadku zapełnianie form stalą odbywa się z góry.

Rys. 69. Prasa Harmeta.

Poddając blok silnemu ciśnieniu, w czasie krzepnięcia, otrzymać można ścisły materyał stalowy i nie dopuścić do powstawania jamy odlewnianej i pęcherzy. Jest to sposób Harmeta. Stal wlewa się do formy silnie obandażowanej pierścieniami żelaznymi, i skoro metal na górnej i dolnej powierzchni stężeje, formę przenosi się pod prasę, wywierającą znaczne ciśnienie (około 1500 tonn) z dołu i z góry. Czas i siła ciśnienia zależą od rodzaju stali. W miarę kurczenia się stali przy tężeniu, tłoki ściskające blok skracają go, i jama powstać nie może. Wielkie ciśnienie nie po-

zwala również na wydzielanie się gazów z płynnego metalu. Sposób ten jest bardzo kosztowny i stosuje się tylko do bloków wielkich, przeznaczonych na najbardziej odpowiedzialne wyroby. Prasę Harmeta przedstawia rys. 69.

Sposób Goldschmidta polega na tem, iż po wypełnieniu form, do płynnej jeszcze stali zanurza się ładunek termitu w ilości mniej więcej 0,7 kg na tonnę stali. Termit jest mieszaniną tlenku żelaza z proszkiem glinu. Gorąca stal, nagrzewając termit, wywołuje gwałtowną reakcyę: Fe₂0₃-j-2Al = 2Fe-|-Al₂03, dającą olbrzymią ilość ciepła, co znacznie podnosi temperaturę i jednocześnie, mieszając całą zawartość w formie, sprzyja wydzielaniu się gazów. Po ukończeniu reakcyi formy nie są pełne, i powinno się dolać odpowiednią ilość stali. Otrzymuje się bloki z mniejszą jamą usadową i bardziej jednorodne.

Talbot podgrzewa bloki stalowe, natychmiast po wyjęciu z form, w pionowych jamach grzewczych (patrz str. 203) i walcuje je na bałwankę wówczas, gdy wewnątrz bloka stal znajduje się jeszcze w stanie płynnym. Otrzymywana bałwanka ma być całkowicie pozbawiona śladów jamy usadowej i bardzo jednorodna, gdyż podczas walcowania płynna część z wydzielinami likwacyjnemi miesza się z kryształami żelaza skrzepniętego. Przestrzenie wypełnione przez gazy znikają wskutek ponownego rozpuszczania się gazów w metalu pod wpływem silnego ciśnienia. Sposób, zbliżony do powyższego, stosuje się z dobrym skutkiem na południu Rosyi w hucie Kamienskoje przy walcowaniu szyn kolejowych.

Mieszalnik.

Przy wszelkich sposobach świeżenia jest rzeczą pożądaną, aby materyał przerabiany był jednostajny. Warunek ten szczególnie jest ważny przy świeżeniu surowca płynnego, otrzymywanego wprost z wielkiego pieca, gdy brak czasu nie pozwala na dokonanie analizy chemicznej.

W celu ujednostajnienia składu chemicznego surowca, otrzymywanego z kilku pieców, lub z jednego, w pewnych odstępach czasu, zaczęto stosować mieszalniki, czyli zbiorniki, w których znaczna ilość surowca może pozostawać przez czas dłuższy w stanie płynnym; dolewany zaś w miarę czerpania surowiec odmiennego składu mało wpływa na skład chemiczny całej zawartości

zbiornika. Wskutek dyfuzyi różne warstwy surowca, pozostając pewien czas w mieszalniku, dochodzą do składu jednakowego.

Wkrótce zauważono, że w mieszalnikach zachodzi częściowe odsiarczanie surowca, które występuje szczególnie wyraźnie wówczas, gdy surowiec zawiera w sobie mangan i kiedy zbiornik ulega wstrząśnieniom. Tłomaczy się to zjawisko tern, iż zawarty w surowcu siarczek żelaza wstępuje w reakcyę z manganem: FeS-f--j-Mn = MnS~|-Fe, a otrzymany siarczek manganu, mniej rozpuszczalny w żelazie niż siarczek żelaza, wypływa na powierzchnię. W ten sposób można usunąć prawie połowę zawartej w su-

iOSCO-

5600

v/so

i    «ssą

î—    ____

Bok otworu wylewowego

Bok otworu Nawiewowego

-r

il

i ¹ I

r j+do wlewania |

1— |--H-

do wylewania j

ris

\\

i____

ïü.

.'7

"8

i¹

V/

6100-

vmm.

MIS

6300

6300

Rys. 70. Mieszalnik cylindryczny.

rowcu siarki. Im dłużej pozostaje surowiec w mieszalniku, tern więcej się odsiarcza. Powstający siarczek manganu rozpuszcza się w żużlu, pokrywającym powierzchnię surowca. Żużel ten dostaje się do mieszalnika częściowo wraz z surowcem oraz powstaje przez utlenienie krzemu i z krzemionki wyprawy. Siarczek manganu rozpuszcza się dobrze tylko w krzemionce manganu. Przy małej zawartości manganu żużel składa się przeważnie z krzemianu żelaza, na który siarczek manganu działa według reakcyi: MnS-j-FeSi03=MnSi0₃-(-FeS, i siarczek żelaza wraca z powrotem do surowca. Stąd wynika niezbędny do odsiarczania warunek, ażeby manganu w surowcu wystarczało nietylko na utworzenie siarczku manganu, lecz i na nasycenie tlenkiem manganawym obecnej w żużlu krzemionki. Wyprawa zasadowa w mieszalniku

pozwala na łatwiejsze odsiarczanie surowca nawet z małą zawartością manganu.

Obecnie większe znaczenie mają mieszalniki, jako przyrządy odsiarczające, aniżeli jako zbiorniki do ujednostajnienia składu chemicznego surowca. Niemal wszystkie huty współczesne są zaopatrzone w to urządzenie, stanowiące niezbędne ogniwo między wiel-kiemi piecami i stalownią bądź martenowską, bądź bessemerowską.

Dawniejsze mieszalniki, bez względu na ich pojemność, były to zwyczajne kadzie żelazne, wyłożone materyałem ogniotrwałym, do których stale wlewano surowiec z wielkich pieców i w miarę

-iadÊ^T

"f|

Sf3t|g|

(.

■M

i\

......"

Rys. 71. Mieszalnik płaskoogniskowy.

potrzeby zabierano go częściowo do pieców martenowskich lub do konwertorów bessemerowskich. Przez dolewanie w pewnych odstępach czasu gorącego surowca oraz wskutek wielkiej masy jego w zbiorniku możemy utrzymać metal w stanie płynnym w ciągu kilkunastu godzin.

Ponieważ jednak surowiec, przebywający dłuższy czas w zbiorniku, mógłby zastygnąć, zaczęto więc budować mieszalniki ogrzewane. Są one różnych typów i różnej pojemności. Rys. 70 przedstawia mieszalnik cylindryczny na 1200 tonn surowca. Jest on ogrzewany gazami, podobnie jak piece martenowskie. Zamiast gazu generatorowego mogą być stosowane gazy wielkopiecowe. Do napełniania i wylewania surowca służą otwory, znajdujące się z dwuch stron przeciwległych. Do obracania o pewien kąt, czyli do nachylania mieszalnika służy silnik hydrauliczny lub elektryczny.

W ostatnich czasach, wobec zastosowania mieszalników do świeżenia wstępnego, kształt ich nległ zmianie. Zamiast mieszalników cylindrycznych budowane są tak zwane płaskoogniskowe, w których otrzymuje się wielka powierzchnia kąpieli metalowej przy niedużej głębokości. Pojemność mieszalników płaskoognisko-wych jest znacznie mniejsza niż cylindrycznych, średnio nie przekracza 200 tonn, gdyż długość ich wypada zbyt wielka (12 m). Mieszalniki płaskoogniskowe mają tę jednak przewagę nad cylindrycznymi, że odsiarczanie w nich staje się zupełniejsze i że pozwala na częściowe świeżenie surowca z innych domieszek. Łatwo utleniający się mangan działa na siarczek żelaza według reakcyi: MnO-j-FeS = FeO-[-MnS. Siarczek manganu wypływa na powierzchnię i tu częściowo się spala na S0₂ i Mn₃0₄, częściowo zaś przechodzi do żużla. Dowodzi tego duszący zapach S0₂ dokoła mieszalnika czynnego i analiza żużla, w którym zawartość MnS dochodzi do 15$.

Płaskoogniskowe mieszalniki zwykle mało się różnią kon-strukcyą od przechylnych pieców martenowskich, jak to widzimy na rys. 71.    ___

Literatura: Simmersbach O. Roheisenmischer uud ihre Anwendung im Eisenhüttenbetriebe. 1912.

Blum L. Theorie der Entschwefelungsvorgänge im Roheisenmischer. 1916.

Bilans pieca martenowskiego.

Bilans ten sporządza się w sposób podobny do tego, jaki był podany przy bilansie wielkopiecowym. Na bilans materyałów składają się pozycye następujące:

W rozchodzie.

W przychodzie.

1000 kg

Razem S kg

Stal . •    ......

Żużel........

Spaliny z parą wodną . g

Razem S kg

Mając ilość i analizę spalonego węgla, a również skład otrzymanego gazu generatorowego, łatwo obliczyć ilość gazu otrzymanego. w generatorze. Niech analiza średnia gazów wykazuje objętościowo:

C0₂    CO    CH₄    C₂H₂    0₂ H₂

5,93    22,65    2,7    0,42    0,02    12,58    55,7 $

N₂

Pierwiastku węglowego w 1 w³ gazu mamy: (0,0593-[-0,2265+0,027+2 X 0,0042) 12 _

22,4

0,172 kg.

Jeżeli obliczenie wykazało, iż na 1000 kg otrzymanej stali wydatek węgla wynosił 227 kg i w węglu kamiennym pierwiastka węglowego było 75$, wówczas w gazach na 1000 kg stali mamy 227X75 100

stali wyniesie

= 170 kg C. Ilość więc gazu generatorowego na tonnę r=992 m³, w tern azotu 553,5 m³.

170

0,172

Waga gazu może być obliczona według ciężarów właściwych gazów poszczególnych, w skład jego wchodzących. W danym wypadku 1 w³ gazu generatorowego waży 1,135 kg.

Skład spalin z pieca martenowskiego, a mianowicie zwiększona ilość azotu w porównaniu z zawartą w gazie generatorowym pozwoli nam obliczyć ilość powietrza doprowadzonego do pieca. Obliczmy naprzykład ilość spalin, których skład stanowi: 11,36$ C0₂, 8,42$ 0₂ i 80,22$ N₂. Do kwasu węglowego, który powstał ze spalania gazów, dochodzi C0₂ z topników i ze świeżenia surowca, który należy odjąć, ażeby otrzymać tę samą zawartość C, jaka była w gazach na 1000 kg stali. Jeżeli te dodatkowe ilości wynoszą

1,36$, to pozostaje 10% C0₂.

Ilość spalin otrzymamy w sposób jak wyżej: 0,10X12

170 :

22,4

3200 m³.

W tern objętość azotu wynosi 2566 w³. Ponieważ w gazie generatorowym mieliśmy azotu na 1 tonnę stali 553,5 m³, więc przy-

2012,5X100

2556 m³ powie-

było 2012,5 m³ które odpowiadają

trza. Ciężar kg powietrza wynosi 1,291 m³.

Ilości materyałów stałych i płynnych otrzymuje się bezpośrednio zapomocą ważenia. Podczas okresu badania prowadzą się pomiary temperatur i analizy gazów generatorowych, spalin, stali i żużli wypuszczonych z pieca. Analiza materyałów i produktów pozwoli

73

t-H

lO

05

na ułożenie szczegółowego bilansu materyałów, niezbędnego dla prawidłowego sporządzenia bilansu cieplnego.

W bilansie cieplnym na przychód składają się pozycye na

stępujące:

1.    Spalanie gazu.

2.    Ciepło gazu generatorowego, który przychodzi do regeneratora mając temperaturę 550 — 600° C.

3.    Ciepło roztopionego surowca, o ile nabój zadaje się w stanie płynnym.

4. Reakcye egzotermiczne, zachodzące przy świeżeniu surowca, a więc przedewszystkiem ciepło powstające przy spalaniu Si, Mn, P i C, zawartych w surowcu. Również spalanie żelaza.

Ważną reakcyę egzotermiczną przy procesie zasadowym jest powstawanie fosforanu wapnia 3CaO. P₂ 0₅, a mianowicie 1 kg P zawarty w żużlu dostarcza 2592 cpł.

W rozchodzie mamy pozycye następujące:

1.    Ciepło stali i żużli, wypuszczonych z pieca.

2.    Reakcye endotermiczne, zachodzące w kąpieli metalowej, a więc odtlenienie tlenków żelaza w rudzie, rozkład wilgoci w doprowadzonych materyałach i rozkład wapienia.

3.    Ciepło unoszone przez spaliny.

Ciepło otrzymane przez spalanie gazu oblicza się z analizy gazu i wartości opałowej gazów palnych w skład jego wchodzących. Przy składzie gazu podanym wyżej, przyjmując: wartość opałową 1 W3 CO—3045 cpł., CH₄ — 8589, C₂ H₂ —14241 i H₂ —2580 cpł. otrzymamy wartość opałową gazu

=1305 c./m³

W—

22,65X3045+2,7X8589+0,42X14241+12,58X2580

100

Ciepło jawne gazu łatwo obliczyć, znając ilość jego, temperaturę i ciepło właściwe (w przybliżeniu 0,33/m³). W podobny sposób oblicza się ciepło surowca, przyjmując ciepło właściwe 0,18/kg.

Ciepło reakcyi egzotermicznych oblicza się według bilansu materyałów: różnica zawartości C, P i t. d. w surowcu i stali daje ilość pierwiastków spalonych przy świeżeniu. Ciepło otrzymywane przy spalaniu tych ciał było podane na str. 121.

Pozycye rozchodowe obliczamy w podobny sposób, przyjmując ciepło właściwe stali 0,167, temperaturę 1600° C., ciepło topienia 68 cpł.

Ciepło właściwe żużla 0,27; temperatura żużla wypuszczonego w pierwszym okresie 1350° C., spuszczonego wraz ze stalą 1600° C., ciepło topienia 50 ciepłostek.

Ciepło zużyte na redukcję rudy, na wyparowanie wilgoci, również ciepło unoszone przez spaliny oblicza się jak przy bilansie wielkiego pieca.

Różnica w pozycyach dochodu i rozchodu daje nam straty, poniesione przez promieniowanie i ochładzanie ścian pieca powietrzem.

Niżej podany jest bilans pieca martenowskiego na 60 tonn naboju, pracującego w warunkach mniej więcej normalnych, sprowadzony do 1 kg otrzymanej stali.

Przychód ciepła

ciepł.

Rozchód ciepła

ciepł. %

Spalanie gazu.....

Ciepło gazu.....

Reakcye egzotermiczne . Płynny surowiec ...

1295

70,0

231

191

132

12,5

10,3

7,2

Roztopiona stal i żużel Reakcye endotermiczne Spaliny z regenerator. . Straty.......

381,0 j 20,6 153,0 ¹ 8,3

801.5    ! 43,3

514.5    27,8

|| 1849    100

|| 1849 | 100

Tylko pierwsze dwie pozycye rozchodu, wynoszące razem 28,9# stanowią wydatek użyteczny. Ta liczba wyraża sprawność czyli skutek użyteczny pieca.

Stal tyglowa.

Rafinowanie czyli ulepszanie żelaza kowalnego przez przetapianie go w specyalnych naczyniach zwanych tyglami wynalazł angielski zegarmistrz Huntsman z Sheffieldu w r. 1730. Rafinowanie odbywało się początkowo w małych ilościach, dopóki Alfred Krupp w w. XIX nie wprowadził odlewania wielkich bloków przez zlewanie zawartości wielu tygli do jednej formy.

Obecnie proces tyglowy stosowany jest do wyrobu luf działowych, broni siecznej i najlepszych gatunków stali narzędziowej.

Początkowo przetapiano w tyglach twarde żelazo węgliste, według dawnej nomenklatury zwane stalą. Za materyał służyło żelazo fryszerskie, pudlarskie lub stal cementowa, które po przetopieniu dawały produkt bardziej jednolity, a więc lepszego gatunku. Obecnie używa się również stal bessemerowska lub marte-nowska, wolna od szkodliwych domieszek. Przy wyrobie specyalnych gatunków można dodawać różne składniki, nadające stali cenne bardzo właściwości. Takiemi składnikami są: nikiel, chrom, wolfram, mangan i t. d.

Tygle wyrabiają się z masy szamotowej z domieszką grafitu, koksu lub węgla drzewnego. Często grafit tworzy główną część składową (do 75%), a glina stanowi spoiwo. Cenną domieszką jest czysta glinka A1₂0₃ lub tłuczona porcelana. Od składu tygli, który bywa bardzo rozmaity, zależy w wysokim stopniu dobroć otrzymywanej stali, gdyż przy procesie tyglowym odbywa się nie tylko przetapianie żelaza, lecz również zachodzą reakcye chemiczne między składnikami stali i materyałem tygli. Naprz. węgiel tygla na węgla żelazo; mangan działa na krzemionkę w tyglu podługreakcyi 2Mn-(-Si0₂—2MnO-f--j- Si; krzem zaś wchodząc w skład stali zapobiega powstawaniu baniek gazowych; powietrze zawarte w porach tygli działa utleniająco na domieszki, dlatego też ważne znaczenie ma porowatość ścianek. Wogóle jest tu jeszcze wiele zjawisk teoretycznie niewyjaśnionych i wskutek tego skład tygli jest we wszystkich hutach zazdrośnie strzeżony, również jak proporcye przetapianych materyałów.

I!

Rys. 72. Tygiel.

Tygle o pojemności 30 — 40 kg stali mają kształt przedstawiony na rys. 72. Prasują się one najczęściej maszynowo w formach żelaznych lub mosiężnych. Przed użyciem są one powoli i długo suszone i w końcu wypalane. Dla ochrony stali od działania gazów posiadają tygle nakrywki, w których znajdują się otwory do badania zawartości, podczas procesu, zapomocą wprowadzania sztaby żelaznej.

Tygle mogą być używane kilkakrotnie, lecz wobec możliwości straty cennego materyału wskutek pęknięcia tygla, coraz częściej przyjmuje się zasada używania każdorazowo nowych tygli. Przypuszczać należy, że tygle po dłuższem przebywaniu w ogniu zmieniają swój skład wskutek wypalania węgla, stają się bardziej porowate i stal jest innego gatunku, niż otrzymywana z tygli nowych. Raz użyte tygle służą za materyał częściowy do wyrobu nowych.

Piece stosowane przy procesie tyglowym są to najczęściej piece Siemensa z regeneracyą gazów, lecz spotykają się również dawniejsze, typu specyalnego, jak wskazany na rys. 73. Jest to ognisko z silnym ciągiem naturalnym przy zastosowaniu komina. Ognisko a, wysokości jednego metra, jest połączone czopuchem z kominem b.

11

Hutnictwo żelaza.

Na płaskim ruszcie umieszcza się jeden do czterech tygli, a niekiedy i więcej. Ognisko jest zamknięte u góry pokrywą c na po-

US

..

Él

fl

cn|

fc

C?1

ii

Bys. 73.

Ognisko z ciągiem kominowym.

Przekrój 3-4

c|

ts

cH!J,

II

_____

E»

Gaz T^rowietrze^

v<i.ï

l-1

:rój

”0--

Przek

•v ■

HI

I

ą..

•m

>*JJ9)Ä0d-

il

—g.----1

' r**u

Witî

!!!!!!!

Poziom posadzki

^Powietrztt^l

Bys. 74. Piec Siemensa do tygli.

ziomie posadzki stalowni. Przejście d pod sklepieniem, wspólne dla szeregu pieców, służy do czyszczenia rusztów, jak również,

na

<łla ułatwienia podnoszenia tygli. Tygle z materyałem ustawia się ruszcie i wolną przestrzeń napełnia koksem, który następnie do-

godzina. Gotowanie stali trwa 3 — 4

sypuje się mniej więcej co godzin. Na 100 kg stali zużywa się 400 kg koksu lub antracytu.

za-

Przy odlewaniu dużych bloków lub dział armatnich wartość wielu tygli, znajdujących się w szeregu pieców, wlewa się do jednej formy, co wymaga dużej sprawności robotników, ażeby donoszenie stali w tyglach do form odbywało się bez

żadnej przerwy.

/T\

ÄS§|

if

■si

r • saa ». Ht¹. f.

aft

P Kom. raj-..

Ii

K pm. powietrz. ÉfxKom. powietTztf.

; a}., fil n„ 3

{h U£I 'tu D!,r\{ź

'//A'////////////////////.

-*4

Przekrój Q - tj

-a*Ł-

»

jIŁ

^i

\Tÿ łtys. 75.

Piec Siemensa do tygli, bez przedziałów; okna wsadowe z boku.

Rys. 74 przedstawia piec Siemensa w zastosowaniu do procesu tyglowego. W każdym z czterech przedziałów znaj-

duje się po 6 tygli. Ładowanie i wyjmowanie tygli odbywa się przez otwór, znajdujący się w sklepieniu na poziomie posadzki, zamknięty płytą szamotową. Cały piec znajduje się pod poziomem. W dnie każdego przedziału znajduje się otwór, zamknięty pokrywką. W razie pęknięcia tygla otwór ten się przebija, i stal z żużlem spływa do wózka, znajdującego się w kanale pod spodem pieca. W tych piecach zużywa się 150 — 200 kg węgla kamiennego na 100 kg stali. Inny typ pieca przedstawia rys. 75. Na jednym trzonie mieści się sto tygli.

Stal tyglowa jest względnie drogim produktem z powodu znacznego wydatku na paliwo i zużycie tygli. Pozatem proces ten wymaga licznego zastępu zręcznych robotników. Nowe piece elektryczne, o których mowa niżej, mogą tańszym kosztem dostarczać materyału równie doborowego.

Stal elektryczna.    <

W końcu wieku ubiegłego powstał pomysł zastosowania prądu elektrycznego do wytwarzania ciepła w piecach hutniczych. Zaczęto budować piece różnych typów do otrzymywania surowca i stali wprost z rudy, do wyrobu stali z surowca i do rafinowania stali. Sposób elektrotermiczny tworzy obecnie nowy dział hutnictwa, zwany elektrometalurgią.

W krajach, które nie posiadają węgla koksującego się, lecz obfitują w bogate pokłady dobrej rudy i wielkie spadki wodne, pozwalające na tanie wytwarzanie ogromnej ilości energii elektrycznej, jak naprzykład w Szwecyi, próby wytapiania surowca stosują się na wielką skalę z dość dobrymi wynikami. Wszakże korzystnego zastosowania tego sposobu poza krajami, wyjątkowo od natury uposażonymi, w blizkiej przyszłości spodziewać się nie można.

Otrzymywanie stali elektrycznej z surowca również tylko w wypadkach wyjątkowych opłacać się może.

Natomiast piece elektryczne w zastosowaniu do otrzymywania wyższych gatunków stali z żelaza kowalnego bessemerow-skiego lub martenowskiego, mają wielką przed sobą przyszłość. W tym wypadku nawet prąd elektryczny, otrzymywany kosztem /spalania węgla kamiennego nie jest tak drogi, ażeby sposób ten, wobec jakości otrzymywanego wyrobu, nie mógł się opłacać. W Niemczech produkcya stali elektrycznej już obecnie dorównywa produkcyi stali tyglowej. W r. 1913 postawiono w Sosnowcu

Poniższa tablica podaje zażycie energii, potrzebnej do wytwarzania 1 tonny:

pierwszy piec elektryczny do rafinowania stali, którego wyniki okazały się tak korzystne, że projektowaną była budowa kilku innych pieców elektrycznych.

Surowca z rudy przy dod. 300 kg węgla drz. 2000 KW-godzin

Stali z rudy .... Stali z surowca zimnego

3000    „    „

1500

„    „    roztopionego . . 1000 — 1200

„    „    zimnego i obcin

.    .    900 — 1300

ków żelaznych .

Stali z surowca roztopionego i obcinków żelaznych ....    600 — 1000

Stali z obcinków żelaznych .    .    800 — 900

„ rafinowanej z roztopionej stali martenowskiej ....    200 — 300

Utrzymywanie surowca w stanie

.    . 50

roztopionym w mieszalniku .    .

Liczby powyższe, naturalnie, są tylko przybliżone, zależą bowiem od rodzaju materyałów przerabianych i dobroci otrzymywanego produktu, jak również od sprawności stosowanych pieców elektrycznych.

Otrzymywanie ciepła z prądu elektrycznego odbywać się może sposobem dwojakim: przez promieniowanie z łuków elektrycznych, które się tworzą między elektrodami w topnisku, albo też wskutek oporu, jaki napotyka prąd płynący przez materyał. Obydwa sposoby mogą być stosowane jednocześnie. Prąd może przepływać przez materyał bezpośrednio ze stacyi, lub też może być wzbudzany przez indukcyę.

Według prawa Joule’a, ilość ciepła, wytwarzanego przez prąd elektryczny, jest w stosunku prostym do kwadratu^ siły. prądu i, oporu przewodnika r i czasu t, czyli Q=C i²r t, gdzie C oznacza pewną wielkość stałą, zależną od stosowanych jednostek miar. Oznaczając siłę prądu w amperach, opór elektryczny w omach i czas w sekunkach, otrzymamy Q — 0,24 i²r t ciepł. gramowych. Ponieważ napięcie prądu w woltach e = ir, więc również Q—0,24 eit ciepł. gr. Iloczyn amperów przez wolty jest miarą energii w wattach, więc otrzymujemy jeszcze Q = 0,24 W t ciepł. gr., skąd wynika, iż na godzinę jeden watt daje 861 ciepł. gr., a 1 K W-godzina daje tyleż ciepłostek kilogramowych, o ile cała energia elektryczna zostaje zamieniona na

energię cieplną. Ponieważ ilość ciepła otrzymywanego z energii elektrycznej, jest w stosunku prostym do liczby amperów w potędze drugiej, a zapomocą transformatora możemy mieć tę samą energię o większej sile kosztem napięcia, przeto wskazanem jest stosować w piecach elektrycznych małe napięcie przy wielkiej sile prądu.

Pierwszy piec elektryczny Stassano (rys. 76) powstał w r. 1898. Przez ściany boczne wprowadzone są dwie, lub przy prądzie trójfazowym trzy elektrody węglowe, wytwarzające między sobą łuki

ml Im

Si

liii

ijfi

i ' F ~a.;

..j

il

lIBIlIlllBilllBllli?

Rys. 76. Piec Stassano.

elektryczne. Ciepło łuków udziela się ścianom pieca i bezpośrednio żelazu przez promieniowanie. Prąd ma napięcie 105—110 woltów przy 1000 — 1100 amperach. Elektrody mają długość początkową 1,5 m i przekrój 50 cm². Wyprawa ścian i sklepienia ' zrobiona jest z masy magnezytowej lub dolomitowej. W celu zabezpieczenia pieca od straty ciepła, między warstwami cegły, znajduje się bardzo cienka warstwa powietrza. Głazy powstające podczas

procesu, mają ujście przez otwór w sklepieniu. Budują się przeważnie piece, obliczone na nabój jednotonnowy. Koszta budowy takiego pieca wynoszą 35 tys. marek. Przerabiają się obcinki żelazne na stal narzędziową, przyczem zużycie prądu na 1 tonnę wynosi 800 do 1000 KW-godzin. Koszta zużytych elektrod wynoszą 2,5 mk, a wyprawy około 10 marek na tonnę. Dla lepszego mieszania naboju i wylewania stali budują się piece przechylne, albo też cały piec może być wprawiany w ruch obrotowy dokoła osi nieco odchylonej od pionu.

Piec Héroulfa (r. 1900) posiada dwie lub trzy elektrody węglowe, wprowadzone przez sklepienie (rys. 77). Łuki tworzą się na powierzchni kąpieli metalowej, i ogrzewanie następuje przeważnie ciepłem tych łuków pod elektrodami. Po powstaniu żużla

MÜP

<ĘĘ

■IŁ

u—

lii

>!

;i

r⁷

Kys. 77. Piec Héroult’a.

na powierzchni żelaza, elektrody są zanurzone w^warstwie żużla, lecz nie dotykają żelaza. Prąd przechodząc przez masę roztopionego żużla, o stosunkowo znacznym oporze, utrzymuje w nim wysoką temperaturę, która się udziela następnie żelazu. Warstwa żużla między elektrodami i żelazem chroni to ostatnie od na-węglania. Piec daje się przechylać w celu wylewania żużla i stali przez otwór spustowy. Wielkość pieców bywa rozmaita; mieszczą one w sobie naboje od 1 do 15 tonn. Przy piecach małych stosują prąd zmienny, jednofazowy, przy większych — trójfazowy. Koszta budowy pieca 5-o tonnowego wynoszą 50 tys. marek. Siła prądu wynosi 4000 amperów, napięcie 110 woltów. Przy rafinowaniu roztopionej stali bessemerowskiej wystarcza 200 KW-godzin na 1 tonnę, przy obcinkach zimnych zużywa się ilość energii podwójna. Przerabia się 12 nabojów na dobę.

Piec Girod¹ a (r. 1906) ma jedną lub kilka elektrod węglo-wycb, przechodzących przez sklepienie i kilka elektrod z żelaza miękkiego w trzonie pieca (rys. 78); Prąd tworzy łuki elektryczne między elektrodami węglowemi i nabojem, a na-">'7F1 stępnie płynie przez materyał iHp roztopiony do elektrod żelaz-! nych. Łuki elektryczne ogrze-wają i topią żużel na powierzchni i prócz tego wytwarza się ciepło przez opór, jaki prąd napotyka w materyale. Piece Grirod’a budowane są na małe naboje około 2,5 tonn, lub większe 10—1.2 tonn. Koszta budowy małych pieców wynoszą około 15 tys., a dużych 30 tys. franków. Zużycie energii elektrycznej i elektrod jest mniej więcej takie same, jak w piecachHéroult’a.

ira

Rys. 78. Piec Girod’a.

ltoo-itćo

IOOC-ÏOOO Amft- '

2CC!>-trOOO A~yx

W®

UffYdt

tooo

IntO-UlOO

11000 Ą~r

Ijao-łcoo Am#

Rys. 79. Piec Nathusiusa.

Piec Nathusiusa (rys. 79) jest odmianą pieca Girod’a. Posiada trzy elektrody węglowe, wchodzące przez sklepienie, i trzy żelazne w trzonie. Te ostatnie nie występują z masy ogniotrwałej

i wskutek tego nie ulegają zużyciu. Prąd trójfazowy wytwarza trzy łuki pod elektrodami węglowemi i ogrzewa silnie żużel nad kąpielą metalową. Pozatem prąd krąży od elektrod węglowych do żelaznych i wytwarza ciepło wskutek oporu, jaki spotyka w materyale ogniotrwałym. W piecach Nathusiusa zużycie elektrod jest o 20$ mniejsze, niż w innych piecach łukowych, gdyż znaczna ilość ciepła powstaje przez opór elektryczny. Z tego powodu sklepienie w tym piecu powinno wytrzymywać dłużej. Na długotrwałość sklepienia wywiera wpływ również sposób doprowadzania prądu. W piecach Nathusiusa, jak i Girod’a, prąd płynie tylko od elektrod górnych do dolnych i łuki elektryczne wyciągają się pionowo, wówczas, gdy w piecach Héroult’a, nie mających elektrod dolnych, łuki rozchodzą się po powierzchni kąpieli i mocniej promieniują ciepło ku sklepieniu.

Piec Nathusiusa w Sosnowcu był obliczony na 5 tonn. Na bój stanowią obcinki rur z żelaza kowalnego z dodatkiem 10—12% surowca martenowskiego. Ładowanie odbywa się przez otwory w sklepieniu, przy kolej nem wyjmowaniu elektrod. Ładować przez okna nie można, topienie bowiem metalu odbywa się tylko pod elektrodami, i cała przestrzeń, przed oknami pozostawała by w tym wypadku zadługo wypełniona zimnym materyałem. Do każdego naboju dodaje się 120 kg wapna palonego. Otrzymuje się specyalny gatunek stali do celów wojennych z różną zawartością niklu, chromu i wanadu. Na dobę można przerabiać 8 naboje. Strata żelaza wynosi 3$. Na 1 tonnę zużywa się 800 KW-godzin energii elektrycznej. Stosuje się prąd zmienny o napięciu 95 woltów. Zużycie elektrod stanowi 12 kg na 1 tonnę gotowej stali. Trzon i ściany pieca wyprawiają się masą dolomitową, w której za spoiwo służy smoła bezwodna. Sklepienie buduje się z cegły szamotowej; wytrzymuje ono 35—70 przetapiań. Przy zmianie sklepienia należało odnawiać ściany. Trzon pieca w ciągu 16-u miesięcy reparacyi nie wymagał.

Materyał na elektrody powinien posiadać jaknajwiększą odporność na temperaturę. Takim jest węgiel, dający łuk elektryczny o temperaturze powyżej 3000° C. Elektrody węglowe wyrabiają się z węgla drzewnego, koksu i grafitu przez prasowanie. Grafitowe są najlepsze, lecz zarazem najdroższe. Zużycie elektrod stanowi poważną pozycyę kosztów własnych, więc: od materyału, umiejętnego wyrobu i wymiarów elektrod, zależą w wysokim stop-

niu korzystne wyniki procesu w piecach elektrycznych. Zużycie elektrod odbywa się wskutek ulatniania węgla w łuku elektrycznym i przez utlenianie rozżarzonego węgla. Pozatem może nastąpić uszkodzenie elektrod przez nieumiejętne obchodzenie się i przez pękanie pod wpływem wysokiej temperatury, co często się zdarza przy materyale niejednorodnym.

Elektrody węglowe są złymi przewodnikami, więc powinny posiadać duże przekroje. Przy podnoszeniu temperatury zwiększa się przewodnictwo elektryczne węgla, lecz jednocześnie i przewodnictwo ciepła. Otrzymujemy więc w elektrodach dwojaką stratę ciepła: na ogrzewanie elektrod i przez przewodnictwo niemi ciepła na zewnątrz pieca. Strata ogólna ciepła wynosi nie mniej niż 15$. W elektrodach krótkich mamy mniejszą stratę wskutek oporu,

lecz większą przez przewodnictwo ciepła, w długich—odwrotnie. Silnie rozgrzane elektrody stają się mniej trwałe. Zużycie elektrod jest w pewnym stosunku do gęstości prądu, czyli do liczby ampe-rów, przypadającej na jednostkę przekroju, przeto f gęstość prądu nie powinna być wielką i w warun-.. kach najkorzystniejszych wynosi 6—10 amp./m². Ponieważ trudno wyrabiać elektrody o dużych przekrojach zupełnie jednorodne, stosują elektrody złożone wzdłuż z kilku części, przylegających do siebie tak szczelnie, aby tworzyły jedną ścisłą całość. W celu zabezpieczenia elektrod od zużycia przez utlenienie powlekają je szkłem wodnem, otaczają azbestem i stosują chłodzenie wodą.

ÉfH

—4"-.. BHpHiJ

>44rSüg

L=4=^J \// ii■

e|®

.i.i

.u

pT @    ©    « “Té :

U-----Hto-J

9    {9    &    ©    « ¹ i

4L

Rys. 80. Piec Kjellina.

Budowa pieców indukcyjnych oparta jest na tych samych zasadach, co budowa transformatorów. Siła prądu w cewce wtórnej jest w stosunku odwrotnym do liczby jej zwojów. Dając więc cewce wtórnej mniej zwojów, aniżeli głównej, otrzymamy prąd wtórny o napięciu niższem od pierwotnego, natomiast siłę prądu większą. Zamiast cewki wtórnej można zrobić w materyale

rzy

ogniotrwałym rowek (rys. 80), który, wypełniony żelazem roztopionym, lub drobnymi obcinkami, tworzy obwód zamknięty o jednym zwoju. Cewka główna do której doprowadzamy prąd ze stacyi, posiada wiele zwojów, bierze prąd małej siły o dużem napięciu, a w żelazie, umieszczonem w rowku, powstaje silny prąd o małem napięciu, wytwarzający znaczną ilość ciepła. Rysunek powyższy przedstawia pierwszy piec indukcyjny Kjellina. Niedogodnością jego jest trudność prowadzenia procesu w bardzo wązkiem topnisku i niedostateczna temperatura dla topienia żużla, pokrywającego żelazo.

a. c

CL

: d.

A—

—B

.nn

-y TT

UH

[f|iTm§iïïl|ïïM|

IHl

Przekrój/?-^

Rys. 81. Piec Röchlinga-Rodenhausena.

Piec Röchling a-Rodenhauser a (r. 1907) łączy w sobie zasadę pieca indukcyjnego i pieca, wytwarzającego ciepło przez opór elektryczny. Piec ten (rys. 81) jest jakby podwójnym piecem Kjellina i posiada, oprócz wązkiego rowka a, szerokie topnisko d, pozwalające na dogodne prowadzenie procesu metalurgicznego. Każdy rdzeń h podwójnego transformatora posiada dwa zwoje: główny i wtórny, oddzielone od siebie warstwą powietrza, służącą do izolacyi

a jednocześnie do chłodzenia. W tym celu do przestrzeni między zwojami przepuszcza się wiatr z wentylatora pod słabem ciśnieniem. Cewki są okryte podwójnym płaszczem mosiężnym, przez który również krąży powietrze, zabezpieczające cewki od zbytniego rozgrzania. W obmurowaniu z masy dolomitowej lub magnezytowej z przeciwnych stron topniska umieszczone są dodatkowe elektrody żelazne e, połączone przewodnikami miedzianymi z uzwojeniem wtórnem. Metal w rowku a rozgrzewa się pod wpływem indukcyi tak, jak w piecu Kjellina. Prąd między elektrodami płynąć może dopiero po rozgrzaniu do białości masy ogniotrwałej, wtedy bowiem staje się ona dobrym przewodnikiem elektryczności. W innych wypadkach stosuje się prąd trójfazowy, i wówczas transformator posiada trzy rdzenie. Piec jest przechylny, jak poprzednie. Badanie procesu i obsługa pieca odbywa się przez otwory, odpowiednio umieszczone z przeciwnych stron topniska, między cewkami transformatora. Piece są obliczone na naboje od 700 do 7 tys. kg. Koszta budowy pieca na 5 tonn wynoszą około 100 tys. marek. Zwój główny może czerpać prąd o napięciu do 5000 woltów. Wydatek energii na 1 tonnę wytapianej stali ma być nieco mniejszy, niż w piecach łukowych, a przytem nie ponosi się kosztów na zużycie elektrod węglowych. Wreszcie unika się nawęglania stali przy ulatnianiu elektrod i zanieczyszczeń od domieszek, jakie mogą być zawarte w elektrodach. Peakcye zachodzą tylko między materyałami wprowadzonymi do pieca.

Proces metalurgiczny przy otrzymywaniu stali elektrycznej

polega na:

1.    Odfosforzaniu i odsiarczaniu żelaza,

2.    Dezoksydacyi, szczególnie ważnej przy stosowaniu stali płynnej, jeżeli poprzednio nie była jej poddawana,

8. Nawęglaniu do odpowiedniej twardości i wprowadzaniu potrzebnych składników, o ile mają być wytwarzane stopy specyalne,

4. Wydzielaniu cząstek żużla i gazów przez wystanie się stali.

Najpierw odbywa się odfosforzanie przez dodanie wapna palonego i rudy (Pe₂ 0₃). Fosforek żelaza utlenia się i tworzy pięciotlenek fosforowy, który w połączeniu z wapnem daje fosforan wapienny, usuwany następnie z pieca wraz z żużlem.

Odsiarczanie przeprowadza się po usunięcia fosforu zapomocą wapna w obecności węgla lub krzemu przy. wysokiej temperaturze według reakcyi:

FeS + CaO-fC = Fe-f-CaS+CO albo 2FeS'+Ca0+Si==2Fe+20aS-fSi02 V/kąpieli metalowej po defosforyzacyi znajduje się bardzo mało węgla i krzemu. Jakkolwiek w piecach łukowych węgiel elektrod, łącząc się z wapnem, tworzy karbid wapnia, to wszakże dodatek karbidów: wapniowego CaC₂, albo krzemowego SiC (karborundu), przyśpiesza odsiarczanie. Oba powyższe karbidy redukują wapno według wzorów:

2CaO-J-CaC₂ — 3Ca-f-2 CO 3CaO-j-SiC = 3Ca-f-C0-j-Si0₂

Wapń zaś metaliczny chciwie łączy się z siarką tworząc CaS. Zachodzi również reakcya:

3FeS+2CaO+CaC₂ z=3Fe-f-3CaS+2CO.

Nawet wówczas, gdy zawartość siarki w naboju dochodzi do 0,5$, udaje się otrzymywać stal zawierającą zaledwie jej ślady (0,005$). Te same karbidy w obecności rudy manganowej sprzy-~jają~clezoksydacyi. Redukują one tlenki manganowe, mangan zaś rozkłada tlenek żelazawy i sam utleniając się wypływa na nowo w postaci tlenku na powierzchnię. Najczęściej dezoksydacya odbywa się, jak przy innych sposobach, zapomocą żelazo-man-ganu i żelazo-krzemu.

W ostatnich czasach stosować zaczęto proces elektryczny kwaśny, wykładając piec kwaśnym materyałem ogniotrwałym. Przy małej zawartości siarki w stali, przeznaczonej do rafinowania, otrzymują się wyniki dobre i korzyści następujące:

a)    Wyprawa kwaśna tańsza jest od zasadowej,

b)    Oszczędność na środkach odsiarczających i odtleniających, gdyż niezbędny karbid krzemu otrzymuje się z krzemionki wyprawy, pod wpływem temperatury i prądu elektrycznego. Powstający SiS₂ ulatnia się, podobnie jak S0₂, powstający częściowo przez reakcyę: FeS-f-2Fe0 = 3Fe-j-S0₂,

c)    Zużycie prądu jest mniejsze, gdyż proces kwaśny trwa krócej.

Proces elektryczny w porównaniu z innymi sposobami posiada zalety następujące:

Piece elektryczne pozwalają na szybkie i silne ogrzewanie, nie osiągane w żadnym innym piecu hutniczym. Przed wprowadzeniem tych. pieców najwyższa temperatura nie przekraczała 1800° O., tu zaś w razie potrzeby otrzymać można powyżej 2000° C.

Ogrzewanie zapomocą prądu elektrycznego może być łatwo i szybko regulowane, więc przetapiany materyał w każdym wypadku może być doprowadzony do żądanej temperatury, jak tego wymaga przebieg procesu. Elektryczność przedstawia idealnie czysty środek opałowy.

Wskutek wysokiej temperatury otrzymywać można najtrudniej topliwe żużle zasadowe w stanie płynnym, dzięki czemu można przeprowadzać całkowite odsiarczenie i z materyałów miernych otrzymywać wytwór pierwszorzędnej wartości, co jest niemożliwem przy procesie tyglowym. Wysoka temperatura podczas procesu pozwala na dłuższe wystawanie się gotowego produktu, przyczem gazy zawarte w stali i cząsteczki żużla mogą się całkowicie wydzielić.

Piec elektryczny pozwala otrzymywać stal ulepszoną w większych ilościach naraz, więc w dużych blokach daje materyał jednorodny, jaki z trudnością mógł być otrzymywany dawniej przez łączenie zawartości wielu tyglów.

Produkcya stali elektrycznej w tonnach.

1909

1910    1911

1912    1913

1914

1915

Stany Zjednoczone A. P.

Niemcy.......

Austrya.......

Erancya .......

Wielka Brytania

13762 52141 17773 30188 9048 20028 6456 11759

29105

66154

22867

13850

74177

24800

20024

101755

26837

89336

19844

23895

22352

Literatura: Rodenhauser und Schönawa, Elektrische Oefen in der Eisen industrie, 1911.

Stansfield A. The electric furnace, its construction, operation and uses. London. 1914.

3* Walcownictwo*

Zasady ogólne.

Żelazo kowalne, otrzymywane w stalowni lub piecach pud-larskich w wyjątkowych tylko wypadkach stanowi produkt gotowy, mianowicie do wykuwania przedmiotów dużych wymiarów. Zwykle zaś staje się materyałem odpowiednim do wszelkich wyrobów i konstrukcyi dopiero po nadaniu mu właściwego kształtu przez walcowanie.

Walcowanie, ściśle mówiąc, nie należy do hutnictwa, jako działu technologii chemicznej. Stanowi ono raczej część technologii mechanicznej gdyż jest obróbką hutniczą metali, czyli jest działem mechaniki hutniczej. Największe znaczenie mają tu działania sił zewnętrznych i własności fizyczne żelaza przy różnych temperaturach. Wszelkie pomocnicze urządzenia mechaniczne odgrywają tu ważną rolę, zwiększając sprawność roboty.

-H-

Walcowanie polega na przepuszczaniu rozgrzanego do miękkości żelaza pomiędzy dwoma walcami, odlanymi z surowca lub ze stali, obracającymi się w kierunkach przeciwnych. Następuje przytem wydłużenie żelaza w kierunku ruchu przy jednoczesnem J zmniejszeniu przekroju i zmianie kształtu.

Jednocześnie, wskutek wygniatania materya-łu, urabia się on i staje lepszym.

Ruch żelaza powstaje wskutek tarcia.

Rys. 82. Rozkład sił przy walcowaniu.

Ażeby walce przy ruchu obrotowym mogły ciągnąć blok, sztabę lub pręt, tarcie żelaza o walce powinno być większe, aniżeli opór, jaki sztaba stawia temu ruchowi. Średnica walców, odległość między nimi i grubość walcowanego żelaza powinny się znajdować w pewnym do siebie stosunku. Przy zetknięciu żelaza z wal-

cami w punkcie A (rys. 82) ciśnienie N, działające prostopadle do powierzchni walca, a więc w kierunku promienia, rozkłada się na siłę oporu N sin a i siłę przyciskającą N cos a. O ile żelazo ma być uchwycone i wciągnięte siłą tarcia przy ruchu obrotowym walca,

Sin à

powinniśmy mieć : f N Cos a> N Sin a. Stąd f >

albo f > tg a.

Cos a

Ponieważ f = tg <p, czyli stycznej kąta tarcia, otrzymujemy Z<p> Z«, czyli zasadę, że kąt uchwytu przy walcowaniu powinien być mniejszy od kąta tarcia, który wynosi dla żelaza 22 — 30'. Przy powierzchni walców chropowatej może on być większy, niż przy gładkiej.

Z powyższego wynika, że żelazo może być wciągnięte przez walce tylko wtedy, gdy grubość pręta nie przekracza pewnego stosunku do odległości pomiędzy walcami, gdyż siła tarcia f N Cos a zmniejsza się przy zwiększeniu odległości żelaza od płaszczyzny przechodzącej przez osie walców, a odległość ta jest tern większa, im pręt jest grubszy.

W celu ułatwienia przechodzenia żelaza przez walce, tarcie może być zwiększone sztucznie przez nacinanie karbów na powierzchni walców, lub przez posypywanie żelaza walcowanego piaskiem-

Oznaczając przez H grubość pręta przed przejściem przez walce i po wyjściu z nich przez h, oraz średnice walców przez D, widzimy z rysunku, że

H - h = a więc H—h<D |l

D (1 —Cos a)=D [i

J/l -j- tg²oc<

przy f = 0,2, otrzymamy H—h <—, albo

oU

H^h>³⁰'

Inaczej mówiąc, stosunek średnicy walców do zmniejszenia grubości powinien być większy od 30.

Z powyższego mamy również, iż Cosa = l

H-h .

—^—, a więc siła

ściskająca N Cos a i wyciągająca f N Cos a będą przy tern samem zmniejszaniu grubości tern większe, im większa średnica walców. Stąd wynika, że walce o dużej średnicy łatwiej walcują, niż walce cienkie.

Przy walcowaniu materyał sztaby ulega przesuwaniu nie tylko pod wpływem siły tarcia, lecz również, wskutek swej plastyczności wypływa niejako pod działaniem siły ciśnienia. Stąd po-

chodzi znane zjawisko, iż szybkość przesuwania sztaby walcowanej jest nieco większa od szybkości obwodowej walców.

Siła ściskająca powinna być większa od wytrzymałości żelaza na ściskanie, gdyż tylko w tym wypadku żelazo może być przesunięte przez walce. Żelazo zmiękczone przez rozgrzanie posiada zwykle małą wytrzymałość i łatwo przeciska się przez walce. Jednocześnie siła wyciągająca nie powinna przekraczać granicy wytrzymałości na rozerwanie, zmniejszenie więc przekroju przy walcowaniu może się odbywać tylko stopniowo. Najczęściej potrzebne jest kilko-razowe przepuszczenie żelaza przez walce, dla otrzymania znacznego zmniejszenia przekroju. W tym celu po każdorazowem przejściu żelaza przez walce, zmniejsza się odległość między nimi, albo też na walcach są wy krajane bruzdy o coraz mniejszych przekrojach, przez które sztaba, przechodząc kolejno, wydłuża się stopniowo i zmniejsza swą grubość.

Prócz wyciągania sztaby w kierunku walcowania, podlega ona nieznacznemu poszerzeniu wzdłuż osi walców. Poszerzenie to (rozpłaszczanie) jest tern większe, im bardziej jest miękkie żelazo, i wzrasta ze zwiększeniem średnicy walców. Zwykle nie przekracza ono w walcach gładkich 0,3—0,4 zmniejszenia grubości sztaby (H—h).

Do walcowania blachy używane są walce gładkie, do wszelkich zaś gatunków żelaza handlowego i kształtowników — walce z bruzdami. O ile te bruzdy rozmieszczone są symetrycznie na obu walcach jednakowej średnicy, to przy jednakowej liczbie obrotów otrzymujemy jednakową szybkość obwodową na górnej i dolnej powierzchniach żelaza i sztaba wychodzi z bruzdy prosta. Jeżeli zaś jeden z walców posiada średnicę większą, warstwa metalu do niego przylegająca wyciąga się mocniej i sztaba wychyla się w stronę walca cieńszego. Gdy walce są ustawione nieprawidłowo, lub też bruzdy są wykrojone nieodpowiednio, następuje wykrzywienie boczne sztaby wskutek nierównomiernego tarcia z boków. Zasada ogólna walcowania przy stosowaniu bruzd wymaga, ażeby wszystkie części tego samego przekroju wydłużały się jeduakowo i w jednym czasie przebiegały drogi równe.

Jak już powiedziano wyżej, po każdem przepuszczeniu przez walce zmniejsza się przekrój żelaza a odpowiednio zwiększa się jego długość. Współczynnik zmniejszenia następujących po sobie prze-

F

jest wielkością odwrotną współozj-nnika wydłużenia

2

krojów

Im większe jest wydłużenie, tem prędzej przechodzimy

-L'i

od przekroju pierwotnego do ostatecznego i tem mniej trzeba wykonać przepuszczeû przez walce.

Mała liczba przepuszczeû przyśpiesza walcowanie i zapobiega stygnięciu żelaza. Przy wyższej temperaturze zmniejsza się wytrzymałość na ciśnienie i pozwala na większe wydłużenie. W miarę tego, jak żelazo stygnie, dopuszczalne wydłużenie staje się coraz mniejsze. Dla pierwszych bruzd po wyjściu żelaza z pieca wydłużenie dochodzi do 1,8; w ostatnich spada do 1,25 i niżej.

W celu osiągnięcia korzystnych wyników walcowania należy dążyć do zwiększenia wydajności przy najmniejszem zużyciu energii mechanicznej i pracy ludzkiej, oraz do zmniejszenia straty ma-teryałów. Strata powstaje: przy każdorazowem ogrzewaniu żelaza w piecu (1—4$), w walcach w postaci zendry (1—1,5$) i w postaci obcinków żelaza walcowanego (0,5 — 4%).

Ważnem zadaniem jest obliczenie energii, potrzebnej do walcowania żelaza. Istnieją różne wzory, wyprowadzone z szeregu doświadczeń, lub rozumowań teoretycznych, lecz wobec mnogości czynników zmiennych posługiwanie się wzorami matematycznymi dotychczas ustępuje danym, opartym na praktyce.

Moc potrzebna zależy: od współczynnika wydłużalności E, średnicy walców D, grubości pręta po przejściu przez walce h, ilości materyału walcowanego w jednostkę czasu T i wytrzymałości na ściskanie przy temperaturze walcowania 8. Edwards podaje wzór do obliczania mocy w koniach mechanicznych:

j/^ , gdzie C jest pewną wielkością stałą, zależną

M = CTSlgE

od stosowanych we wzorze jednostek. Doniosłe znaczenie ma wytrzymałość na ściskanie S, zależna w wysokim stopniu od temperatury żelaza i od domieszek zawartych w materyale. Podniesienie temperatury o 100° C. pozwala niekiedy na zmniejszenie energii o 50$, lub przy tej samej energii—na podwojenie pro-dukcyi.

Zależnie od produkcyi i wymiarów żelaza walcowanego bywają stosowane silniki od 40 k. m. do pięciu tysięcy i więcej.

Na próżny bieg walców zużywa się 20—50% całej energii silnika. Należy dążyć, aby czas próżnego biegu był jaknajkrótszy, czyli, żeby przerwy między jednem i drugiem przejściem przez walce były jaknaj mniejsze. Osiąga się to przez umiejętne ustawia-

nie walców i urządzenia pomocnicze, podające materyał do walców i przenoszące żelazo od bruzdy do bruzdy.

Walcownią nazywa się fabryka, w której odbywa się walcowanie. Zespół walców z przyrządami, gotowy do walcowania po jednem zagrzaniu, nosi nazwę walcarki. Walcarka może się składać z jednej lub kilku klatek walcowych, stojących w jednym rzędzie lub równolegle do siebie.

Klatkę walcową (garnitur) stanowi para (duo), trójka (trio), lub podwójna para walców (rys. 88). Przy parze walców mamy dwa sposoby walcowania. Ruch walców odbywa się, albo w jednym kierunku, i po każdorazowem przejściu żelaza przez walce, przesuwa się ono z powrotem nad górnym walcem w celu ponownego przepuszczenia przez walce przy zmniejszonej między niemi odległości, albo walcowanie odbywa się w dwuch kierunkach, o ile walcarkę prowadzi silnik o ruchu zwrotnym, bez koła rozpędowego. W wypadku ostatnim nie traci się czasu na przerzucanie żelaza na drugą stronę przy próżnym biegu walców.

Najczęściej w każdej klatce mamy po trzy walce, obracające się w kierunku stałym.

l_7~i

Żelazo w jedną stronę przechodzi między walcami dolnym i średnim a z powrotem między średnim i górnym.

Rys. 83.

Para, trójka i para podwójna.

Trio i duo zwrotne mają swoje zalety i strony ujemne.

Przy tej samej liczbie prze-puszczeń trio wymaga mniej klatek, więc koszta urządzenia jednego piętra są tańsze. Zużycie energii przy silniku z kołem rozpędowem jest mniejsze, niż przy silniku zwrotnym. Przy trójce można walcować jednocześnie dwa pręty w różnych wykrojach, jeżeli pozwala na to moc silnika. Natomiast przy duo zwrotnem unika się podnoszenia bloków do góry i przesuwanie odbywa się na jednym poziomie. Grdy sztaba uwięźnie w walcach, co się niekiedy przytrafia, można ją łatwiej wycofać w duo zwrotnem, niż przy trio. Walcowanie w duo odbywać się może z różną szybkością, więc przez pierwsze bruzdy żelazo przepuszcza się z większą prędkością, niż przez ostatnie.

Wobec powyższego, przy walcach małych i średnich (do 600 mm), należy oddawać pierwszeństwo trójce, a przy dużych—

dwójce zwrotnej. W Stanach Zjednoczonych A. P. walcują w trójkach nawet szyny kolejowe, wymagające walcowo średnicy 900mm.

Ostatnimi czasy bywają stosowane walcarki szeregowe o biegu ciągłym (Kontuirliche Walzwerke, laminoirs continues), złożone z szeregu klatek walcowych, stojących równolegle jedna za drugą. Każda klatka składa się z pary walców, obracających się w kierunku stałym. Żelazo wychodzące z jednej klatki kierowane jest bezpośrednio i samoczynnie do następnej. Zaletą walcarek szeregowych jest oszczędność energii mechanicznej i pracy ludzkiej, a także możność otrzymywania różnych kształtów bez zmiany walców, gdyż na walcach, o ile pozwala ich długość, mogą być umieszczane wykroje dla kilku kształtów. Ujemną stroną jest kosztowność urządzenia i skomplikowana pędnia, gdyż każda para walców posiada inną liczbę obrotów, ściśle obliczoną w stosunku do poprzedniej. Walcarki szeregowe najbardziej się nadają do stosunków amerykańskich przy masowym wyrobie żelaza jednego

gatunku.

Przy czterech walcach w jednej klatce, pracują one jako dwie pary. W jedną stronę pracuje dolna para, w przeciwną — górna para walców. Stosują się one względnie rzadko, przy walcowaniu blachy.

Literatura: Geuze L. Laminage du fer et de l’acier. 1900.

Puppe I. Versuche zur Ermittlung des Kraftbedarfs an Walzwerken. 1910.

Wereszczagin N. Stany dla nieprerywnoj prokatki. 1912. Rodziewicz-Bielewicz A. Uspiechi prokatnogo dieła. 1911— 1914.

Falk A. Die Theorie der Materialwanderung beim Walzen und Schmieden. St. u. Eis. 1912. «NsM 20, 21.

Walcarki.

Walcarki dzielą się na wstępne i wykańczające. Pierwsze

służą przeważnie do zmniejszania przekroju bloków i dostarczają materyał w postaci bałwanek (kęsów) dla dalszego walcowania w walcarkach wykańczających. Walcarki wstępne noszą też na-bałwankowych (blooming). Materyał stalowy podlega w nich

zwę

ściskaniu i wygniataniu przy najwyższej temperaturze i staje się lepszym. Wykańczanie odbywa się przy ściskaniu mniejszem i temperaturze niższej, co prowadzi do otrzymania pożądanej w żelazie budowy drobnoziarnistej.

Walcarki, zależnie od wymiarów otrzymywanego z nich żelaza, bywają: grubo- średnio- lub drobno walcujące, a stosownie do swego przeznaczenia są walcarkami kształtowników, szyn, blachy, drutu i t. d. Najczęściej stosowana jest nazwa, oznaczająca średnicę walców, więc mówi się: walcarka 500, 600, 1000 milimetrowa.

Wydajność walcarek bywa rozmaita. Walcarki drobnowalcu-jące mają wydajność mniejszą, niż grubowalcujące. Druciarka może wywalcować 100—150 tonn drutu dziennie. Walcarki szyn kolejowych lub dużych kształtowników wyrabiają w niektórych walcowniach amerykańskich do 2000 tonn na dobę.

-,

m.

».

r'M

Sar

wm

V ! J

. : ... *

*

I/ 91

V;

tli

m

iS

WÈm

ml

i; i

'm «

Hi

Rys. 84 Walcarka wstępna o ruchu zwrotnym.

Rys. 85 przedstawia walcarkę wstępną (blooming) z jedną klatką walcową i parą walców, prowadzonych przez silnik o ruchu zwrotnym. Walce mają średnice od 850 do 1200 mm. Przez regulowanie liczby obrotów otrzymuje się prędkość obwodowa zmienna: najmniejsza przy rozpoczęciu roboty, gdy blok jest gruby; następnie stopniowo się zwiększa w miarę zmniejszania przekroju bloka. Największa prędkość obwodowa nie przekracza 3,5 m/sek.

Na rys. 85 widzimy walcarkę wykańczającą, średnio walcującą z trzema klatkami walcowemi. W każdej klatce znajduje się

po trójce walców. Średnica walców wynosi 350 — 700 mm. Największa prędkość obwodowa 4—5 m/sek.

Rys. 86 przedstawia druciarkę. Średnice walców wynoszą 200 — 280 mm. Prędkość obwodowa dochodzi do 10 — 11 m/sek. Przy wyrobie żelaza cienkiego, które stygnie szybko, szczególną uwagę zwraca się na to, ażeby zmniejszyć okres próżnego biegu walców. Druciarka jest walcarką o biegu ciągłym. Wychodzący tu z jednego wykroju koniec pręta natychmiast się wkłada, lub automatycznie kieruje do wykroju następnego i w ten sposób walcuje się pręt bez przerwy i w kilku wykrojach jednocześnie.

--

IWÊÈÈËm

r    ** '** •²*

l \    dt

■■

- ' <*¥»•-

il

r W...-

ii

VV> W

Ł... ^

wmmm

Bys. 85. Walcarka średniowalcująca.

Wskutek niejednakowej szybkości pręta po przejściu przez różne wykroje, pomiędzy kolejnymi wykrojami powstają pętle, które gwoli bezpieczeństwa robotników powinny okrążać słupki żelazne, mocno wbite w ziemię; albo też pętle umieszcza się w korytkach, ukrytych pod posadzką fabryczną. W wypadku ostatnim zabezpiecza się również przez to żelazo od zbyt szybkiego stygnięcia. Przy wielkiej liczbie obrotów żelazo, wskutek energicznej przeróbki pod walcami, rozgrzewa się, przeto stygnie wolniej.

Klatka walcowa składa się z pary stojaków (kozłów), pomiędzy którymi znajdują się walce.

Walec (rys. 87) składa się z trzech części: ciała, czopów i głowic. Średnica ciała waha się w granicach od 200 mm dla walców druciarek, aż do 1250 mm dla blachy pancernej.

TF

Ag

Wf

*14

|T:

SI

•Vr

r

fes

Pîlfcii

Hi

.. i i

yii

iœg

Rys. 86. Druciarka.

Im grubsze walcujemy żelazo, tern większa jest średnica ciała.

Krzyżowe zakończenie walca, zwane głowicą, służy do łączenia walców, znajdujących się w sąsiednich klatkach, lub z wal-

if,

1 --

I!

Rys. 87. Walec.

eami zębatymi (rys. 88), przenoszącymi ruch od walców z jednego poziomu na drugi. Wał silnika jest zwykle łączony ze środkowym, albo z dolnym walcem najbliższej klatki walcowej. Dalsze połączenie odbywa się zapomocą sprzęgła (pochwy łącznikowej,

fr Ü

Pf

Rys. 88. Walce zębate.

...Pochwa łącznikowa

SKi

Glon: i, ca

IVaTek Tącźniżowy

Krzyżowa

ÉÜ

rys. 89). Między dwo

ma walcami, znajdującymi się na tym samym poziomie, jest wałek łącznikowy o przekroju podobnym, jak głowica. Ażeby zabezpieczyć mufę od zsuwania,

w zagłębieniach wałków łącznikowych u wiązują się kawałki drzewa, które roz-

pierają mufy sąsiednie.

Stojaki mają budowę rozmaitą.

Rys. 89. Pochwa łącznikowa.

Rys. 90 przedstawia stojak dla trójki walców, przymocowany śrubami do płyt podwalinowych, po których może być przesuwany przy zamianie jednych walców na drugie innej długości. Czop dolnego walca spoczywa w łożysku nieruchomem. Walce—śre-t dni i górny, mogą być przesuwane wraz | z łożyskami w kierunku pionowym za-% pomocą dźwigni podporowych b, umie-. szczonych w wycięciach stojaków i po-ruszanych przez śruby ustawnicze c. Sflft Walec górny, podlegający przy pracy ciśnieniu do góry, jest utrzymywany na swojem miejscu, podczas próżnego biegu, przez pałąk d i śruby e. Stojak jest przykryty u góry fiakry wą a, przymocowaną do stojaka dwiema śrubami, osadzonemi

Q>

iii;

Bi

0 wt

"b

ęif

fljo

ii ï

oj

P0:

mm

Rys. 90. Stojak.

kliny. Wierzchnia pokrywa górnego łożyska jest przymocowana do nakrywy dwiema śrubami f. Pod nakrętkami tych śrub znajdują się sprężyny zwojowe g. Pomiędzy końcem śruby naciskowej h, a pokrywą górnego łożyska wstawiona jest ochronna podkładka k, obliczona na mniejszą niż inne części wytrzymałość, ażeby przy zwiększonym przypadkowo oporze przy walcowaniu łamała się sama, ratując od uszkodzenia stojak lub walce. Stojaki jednej klatki są połączone ze sobą u dołu i u góry żelaznymi ściągaczami, służącymi niekiedy za belki do zawieszania na nich ław i pazurów.

na

Przed walcami znajduje się ława (albo stół), na którą podaje się żelazo przeznaczone do walcowania. Ława bywa opatrzona kierownicami, wprowadzającemi żelazo do odpowiedniej bruzdy. Przy walcarkach średnich, na stronie przeciwnej do ławy, znajdują

ostrze

pazur

\%

walec

ttys. 91. Pazur.

się pazury, czyli kawałki stali, przylegające ostrzem do dolnego walca (rys. 91), w celu zabezpieczenia walca od nawijania się dokoła niego żelaza. Przy mniejszych walcach pazury zastępowane są przepustnicami w postaci rurek kwadratowych, okrągłych lub owalnych.

Przy walcowaniu ciężkich szyn i kształtowników stoły znajdują się z obu stron walców, i można je podnosić mechanicznie, ażeby żelazo po przewalcowaniu między walcami dolnym i średnim mogło być przepuszczone następnie między średni i górny, lub odwrotnie. Stoły mogą być przesuwane wzdłuż walcarek od jednej klatki do drugiej. Wreszcie bywają one opatrzone w przenośniki bębnowe, po których można z łatwością ciężkie sztuki przesuwać. O ile walcarka jest zwrotną, bębny otrzymują ruch w jedną lub drugą stronę, i stoły jednakowe znajdują się po obu stronach walców.

Walcarka uniwersalna służy do walcowania szerokich i długich płaskowników, czyli tak zwanego żelaza mostowego, którego krawędzie mają być równe bez obcinania. Walcarka ta (rys. 92) składa się z dwuch zwyczajnych, poziomych walców gładkich, jak do walcowania blachy, i dwuch pionowych, między którymi odległość może być dowolnie zmieniana. W ten sposób na walcarce uniwersalnej można otrzymywać płaskowniki wszelkiej grubości i szerokości, ustawiając odpowiednio walce; unika się przez to znacznego wydatku na przygotowanie wielkiej liczby walców z rozmaitymi wykrojami na powierzchni.

Ostatnimi czasy zaczęto walcować dwuteowniki, przepuszczając bloki przez cztery walce, ustawione jak w walcarce uniwersal-nej. Wykroje odpowiedniego kształtu powstają między czterema walcami, mającymi mniej więcej jednakową prędkość obwodową, więc wydłużającymi materyał w całym przekroju jednostajnie.

Blok przechodzi najpierw przez walce wstępne, a następnie przez kilka wykańczających, dając wytwór lepszy, niż walce zwykłe,

f jiï

g-

lai

S illf

Rys. 92. Walcarka uniwersalna.

szczególnie w wypadkach, kiedy się walcują dwuteowniki o bardzo szerokich stopach.

Walcarki do blachy mają gładkie walce nastawne, aby po każdorazowem przejściu przez nie żelaza, można je było do siebie zbliżać zapomocą śrub ustawniczych. Ponieważ wymagana jest dokładna równoległość osi walcowych, przeto śruby ustawnicze w obydwuch stojakach poruszane są wspólnym mechanizmem. Przy trójkach walec środkowy leży często w łożysku nieruchomem, a dolny i górny mogą być przesuwane.

Literatura: Hütte. Taschenbuch für Eisenhüttenleute. 1910.

Bielewicz-Rodziewicz A. Dietali prokatnych ustrojstw. 1Ö12. Wereszczagin N. S. Album szczegółowych rysunków walcarek i urządzeń pomocniczych w walcowniach. 1915.

Kalibrowanie walców.

Bruzdy w dwóch do siebie przylegających walcach, wzajemnie się dopełniając, tworzą wykrój (kaliber), nadający przepuszczanemu przez walce żelazu kształt odpowiedni.

Głębokość bruzd nie powinna przekraczać czwartej części średnicy ciała walców. Bruzdy są ograniczone z boków wyskokami pierścieniowymi f, które mogą występować jednostajnie na obu walcach i wówczas tworzą wykroje otwarte (rys. 93),

Hys. 93. Wykroje otwarte.

albo też wyskok jednego F j walca wchodzi w bruzdę drugiego i niejako ją zamyka; otrzymujemy wtedy wykroje zamknięte (rys. 94). Przy wykrojach otwartych jedna połowa przekroju znajduje się w walcu górnym, druga w dolnym, wykroje zaś zamknięte niemal całkowicie mieszczą się w jednym walcu. W kalibrach otwartych, w miejscach zetknięcia walców, łatwo powstają na prętach rąbki, wskutek wciskania się materyału plastycznego w szczeliny między walcami.

Rys. 94. Wykroje zamknięte.

Umiejętne projektowanie wykrojów, inaczej mówiąc kalibrowanie walców, jest jednem z najważniejszych zadań w walcow-nictwie. Szereg następujących po sobie wykrojów powinien przedstawiać stopniowe przejście od przekroju bloku lub bałwanki do przekroju projektowanego żelaza.

Projektowanie wykrojów dla żelaza kwadratowego, okrągłego lub płaskiego nie przedstawia wielkich trudności. Dawniej w tych wypadkach dawano w walcach wstępnych wykroje ostrołukowe

(rys. 93 lit. b), a w wykańczających ostrołukowe i stopniowo zbliżane do przekroju ostatecznego. Obecnie, jako przejściowe, stosują kształty trapezu a, rombu d i owalu c (rys. 93). Zmniejszenie przekrojów w każdym następnym kalibrze, waha się od 0,5 w pierwszych bruzdach, kiedy żelazo wyjęte z pieca rozgrzane jestdo białości do 0,7—0,9 przy końcu walcowania. W ostatnim wykroju jest ono najmniejsze, i ten służy przeważnie do nadania dokładnego kształtu, lub do wygładzania (polerowania) powierzchni żelaza gotowego.

W ostatnich czasach stosowany jest do wykrojów kształt zbliżony naprzemian do kwadratowego i owalnego. Na rys. 95 podane

Sposób dawny.

Sposób obecny

Rys. 95. Wykroje do żelaza okrągłego.

są kalibry dawnego i nowego sposobu walcowania żelaza okrągłego o średnicy 0,5 cala z kęsów 4x4 cale. Przy sposobie dawnym potrzeba było do tego 19-u przejść przez walce, obecnie tylko 10. Przy mniejszej jednak liczbie przepuszczeń potrzebna jest większa moc silnika.

Wykroje wstępne, przeznaczone wyłącznie do zmniejszania przekrojów, służą za przygotowawcze do walcowania wykańczającego różnych kształtów żelaza handlowego, jak to widzimy na rys. 96.

Należy pamiętać, iż przy walcowaniu w walcach poziomych, żelazo podlega ciśnieniu tylko w kierunku pionowym. Ściskania z boków niema wcale. Nie można więc podawać do

2ï- Si. Kçs

Zi ■ Zi Kęs

2V ■ 2)' Kęs

?i 24' Kęs

[[(CC

<<<

HThT

Rys. 96. Wykroje do żelaza handlowego różnych kształtów.

walców żelaza o większej szerokości niż wykrój. Dla zmniejszenia wymiaru drugiego, o ile zachodzi potrzeba, należy żelazo kantować, czyli odwracać o 90°. Kantowanie stosowane być może tylko przy zachowaniu zasady, aby wysokość poprzedniego wykroju nie przekraczała szerokości następnego.

Iz

/ *

Wykroje na walcach powinny być nieco rozwarte, aby sztaba mogła łatwo się wysuwać z bruzdy. Pochylenie ścian bocznych wynosi dla walców wykańczających 1—1,5°, dla przygotowawczych 2 —4° i dla bloomingów 8—10°. Uwzględniać należy kurczenie się materyału przy stygnięciu i dawać w wykroju ostatnim odpowiednio większe wymiary. Stal gorąca ma wymiary linijne 1,013 razy większe niż zimna.

Znaczne wyciąganie żelaza odbywa się tylko w kierunku ruchu, poszerzanie zaś w kierunku poprzecznym jest małe. Im większa jest średnica walców i im mniejsza szybkość obwodowa, tern więcej może się żelazo poszerzać.

Na zmniejszenie powierzchni wykrojów wpływa: temperatura żelaza walcowanego, siła stosowanego ciśnienia i prędkość obwodowa walców. Zmniejszenie wykrojów zależy od rodzaju walcowanego żelaza. Żelazo twarde wymaga wyższego stopnia ogrzania przy tern samem zmniejszeniu przekrojów. Żelazo kruche na gorąco pozwala tylko na małe zmniejszenie kolejnych przekrojów.

/O

XI

// 12

Projektowanie kalibrów przy walcowaniu różnego rodzaju kształtowników, jak: szyn kolejowych i tramwajowych i t. d. jest bardziej złożone. Rys. 97 przedstawia kalibry do walcowania szyn tramwajowych.

Wykróje^dowalcowania wykrojów na walcach, co stanowi pewne szyn tramwajowych, trudności przy trójce, jeżeli powierzchnia walców ma być dobrze wyzyskana. Na wal

Ważnem jest umiejętne rozmieszczenie

cu środkowym umieszczać można bruzdy, z których każda może dawać wykrój w połączeniu z bruzdą albo na dolnym, albo na górnym walcu. Lepiej jednak jest wyzyskaną powierzchnia walców, jeżeli każda bruzda na walcu środkowym tworzyć będzie kolejne wykroje, łącząc się tak z bruzdą dolnego jak i górnego walca.

Wytaczanie bruzd na walcach odbywa się na tokarkach według szablonów, wyciętych z blachy żelaznej. Dla zaoszczędzenia roboty tokarskiej i ze względu, iż materyał walców odlanych w formach jest bardziej ścisły i wytrzymały na powierzchni, aniżeli w środku, walce są odlewane z bruzdami, posiadaj ącemi, zgruba zarysy przyszłych wykrojów. Na tokarce odbywa się

■ MM

11 :

*&■»    (P ■ WŚ

■V

Rys. 98. Wytaczanie bruzd.

wówczas tylko wykańczanie bruzd ściśle według szablonów. Po wykończeniu jednego walca umieszcza się go na kozłach (rys. 98) nad walcem, z którym w przyszłości pracować będzie jednocześnie, i do niego dopasowuje się przy toczeniu drugi. Dla nadania walcom powierzchni dokładnie wygładzonej, stosują się niekiedy maszyny szlifierskie, sprzężone z tokarkami.

Literatura: JBrovot. Das Kaliberieren der Walzen. 1902.

Kirchberg E. Grundzüge der Walzenkalibrieruug. 1905.

Walcownia.

W walcowni prócz walcarek znajdują się: piece do ogrzewania żelaza, różnego rodzaju przenośniki i podnośniki, nożyce i piły do przecinania prętów na mniejsze kawałki lub do wyrównywania końców, prawidła i prostownice do prostowania sztab i kształtowników, motowidła do otrzymywania zwojów drutu, zwijarki do bednarek i t. p.

Wszystkie urządzenia powyższe w współczesnych wielkich walcowniach wprawiane są w ruch siłą mechaniczną.

W rzadkich tylko wypadkach walcownie posiadają walcarkę jedną, przerabiającą bloki na kształtowniki, lub na blachę dużych wymiarów, albo, gdy kęsy, dostarczane z innych walcowni, walcują, na żelazo handlowe. Najczęściej w walcowniach ustawia się

haTiuanka.

{-waTpopędowy

tębenr^-^

1F

: !

Uß

imj

I I \ pni%owe | | || |

vife«.

ßys. 99. Przenośnik bębnowy.

kilka walcarek i produkt otrzymywany z jednej przewalcowuje się w dalszym ciągu na innych.

Do przenoszenia bloków i kęsów od pieców do walcarek i od jednych walcarek do drugich lub do nożyc i t. d. służą wózki, kolejki powietrzne i przenośniki bębnowe.

Przenośnik bębnowy (rys. 99) składa się z szeregu bębnów na wałkach, otrzymujących ruch obrotowy w jedną lub drugą stronę od długiego wału pędnianego ze stożkowemi kołami zę-batemi. Napęd odbywa się obecnie przeważnie zapomocą silników elektrycznych. Przenośnik jest umieszczony pod podłogą tak, iż bębny wystają na 20—30 mm z pomiędzy przykrywających je płyt.

Przenośniki bębnowe mogą być przesuwane wzdłuż walcarek. Na rys. 100 mamy walcarkę 925 mm, opatrzoną takim przenośnikiem.

Bałwanka i kęsy małej wagi bywają niekiedy podawane z pieca do walcarek ręcznie. Są one wyciągane z pieca kleszczami i odrzucane ręcznie do walców, gdzie je podchwytuje walcownik, lub też są przenoszone zapomocą kleszczy zawieszonych u kółek kolejki powietrznej, łączącej piec z walcarką. Takaż kolejka służy do przenoszenia żelaza walcowanego wzdłuż walcarki od jednej klatki do drugiej.

Żelazo po wyjściu z walców podlega różnego rodzaju wy

kończaniu.

m m -Ai' -i'***.

ig çmmm

te *n«w i .rai: g » m ir

* - -imSSfarr——

s,..

i-bj.

\ ■■■ I

*p5. ..^

w. .a,

er

-___

Rys. 100. Przenośnik przesuwany.

Żelazo, od którego wymagana jest twarda i lśniąca powierzchnia, przepuszcza się prawie zimne przez ostatni wykrój walców. Silne ciśnienie i powolny ruch obrotowy sprzyja wygładzaniu.

Żelazo handlowe po wyjściu z walców prostuje się młotami drewnianymi na prawidle, złożonem z żelaznych płyt struganych, lub też cienkie pręty podrzuca się wielokrotnie i pozostawia na prawidle do ostygnięcia.

Kurczenie się materyału przy stygnięciu, szczególnie przy przekrojach różnej grubości, wywołuje wykrzywianie się kształtowników, czemu należy zapobiedz. Do równomiernego stu-

Hutnictwo żelaza.

dzenia ze wszystkich stron żelaza grubego, mającego kształt prawidłowy służą chłodnie, czyli belkowania, złożone z szyn kolejowych, ustawionych na wysokości około 1 m nad podłogą. Przy chłodzeniu szyn kolejowych, w których główka stygnie wolniej niż stopa, zapobiega się wykrzywianiu przez układanie gorących szyn rzędami w ten sposób, aby stopa jednej szyny przylegała do główki innej. Wreszcie przy grubszych przekrojach gotowe żelazo prostuje się na zimno w prostownicach przez przyciskanie do nieruchomych opór zapomocą tłoczni mimośrodkowej. Prostownice do blachy urządzone są w sposób odmienny. Przez kilka walców naprz. 5 albo 7, ustawianych w dwa rzędy, na dowolnej odległości od siebie, przepuszcza się blacha naprzemian w kierunkach odwrotnych. Walce

stopniowo zbliżają się do siebie, przez co blacha się wyprostowuje.

ïmiÊtÀ' I

¹ .-i

Pręty, sztaby i kształtowni-, ki są obcinane na miarę na zimno lub na gorąco zapomocą nożyc, albo pił tarczowych. Końce szyn kolejowych i kształtowników są wyrównywane na frezarkach. Na rys. 101 mamy piłę wahadłową, dosuwaną do żelaza ręcznie lub siłą mechaniczną.

.Rys. 101. Piła wahadłowa.

Cienkie płaskowniki i bednarka zwijane są w wiązki na zwijarkach, a drut w zwoje na moto-widłach.

Rys. 102 przedstawia plan nowoczesnej walcowni amerykańskiej dla żelaza handlowego. Jako materyał początkowy służy bałwanka o przekroju 102X102 mm i długości 1830 — 3660 mm. Bałwanka zapomocą wsadzarek elektrycznych jest ładowana do dwóch pieców płomiennych o biegu ciągłym, ogrzewanych gazem generatorowym, i po rozgrzaniu wychodzi z okna wysadowego, znajdującego na przeciwległym końcu pieca. Po przenośniku bębnowym przesuwa się ona do walcarki szeregowej, złożonej z sześciu klatek walcowych, stojących jedna za drugą. Wszystkie walce mają średnice 405 mm i robią kolejno 16, 23, 40, 52, 80 i 100 obrotów na minutę. Walcarka jest poruszana silnikiem elektrycznym mocy 1000 k. m. Bałwanka może być przewalcowywana do wymiarów 32—57 mm.

Żelazo z walcarki szeregowej przebiega po przenośniku bębnowym do parowej piły tarczowej. Grube żelazo handlowe po wyrównaniu końców na pile przesuwa się do chłodni. W innym wy-

<p-

77Ô7K

Silnik 500 kr m.

Chłodnie do walcarki S05

ê fi!]

11

3|

JL

•§

rq S

nrn

Nożyce

alcarka C \ 305 h

IO

idf

Sjl

ia

s!\ q

.*

10

]0

EJ

I /□

// / // G3

V)

Morgana

!: 1f;

Ttzq //g;

îO

JJfe'

Ej:

Bd:

j e:

I Walcarka ciągła 405

E]

G±J

iq

If

Piec rolowy

(H)

-157,2711

Rys. 102. Plan nowoczesnej walcowni amerykańskiej.

W!

~S3----

77,1/71

padku piła służy do rozcinania żelaza, otrzymanego z walcarki wstępnej na kęsy, które przenosi się na skład przed piecami grzewczymi dla drobnych walcarek wykańczających 203 i 254 m?n, albo

f.

też przesuwają się bezpośrednio w kierunku poprzecznym do walcarki 305 mm.

Walcarka 305 mm składa się z sześciu klatek, z których pięć stoi w jednym rzędzie i jedna z boku. Wszystkie klatki mają po trzy walce. Silnik 300-konny robi 183 obr./m. Walcarka ta dostarcza żelazo okrągłe i kwadratowe od 22 do 44 mm i płaskowniki od 38X9,5 do 95X25 mm. Pręty i sztaby biegną po przenośniku do prawidła, a stąd do nożyc; poczem obcięte na miarę wiążą się w snopki.

Wyżej wzmiankowane walcarki 254 i 203 mm przerabiają kęsy otrzymane z pierwszej walcarki wstępnej 405 mm.

Walcarka szeregowa 254 mm składa się z sześciu klatek. Obsługuje ją silnik 500 k. m. Kolejna liczba obrotów wynosi 33, 47, 77, 109, 165 i 240 na minutę. Walcarka ta jest wstępną dla walcarki 203 ffiffl, stojącej obok. Kęsy do walcarki szeregowej ogrzewane są w piecach Morgana (patrz str. 201), odpowiednich dla kęsów o długości 9150 mm. Żelazo z walcarki 254 mm idzie na walcarkę 203 bez podgrzewania.

Walcarka 203 mm składa się z czterech klatek stojących w jednym rzędzie i jednej obok. Silnik 300 k. m. robi 366 obrotów, i takąż liczbę obrotów mają walce, stojące w jednym rzędzie. Walcarka stojąca obok otrzymuje ruch od koła pasowego i robi 450 obr./m. Z walcarki 230 mm otrzymuje się żelazo okrągłe od 9,5 do 22 mm, kwadratowe 9,5 do 19 i płaskowniki od 19x6 do 38x9,5 mm. Pręty, wychodzące z ostatnich walców wykańczających, przebiegają do nożyc po specjalnem łożu transportowem długości 76 m, którego część zasadniczą stanowi ruszt ruchomy, po którym przesuwany materjał gorący nie wyginając się powoli ostyga. Obcięte na miarę żelazo ładuje się do wagonów, stojących na torze> wgłębionym w celu uniknięcia podnoszenia żelaza przy ładowaniu.

Dobre wyniki pracy w walcowni zależą od umiejętnego skoordynowania działania wszelkich mechanizmów i pieców, aby nic nie stało na przeszkodzie pracy zbiorowej. Tą drogą zwiększa się wydajność fabryki i zmniejsza koszta własne. Doskonale sprawę tę przedstawił inż. K. Adamiecki, w swej pracy, którą cytujemy niżej.

Gruba blacha pancerna, kotłowa i zbiornikowa walcuje się z płaskich bloków stalowych, blacha zaś cienka walcuje się z kęsów płaskich—placków, otrzymywanych na walcach kalibrowanych wal-

carek wstępnych. Żelazo, mające przy małej grubości znaczną powierzchnię, stygnie prędko, wymaga więc wielokrotnego nagrzewania. Placki szerokości 150 mm i długości, odpowiedniej do projektowanej wagi arkuszy, po rozgrzaniu walcują się w walcach nastawnych, początkowo w kierunku poprzecznym w celu otrzymania żądanej szerokości, a następnie w kierunku podłużnym. Po dojściu do pewnej grubości (5—6 przejść), arkusz składa się we dwoje lub składa się dwa placki rozwalcowane razem i walcuje się dalej (3 — 4 przejść), póki pozwala na to temperatura. Powtórnie ogrzane arkusze walcują się ponownie parami, wreszcie ogrzewają się po raz trzeci i walcują się po dwie pary razem do grubości ostatecznej. Ażeby zapobiedz spawaniu się pojedyûczych arkuszy ze sobą podczas walcowania, należy je przed walcowaniem przesypywać cienką i równą warstwą mielonego i przesianego węgla, albo też walcować przy temperaturze niższej niż jest potrzebna do spawania. Blacha walcowana przy niedośó wysokiej temperaturze jest krucha, i dla nadania giętkości powinna być wyżarzona w ciągu kilkunastu godzin w skrzyniach hermetycznie zamkniętych i powoli ostudzona.

Cienka blacha angielska, służąca do wyrobu blachy białej (cynowanej), walcuje się przy pięciu ogrzaniach kolejnych.

Na Uralu blacha walcowana z placków, przy trzech ogrzaniach, wpierw w pojedynkę i dwójkę, następnie w trójkę i czwórkę podlega w celu ostatecznego wykończenia nowemu ogrzaniu i kuciu pod młotami wodnymi lub parowymi w stosach złożonych z 35 — 60 arkuszy aż do zupełnego ostygnięcia. Cechą wyróżniającą uralską blachę dachową od południowo-rosyjskiej i zachodnio-europejskiej jest jej błyszcząca powierzchnia która powstaje wskutek tworzenia się cieniutkiej warstwy tlenków żelaza. Warstwa ta nietylko nadaje blasze piękny wygląd, lecz jednocześnie chroni ją w znacznym stopniu od rdzy.

Walcowanie rur oparte jest na zasadach innych i do właściwego walcownictwa nie należy. Rury ze szwem są wyrabiane z blachy, zwiniętej w rurę, przyczem brzegi blachy są spawane. Walce służą tu do przyciskania brzegów i nadawania rurze przekroju okrągłego.

Istnieje kilka sposobów wyrobu rur bez szwu. Przy sposobie braci Mannesmannów (rys. 103) okrągłe kloce żelazne przepuszczają się przez stożki lub walce, których osi są ukośnie względem siebie postawione, lecz leżą w płaszczyznach równoległych. Nastę-

puje zdzieranie z powierzchni materyału, posuwającego się dalej po spirali, i w ten sposób kloc cylindryczny otrzymuje przekrój pierścienia kołowego. Szkice A, B i C przedstawiają kolejną ewolucję powyższego sposobu. Największa sprawność otrzymuje się przy wałkach stożkowych C kształtu grzyba. Wałki wciskają z wrastającą szybkością obwodową rozżarzony materyał plastyczny na trzpień stożkowy, wskutek czego otrzymuje się rura o większej średnicy, niż miało żelazo, z którego się walcuje. Przy stosowaniu trzpienia otrzymuje się gładsza powierzchnia wewnątrz rury.

Ej-H

-a

zg

inania właściwej średnicy.

Rury małych średnic otrzymują się przez ciągnienie na zimno rur walcowanych, podobnie jak drut, który może być walcowany tylko do 4 mm grubości.

Przy sposobie Erhardta, w klocu przebija się pod młotem parowym okrągły otwór. Przedziurawiony kloc przepuszcza się w zwyczajnych walcach na trzpieniu przez szereg Rys. 103. Sposób man- zmniejszających się wykrojów, w celu otrzy-nesmanowski walcowania rur.

Literatura: Adamiecki K. Metoda wykreślna organizowania pracy zbiorowej w walcowniach. Przegląd Techniczny. 1909. 17—21.

Tołstow N. Wydiełka listowogo krowielnago żeleza po uralskomu sposobu. 1911. (Monografia wyczerpująca). Bousse A. Die Fabrication nathloser Stahlrohre. 1908.

Piece grzewcze.

Żelazo przed walcowaniem ogrzewa się w piecach płomiennych różnego rodzaju, lub w tak zwanych jamach grzewczych Gjersa.

Piece płomienne noszą nazwę zgrzewnych, o ile służą do ogrzewania kęsów, otrzymywanych z walcarek wstępnych i złożonych w snopce. Nazwa ta była stosowana przeważnie wówczas, gdy żelazo walcowano z materyału pudlarskiego. Piece do nagrzewania zimnych bloków stalowych noszą nazwę äaroivych. Gdy blok częściowo rozwalcowany, albo bałwanka, ostyga podczas walcowania tak dalece, iż jednem zagrzaniem skończyć walcowania

J/PP

■■

H70

>1

nmn

ÉÉ

/■

&£m

•H

iii

■a

"M:

wÊÊÊBÊk-

■4M

-1-

4400

-    ■■ ■ ■ v ■. L-,M

-MM.

MM <-*■

r-"'s

fl:-—JT

li

éÊÊÊm

r^T’~Tv

Rys. 104. Piec zgrzewny

nie można, należy je ponownie ogrzać w piecach podgrzewczych. Piece zgrzewne powinny posiadać temperaturę wyższą niż żarowe, gdyż w pierwszych materyał ma być doprowadzany do stanu plastyczności najwyższej. W piecach podgrzewczych unikać należy atmosfery utleniającej, aby zmniejszyć stratę żelaza przez spalanie.

Piece zgrzewne, żarowe i podgrzewcze często nie różnią się budową i służyć mogą jednakowo dobrze do wszystkich celów powyższych. Stąd też każda z tych nazw jest stosowana dowolnie.

Typ pieca płomiennego, stosowanego do bloków pudlarskich i do bałwanek średniej wielkości przedstawia rys. 104. Piec jest opalany z paleniska rusztowego. Przestrzeń robocza posiada kilka okien, najczęściej umieszczanych z jednej strony. Bloki lub kęsy ładuje się przez okno najbliższe do czopucha i posuwa w kierunku odwrotnym do ruchu spalin ku oknu wysadowemu przy palenisku. W ten sposób żelazo styka się najpierw ze spalinami najmniej gorą-cemi i ogrzewa się stopniowo przez gazy coraz gorętsze, względnie przez płomień, który działa na nie najmocniej przy progu ogniowym przed wysadzeniem z pieca. Piec taki o biegu ciągłym pozwala najlepiej wyzyskiwać ciepło dostarczane z paleniska.

Temperatura w piecu zależy od powierzchni rusztów, albo od ilości opału zużytego w jednostkę czasu. Atmosfera utleniająca lub obojętna zależy od ilości powietrza, wprowadzanego do spalania.

li

Jg L

!f§L

Rys. 104. Piec żarowy o biegu ciągłym.

Rys. 105 przedstawia piec o biegu ciągłym do dużych bloków (Rollofen, four roulant). Jest to piec płomienny kształtu drugiego kanału, przez który płyną gazy gorące z paleniska półga-zowego lub z generatora. Często stosowana jest regeneracya do ogrzewania powietrza. Trzon pieca przedstawia płaszczyznę pochyłą w stosunku 1 : 10 a nawet 1:6. W szczycie pieca znajduje się okno wsadowe. Wzdłuż pieca na poziomie trzona są otwory do kantowania lub przetaczania bloków kosturami w kierunku progu ogniowego, przy którym są umieszczone okna wysadowe. Długość użyteczna trzona dochodzi do 15 m, szerokość do 3 m. Ciepło spalin wychodzących z pieca używane jest niekiedy do ogrzewania kotłów parowych. Bloki ładują się do pieca zapomocą wsadzarek hydraulicznych lub elektrycznych, do których są dowożone na wózkach z pomostami wywrotnymi. Wskutek silnego pochylenia trzonu bloki dają się łatwo przesuwać przez kantowanie. Powietrze, ogrzane przez rekuperacyę pod trzonem pieca, wtłacza się pod ruszta dwoma inżektorami Körtinga i prócz tego dwiema rurami do komory nad paleniskiem półgazowym w celu zupełnego spalania gazów, z którymi powietrze wtórne styka się nad progiem między paleniskiem i przestrzenią roboczą pieca.

Piec Morgana o biegu ciągłym z rekuperacyą przedstawia rys. 106.- Sklepienie jest zawieszone na trzech mocnych dwu-teownikach. W ciągu godziny przesuwa się przez piec 13 tonn kęsów grubości 37 do 57 mm i długości 9 m. Gazu dostarczają trzy generatory o średnicy 2,5 m. Na jedną tonnę kęsów zużywa

"•fes

EjglggL,.

Ml In

Jl

"w.

8-

tegj

'tb

Rys. 106. Piec podgrzewczy Morgana.

się około 100 kg węgla kamiennego. Powietrze, pędzone za pomocą wentylatora, przechodzi przez przestrzeń pomiędzy sklepieniem i płaszczem z blachy falistej, a ogrzane tam do 75° C., wchodzi do rekuperatora. Po przejściu przez szereg rur z żelaza lanego, ogrzewanych spalinami, powietrze dochodzi do pieca, gdzie się miesza z gazem. Przy wejściu do pieca gaz i powietrze posiadają temperaturę około 475° 0., spaliny przy wejściu do rekuperatora mają 1000° C., a przy wejściu do komina 280° C. Trzon w górnej części przy oknie wsadowem składa się z rur żelaznych lanych, chłodzonych wodą, dalej zaś rury te są obmurowane. Trzon buduje się z cegły magnezytowej, przeto żużel wcale się na nim nie tworzy. Pochylenie trzonu wynosi 1:6.

Stosowane są również piece gazowe Siemensa z regeneracyą. Wobec peryodycznie zmienianego kierunku gazów temperatura w całym piecu jest jednakowa, i ciągłości w biegu pieca zachować nie można. Ładowanie pieca odbywa się tu po całkowitem prze-walcowaniu poprzednio wygrzanego naboju.

Wymagania szczególne stawiane są piecom grzewczym do blachy dachowej. Płomień nie powinien być utleniającym, przeto ilość dostarczanego do spalania powietrza nie powinna przekraczać ilości teoretycznej, gdyż żelazo będzie się utleniać i otrzymuje się wiele materyału wadliwego. Piece te pracują przy oknach otwartych lub często otwieranych, chcąc więc uniknąć dopływu przez nie powietrza, należy utrzymywać w całym piecu ciśnienie wyższe od atmosferycznego. Osiąga się to przeważnie przez nadawanie odpowiedniej wysokości sklepieniu, w stosunku do ilości gazów i spalin w przestrzeni roboczej, i przez regulowanie siły ciągu komina.

W kosztach własnych walcowni opał stanowi jedną z większych pozycyi. Na 1 tonnę bloków zimnych zużywa się stosownie do ich wielkości do 190 kg węgla kamiennego; na dogrzewanie kęsów, ostudzonych podczas walcowania wystarcza połowa tej ilości. Zastosowanie jam grzewczych ustroju Gł-jersa pozwala na znaczną oszczędność opału, a nawet na zupełne obchodzenie się bez tego wydatku przy walcowaniu dużych kształtowników.

Bloki stalowe, wyjęte z form, chociaż rozgrzane do czerwoności, nie mogą być natychmiast walcowane, gdyż stan skupienia i temperatura w różnych ich częściach są niejednakowe, i blok stężały na powierzchni zawierać może wewnątrz masę płynną. Należy zaznaczyć, że blok nierównomiernie ogrzany daje przy walcowaniu materyał wadliwy. Ilość jednak ciepła, zawartego w całym bloku po wyjęciu z formy, często przekracza tę ilość ciepła, jaka jest potrzebna do jego ogrzania do stanu niezbędnej plastyczności. Wynalazek Grjersa polega na tern, iż gorące bloki, umieszczone po wyjęciu z form w przestrzeni zabezpieczonej od straty ciepła, po pewnym czasie otrzymują temperaturę jednakową w całej masie; ponieważ nadmiar ciepła, zawartego wewnątrz, przechodzi do powierzchni, przeto całość otrzymuje temperaturę .wystarczającą do przewalcowania bloka.

W celu uniknięcia strat przez promieniowanie, jamy grzewcze buduje się w kształcie studzienek niżej poziomu posadzki. Kilka szeregów studzienek, o przekroju i wysokości mało większych niż mają bloki, są murowane z cegły ogniotrwałej. Każda studzienka, jest zamykana pokrywą ze złego przewodnika na poziomie podłogi. Bloki, wyjęte z form, możliwie prędko po odlaniu, przenosi się ze stalowni i umieszcza się w studzienkach. Po półgodzinnem, mniej więcej, przebywaniu w jamie grzewczej, bloki z temperaturą wyrównaną są wyjmowane i podawane do walcarek. Bloki powinny być umieszczane w studzienkach uprzednio dostatecznie rozgrzanych. Nagrzewanie jam odbywa się zapomocą gorących bloków, rozgrzewanych w specyalnych piecach żarowych. Bloki te, oddając swe ciepło murom, rozgrzewają je do czerwoności. Raz puszczona w bieg jama grzewcza nie tylko nie stygnie, lecz nagrzewa się tak dalece, że służyć może od czasu do czasu do ogrzewania bloków ostudzonych znacznie niżej normy.

ll

II

I li

-i

Idea pierwotna Gjersa (r. 1882) polegała na budowaniu studzienek nieogrze-wanych, lecz praktyka wykazała wkrótce pewne niedogodności, w celu usunięcia których jamy grzewcze są opalane z zewnątrz. Tym -rr -17-717 sposobem powstały piece wgłębne. Ogrzewanie jam ułatwia puszczanie ich w bieg    fp(gEg||

ir

po przerwach świątecznych, pozwala dogrzewać w razie    |C

Rys. 107. Jamy grzewcze Gjersa.

potrzeby bloki zimne i usuwać zbierający się na dnie żużel, zapobiegącjego krzepnięciu. Wybór sposobu ogrzewania jam przez stosowanie palenisk gazowych, półgazowych, regeneracyi i t. d., oraz korzyści z tego wynikające zależą od wielu okoliczności. Wielkie znaczenie odgrywa tu odległość walcowni od stalowni, wymiary i szybkość dowozu bloków, otrzymywanie stali metodą bessemerowską lub martenowską, które się różnią nierównomiernością produkcyi w jednakowych odstępach czasu i t. d.

Piec wgłębny, ogrzewany gazami wielkopiecowymi i opatrzony regenatorami Siemensa przedstawiony jest na rys. 107. Gazy i powietrze wchodzą to z jednej, to z drugiej strony przez grupę złożoną z czterech studzienek, krążąc przy jednej studzience od góry do dołu, przy następnej od dołu do góry. Studzienki są tak zbudowane, że spody grup środkowych znajdują się na poziomie wyższym, a to w tym celu, żeby powstający żużel mógł odpływać po pochyłości do kadzi. Strata żelaza w żużlu wynosi tu 1,5 — 2%, zaś przy jamach nieogrzewanych 1—1,25$. Ogrzewanie stosuje się tylko w razie potrzeby, zwykle zaś tylko do rozgrzewania pieca przed puszczeniem go w bieg.

Literatura: Ueber den heutigen Stand der Wärm —und Glühofen.

St. u Eisen. 1914 JvLNa 17, 21, 24.

Schruff E. Ueber den heutigen Stand der Tief ofenfrage. 1913. St. u. Eis. str. 1104, 1143.

ff

KRAKOW j

//

&0

>Js

BIS

KCt. *

nTKA J

-<v«Air.iw 1

>■

j.

QC

•cjsaas^C¹

S.o'\

,v\

ß

rf

v

$

à

>

4?

f

«#

<

àp,

■

à

à

ą

•.

ê

*

,4

J

$■

i.

:4

łjr

w

_C

§

V

P

t'

m-

;Sf

'Æ

■

w

*$ ■

-\

r~

$0'

J

j

#

§

$

f,

-

*

:

jf*-

i

f

m

Biblioteka

Politechnik. Krakowskie)