La explosión en caliente se refiere al precalentamiento del aire soplado en un alto horno u otro proceso metalúrgico. Como esto redujo considerablemente el combustible consumido, la explosión en caliente fue una de las tecnologías más importantes desarrolladas durante la Revolución Industrial . [1] La explosión en caliente también permitió temperaturas de horno más altas, lo que aumentó la capacidad de los hornos. [2] [3]
Como se desarrolló por primera vez, funcionó almacenando alternativamente el calor del gas de combustión del horno en un recipiente revestido de ladrillos refractarios con múltiples cámaras, luego soplando aire de combustión a través de la cámara caliente. Esto se conoce como calentamiento regenerativo. La explosión en caliente fue inventada y patentada para hornos de hierro por James Beaumont Neilson en 1828 en Wilsontown Ironworks [ cita requerida ] en Escocia, pero luego se aplicó en otros contextos, incluidas las floraciones tardías . Posteriormente , se quemó el monóxido de carbono del gas de combustión para proporcionar calor adicional.
Historia
Invención y difusión
James Beaumont Neilson , anteriormente capataz de la planta de gas de Glasgow, inventó el sistema de precalentamiento de la ráfaga de un horno. Descubrió que al aumentar la temperatura del aire entrante a 300 grados Fahrenheit, podría reducir el consumo de combustible de 8.06 toneladas de carbón a 5.16 toneladas de carbón por tonelada de hierro producido con reducciones adicionales a temperaturas aún más altas. [4] Él, con socios como Charles Macintosh , lo patentó en 1828. [5] Inicialmente, el recipiente de calentamiento estaba hecho de placas de hierro forjado , pero estas se oxidaron, y lo sustituyó por un recipiente de hierro fundido . [4]
Sobre la base de una patente de enero de 1828, Thomas Botfield tiene un reclamo histórico como inventor del método de explosión en caliente. A Neilson se le acredita como inventor de hot blast, porque ganó un litigio de patentes. [1] Neilson y sus socios participaron en un litigio sustancial para hacer cumplir la patente contra los infractores. [5] La difusión de esta tecnología en Gran Bretaña fue relativamente lenta. En 1840, 58 maestros del hierro habían obtenido licencias, lo que generaba unos ingresos por regalías de 30.000 libras esterlinas al año. Cuando expiró la patente, había 80 licencias. En 1843, justo después de que expirara, 42 de los 80 hornos en el sur de Staffordshire usaban explosión en caliente, y la absorción en el sur de Gales fue aún más lenta. [6]
Otras ventajas de la explosión en caliente eran que se podía utilizar carbón crudo en lugar de coque . En Escocia, la piedra de hierro de "banda negra", relativamente pobre, podría fundirse de forma rentable. [5] También aumentó la producción diaria de los hornos. En el caso de la siderurgia de Calder, de 5,6 toneladas por día en 1828 a 8,2 en 1833, lo que convirtió a Escocia en la región productora de acero de menor costo en Gran Bretaña en la década de 1830. [7]
Las primeras estufas de explosión caliente eran problemáticas, ya que la expansión y contracción térmica podían provocar la rotura de las tuberías. Esto se solucionó de alguna manera apoyando los tubos sobre rodillos. También fue necesario idear nuevos métodos para conectar los conductos de explosión a las toberas , ya que ya no se podía utilizar cuero. [8]
En última instancia, este principio se aplicó aún más eficientemente en intercambiadores de calor regenerativos , como la estufa Cowper (que precalienta el aire de entrada con el calor residual de los gases de combustión; estos se utilizan en altos hornos modernos) y en el horno de solera abierta (para fabricar acero ) por el proceso Siemens-Martin. [9]
Independientemente, George Crane y David Thomas , de Yniscedwyn Works en Gales , concibieron la misma idea, y Crane solicitó una patente británica en 1836. Comenzaron a producir hierro mediante el nuevo proceso el 5 de febrero de 1837. Posteriormente Crane compró la patente de Gessenhainer. y adiciones patentadas, controlando el uso del proceso tanto en Gran Bretaña como en Estados Unidos. Mientras Crane permaneció en Gales, Thomas se mudó a los EE. UU. En nombre de Lehigh Coal & Navigation Company y fundó Lehigh Crane Iron Company para utilizar el proceso. [10]
Antracita en hierro
Hot Blast permitió el uso de antracita en la fundición de hierro. También permitió el uso de carbón de menor calidad porque menos combustible significaba proporcionalmente menos azufre y cenizas. [11]
En el momento en que el proceso fue inventado, buena coque de carbón sólo estaba disponible en cantidades suficientes en Gran Bretaña y el oeste de Alemania, [12] por lo que los hornos de hierro en los EE.UU. estaban utilizando carbón . Esto significaba que cualquier horno de hierro requería vastas extensiones de tierra boscosa para la producción de carbón vegetal y, por lo general, se apagaba cuando se talaban los bosques cercanos. Los intentos de utilizar antracita como combustible habían fracasado, ya que el carbón resistía la ignición en condiciones de explosión fría. En 1831, el Dr. Frederick W. Gessenhainer solicitó una patente estadounidense sobre el uso de explosión caliente y antracita para fundir hierro. Produjo una pequeña cantidad de hierro antracita por este método en Valley Furnace cerca de Pottsville, Pensilvania en 1836, pero debido a averías y su enfermedad y muerte en 1838, no pudo desarrollar el proceso en una producción a gran escala. [10]
La antracita fue reemplazada por el coque en los Estados Unidos después de la Guerra Civil. El coque era más poroso y capaz de soportar las cargas más pesadas en los hornos mucho más grandes de finales del siglo XIX. [2] : 90 [13] : 139
Referencias
- ↑ a b Belford, Paul (2012). "Fundición en caliente de hierro a principios del siglo XIX" (PDF) . Metalurgia histórica . Sociedad Histórica de Metalurgia . 46 (1): 32–44.
- ^ a b Landes, David S. (1969). El Prometeo sin consolidar: cambio tecnológico y desarrollo industrial en Europa occidental desde 1750 hasta el presente . Cambridge, Nueva York: Press Syndicate de la Universidad de Cambridge. pag. 92. ISBN 0-521-09418-6.
- ^ Ayres, Robert (1989). "Transformaciones tecnológicas y ondas largas" (PDF) : 21
7 muestra series de tiempo de relación C / Fe> Cite journal requiere|journal=
( ayuda )CS1 maint: posdata ( enlace ) - ↑ a b W.KV Gale, Industria siderúrgica británica (David y Charles, Newton Abbot 1967), 55-8.
- ^ a b c "Neilson, James Beaumont (1792-1865)". Oxford Dictionary of National Biography (edición en línea). Prensa de la Universidad de Oxford. doi : 10.1093 / ref: odnb / 19866 . (Se requiere suscripción o membresía a una biblioteca pública del Reino Unido ).
- ^ CK Hyde, Cambio tecnológico y la industria del hierro británica 1700-1870 (Princeton University Press, 1977), 154-5.
- ^ CK Hyde, Cambio tecnológico y la industria del hierro británica 1700-1870 (Princeton University Press, 1977), 151.
- ↑ WKV Gale, The Black Country iron industry (David y Charles, Newton Abbot 1966), 71-5.
- ^ WKV Gale, industria británica del hierro y el acero (David y Charles, Newton Abbot 1967), 98-100.
- ^ a b Bartolomé, Craig L .; Metz, Lance E. (1988). Bartolomé, Ann (ed.). La industria de la antracita del Lehigh Valley . Centro de Historia y Tecnología del Canal. ISBN 0-930973-08-9.
- ^ Rosenberg, Nathan (1982). Dentro de la caja negra: tecnología y economía . Cambridge, Nueva York: Cambridge University Press. pag. 88 . ISBN 0-521-27367-6.
- ^ Landas , 1969 , p. 82.
- ^ Rosen, William (2012). La idea más poderosa del mundo: una historia de vapor, industria e invención . Prensa de la Universidad de Chicago. ISBN 978-0226726342.