Smeedijzer

Westelijke werelddit

Smeedijzer wordt al vele eeuwen gebruikt en is het” ijzer ” waarnaar in de westerse geschiedenis wordt verwezen., De andere vorm van ijzer, gietijzer, werd in China al sinds de oudheid gebruikt, maar werd pas in de 15e eeuw in West-Europa geïntroduceerd; zelfs toen kon het vanwege zijn broosheid slechts voor een beperkt aantal doeleinden worden gebruikt. Gedurende een groot deel van de Middeleeuwen werd ijzer geproduceerd door de directe reductie van erts in handmatig bediende bloomeries, hoewel waterkracht begon te worden gebruikt door 1104.

De grondstof die door alle indirecte processen wordt geproduceerd, is ruwijzer. Het heeft een hoog koolstofgehalte en als gevolg daarvan is het Bros en kon niet worden gebruikt om hardware te maken., Het osmondproces was het eerste van de indirecte processen, ontwikkeld in 1203, maar de productie van bloomerieën ging op veel plaatsen door. Het proces was afhankelijk van de ontwikkeling van de hoogoven, waarvan middeleeuwse voorbeelden zijn ontdekt in Lapphyttan, Zweden en in Duitsland.de bloomery-en osmond-processen werden vanaf de 15e eeuw geleidelijk vervangen door fijnmazige processen, waarvan er twee versies waren, de Duitse en de Waalse. Ze werden op hun beurt vanaf het einde van de 18e eeuw vervangen door puddling, met bepaalde varianten zoals het Zweedse Lancashire-proces., Ook die zijn nu verouderd en smeedijzer wordt niet langer commercieel vervaardigd.tijdens de Han-dynastie leidden nieuwe ijzersmelteringsprocessen tot de vervaardiging van nieuwe smeedijzeren werktuigen voor gebruik in de landbouw, zoals de zaaimachine met meerdere buizen en de ijzerploeg. Naast toevallige brokken van koolstofarme smeedijzer geproduceerd door overmatige ingespoten lucht in de oude Chinese koepelovens., De oude Chinezen creëerden smeedijzer door het gebruik van de smederij ten minste tegen de 2e eeuw voor Christus, de vroegste exemplaren van gegoten en ruwijzer beboet in smeedijzer en staal gevonden in de vroege Han-dynastie (202 v.Chr. – 220 N. Chr.) site in Tieshengguo.: 186 Pigott speculeert dat de smederij bestond in de vorige oorlogvoerende Staten periode (403-221 v.Chr.), als gevolg van het feit dat er smeedijzeren voorwerpen uit China dateren uit die periode en er is geen gedocumenteerd bewijs van de bloomery ooit gebruikt in China.,: 186-187 het raffinageproces bestond uit het vloeibaar maken van gietijzer in een vuurhaard en het verwijderen van koolstof uit het gesmolten gietijzer door oxidatie.: 186 Wagner schrijft dat naast de haarden van de Han-dynastie die worden beschouwd als fijnmakende haarden, er ook picturale bewijzen zijn van de fijnmakende haardhaarden van een Shandong-grafmuur uit de 1e tot 2e eeuw n. Chr., evenals een hint van geschreven bewijs in de 4e eeuw n. Chr. Taoïstische tekst Taiping Jing.,

Bloomery processEdit

Smeedijzer werd oorspronkelijk geproduceerd door een verscheidenheid van smeltprocessen, Alle vandaag beschreven als “bloomeries”. Verschillende vormen van bloomery werden gebruikt op verschillende plaatsen en tijden. De bloesem werd geladen met houtskool en ijzererts en vervolgens aangestoken. Lucht werd door een tuyere geblazen om de bloomery te verwarmen tot een temperatuur iets onder het smeltpunt van ijzer., In de loop van de smelt, slakken zou smelten en uitlopen, en koolmonoxide uit de houtskool zou het erts te verminderen tot ijzer, die een sponsachtige massa gevormd (genoemd een “bloei”) met ijzer en ook gesmolten silicaat mineralen (slakken) uit het erts. Het ijzer bleef in vaste toestand. Als de bloomery warm genoeg zou worden om het ijzer te smelten, zou koolstof erin oplossen en varken of gietijzer vormen, maar dat was niet de bedoeling. Echter, het ontwerp van een bloomery maakte het moeilijk om het smeltpunt van ijzer te bereiken en ook voorkomen dat de concentratie van koolmonoxide te hoog.,: 46-57

nadat het smelten was voltooid, werd de bloei verwijderd en kon het proces opnieuw worden gestart. Het was dus een batchproces in plaats van een continu proces zoals een hoogoven. De bloei moest mechanisch worden gesmeed om het te consolideren en te vormen tot een bar, waardoor slakken in het proces worden verdreven.: 62-66

tijdens de Middeleeuwen werd waterkracht toegepast op het proces, waarschijnlijk aanvankelijk voor het aandrijven van balgen, en pas later op hamers voor het smeden van de bloemen. Hoewel het zeker is dat waterkracht werd gebruikt, blijven de details onzeker.,: 75-76 dat was het hoogtepunt van het directe proces van ijzermaken. Het overleefde in Spanje en zuid-Frankrijk als catalaans Forges naar het midden van de 19e eeuw, in Oostenrijk als de stuckofen te 1775,:100-101 en in de buurt van Garstang in Engeland tot ongeveer 1770; het was nog steeds in gebruik met hot blast in New York in de jaren 1880. In Japan is de laatste van de oude tatara bloomeries gebruikt bij de productie van traditionele tamahagane staal, voornamelijk gebruikt in swordmaking, was geblust pas in 1925, maar in de late 20e eeuw werd de productie hervat op een lage schaal voor de levering van de stalen naar de ambachtelijke swordmakers.,Osmond process edit

Osmond iron bestaat uit ballen van smeedijzer, geproduceerd door het smelten van gietijzer en het opvangen van de druppels op een staf, die voor een explosie van lucht werd gesponnen om zo veel mogelijk aan de lucht bloot te stellen en het koolstofgehalte ervan te oxideren. De resulterende bal werd vaak gesmeed tot staafijzer in een hamermolen.

Finery processEdit

in de 15e eeuw verspreidde de hoogoven zich naar het huidige België, waar hij werd verbeterd., Van daaruit verspreidde het zich via het Pays de Bray op de grens van Normandië en vervolgens naar de Weald in Engeland. Daarmee verspreidde de siersmidse zich. Die hersmolten het ruwijzer en verbrandden (in feite) de koolstof, waardoor een bloei ontstond, die vervolgens werd gesmeed tot een staafijzer. Als staafijzer nodig was, werd een snijmolen gebruikt.

het finery-proces bestond in twee enigszins verschillende vormen. In Groot-Brittannië, Frankrijk en delen van Zweden werd alleen het Waalse proces gebruikt., Dat gebruikt twee verschillende haarden, een fijnhaard voor het afwerken van het ijzer en een schuurhaard voor het opnieuw verwarmen in de loop van het tekenen van de bloei uit in een bar. De finery verbrandde altijd houtskool, maar de chafery kon worden gestookt met minerale steenkool, omdat de onzuiverheden het ijzer niet zou schaden wanneer het in vaste toestand was. Aan de andere kant, het Duitse proces, gebruikt in Duitsland, Rusland, en het grootste deel van Zweden gebruikt een enkele haard voor alle fasen.,de invoering van cokes voor gebruik in de hoogoven door Abraham Darby in 1709 (of misschien iets eerder) had aanvankelijk weinig invloed op de produktie van smeedijzer. Pas in de jaren 1750 werd cokesgietijzer op enige significante schaal gebruikt als grondstof voor siersmidsen. Houtskool bleef echter de brandstof voor de opsmuk.

Potting and stampedit

vanaf de late jaren 1750 begon ironmasters processen te ontwikkelen voor het maken van ijzer zonder houtskool. Daar waren een aantal gepatenteerde processen voor, die vandaag de dag worden aangeduid als potten en stampen., De vroegste werden ontwikkeld door John Wood van Wednesbury en zijn broer Charles Wood van Low Mill in Egremont, gepatenteerd in 1763.: 723-724 een andere werd ontwikkeld voor de Coalbrookdale Company door de Cranage brothers. Een andere belangrijke was die van John Wright en Joseph Jesson van West Bromwich.,:725-726

Puddling procedédit

een aantal processen voor het maken van smeedijzer zonder houtskool werden bedacht toen de Industriële Revolutie begon tijdens de de tweede helft van de 18e eeuw. De meest succesvolle daarvan was puddling, met behulp van een puddling oven (een verscheidenheid van de nagalm oven), die werd uitgevonden door Henry Cort in 1784., Het werd later verbeterd door anderen, waaronder Joseph Hall, die de eerste was om ijzeroxide toe te voegen aan de lading. In dat type oven komt het metaal niet in contact met de brandstof en wordt het dus niet verontreinigd door zijn onzuiverheden . De warmte van de verbrandingsproducten gaat over het oppervlak van de plas en het dak van de oven weerkaatst (reflecteert) de warmte op de metalen plas op de vuurbrug van de oven.

tenzij de gebruikte grondstof wit gietijzer is, moest het ruwijzer of een ander ruw product van de plas eerst worden geraffineerd tot geraffineerd ijzer of fijner metaal., Dat zou gebeuren in een raffinaderij waar ruwe steenkool werd gebruikt om silicium te verwijderen en koolstof in de grondstof, gevonden in de vorm van grafiet, om te zetten in een combinatie met ijzer genaamd cementiet.

in het volledig ontwikkelde proces (van Hall) werd dit metaal in de haard van de poeloven geplaatst waar het werd gesmolten. De haard was bekleed met oxiderende stoffen zoals hematiet en ijzeroxide. Het mengsel werd onderworpen aan een sterke stroom van lucht en geroerd met lange bars, genaamd puddling bars of rabbles,:165 door werkende deuren.,: 236-240 de lucht, het roeren en de “kokende” werking van het metaal hielpen de oxiderende stoffen om de onzuiverheden en koolstof uit het ruwijzer te oxideren. Als de onzuiverheden oxideren, vormden ze een gesmolten slak of dreef af als gas, terwijl het behoud van ijzer gestold in sponsachtig smeedijzer dat zweefde naar de top van de plas en werden gevist uit de smelt als puddle ballen met behulp van puddle bars.,

ShinglingEdit

Er was nog wat slak in de poelballen, dus terwijl ze nog warm waren, werden ze shingled om de resterende slak en sintels te verwijderen. Dat werd bereikt door de ballen onder een hamer te smeden, of door de bloom in een machine te knijpen. Het materiaal verkregen aan het einde van gordelroos staat bekend als bloei. De bloemen zijn niet nuttig in die vorm, dus werden ze gerold tot een eindproduct.

soms zouden Europese ijzerfabrieken het shinglingproces volledig overslaan en de poelballen rollen., Het enige nadeel daarvan is dat de randen van de ruwe staven niet zo goed gecomprimeerd waren. Wanneer de ruwe staaf werd opgewarmd, de randen kunnen scheiden en verloren gaan in de oven.

Rollendedit

De bloom werd door walsen geleid om staven te produceren. De staven van smeedijzer waren van slechte kwaliteit, genaamd muck bars: 137 of puddle bars. Om hun kwaliteit te verbeteren, werden de staven door draden gesneden, opgestapeld en aan elkaar gebonden, een proces dat bekend staat als nichteren of stapelen. Ze werden vervolgens opgewarmd tot een lastoestand, smeden gelast, en opnieuw gerold tot staven., Het proces kan meerdere malen worden herhaald om smeedijzer van de gewenste kwaliteit te produceren. Smeedijzer dat meerdere keren is gerold, wordt merchant bar of merchant ijzer genoemd.hoofdartikel: Lancashire hearth

het voordeel van puddling was dat het steenkool gebruikte, niet houtskool als brandstof. Dat was echter van weinig voordeel in Zweden, dat geen steenkool had. Gustaf Ekman observeerde houtskool fineries in Ulverston, die heel anders waren dan die in Zweden., Na zijn terugkeer naar Zweden in de jaren 1830, experimenteerde hij en ontwikkelde een proces vergelijkbaar met puddling, maar gebruikte brandhout en houtskool, die op grote schaal werd aangenomen in de Bergslagen in de volgende decennia.: 282-285

Aston processEdit

in 1925 ontwikkelde James Aston uit de Verenigde Staten een proces voor de productie van smeedijzer snel en economisch. Het betrof het nemen van gesmolten staal uit een Bessemer converter en het gieten van het in koelere vloeibare slakken. De temperatuur van het staal is ongeveer 1500 °C en de vloeibare slakken worden op ongeveer 1200 °C gehouden., Het gesmolten staal bevat een grote hoeveelheid opgeloste gassen zodat wanneer het vloeibare staal de koelere oppervlakken van de vloeibare slakken raakte de gassen werden bevrijd. Het gesmolten staal bevroor vervolgens tot een sponsachtige massa met een temperatuur van ongeveer 1370 °C. De sponsachtige massa zou dan worden afgewerkt door shingled en gewalst zoals beschreven onder puddling (hierboven). Drie tot vier ton kon per batch worden omgezet met de methode.

DeclineEdit

staal begon ijzer voor spoorrails te vervangen zodra het Bessemer – proces voor de vervaardiging ervan werd goedgekeurd (1865 on)., Ijzer bleef dominant voor structurele toepassingen tot de jaren 1880, vanwege problemen met Bros staal, veroorzaakt door geïntroduceerde stikstof, hoge koolstof, overtollige fosfor, of overmatige temperatuur tijdens of te snel walsen.: 144-151 tegen 1890 had staal ijzer grotendeels vervangen voor structurele toepassingen.

plaatijzer (Armco 99,97% zuiver ijzer) had goede eigenschappen voor gebruik in apparaten, was zeer geschikt voor emailleren en lassen en was roestbestendig.,In de jaren zestig daalde de prijs van de staalproductie door recycling, en zelfs bij gebruik van het Aston-proces was de productie van smeedijzer arbeidsintensief. Men schat dat de productie van smeedijzer ongeveer twee keer zo duur is als die van koolstofarm staal. In de Verenigde Staten sloot de laatste fabriek in 1969. De laatste in de wereld was de Atlas Forge van Thomas Walmsley and Sons in Bolton, Groot-Brittannië, die in 1973 werd gesloten. De 1860-era apparatuur werd verplaatst naar de Blists Hill site van Ironbridge Gorge Museum for preservation., Er wordt nog steeds smeedijzer geproduceerd voor restauratiedoeleinden, maar alleen door recycling van schroot.