Smidesjärn

Western worldEdit

smidesjärn har använts i många århundraden, och är ”järn” som avses i hela västerländsk historia., Den andra formen av järn, gjutjärn, användes i Kina sedan antiken men introducerades inte i Västeuropa förrän på 15-talet. även då, på grund av sin brittleness, kunde den endast användas för ett begränsat antal ändamål. Under en stor del av medeltiden producerades järn genom direkt reduktion av malm i manuellt drivna blomerier, även om vattenkraft hade börjat användas av 1104.

råvaran som produceras genom alla indirekta processer är tackjärn. Den har en hög kolhalt och som en konsekvens är det sprött och kunde inte användas för att göra hårdvara., Osmond-processen var den första av de indirekta processerna, utvecklad av 1203, men blomsterodproduktionen fortsatte på många ställen. Processen berodde på utvecklingen av masugnen, varav medeltida exempel har upptäckts på Lapphyttan, Sverige och Tyskland.

bloomery-och osmond-processerna ersattes gradvis från 15-talet av finery-processer, varav det fanns två versioner, tyska och Vallonien. De ersattes i sin tur från slutet av 1700-talet av puddling, med vissa varianter som den svenska Lancashire-processen., Även dessa är nu föråldrade, och smidesjärn tillverkas inte längre kommersiellt.

ChinaEdit

under Handynastin ledde nya järnsmältningsprocesser till tillverkning av nya smidesjärnredskap för användning inom jordbruket, till exempel flerrörsfröborr och järnplog. Förutom oavsiktliga klumpar av lågkols smidesjärn som produceras av överdriven injicerad luft i gamla kinesiska kupolugnar., Den antika kinesiska skapade smidesjärn genom att använda finery forge åtminstone av 2: a århundradet f. Kr., de tidigaste exemplaren av gjutjärn och tackjärn böter i smidesjärn och stål som finns i början av Han-dynastin (202 f. kr. – 220 AD) plats på Tieshengguo.: 186 Pigott spekulerar att finery forge existerade under den tidigare Stridande staterna perioden (403-221 f. Kr.), på grund av det faktum att det finns smidesjärnsprodukter från Kina som dateras till den perioden och det finns inga dokumenterade bevis på blomningen som någonsin använts i Kina.,: 186-187 finingprocessen involverade flytande gjutjärn i en fining härd och avlägsnande av kol från det smälta gjutjärnet genom oxidation.: 186 Wagner skriver att förutom Han-dynastin-härdarna tros böta härdar, finns det också bildbevis på fining härden från en Shandong-gravmålning daterad 1: A till 2: a århundradet, samt en antydan till skriftliga bevis i 4: e århundradet AD Daoist text Taiping Jing.,

Bloomery processEdit

smidesjärn producerades ursprungligen av en mängd olika smältprocesser, alla beskrivs idag som ”bloomeries”. Olika former av blomster användes på olika ställen och tider. Blomningen laddades med kol och järnmalm och tändes sedan. Luften blåstes in genom en tuyere för att värma blomningen till en temperatur något under smältpunkten av järn., Under smältningen skulle slaggen smälta och springa ut, och kolmonoxid från kolet skulle minska malmen till järn, vilket bildade en svampig massa (kallad en ”blomma”) innehållande järn och även smälta silikatmineraler (slagg) från malmen. Järnet förblev i fast tillstånd. Om blomningen fick bli varm nog att smälta järnet, skulle kol upplösas in i det och bilda gris eller gjutjärn, men det var inte avsikten. Utformningen av ett blomstrande gjorde det emellertid svårt att nå smältpunkten för järn och hindrade också koncentrationen av kolmonoxid från att bli hög.,: 46-57

efter smältning var klar, bloom togs bort, och processen kunde sedan startas igen. Det var alltså en satsprocess, snarare än en kontinuerlig sådan som en masugn. Blomningen måste smidas mekaniskt för att konsolidera den och forma den till en bar och utvisa slagg i processen.: 62-66

under medeltiden applicerades vattenkraft på processen, förmodligen ursprungligen för att driva bälgar, och först senare till hammare för att smida blomningarna. Men även om det är säkert att vattenkraft användes, är detaljerna fortfarande osäkra.,: 75-76 som var kulmen på den direkta processen för järntillverkning. Den överlevde i Spanien och södra Frankrike som katalanska Smedjor till mitten av 19th century, i Österrike, som stuckofen till 1775,:100-101 och nära Garstang i England fram till omkring 1770, det var fortfarande i bruk med hot blast i New York på 1880-talet. I Japan den sista av de gamla tatara bloomeries som används i produktionen av traditionella tamahagane-stål, som främst används i swordmaking, var släckt bara 1925, men i slutet av 20-talet produktionen återupptogs på en låg skala för att leverera stål till hantverkare swordmakers.,

Osmond processEdit

Osmond iron bestod av bollar av smidesjärn, som produceras genom smältning av tackjärn och fånga dropparna på en personal, som spunnits framför en tryckvåg av luft för att exponera så mycket av det som möjligt för luften och oxidera dess kolhalt. Den resulterande bollen smiddes ofta till barjärn i en hammarkvarn.

Finery processEdit

på 1400-talet spred sig masugnen till vad som nu är Belgien där det förbättrades., Därifrån sprids det via Pays de Bray på gränsen mellan Normandie och sedan till Weald i England. Med det spred sig finery forge. De omsmälta grisjärn och (i själva verket) brände ut kolet, producerar en blomma, som sedan smiddes till en bar järn. Om stångjärn krävdes användes en slitkvarn.

finery-processen fanns i två lite olika former. I Storbritannien, Frankrike och delar av Sverige användes endast Vallonprocessen., Det sysselsatte två olika härdar, en finery härd för att avsluta järnet och en chafery härd för att värma det under att dra blomningen ut i en bar. Finery brände alltid kol, men chafery kunde avfyras med mineralkol, eftersom dess föroreningar inte skulle skada järnet när det var i fast tillstånd. Å andra sidan använde den tyska processen, som användes i Tyskland, Ryssland och de flesta Sverige en enda härd för alla steg.,

införandet av koks för användning i masugnen av Abraham Darby 1709 (eller kanske andra lite tidigare) hade ursprungligen liten effekt på produktionen av smidesjärn. Endast på 1750-talet användes koksgris i någon större skala som råvara i finery forges. Kol fortsatte dock att vara bränslet för finery.

Potting och stampingEdit

från slutet av 1750-talet började ironmasters utveckla processer för att göra barjärn utan kol. Det fanns ett antal patenterade processer för det, som idag kallas potting och stämpling., De tidigaste utvecklades av John Wood of Wednesbury och hans bror Charles Wood of Low Mill på Egremont, patenterad 1763.:723-724 Annan utvecklades för Coalbrookdale Företag av Cranage bröder. En annan viktig var John Wright och Joseph Jesson Från West Bromwich.,: 725-726

puddling processEdit

ett antal processer för tillverkning av smidesjärn utan kol utformades när den industriella revolutionen började under den senare halvan av 1700-talet. Den mest framgångsrika av dem var puddling, med hjälp av en puddlingugn (en mängd reverberatory furnace), som uppfanns av Henry Cort 1784., Det förbättrades senare av andra, inklusive Joseph Hall, som var den första som tillsatte järnoxid till laddningen. I den typen av ugn kommer metallen inte i kontakt med bränslet, och det är inte förorenat av dess föroreningar . Förbränningsprodukternas värme passerar över ytan av pölen och taket på ugnsreverberaten (reflekterar) värmen på metallpölen på ugnsens eldbro.

om inte råvaran som används är vitt gjutjärn, måste tackjärn eller annan råvara från puddlingen först raffineras till raffinerat järn eller finare metall., Det skulle göras i ett raffinaderi där råkol användes för att avlägsna kisel och omvandla kol i råmaterialet, som finns i form av grafit, till en kombination med järn som kallas cementit.

i den fullt utvecklade processen (av Hall) placerades denna metall i hjärtat av den puddlingugn där den smältes. Härden var fodrad med oxidationsmedel som hematit och järnoxid. Blandningen utsattes för en stark ström av luft och omrördes med långa stänger, kallade puddling barer eller rabblar,:165 genom arbetsdörrar.,: 236-240 luften, omrörningen och metallens” kokande ” verkan hjälpte oxidationsmedlen att oxidera föroreningarna och kolet ur grisjärnet. När föroreningarna oxiderar bildade de en smält slagg eller drev av som gas medan det kvarhållande järnet stelnade till svampigt smidesjärn som flöt till toppen av pölen och fiskades ut ur smältan som pölbollar med hjälp av pölstänger.,

Shingledit

det fanns fortfarande lite slagg kvar i pölkulorna, så medan de fortfarande var heta skulle de vara shingled för att ta bort resterande slagg och aska. Det uppnåddes genom att smida bollarna under en hammare, eller genom att klämma blomman i en maskin. Materialet som erhållits i slutet av shingling är känt som bloom. Blomningarna är inte användbara i den formen, så de rullade in i en slutprodukt.

Ibland skulle Europeiska järnverk hoppa över shingling-processen helt och rulla pölbollarna., Den enda nackdelen med det är att kanterna på de grova staplarna inte var lika väl komprimerade. När den grova stången återuppvärmdes kan kanterna skilja sig och gå vilse i ugnen.

RollingEdit

blomman passerades genom rullar och för att producera barer. Stängerna av smidesjärn var av dålig kvalitet, kallade muck barer: 137 eller pöl barer. För att förbättra deras kvalitet skars staplarna upp, staplade och bundet ihop av ledningar, en process som kallas faggoting eller piling. De värmdes sedan till ett svetstillstånd, förfalskade svetsade och rullade igen i barer., Processen kan upprepas flera gånger för att producera smidesjärn av önskad kvalitet. Smidesjärn som har rullats flera gånger kallas handelsfartyg eller handelsfartyg järn.

Lancashire processEdit

fördelen med puddling var att den använde kol, inte kol som bränsle. Det var dock en liten fördel i Sverige, som saknade kol. Gustaf Ekman observerade träkol fineries på Ulverston, som var helt annorlunda än någon i Sverige., Efter sin återkomst till Sverige på 1830-talet experimenterade han och utvecklade en process som liknar puddling men använde ved och kol, som antogs allmänt i Bergslagen under de följande decennierna.: 282-285

Aston processEdit

1925 utvecklade James Aston i USA en process för tillverkning av smidesjärn snabbt och ekonomiskt. Det involverade att ta smält stål från en Bessemer-omvandlare och hälla den i kallare flytande slagg. Stålets temperatur är ca 1500 ° C och den flytande slaggen bibehålls vid ca 1200 ° C., Det smälta stålet innehåller en stor mängd lösta gaser, så när det flytande stålet träffade de flytande slaggens svalare ytor befriades gaserna. Det smälta stålet frös sedan för att ge en svampig massa med en temperatur på ca 1370 ° C. Den svampiga massan skulle sedan slutföras genom att bältros och rullas enligt beskrivningen under puddling (ovan). Tre till fyra ton kan omvandlas per sats med metoden.

DeclineEdit

stål började ersätta järn för järnvägskenor så snart Bessemer-processen för tillverkningen antogs (1865 på)., Järn förblev dominerande för strukturella tillämpningar fram till 1880-talet, på grund av problem med sprött stål, som orsakas av införd kväve, högt kol, överskott av fosfor, eller alltför hög temperatur under eller för snabb valsning.: 144-151 av 1890 stål hade till stor del ersatt järn för strukturella tillämpningar.

plåt (Armco 99,97% rent järn) hade goda egenskaper för användning i apparater, som är väl lämpade för emaljering och svetsning och rostbeständig.,: 242

på 1960-talet sjönk priset på stålproduktionen på grund av återvinning, och även med hjälp av Aston-processen var produktionen av smidesjärn arbetsintensiv. Man har uppskattat att produktionen av smidesjärn är ungefär dubbelt så dyr som produktionen av kolstål. I USA stängde den sista anläggningen 1969. Den sista i världen var Atlas Forge av Thomas Walmsley och Sons i Bolton, Storbritannien, som stängde 1973. Dess 1860-eran utrustning flyttades till Blists Hill platsen för Ironbridge Gorge Museum för bevarande., En del smidesjärn produceras fortfarande för restaurering av kulturarvet, men endast genom återvinning av skrot.