Ostugn (råhärd) är en av de första metallurgiska enheterna i historien att producera metalliskt järn från malm genom kemisk reduktion . Namnet "raw blast" (från "raw blast") dök upp i mitten av 1800-talet, när kraftfulla ångmaskiner började användas för att tillföra luft till masugnar och själva luften värmdes upp . Efter det blev arkaiska ugnar, i vilka sprängningen tillfördes av en drivning från vattenhjul eller på grund av en persons muskelarbete, snabbt okonkurrenskraftiga. Arkaiska ugnar kallades retroaktivt "rådeg" [2] .
Ur metallurgisk tekniks historia accepteras uppdelningen av aggregat för utvinning av järn från malmer enligt typen av processens huvudprodukt [2] :
I litteraturen hänvisas följande historiska typer av aggregat till ostblåsugnar:
Den enklaste råhärden hade en höjd av 1–1,5 m. Ett annat namn för en råhärd, som används i specialiserad litteratur, "låg härd", indikerar att dess höjd inte översteg en persons höjd och den var lätt att serva av metallurger för hand. Under påverkan av het reducerande gas bildades en blixt i ugnen , eftersom temperaturen i härden inte översteg 1300 ° C och var otillräcklig för bildandet av gjutjärn [4] [5] . Därefter erhölls kritsa i mer komplexa ostblåsugnar - shtukofen, katalanska smedjor. Temperaturen i dem nådde redan 1400 °C, men smältförhållandena tillät fortfarande inte tillverkning av gjutjärn [6] .
Ostsmedjan var den första metallurgiska enheten speciellt utformad för produktion av järn från malmer. Dess design var resultatet av önskan från antika metallurger att öka intensiteten av luft som kommer in i enheten, vilket var ett nödvändigt villkor för att öka temperaturen i processen. Till en början använde man "varggropar" för att utvinna järn ur malm, de användes ibland redan i början av en ny era. Till exempel, i gropar upp till 1,5 m i diameter och upp till 0,6 m djupa, bearbetade germanska stammar järnmalm. Gropar var nödvändigtvis anordnade på platser med intensiv naturlig luftrörelse: på kullar, vid foten, skogsgläntor. Men mycket snabbt kom de fram till att det mest effektiva sättet att öka sprängningen är att bygga en överbyggnad över gropen - en slags vindtunnel.
Enligt den senaste arkeologiska forskningen dök de första ostsmedjorna upp i början av 2:a årtusendet f.Kr. e. De fick bred, nästan universell spridning under La Tène-perioden på järnåldern , det vill säga på 500-1000-talet. före Kristus e. [2]
Den låga ostblåsande härden byggdes av mycket eldfast lera på en ram av vävda stavar. Träbågar användes ofta för att stärka ugnens väggar, och ibland var den helt placerad i en träram eller klädd med stenar. Bland de slaviska folken och i Skandinavien var konstruktionen utbredd, där den nedre delen av ugnen var belägen i en dugout och den övre delen stack något över marken.
Det inre av ugnen bestod av två stympade koner med en gemensam stor bas (även om andra konfigurationer ofta användes: stympade pyramider, cylindrar, etc.). Hornet försågs med en eller flera lerlansar - munstycken (från gammalslavisk "sniff", det vill säga att blåsa) med en diameter som gradvis minskade mot ugnens inre utrymme, som regel från 60 till 25 mm. Bälgar sattes in i lansarna, och om en munstycke användes, sattes två bälgar in i den, vars växelverkan gav ett relativt konstant luftflöde in i ugnen. För att komma ut från slaggen lämnades en kanal i botten av ugnen, framför vilken en urtagning grävdes för den ackumulerande smältan [7] [8] .
Utformningen av stucoffens och Osmund-ugnarna var mycket lika med mindre skillnader. Osmundugnar var som regel inneslutna i timmerstugor, och stucoffens struktur förstärktes på utsidan med murverk. Ugnar byggdes med en mångfacetterad sektion, oftast i form av två tetraedriska prismor med en gemensam stor bas. Tuyeren användes ensam och installerades horisontellt i den nedre delen av ugnen på ett sådant sätt att under den fanns endast hål för utsläpp av slagg från ugnen [9] .
I gamla tider bröts främst malmer, som var karbonater eller järnhydroxider. Vid uppvärmning släppte de ut en stor mängd gaser som hindrade processens normala förlopp. Därför, innan den lastades i härden, lades malmen i regel i högar med ved, eldar gjordes och brändes i en dag. Sedan krossades den till storleken av en hasselnöt och blandades med träkol , vilket utgjorde laddningen [4] .
Ostugnen torkades och värmdes upp och byggde en eld inuti den under lång tid. Sedan fylldes härden med kol till ungefär två tredjedelar av höjden, och först därefter lades laddningen. Träkol placerades återigen över toppen av härden så att en liten konisk förhöjning bildades. Träkol antändes genom en slaggutloppskanal, som var fylld med liten ved och buskved . Tillförseln av sprängning till härden ledde till antändning av kol, vars kol , under förhållanden av syrebrist, förbrändes till kolmonoxid . Således skapades en reducerande miljö i ugnen, vilket bidrog till att reducera järn från oxider. När kolet brann ut och flytande slagg bildades sjönk små flingor av reducerat järn till botten av ugnen och svetsade samman. Sålunda, som ett resultat av processen, som varade ungefär ett dygn, bildades en eller flera bäckar . I de första stadierna av att bemästra tekniken översteg blommens vikt sällan 1–2 kg. Men senare lärde de sig att producera kritz som väger 25-40 kg, och i de mest produktiva katalanska smedjorna - till och med upp till 120-150 kg [4] .
Slagg strömmade ständigt ut ur ugnen genom en speciell kanal i dess nedre del. Det är härifrån ett annat namn för råhärdssmedjan kommer ifrån, som särskilt ofta används i tysk litteratur - "ugn med rinnande slagg". Huvudkomponenten i slaggen, som i fallet med smältdegel , var järnsilikat, så förlusten av järn med slagg var extremt hög och nådde 80% av mängden järn som laddades in i enheten i det inledande skedet av att bemästra tekniken . Ändå existerade ostsmedjan i många regioner i Asien och Afrika fram till slutet av 1800-talet, och folken i vissa avlägsna regioner (till exempel på öarna i Indiska och Stilla havet) använder den fortfarande (2004) [4 ] .
För att extrahera blomningen från smedjan var det nödvändigt att förstöra en del av dess väggar. Därför föregicks varje ny smälta av arbete för att återställa designen av ugnen, samt belägga enhetens inre utrymme med lera, installera nya munstycken, vars styrka, fram till uppfinningen av metalllansar, var mycket låg.
Sprickan som utvanns från härden med hjälp av kofot eller specialtång innehöll ett stort antal inneslutningar av slagg och oförbränt kol. Därför bearbetades den med trähammare för att avlägsna dessa föroreningar. Först efter det började man termomekanisk bearbetning av metallen [7] .
Innan smältningen började belades shtukofen- och Osmundugnarnas inre med eldfast lera och fylldes med kolpulver. Sedan eldades ugnen, som bestod i att murverket värmdes upp genom att elda ved och en viss mängd träkol. Därefter laddades ugnen till hälften med en portion träkol blandat med en liten mängd lågsmältande järnmalm. Som ett resultat av smältningen av denna första laddning täcktes väggarna i den nedre delen av ugnen med ett slags skyddande lager - en skalle . Först efter en så lång förberedelse av enheten gick de vidare till själva smältningsprocessen.
Malmbitar, som var röd eller brun järnmalm med en järnhalt av ca 50 %, krossades till storleken av ärter eller hasselnötter; träkol, vars kvalitetskrav ständigt ökade, krossades till storleken av en valnöt. Båda satskomponenterna separerades manuellt från små partiklar och damm. Ugnen fylldes till hälften med träkol, och sedan laddades malmen och kolet sekventiellt i horisontella lager som inte var mer än 10–12 cm tjocka.
Efter antändning av träkol i den nedre delen av ugnen, där reaktionen av ofullständig förbränning av kolkol till kolmonoxid ägde rum, uppnåddes en temperatur på över 1500 °C för gaser och 1400-1450 °C för smältprodukter [9] .
| Ugnar | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Uppvärmning | |||||||||||
| Uppvärmning och matlagning | |||||||||||
| kök | |||||||||||
| Industriell |
| ||||||||||