Антрацитовое железо

Антрацитовое железо или антрацитовый чугун — это железо, добываемое путем совместной плавки антрацитового угля и железной руды вместо древесного угля используется антрацитовый уголь , то есть при выплавке железа . Это был важный технический прогресс конца 1830-х годов, позволивший значительно ускорить промышленную революцию в Соединенных Штатах и ​​​​в Европе.

История

В отличие от многих плодотворных достижений, участники, место и дата этой эпохи хорошо зафиксированы в конкретные моменты конца 1830-х годов. Первые воспроизводимые и надежно успешные печи и плавильные печи управлялись одним и тем же человеком как в Соединенном Королевстве , так и в Соединенных Штатах, под главным контролем и наблюдением мастера по производству железа Дэвида Томаса, который антрацита еще в начале начал экспериментировать с попытками использовать местные доступные месторождения в Уэльсе. в 1820 году, вскоре после того, как он стал руководить металлургическим заводом Yniscedewin Iron Works в Уэльсе .

Примерно в это же время в 1837–1838 годах эксперименты проводились в Пенсильвании недалеко от Порт-Карбона. и в современном Джиме Торпе, но в целом с большим успехом, чем в Уэльсе. Компания Lehigh Coal & Navigation (LC&N) и два ее основателя, Джозайя Уайт и Эрскин Хазард , начали систематические эксперименты по выплавке антрацита в двух печах в Джиме Торпе в 1832–1837 годах с периодическими, но спорадически улучшающимися успехами, используя процессы холодного дутья с двумя разными конструкциями. печи.

Пока эта предварительная работа велась по обе стороны Атлантики, работал другой мозг [в Шотландии], который дал ключ, открывший секрет успеха, г-ну Нейлсону из Глазго, изобретателю горячего взрыва, который в 1828 году получил патент на свое ценное изобретение, важность которого долгое время не осознавалась. Брошюру о горячем взрыве, выпущенную Нильсоном, с интересом прочитал мистер Томас, который сразу же убедился в ценности открытия.

Однажды вечером, сидя с мистером Крейном в его библиотеке и обсуждая этот вопрос, он взял меха и начал раздувать антрацитовый огонь в камине. "Вам лучше не делать этого, Дэвид", сказал г-н Крейн; «Ты взорвешь его». И Томас ответил: «Если бы у нас здесь был только горячий воздух Нейлсона, антрацит горел бы, как сосна». Мистер Крейн сказал: «Дэвид, именно это и есть идея», и оба признали, что эта идея заслуживает разработки; и благодаря неукротимой смелости и настойчивости мистера Томаса это удалось.

Фактически, это послужило началом успешного применения горячего дутья при производстве железа с антрацитом. Тем временем на металлургическом заводе Клайда в Шотландии была введена в эксплуатацию печь, использовалось горячее дутье с полубитуминозным углем в которой . Г-н Томас убедил г-на Крейна немедленно принять новое открытие, и его отправили в Шотландию, чтобы посмотреть, как работает этот процесс. После самого тщательного обследования г-н Томас пришел к выводу, что горячее дутье — это именно то, что нужно для антрацитовой печи. Он вернулся в Инискедвин с лицензией мистера Нильсона и опытным механиком, который разбирался в конструкции нагревательных печей, и сразу же приступил к строительству воздухонагревательных печей и установил их в печи, известной как «Куполовая печь». ' 11 футов чуши и 45 футов высоты. Печь задули 5 февраля 1837 года ; успех был полным; и антрацитовое железо продолжало с прибылью производиться в указанной печи без перерыва [после этого].
 
Антрацитовое железо было новым товаром в мировой торговле, а Дэвид Томас был его крестным отцом. Весть о его успехе распространилась по Соединенному Королевству; « Лондонский горный журнал» придал ему большое значение; и отчет об открытии появился в прессе Соединенных Штатов.

- Сэмюэл Томас, Труды Американского института горных инженеров (1899 г.)

После почти десяти лет экспериментов с двумя доменными печами, построенными на территории современного Джима Торпа, штат Пенсильвания, компания White and Hazard из LC&N Co. после того, как до них дошли новости, начала набирать сотрудников в Уэльсе. Антрацитовый чугун регулярно и надежно производился на заводе Джорджа Крейна в Инискедвине. Iron Works, Дэвид Томас . Катасаукуа-Крик , расположенный примерно в шести милях ниже Лихай-Гэп и в 14–15 милях (23–24 км) от офисов компании в Маух-Чанке , ныне известном как Джим Торп, был выбран для нового совместного предприятия LC&N и Дэвидом Томасом, Лихай. Кран металлургического завода . После строительства инфраструктуры, включая завод по производству огнеупорного кирпича, строилась вторая доменная печь, когда 4 июля 1840 года первая доменная печь в Северной Америке произвела антрацитовый чугун, необходимый предшественник производства кованого железа и чугуна.

Первая выплавка антрацитового чугуна в Америке была произведена 4 июля 1840 года основными партнерами Дэвидом Томасом , Джозайей Уайтом и Эрскином Хазардом на их металлургическом заводе в Лихай-Крейн в их первой доменной печи вдоль Катасаукуа-Крик при помощи Сэмюэля Томаса и сотрудников компании. LCIW, в месте, которое впоследствии стало Катасауква, штат Пенсильвания, в регионе долины Лихай на востоке Пенсильвании . Эта технология дала отраслям возможность производить чугун, необходимый для удовлетворения спроса, и в конечном итоге адаптировать производство, чтобы также удовлетворить спрос на производство кованого железа и стали . Эти полезные материалы получаются путем дополнительной обработки — путем использования чугуна в качестве ингредиента в отражательной печи (а в последующие годы — в бессемеровском конвертере ).

Антрацит, также известный как каменный уголь или каменный уголь, очень трудно воспламенить. добывайте, очищайте и разбивайте на более мелкие куски, и для этого требуются правильные условия для нагрева или поддержания температуры и поддержания горения, что часто зависит от размера и однородности частиц угля. Тем не менее, американские города испытывали нехватку топлива, лесные массивы вблизи крупных городов были истощены, а Филадельфия, крупнейший город Америки, нуждалась в топливе для фабрик и литейных заводов, а также для поддержания производства. Изобретатель и промышленник Джозайя Уайт (владелец проволочной, литейной и гвоздильной фабрик) определил, как сжигать антрацит в печах для обработки железа во время войны 1812 года . но его использование в плавильных операциях было случайным или неудачным, в зависимости от геометрии упаковки материала любой конкретной шихты в холодной доменной печи. Более раннее развитие коксования битуминозного угля , а также антрацитового кокса позволило выплавлять железо с использованием местных угольных источников с холодным воздухом в доменных печах после конца 1830-х годов, что позволило производить огромное количество железа, которое создало фундаментальную инфраструктуру раннего периода. Североамериканская промышленная революция , построенная на изделиях из железа и лишь небольшом количестве стали. В то время железо использовалось минимально по сравнению с деревом. Даже большинство железнодорожных путей было проложено деревянными рельсами, иногда покрытыми железной обвязкой. По мере того как все больше железа становилось доступным, для него находили все больше применений, создавая цикл увеличения спроса, экспериментов и улучшений в рамках промышленной революции .

Разработка процесса

в Соединенных Штатах Во время первого энергетического кризиса леса возле крупных городов и городов восточного побережья Америки становились все дальше и дальше от населенных и промышленных центров, что привело к повышению цен на топливо для отопления и кузни, особенно на экологически чистый древесный уголь , долгое время являвшийся предпочтительным топливом для выплавка и производство стекла, что привело к многолетнему поиску альтернативных видов топлива. К середине 1792 года видные жители Филадельфии основали компанию Lehigh Coal Mine Company (LHCM Co.), чтобы поставлять антрацит в города, до которых можно добраться через долину реки Делавэр , особенно в Филадельфию , крупнейший и наиболее промышленно развитый город страны в то время, хотя никто до конца не понимал, как использовать антрацит в качестве единственного топлива - просто он «может» гореть «некоторое» время при достаточно горячем основном огне, а значит, может дополнять печное топливо.

У компании LHCM Co. были большие трудности с доставкой большого количества ковчегов с углем в доки в Филадельфии, не говоря уже о возможности обеспечить надежные поставки топлива в отрасли промышленности, рискующие его использовать, на расстояние 46–47 миль (74–76 км). из Лозанны вдоль реки Лихай с переменной высотой воды, множеством скал и порогов, а затем преодолев более 70 миль (110 км) по столь же дикой реке Делавэр . В разгар войны 1812 года магнат черной металлургии Джозайя Уайт поручил своим мастерам систематически проводить эксперименты по поиску того, как заставить каменный уголь гореть надежно. Было признано, что его можно использовать в качестве дополнения к другим видам топлива, и грузы вьючных животных время от времени добирались до города, где заводы и литейные заводы отчаянно нуждались в преодолении британской военно-морской блокады, чтобы могли возобновиться прибрежные поставки битуминозного угля из Вирджинии. Эти эксперименты установили нижнюю тягу, и ключом к этому были закрытые двери.

До войны промышленники Балтимора , Бостона , Ньюарка , Нью-Хейвена , Нью-Йорка и Филадельфии импортировали битум морскими партиями из Вирджинии и Великобритании , и эти поставки стало трудно получить или блокировать политически из-за войны и предшествующего ей эмбарго на британские товары. товары. После войны санкции продолжались до тех пор, пока не были разрешены различные пограничные споры вплоть до страны Орегон и бассейна реки Колумбия.

Исторический фон

Между 1814 и 1818 годами промышленность восточного побережья все еще жаждала энергетической помощи, когда запросы Хазарда и Уайта в компанию LHCM Co. показали, что деятельность и права компании доступны. Разочарованные вялым прогрессом в благоустройстве канала Шуйлкилл , Уайт и Хазард обратились в законодательный орган Пенсильвании с просьбой о правах на улучшение и управление судоходством по усеянной порогами реке Лихай , инициировав процесс, который привел к созданию канала Лихай , который стал начало регулярных больших объемов и надежных поставок угля в конце 1820 года. Наводнение антрацита оказало влияние на индустриализацию следующего столетия.

Чугун от выплавки антрацита

Исследования выплавки железа с использованием антрацитового угля (без его предварительного коксования) начались в 1820-х годах в Уэльсе Томасом, эксперименты во Франции, в первую очередь Геймара и Робина в Визиле в 1827 году, и в 1830-х годах в Поттсвилле и Джим Торп, Пенсильвания . Ранние попытки пытались постепенно заменить антрацит другими видами топлива, такими как кокс или древесный уголь , но все они потерпели неудачу из-за использования методов холодного дутья , которые генерировали недостаточно тепла для поддержания антрацита в регенеративном сгорании. В то же время Томас также продолжал экспериментировать со смесями антрацита и других видов топлива, прежде чем объединить эти эксперименты с новой технологией горячего дутья .

Г-н Томас пришел к выводу, что горячее дутье — это именно то, что нужно для антрацитовой печи. Он вернулся в Инискедвин с лицензией мистера Нейлсона и опытным механиком, который разбирался в конструкции обдувочных печей, и сразу же приступил к строительству дутьевых печей и установил их в печи, известной как «Куполовая печь». ' 11 футов чуши и 45 футов высоты. Печь задули 5 февраля 1837 года; успех был полным, и антрацитовое железо продолжало с прибылью производиться в указанной печи без перерыва.

Антрацитовое железо было новым товаром в мировой торговле, а Дэвид Томас был его крестным отцом. Весть о его успехе распространилась по Соединенному Королевству; Лондонский Mining Journal придал ему большое внимание, и отчет об открытии появился в прессе Соединенных Штатов.

В мае 1837 года Соломон В. Робертс из Филадельфии приехал в Инискедвин, увидел печь в работе и сразу же сообщил своему дяде Джозайе Уайту из компании Lehigh Coal and Navigation Company об успешном применении там горячего дутья. В это время, в 1837–1838 годах, компания Lehigh Coal & Navigation Company и другие компании, чьи великолепные шахты расположены в окрестностях Моуч-Чанка, штат Пенсильвания, экспериментировали с использованием антрацита в доменных печах, но с таким небольшим успехом. что было решено послать г-на Эрскина Хазарда , одного из руководителей компании, а затем руководителя компании Lehigh Crane Iron Company , в Уэльс, чтобы расследовать практику в Инискедвине и нанять компетентного человека для приезда. в эту страну, чтобы руководить возведением печей на реке Лихай.

Г-н Хазард прибыл в ноябре 1838 года и обнаружил, что печь полностью и успешно работает.

- Сэмюэл Томас, адрес 1899 г.

В Соединенных Штатах, где компания Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N) начала поставлять антрацит в Филадельфию в 1820 году, потому что руководители не могли получить достаточно топлива для своего металлургического завода на «Водопаде Шуйлкилл», - поэтому был построен канал Лихай. и взяли на себя работу случайной компании Lehigh Coal Mine Company - к концу 1820-х годов, наладив работы, которые работали бесперебойно, после строительства второй действующей железной дороги в Америке в 1827 году, они проявили большой интерес к эксплуатации огромных месторождений антрацита в округе Шуйлкилл для производства железа. , заводы и литейные заводы которых были их основным бизнесом.

В 1830 году Институт Франклина вручил золотую медаль производителю наибольшего количества антрацитового железа, а Николас Биддл и его коллеги предложили приз в размере 5000 долларов тому, кто первым выплавит определенное количество железной руды в течение определенного времени. с использованием антрацита. Компания Lehigh Coal & Navigation, к тому времени являвшаяся промышленным гигантом того времени, также предлагала бесплатную гидроэнергию и скидки на уголь и морские перевозки, чтобы стимулировать развитие этого процесса.

Первый ключевой прорыв произошел в 1828–1829 гг. когда шотландец Джеймс Бомонт Нилсон запатентовал технологию и процесс горячего дутья , которые он задумал в попытке повысить эффективность печей, работающих на традиционном топливе. Первым, кто применил технику горячего дутья для плавки антрацита, был доктор Фредерик В. Гезенхайнер, который подал заявку на патент на этот процесс в 1831 году и получил его в 1833 году. В 1836 году он попытался выплавить антрацитовое железо в практических масштабах на своем заводе. собственность Valley Furnace, недалеко от Поттсвилля, штат Пенсильвания , а в том же году компания LC&N Co., принадлежащая White & Hazard, построила две экспериментальные доменные печи в Джим-Торпе, штат Пенсильвания . Он выплавил небольшое количество чугуна, но из-за механических поломок не смог продержать печь в работе более двух месяцев. Хотя выдающиеся гости, в том числе губернатор Джозеф Ритнер , признали его успех, он продал свою долю в Valley Furnace и отправился в Нью-Йорк .

Исследования продолжались параллельными линиями через Атлантику. Джордж Крейн, владелец, и Дэвид Томас , суперинтендант Yniscedwyn Iron Works, сами пришла в голову идея использовать горячий дутье для выплавки антрацита. Томаса отправили в Шотландию, чтобы изучить инсталляцию Нейлсона и воспроизвести ее в Инискедвине. Крейн подал заявку на британский патент на выплавку железа антрацитом и горячим дутьем в 1836 году и получил его в 1837 году. К тому времени, когда патент был запечатан, Инискедвин производил около 35 тонн железа, используя антрацит только в качестве топлива.

Вдохновленные Гейзенхайнером и Крейном (за успехом которого внимательно следил LC&N), эксперименты в США продолжались. Боман, Гито и компания использовали старую печь недалеко от Джима Торпа, штат Пенсильвания, для производства антрацитового железа в конце 1837 года. Они построили неподалеку еще одну экспериментальную печь, которая работала около двух месяцев осенью и зимой 1838 года и некоторое время в 1839 году. но механические недостатки заставили их отказаться от печи в конце 1839 года. Тем временем в 1839 году в Поттсвилле взорвалась печь Pioneer Furnace, использующая антрацитовое топливо. Его построил Уильям Лайман, получивший помощь для задувки валлийского эмигранта Бенджамина Перри, который был знаком с процессом Нильсона и работами Инискедвина. Печь проработала три месяца только на антраците и выполнила условия для получения приза в 5000 долларов. В проектировании печи Pioneer Лайману также помогал Дэвид Томас, прибывший в Соединенные Штаты в мае 1839 года. Компания LC&N наняла Томаса для создания компании Lehigh Crane Iron Company и ее первой печи в Катасаукве , которая взорвалась в 1840 году вместе с пятью другими антрацитовыми печами. Это ознаменовало коммерческое начало производства антрацитового железа в Соединенных Штатах.

Отклонить

Открытие пригодных для коксования месторождений битуминозного угля в западной части плато Аллегейни привело к постепенному вытеснению антрацита в качестве топлива. В 1875 году производство коксовых печей обогнало производство антрацитовых печей. и последние антрацитовые печи в США, бывшая Lock Ridge Iron Company , переоборудованные на кокс в 1914 году.

Цитаты

Источники

• Фред Бренкман (1884). ИСТОРИЯ ОКРУГА КАРБОН, ПЕНСИЛЬВАНИЯ . Гаррисберг, Пенсильвания: Дж. Нунгессер.

Общие ссылки

• Варфоломей, Энн М.; Мец, Лэнс Э.; Кнейс, Майкл (1989). Каналы Делавэр и Лихай (Первое изд.). Вифлеем, Пенсильвания: Oak Printing Company. стр. 4–5. ISBN  0-930973-09-7 . LCCN   89-25150 - через Центр истории и технологий каналов, Исторический парк и музей Хью Мура, Inc., Истон, Пенсильвания .
• Варфоломей, Крейг Л.; Мец, Лэнс Э. (1988). Варфоломей, Энн (ред.). Антрацитовая промышленность долины Лихай . Центр истории и технологий каналов. ISBN  0-930973-08-9 .
• Гордон, Роберт Б. (1996). Американский утюг 1607–1900 гг . Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN  0-8018-6816-5 .
• Корсон, Джордж (1960). Блэк-Рок: Горный фольклор пенсильванских голландцев . Балтимор: Пресса Джонса Хопкинса.