Свежие комментарии

Тигельная сталь

Кричное железо и сталь (сначала сырцовые, а затем передельные и пудлинговые) использовались для изготовления инструментов и оружия на протяжении тысячелетий. При грамотной обработке, состоящей в первую очередь в многократной проковке для гомогенизации и выжимания остатков шлака, удавалось получить весьма качественный материал. Но настоящую однородную сталь можно получить только переплавкой — например, в тиглях.

История тигельной стали началась достаточно давно. По всей видимости, впервые выплавлять высокоуглеродистую сталь начали на юге Индийского полуострова в VI-V вв. до н.э. В дальнейшем подобные технологии достаточно широко использовались на Шри-Ланке, на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а также в Китае. Сталь получалась различными способами — науглероживанием кричного железа, сплавлением железа с чугуном или восстановлением железной руды (или скорей частично восстановленного агломерата из сыродутного горна) в тигле. Тигли, способные выдерживать высокие температуры и достаточно устойчивые в образующимся шлакам, были ключевым элементом технологии, и зачастую глину для тиглей импортировали.
Для достижения температуры плавления железа использовался специальный тип печи в виде купола, внутреннее пространство которого заполняли тиглями и топливом, обычно древесным углем, воздух же для горения обеспечивался интенсивным дутьем.

Древесный уголь — не очень подходящее топливо для плавления железа, так как очень быстро прогорает, а высокая пористость делает очень сложным достижение высокой температуре — уголь активно реагирует с углекислым газом с поглощением тепла:
C + CO2 = 2CO
Поэтому древняя тигельная сталь получалась только высокоуглеродистой, а за счет недостаточно высокой температуры — обычно неоднородной, что в итоге привело к легендарному булату.
В Европе производство тигельной стали было впервые организованно в 1740 г. Бенджамином Хантсманом, который в поисках лучшего материала для часовых пружин разработал способ переплавки цементной стали в тиглях. Способ Хантсмана на протяжении почти 150 лет использовался практически без изменений — увеличивалось лишь количество переплавляемого за одну загрузку металла и менялся состав шихты — и был основным способом получения качественной инструмениальной или оружейной стали.
Плавка стали производилась в самодувных горнах, приток воздуха в которые обеспечивался тягой дымовой трубы. Горны, или плавильные ямы, рассчитанеые на 1, 2 или 4 тигля, обычно располагались в ряд вдоль стены с дымоходами.

Сами тигли, которые требовались в больших количествах, готовились из огнеупорной глины, с добавлением шамота или графита в самой сталелитейной мастерской и сушились несколько недель на стеллажах над плавильными ямами.
Высушенный тигель обжигали прямо в горне, и затем загружали металл — цементную сталь или смесь железа с чугуном или древесным углем, также добавляли верхушки ранее отлитых болванок и флюс — обычно зеленое бутылочное стекло. Вместимость тигля при этом составляла 15-30 кг металла. Сверху плотно примазывалась крышка, а сам тигель устанавливался на колосники через прокладку из огнеупорной глины, предотвращаюшей дно от охлаждения воздухом. В качестве топлива практически всегда использовался кокс, расход которого составлял двух- трехкратное количество от выплавляемой стали, древесным же углем пользовались редко, так как его расход был в несколько раз выше и нужная температура достигалась с трудом.
Сама плавка длилась 2-4 часа, после чего тигель доставали из ямы и расплавленный металл выливали в изложницу.

Ключевым фактором, обеспечивающим высокое качество получающейся стали, было время выдержки после плавления — недодержанная сталь получалась неоднородной, а передержанная — с большим количеством пузырей из-за растворившихся в жидком металле газов. Сама операция отливки тоже требовала большого мастерства и силы — металл из 30-кг тигля нужно было вылить непрерывной струей, не касающейся стенок изложницы, и не допустить попадания шлака.

На русских заводах изложницы обычно смазывали бараньим салом, которое обеспечивало восстановительную среду и препятствовало образованию пузырей. После остывания верхнюю часть слитка с усадочной раковиной отрезали и добавляли в следующую плавку, а сам слиток проковывали и использовали для изготовления слесарных и столярных инструментов, бритв, столовых приборов, оружейных стволов и т.д.
Таким же способом отливали не только отдельные слитки, но даже и загототовки пушек, весом в многие тонны, собирая металл из сотен тиглей. Сталь для крупных отливок часто плавили ускоренным способом, помещая в разогретые тигли железо, магнитный железняк и заливая чугуном, предварительно расплавленным в вагранке — так отливали пушки на Обуховском заводе.
По сравнению с конвертерной или мартеновской сталью тигельная сталь была сильно дороже, но тем не менее производительность типичной мастерской в Шеффилде с 12 горнами и семью рабочими составляла около 25 тонн стали в неделю (6 рабочих дней с тремя плавками в день), а производство всех шеффилдских заводов в конце XIX в. — более 1000 тонн только лучшего сорта инструментальной стали в неделю (не считая стали низших сортов и мягкого литого железа для котельных листов и заклепок). В больших объемах тигельная сталь производилась также в Германии, России, США и других странах.
Кроме обычной углеродистой стали в тиглях плавили и легированеые — например, вольфрамовую сталь. Тигельная сталь постепенно вытеснилась сталью, выплавляемой в электропечах, однако последние заводы были закрыты в 1950-х — почти 200 лет с начала производства стали Хантсманом.
Лимитирующие факторы для более раннего внедрения тигельной стали — высокотемпературные огнеупоры и кокс (хотя в России использовали и древесный уголь). Также стоит дополнить технологию плавки введением раскислителей (кремния, марганца, магения, алюминия и др.), которые предотвращают образование пузырей в отливке. Тигельный горн отлично подойдет для выплавки легированных сталей — быстрорежущей (1% углерода и 5-20% вольфрама или молибдена) или марганцевой стали Гадфилда (1% углерода и около 13% марганца).

79 комментариев Тигельная сталь

  • Vpotapov1

    /По всей видимости, впервые выплавлять высокоуглеродистую сталь начали на юге Индийского полуострова в VI-V вв. до н.э. /
    это знаменитый вутц?

  • Насколько я знаю, один из главных секретов тут — хороший материал самого тигля, чтобы выдерживал много плавок.

    Набор цитат из загашников:

    // Бессемер не без юмора вспоминал, как на его пред-
    ложение — заменить железные рельсы стальными —
    главный инженер, мистер Рамсботтом (John Ramsbottom)
    посмотрел на него с удивлением и ответил: «Мистер Бес-
    семер, Вы, должно быть, хотите, чтобы меня отдали под
    суд за смертоубийство».
    // Но Рамсботтом недаром считался одним из лучших
    инженеров Англии – он живо схватывал технические но-
    винки. Бессемеру удалось убедить его, что предлагаемый
    стальной рельс имеет мало общего с твёрдой, но хрупкой
    тигельной сталью. «Пришлите мне, пожалуйста, тонн де-
    сять этого материала, чтобы я мог его вволю потерзать»,
    – попросил Рамсботтом. И действительно, Рамсботтом,
    получив пробные рельсы, на совесть занялся их «терза-
    нием». Рельс в холодном состоянии был закручен што-
    пором и лопнул только после того, как наружные сто-
    роны вытянулись больше чем в полтора раза против
    первоначальной длины. Затем стальной квадратный брус
    (сечением 10?10 см) в горячем состоянии закручивали
    вдоль продольной оси до тех пор, пока он не лопнул.
    // К концу 1860-х годов общество Шеффилдского завода
    было ликвидировано, а его пайщики получили долю, ко-
    торая в 24 раза превышала первоначальный вклад. Диви-
    денды в 57 раз превосходили сумму основного капитала.
    К моменту прекращения действия патентов Бессемер по-
    лучил по ним около миллиона фунтов стерлингов.

    // По способу Хантсмена цементированную сталь переплавляли под слоем флюса из
    зелёного стекла в огнеупорном тигле, установленном в печи с естественной тягой и от-
    апливаемой коксом. Для переплавки отбирали полосы шведской цементированной
    стали с такой твердостью, какую хотели получить в готовом виде. Эти полосы рубили
    на мелкие куски, загружали в большой глиняный тигель, вмещавший 34 фунта металла,
    и ставили его в печь. Печь, сконструированная Хантсменом для плавки в одном тигле,
    имела площадь пода 114,3 см2 и высоту 76,2 см. В тигле переплавляли до 4,5 кг цементи-
    рованной стали. В ходе плавки рабочие изредка поднимали крышку тигля и следили за
    состоянием расплавленного металла. Готовность стали определяли «на глазок»: металл
    должен был «блестеть, как солнце в совершенно ясный день, когда на него смотришь
    невооруженным глазом».
    Готовый тигель вынимали из горна, снимали крышку, удаляли небольшое количество
    собравшегося наверху шлака. Сталь выливали в чугунные формы разных размеров. При
    разливке металл получался губчатым и нуждался в проковке тяжелым молотом. Ти-
    гельная сталь была чище и однороднее по составу, чем обычная цементированная. Она
    оказалась замечательным материалом для изготовления ножей, бритвенных лезвий,
    часовых пружин и маятников.

    // Громоздкость тигельного производства лучше всего иллюстрируется на примере отливки крупных 20 — 40 — т слитков, которые в свое время производились из тигельной стали на заводах Круппа. Для выполнения этой задачи требуется к строго установленному сроку подготовить 15 — З0 тигельных печей с одинаковым составом стали в 900 — 1 800 тиглях; от 450 до 900 сдвоенных тиглей непрерывной вереницей в определенной строго установленной последовательности должны подаваться вручную к месту разливки с таким расчетом, чтобы струя стали не прерывалась ни на одну секунду; на производство такой операции одновременно на короткий срок задалживалось по два рабочих на каждый сдвоенный тигель только для подноски его или всего 1 000 — 2 000 чел.

    // Тигельный булат, по-видимому, впервые был изготовлен ещё в VI в. до н. э. в Южной Индии, однако получил минимальное экспортное распространение лишь с V в. до н. э., а о масштабном производстве можно говорить лишь со II в. до н. э. Основной особенностью «вутца» была крайняя дороговизна, связанная с необходимостью использовать очень качественные руды и смешивать их с графитом в тигле, где выплавка превращалась практически в рулетку. Вместе с тем, получавшийся продукт был близок современнным сталям по качеству и содержанию углерода, что делало его очень привлекательным для оружейников. В результате возникли новые литейные производства на Шри-Ланке, мечи из готовых слитков делали в Китае, в Дамаске (оттуда «дамасская сталь») и в Иране, где впоследствии появится собственная технология стали, известная как булат (но о ней ниже). В Индии же попытки наладить массовое производство рафинированных сталей привели к изобретению штукофенной печи, сильно повысившей выход готового продукта. В I в. н. э. штукофенные печи появляются в Китае, однако их распространение будет сильно ограничено до раннего Средневековья.

    // До середины XIXв., пока сталь была сварной, цементованно-кричной, т.е. пористой – ковка уплотняла её, выдавливала шлаки и делала сталь лучше. Как только появилась литая сталь, было замечено, что ковка её ухудшает. В металле накапливались зоны напряжений, микротрещины, шёл рост зерна, выгорание углерода, насыщение серой и кислородом. Никакого пресловутого уплотнения в чистом литом металле не происходит, об этом уже было сказано. Для того, чтобы это заметить, надо смотреть на результат. Если у вас на пол упал клинок и рассыпался – ведь это результат вашей ковки и термообработки, поскольку изначально была взята хорошая сталь. Условия реальной ковки весьма далеки от идеальной. Вместо газа и древесного угля топливом служит кокс и каменный уголь – идёт насыщение серой. Нагрев ведётся в окислительном пламени – выгорает углерод. Первый нагрев чересчур быстрый – возникают трещины. Часты перегревы – растёт зерно. Нет отжига перед закалкой – остаются зоны напряжений, и металл ломается сразу, или через время. Всё это в сумме ведёт к многократному ухудшению свойств металла. Не один -два удара разрушают сталь, а долгий путь, на котором ошибки только накапливаются, но не компенсируются.
    Я принёс вам плохую новость, ребята, но убивать меня не надо – этой новости ровно 140 лет, поскольку как раз столько лет назад Д.К.Чернов исследовал сталь и доказал, что литые, штампованные или прессованные детали – прочнее, чем кованые. Именно с тех пор наука рассматривает ковку, как разрушение металла и только по этой единственной причине кузнечное дело плавно сползло на обочину прогресса. Тем, кому не достаточно авторитета Д.К.Чернова привожу слова известного кузнеца Пампухи И.Ю. : » Чрезмерное ковка тоже лишнее, всё можно разрушить. Ковать можно по разному, можно перегревать металл, можно не догревать и при закалке будет крошиться» «Пять охот» №4 Апрель 2007года. Кузнечный молот на заводе стоит там, где без него не обойтись и выполняет одну –две операции: прошивка, перемешивание. Сейчас даже смешно представить, что коленвал автомобиля будут ковать – он будет во много раз менее прочным, чем литой. Штамповочный пресс наносит гораздо меньше вреда, чем молот, поскольку деталь испытывает равномерное давление во всём объёме и не остаются зоны напряжений. Очень прочные сабли делались так: нагретый, слегка согнутый круглый пруток из стали У-7А попадал в валки, поперёк них, и на выходе падал в закалочную ванну. Высокое качество и повторяемость результата, брак мог быть только из-за дефекта металла. Просто мысленно сравните с длинным путём ковки этой сабли и сложностью её закалки – брака будет не 1%, а 30% — 60%.
    // Булат – самая плотная из всех видов сталей, сжимать его – всё равно, что воду уплотнять. Поэтому предложение осаживать его – это призыв к его разрушению. Древние мастера знали, что ковка портит литую сталь. В то время был один вид литой – тигельная (булат, как частный её случай).Можно вспомнить кузнецов Гань Цзяна и его жену Мо Се (трактат «Хуайнань Цзы»), которые лучшие свои мечи отливали (хотя китайцы нам не указ). Многие карды, пустотелые булавы и мечи отлиты из булата (но, возможно, они просто показывали уровень своего мастерства в литье).
    Егор Самсонов был слесарем – термистом, но никак не кузнецом, поскольку не выковывал свои ножи, а вытачивал из рессор (делал он так, конечно же, из-за лени и переизбытка сырья). Можно вспомнить и меня, как самого древнего из живущих кузнецов, который ещё в прошлом веке написал, что «плохая сталь под молотом уплотняется, а хорошая – разрушается» (статья «Просто кованый»), причём заметил это сам, ещё не читая Д.К.Чернова. Всё это шутки, в которых доля шутки, но вот доказательство, которое не отметёшь: разрубание вутца по спирали. Минимум ковки, минимум деформации и разрушения. Есть объяснение, что делалось это ради рисунка – попытка переноса современной психологии в средневековье. Это сейчас всё делается ради рисунка, а в те времена, когда от качества оружия зависела жизнь – боролись за качество. Достигнутому качеству соответствовал определённый рисунок, повторить его можно было, только повторив весь процесс и вновь достигнув такого же качества.

    // Холодноковкость.
    Это свойство определяющее. Закаленный булатный клинок можно положить на наковальню и ковать в холодном виде – он не треснет. Булат закален очень слабо: или на воздухе, или в кипящем жире, т.е. примерно так, как коса. Булатный клинок можно согнуть на 90 ?и выпрямить в холодном виде.
    Булат-дамаск не обладает большой твердостью – это следует из его неоднородной структуры. Ведь в структуре булата нити, кристаллы, чешуйки мягкого железа перемешаны с кристаллами цементита и дендритами высокоуглеродистой стали. Если замерить твердость такой смеси, то алмазное острие измерительного прибора на разных участках будет показывать разную твердость, но в основном не высокую, т.к. размеры частиц соизмеримы с диаметром закругления острия алмаза измеряющего прибора и это острие будет соскальзывать с твердого кристалла на мягкий. По этому поводу П.П. Аносов и сказал, что «твердость относительна». «Дамасская сталь обладала достаточной твердостью, чтобы держать остроту» [4]. Если Вам предлагают булат твердостью 80 ед. HRC, то это инструментальная сталь с напылением карбида вольфрама.

    • 4eshirkot

      Тигли в любом случае служили 1-4 плавки, только в газовой печи Сименса удавалось делать до 10 плавок.
      //Как только появилась литая сталь, было замечено, что ковка её ухудшает//
      Это абсолютно неверно. Ковка или прокатка необходимы после отливки, ухудшить может лишь грубое нарушение технологии. Ранняя литая сталь вообще содержала много газовых пузырей, но и без них ковка нужна для измельчения кристаллов, работы Чернова как раз этому и посвящены. В начале XX в. без ковки отливали лишь некоторые детали типа валков, колес, рельсовых крестовин и т.д. Высокоточное литье из стали появилось лет 50-70 назад, и свойства полученного металла все равно хуже, чем после ковки, прокатки или объемной штамповки.
      Китайцы мечи (не лучшие, а худшие) действительно отливали, но не из стали, а из чугуна, и потом выжигали избыток углерода.

  • Vpotapov1

    Состоится ли битва на виртуальных мечах — кованом и литом?

    • проверяли не раз — кованный лучше.

      • 4eshirkot

        Ну литые из стали без ковки/прокатки и не существовали никогда

        • Мечи? Бронза например

          • 4eshirkot

            Так сталь же обсуждаем, при чем тут бронза? Вообще чисто литые из углеродистых сталей изделия не очень часто встречаются, особенно в быту. Разве что китайские инструменты типа пассатижей, ключей и молотков — но они ломаются очень легко.
            Да и бронза без горячей/холодной ковки для мечей не годится.

            • Molibden

              Я слыщал что у Ругеров ствольные коробки литые. А еще есть литая танковая броня…

              • 4eshirkot

                Ну и обычного пистолета Макарова рамка, курок, спусковой крючок — высокоточное литье. Но это компромис доя удешевления производства, свойства металла там заведомо хуже, чем у отфрезерованных из поковки или проката деталей.
                Иногда литье действительно лучше, но обычной углеродистой или среднелегированной стали это не относится.

                • Не надо сводить все к крайностям. В цитату вполне себе говорится о механической обработке.

                  // Чрезмерное ковка тоже лишнее, всё можно разрушить
                  // круглый пруток из стали У-7А попадал в валки

                  Я лично воспринимаю эту цитату как констатацию факта — если долго ковать, то никакого чудо результата не будет.

                  • 4eshirkot

                    Насчет ковки — для каждого конкретного случая (марка стали, назначение изделия, его форма и т.д.) есть оптимальная степень уковки (укованности), она может быть от 1.5 и до 20 в отдельных случаях.
                    https://mash-xxl.info/page/239231008147160064160014166106144121103180080138/
                    Понятно, что бездумная ковка, да еще с нарушением технологии, может испортить лучшую сталь. Особенно в случае булатоподобных материалов, имеющих очень узкий диапазон температур ковки.

      • Vpotapov1

        кованный, может быть, и лучше, а вот кованый — не знаю

  • Опечатка ? — ведением раскислителей (кремния, марганца, , алюминия и др.)

    Далеее по тексту — Пампуха весьма уважаемый кузнец как в нашей среде, так и мной лично, но Игорь Юрьевич все же не последняя инстанция.
    Чернов — так же не идол. Спорить я не буду, это долго и мнения не истребимы))

    ИМХО, ковка мвстера способна из простого железа (Ст3 например) сделать шедевр, сравнивый с порошками по свойствам на ноже и превзойти их на длинном.
    Ковка халявщиком только увеличит число дефектов.
    Резюмируя, без хороших ствлей только мастерство кузнеца позволяет делать качественные вещи. Имея под боком металлобазу с полным марочником сталей — люлой сможет выточить хороший нож/меч

    • 4eshirkot

      Алюминий — раскислитель для стали, особенно для фасонных отлмвок, никакой опечатки нет.

      Ст.3 находится на границе прокаливаемости, и без дополнительных приемов типа цементации твердости у нее не будет никакой.

      • Ошибка копирования — там слово МАГЕНИЯ — (кремния, марганца, магения, алюминия и др.)

        По Ст3 — сам пробовал в восстановительной среде ковать — нормальный итог можно получить

        • 4eshirkot

          Да, и магний тоже годится, хоть и имеет низкую температуру кипения

        • 4eshirkot

          Что такое нормальный итог? 20-25 hrc — это все, что можно из ст.3 получить без поверхностной ХТО.

          • В восстановительной атмосфере горна или с восстановительным флюсом происходит науглероживание поверхности. Это старый метод, применялся до прошлого века (может и сейчас). Причем если долго «углеродить» — там слой до мм дойдет, а это уже МНОГО

            • 4eshirkot

              https://www.popadancev.net/cementaciya-zheleza/
              Я сам цементировал детали спускового механизма пневматической винтовки, процесс это небыстрый. Опять же, для ножика сгодится, а для меча вряд ли, слишком мягкая сердцевина не даст достаточной жесткости. Тут не ст3, а ст45 надо хотя бы брать, она уже калится.

  • dan14444

    Самое интересное начинается при переходе от однородных материалов к композитам (те же упомянутые дендриты одной стали в матрице другой, и т.п.). Тут нынешнее материаловедение недоразвито, даже банальную анизоторопию при прокате/штамповке/ковке рассчитать проблематично…
    Так что «ще не сгинело» материаловедение сталей как наука, есть куды развиваться.

    А кустари (куда всех «чудо-кузнецов» отнесём) — максимум, на случайный, под конкретную задачку, рецепт натыкаются… до первого изменения в сырье. Неформализуемо, неповторяемо, и попаданцу бесполезно :).

    • Vpotapov1

      /Неформализуемо, неповторяемо/
      и поэтому науке тут делать нечего

    • +1

      Подозреваю это и есть основной источник БЕСКОНЕЧНОСТИ кузнечных ср;чей. Обсуждается тема которая до сих изучена не до конца.

      • 4eshirkot

        Не знаю, по-моему все «секретные технологии древних», которые имеют реальную основу, а не сказку, вполне изучены и при желании воспроизводятся.

        • Vpotapov1

          касательно композитных материалов может быть N+1 фаз, каждая из которых образуется в уникальных условиях. Если нет детального описания, повторить практически невозможно. Кроме того, ранее не было измерительных приборов, как понять — получилось или нет? Меч, которым можно подпоясаться и которым же можно разрубать гвозди, и на котором падающий шелковый платок разрезается пополам под действием собственного веса — правда или вымысел?

          • 4eshirkot

            //Меч, которым можно подпоясаться и которым же можно разрубать гвозди, и на котором падающий шелковый платок разрезается пополам под действием собственного веса//
            Как в анекдоте: быстро, дешево, качественно — выбирайте 2 из 3

        • Я не о секретных технологиях, а о понимании. Даже лезвия в стандартизованных современных условиях это большая и сложная наука, в которой до сих пор идут исследования.

          А те условия что существовали в средневековой кузне и вовсе не изучались.

          И вот пытаемся понять почему у кузнеца такого-то вдруг начало получаться, и получалось у его сына и внука, а у правнука перестало. Они не понимали почему — они повторяли заученный набор действий, включая заговоры и ритуалы. Мы не понимаем почему — сложная это штука.

          Но объяснение найти хочется и начинается лабуда про миллиарды слоев металла, кобальтовые примеси в руде, охлаждение клинка в теле раба и тп тд

          • 4eshirkot

            //А те условия что существовали в средневековой кузне и вовсе не изучались//
            С этим сложно согласиться, за 50-70 лет археометаллургия развилась очень сильно.

            • Ну про вовсе не изучались это я конечно перегнул.

              Но скажем когда я поискал детали о китайской металлургии — нашел какие-то крохи. Имхо зияющих дыр полно.

              • детали — в смысле конкретные анализы металла по разным периодам, с твердостью, структурой и тп тд

                • molibden

                  А может просто это никому нахер не надо?
                  Все эти истории про чудомечи рассказывают в лучшем случае торговцы-шарлатаны а чаще всего-фрики. На самом деле не важно как делается лучший меч. Важно как наштамповать мечей на всю армию. А то что они будут уступать в качестве работе мало-мальски умелого кузнеца-на поле боя не важно.

              • 4eshirkot

                Вот тут, например
                http://donwagner.dk/index.html
                Основной нерешенный вопрос по Китаю — была ли там древная сыродутная металлургия, или от бронзы они сразу к чугуну пришли

                • // http://donwagner.dk/index.html

                  Этот сайт я знаю, ссылался уже, тут например https://www.popadancev.net/backward_europe/#comment-148989

                  // BINTIE: THE WOOTZ STEEL IN ANCIENT CHINA by WILLIAM LOX

                  Хороший пример. Два упоминания состава в Table 1 и Table 2, источники не гуглятся, непонятно к какому году относятся данные и какая выборка. Про твердость/структуру вообще ничего.

                  Даже по русской металлургии находится на порядок больше, а уж по европейскую и говорить нечего.

                  Я конечно жалкий любитель, возможно есть куча материала исключительно на китайском. Но по прошлому опыту сомневаюсь. Искал скажем данные по остаткам кораблекрушений — у китайцев на первый взгляд околонулевые цифры. При более подробном изучении находятся упоминания о десятках, но для европы находятся базы данных на пару тысяч.

                  • molibden

                    >у китайцев на первый взгляд околонулевые цифры. При более подробном изучении находятся упоминания о десятках, но для европы находятся базы данных на пару тысяч
                    Китайцы врали в статистике еще до ее изобретения.

  • Эрнесто де сырно

    Хотел спросить, а при какую максимальную температуру можно получить при сжигании кокса? Просто когда вижу описания таких печей, все время хочется добавить регенератор. Температура возрастает, расход топлива уменьшается…

    • Собственно введение предварительного подогрева и стало одним из важнейших прорывов в металлургии. Доиндустриальную металлургию часто называют сыродутной — это просто обозначение печи без подогрева воздуха.

      // хочется добавить регенератор

      в современных и юзается, обсуждали хотя бы в https://www.popadancev.net/regenerativnaya-pech/

    • 4eshirkot

      Поскольку в тигельном горне плавили не только углеродистую сталь, но и мягкое железо, температура в тигле должна была быть не менее 1600-1650. В принципе, можно пытаться ферросилиций выплавлять, или карбид кальция.
      Рекуператор для подогрева воздуха, конечно, был бы очень полезен, например такой
      https://mash-xxl.info/page/128188211044057130010214138077199163011074031044/
      Это усложнит конструкцию, придется добавлять принудительную подачу воздуха.

      • dan14444

        Не вижу проблем с рекуператором и без принудительной подачи… достаточно длинная труба (можно по склону) — вполне заменит наддув.
        По собственно устройству — что периодическая схема (Мартен, ага), что противоточная, что просто нагрев второй печкой на некондиционном топливе… разница не принципиальна.
        Усложнение останется, но сугубо в смысле низкоквалифицированной возни с глиной/кирпичом/etc.

        • molibden

          Низкоквалифицированной возни с жаропрочным кирпичом.
          Кстати как его вообще делали? И как часто надо было менять?

          • dan14444

            Для простого рекуператора ничего особо жаропрочного не надо. На уровне бытовой печной трубы или любой керамики.

            • 4eshirkot

              Вообще нет. Для регенератора периодического действия важна высокая теплоемкость, теплопроводность и стойкость к термоциклированию. Жаростойкость — тоже, выходящие из печи газы никак не меньше 1200. Поэтому нужен плотный шамотный кирпич.
              Для противоточноного — и жаростойкость, и теплопроводность.
              Для выплавки стали в требуемых попаданцу количествах хватит и простого горна.

              • dan14444

                Это если делать оптимизированный на современном уровне, то «нет».
                А «вообще» — «да».
                Подогреть воздух до 500-600С, к примеру, можно в чём угодно.
                Да насыпать хоть крупного щебня, и гонять через него, пока в песок не развалится и сопротивление не вырастет в потолок.

                • 4eshirkot

                  Чтобы подогреть воздух до 600, насадку рекуператора нужно раскалить гораздо сильнее (в том же мартене насадка нагревается газами с температурой под 2000, а воздух от насадки — о 1000-1200). Учитывая маленькую теплоемкость щебня и непредсказуемое движение в нем газовых потоков, переключать рекуператоры прийдется слишком часто (это организовать тоже не так просто). В общем, эффект скорей всего будет недостаточный, чтобы все это городить.
                  Противоточный теплообменник или отдельная печка попроще будут, но тоже не принципиальны — даже 5-6 тонн угля на тонну стали вполне терпимы, а поскольку из горна выходит по сути генераторный газ с температурой за 1000 градусов (а ближе к 1300-1400), который можно утилизировать для менее требовательных процессов (плавка чугуна или меди, прямое восстановление железа, обжиг керамики и т.д.), то суммарная энергоэффективность сильно вырастет. Подогревать воздух для повышения температуры выше достижимых в самодувном горне 1600+ имеет смысл только после качественного прорыва в огнеупорах хотя бы для тиглей.

                  • dan14444

                    По большие сложности для 500-600 всё же не соглашусь, всё решается масштабированием и т.п., но спорить лень — вопросы сугубо технические.
                    Противоточный теплообменник в чем-то проще, а в чём-то наоборот… вот ему теплопроводность более важна, т.е. железные комплектующие и/или относительно тонкая керамика.
                    Печка — да, менее требовательна — и вполне дополняет почти любой дохленький рекуператор.

                    Про тигли всё верно, там без огнеупоров не обойтись, в отличие от рекуператоров.
                    Но даже штукофен/блауофен дуть хоть немного горячим — большой прорыв может быть, хотя бы в возможности использования дерьмового топлива и свободы масштаба и дизайна, не привязанных к необходимости выжимать всё до последнего градуса из сыродутья.

                    • 4eshirkot

                      Мы же вроде тигельный горн, а не блауофен обсуждаем, и тигельному горну в максимально простом варианте подогрев не нужен.
                      Домна — другое дело, но опять же есть свои нюансы. Например, если чугун нужен не для переплавки в железо, то излишняя температура тоже может быть вредна, так как сильно повышает содержание кремния. Часто это не нужно и даже вредно.

  • Ruslan Semenov

    >>Древесный уголь — не очень подходящее топливо для плавления железа, так как очень быстро прогорает, а высокая пористость делает очень сложным достижение высокой температуре — уголь активно реагирует с углекислым газом с поглощением тепла<<
    А если делать брикеты из прессованной угольной пыли? Так можно гарантировать однородность и высокую плотность угольного брикета. И никакой пористости не будет!

    • 4eshirkot

      Пористость, конечно, полностью не устранить, но хотя бы насыпную плотность древесного угля поднять можно. Медленней прогорать будет.

  • Vpotapov1

    /А если делать брикеты из прессованной угольной пыли?/
    https://otivent.com/briketirovanie-uglja
    вот описана технология брикетирования «в домашних условиях» (после описания промышленной)
    Попаданческого там мало

    • Hludens

      Да вроде простой ручной рычажный пресс — формователь. Можно хоть из дерева сделать, но желательно часть деталей все же металлические.
      Сырье измельчить, смочить водой и добавить связующее (например крахмальный клейстер в количестве 1%, деготь, мазут, битум или еще что то жидкое и горючие, на худой конец глина), сформовать и слегка спрессовать, просушить. Все.
      Можно при желании добавить углеводороды чтобы не повышать зольность.

    • 4eshirkot

      По ссылке каменноугольные брикеты

  • 4eshirkot

    Интересно, что для выплавки булата/вутца нужна значительно меньшая температура — всего 1400 градусов при содержании углерода 2-2.1%, или даже ниже, за счет высокого содержания фосфора.

  • 4eshirkot

    Самая маленькая установка доя электрошлакового переплава
    https://epos-nsk.ru/portfolio/ustanovki-ehshp-ehshl/#1599795895716-a17e1d5d-b7bb
    Мощность 17 кватт, производительность до 10 кг в час. Вот только откуда 17 кватт взять?

  • 4eshirkot

    http://donwagner.dk/tiny.html
    Это, конечно, не тигельная сталь, но тоже интересный вариант. На пару напильников точно хватит.
    Очень похожее описание процесса получения стали в De re Metallica Агриколы.

  • vpotapov1

    Да, так можно, но окупятся ли труды? Если только рабы — да и то недополученная прибыль от вероятной более эффективной деятельности

    • molibden

      Сталь критична для ЛЮБОГО промышленного производства. Ну разве что тканцкий станок много стали не требует. Любые механизмы, нагруженые детали, элементы требующие высокой точности все это сталь. Чугун слишком хрупкий, железо слишком мягкое.
      Если попаданец хочет прогресс то ему нужна сталь. Вопрос в том как получить ее много и стабильного качества. Ультимативное рещение-мартен но тут очень сильно встаёт вопрос с жаропрочным кирпичом да и мартен конструкция не маленькая. Вот и ищем альтернативы.

  • Эрнесто де сырно

    А можно спдавлять чугун с окалиной для получения стали?

  • тигель для плавки золота из картошки https://www.youtube.com/watch?v=zbRzi90v4V0

    • Ну не надо троллить людей! Плавка на куске угля (а из картошки сделали уголь)- это ювелирная классика!))

      А вот тигли для плавки сталей (булата например) — это уже проблема.

  • 4eshirkot

    Про винтовки Бердана
    //Важно отметить, что сталь, идущая на производство стволов винтовок, привозилась из Англии (завод Firth and Brother в Шеффилде) и Германии (завод Бергера в Вестфалии). Металлургия Соединенных Штатов не могла дать такой качественный металл. Причем прокованные болванки завода Бергера по качеству превосходили английскую продукцию.//

  • vashu1

    Отличная книга по истории металлургии — A history of metallurgy by Tylecote, R. F Немного старовата — 1976, дорого дал бы за что-то сравнимого качества, но этого века.

    Относительно популярно, но с кучей таблиц и ссылок и иллюстраций. Скажем расход топлива на цементацию встретил в первый раз

    // CEMENTATION STEEL
    // the conversion of wrought iron to steel took place in a furnace containing three chests, 2 m long, which were heated for 6-7 days. It needed 100 t of charcoal to convert 450 kg of iron to steel. 11I3n order to try and reduce the cost of this mate- rial, some coal was imported from England.
    // The result was not very homogeneous, with 1%C at the surface and very little at the centre and, after forging, the steel had a banded structure, often with residual slag along the welds be- tween the piled layers. No doubt this was why in 1740 Huntsman, the c1ockmaker, objected to it and preferred his more homogeneous crucible steel.

    Интересные моменты вроде обжаривания руды и конструкции наконечников для подачи воздуха с водяным охлаждением после введения hot blast
    // the puddling process was difficult to control in such a way as to leave a residual carbon content of the same order as that normally associated with steel, i.e. 0.5-1.2%.

    пара иллюстраций
    https://www.dropbox.com/s/4hjffh89vsvt1ne/A%20history%20of%20metallurgy%20by%20Tylecote%2C%20R.%20F%20p68.png
    https://www.dropbox.com/s/gr3dz9bw2kkn6t0/A%20history%20of%20metallurgy%20by%20Tylecote%2C%20R.%20F%20p183.png

    • 4eshirkot

      Это отличная книга.

      Если случайно найдете, где можно скачать R. F. Tylecote. The early history of metallurgy in Europe, 1987, киньте, пожалуйста ссылку.

    • 4eshirkot

      Насчет 100 тонн древесного угля на 450 кг цементной стали — это, вероятно, ошибка. Древесный уголь жгли только в России и Швеции
      //The only other process consumable was the fuel used for heating the furnace. This varied according to location and availability but as far as this country was concerned it was invariably pit coal; indeed, the location of the industry seems to have been determined by the two factors of availability of coal and access-ibility of supplies of Swedish iron. Abroad, the situation was sometimes different. Certainly in Sweden the furnaces were wood or charcoal fired, whilst in Germany and Austria there is evidence of the use of lignite.//
      И расход не такой катастрофический
      //A Newcastle furnace, on the other hand, had chests of 68 cubic feet capacity with a charge of 14000 lb//
      //At Newcastle the firing lasts for five days and nights, during which time the consumption of coal amounts to four Newcastle cauldrons (or 84 Swedish barrels}*//
      То есть около 13 кубометров каменного угля на 5-6 тонн стали. Много, но не запредельно.

      В деталях процесс цементации и тигельной плавки описан в THE DEVELOPMENT OF THE EARLY STEELMAKING PROCESSES-AN ESSAY IN THE HISTORY OF TECHNOLOGY Kenneth Charles Barraclough 1981 .

      • 4eshirkot

        Скорей всего имелось в виду, что на 450 кг железа загружалось 100 КГ древесного угля как карбюризатора, а не топлива.

      • 4eshirkot

        Читал по диагонали, ошибся. 4 ньюкастлских калдрона, т.е. 10.6 тонн каменного угля, требовалось на цементацию 11 тонн железа.

        • Показалось подозрительно много, но какой соблазн просто объяснить закат технологии. (

          Ну хотя бы https://www.dropbox.com/s/4hjffh89vsvt1ne/A%20history%20of%20metallurgy%20by%20Tylecote%2C%20R.%20F%20p68.png интересен — а то иные товарищи любят говорить что вот сначала пластины варили так, потом так. А выясняется что все способы были знакомы, видно в разных местностях использование варьировалось в зависимости от сырья/моды.

        • // Tylecote. The early history of metallurgy in Europe

          Не, мои каналы ничего не дают. На амазоне вроде платная есть, я бы вложил тысячи полторы, но с тамошними ценами это куча народа нужна.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>