Explosão quente - Hot blast
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A explosão a quente refere-se ao pré - aquecimento do ar soprado em um alto-forno ou outro processo metalúrgico. Como isso reduziu consideravelmente o consumo de combustível , a explosão quente foi uma das tecnologias mais importantes desenvolvidas durante a Revolução Industrial . A explosão a quente também permitiu temperaturas mais altas do forno, o que aumentou a capacidade dos fornos.
Como desenvolvido pela primeira vez, funcionava armazenando alternadamente o calor do gás de combustão da fornalha em um recipiente revestido de tijolos refratários com várias câmaras e, em seguida, soprando ar de combustão através da câmara quente. Isso é conhecido como aquecimento regenerativo . A explosão a quente foi inventada e patenteada para fornos de ferro por James Beaumont Neilson em 1828 na Wilsontown Ironworks na Escócia, mas foi posteriormente aplicada em outros contextos, incluindo florações tardias . Mais tarde, o monóxido de carbono do gás de combustão foi queimado para fornecer calor adicional.
História
Invenção e propagação
James Beaumont Neilson , ex-capataz da fábrica de gás de Glasgow, inventou o sistema de pré-aquecimento da explosão para uma fornalha. Ele descobriu que aumentando a temperatura do ar que entra para 300 graus Fahrenheit, ele poderia reduzir o consumo de combustível de 8,06 toneladas de carvão para 5,16 toneladas de carvão por tonelada de ferro produzido com reduções adicionais em temperaturas ainda mais altas. Ele, com parceiros incluindo Charles Macintosh , patenteou isso em 1828. Inicialmente, o vaso de aquecimento era feito de placas de ferro forjado , mas estas oxidaram, e ele substituiu por um vaso de ferro fundido .
Com base em uma patente de janeiro de 1828, Thomas Botfield tem uma reivindicação histórica como o inventor do método de explosão a quente. Neilson é creditado como inventor da explosão quente, porque ele ganhou o litígio de patentes. Neilson e seus parceiros se envolveram em litígios substanciais para fazer valer a patente contra os infratores. A disseminação dessa tecnologia pela Grã-Bretanha foi relativamente lenta. Em 1840, 58 ironmasters haviam obtido licenças, gerando uma receita de royalties de £ 30.000 por ano. Quando a patente expirou, havia 80 licenças. Em 1843, logo após sua expiração, 42 dos 80 fornos no sul de Staffordshire estavam usando explosão quente, e a absorção no sul do País de Gales foi ainda mais lenta.
Outras vantagens da explosão a quente eram que carvão em bruto podia ser usado em vez de coque . Na Escócia, a relativamente pobre pedra de ferro "faixa preta" poderia ser fundida com lucro. Também aumentou a produção diária de fornos. No caso da siderurgia Calder, de 5,6 toneladas por dia em 1828 para 8,2 em 1833, o que fez da Escócia a região produtora de aço de menor custo da Grã-Bretanha na década de 1830.
Os primeiros fogões de explosão eram problemáticos, pois a expansão e contração térmicas podiam causar a quebra dos canos. Isso foi um pouco remediado apoiando os tubos em rolos. Também foi necessário conceber novos métodos de conectar os tubos de explosão às ventaneiras , já que o couro não podia mais ser usado.
Em última análise, este princípio foi aplicado de forma ainda mais eficiente em trocadores de calor regenerativos , como o fogão Cowper (que pré-aquece o ar de entrada com calor residual do gás de combustão; estes são usados em altos-fornos modernos) e no forno de lareira aberta (para fazer aço ) pelo processo Siemens-Martin.
Independentemente, George Crane e David Thomas , da Yniscedwyn Works no País de Gales , tiveram a mesma ideia, e Crane entrou com um pedido de patente britânica em 1836. Eles começaram a produzir ferro pelo novo processo em 5 de fevereiro de 1837. Crane posteriormente comprou a patente de Gessenhainer e acréscimos patenteados a ele, controlando o uso do processo na Grã-Bretanha e nos Estados Unidos. Enquanto Crane permaneceu no País de Gales, Thomas mudou-se para os Estados Unidos em nome da Lehigh Coal & Navigation Company e fundou a Lehigh Crane Iron Company para utilizar o processo.
Antracite na fabricação de ferro
A explosão a quente permitiu o uso de antracito na fundição de ferro. Também permitia o uso de carvão de qualidade inferior porque menos combustível significava proporcionalmente menos enxofre e cinzas.
Na época em que o processo foi inventado, o carvão de coque de boa qualidade só estava disponível em quantidades suficientes na Grã-Bretanha e na Alemanha ocidental, de modo que os fornos de ferro nos Estados Unidos usavam carvão . Isso significava que qualquer fornalha de ferro exigia vastas extensões de terra florestada para a produção de carvão e geralmente ficava sem combustão quando as matas próximas eram derrubadas. As tentativas de usar antracito como combustível fracassaram, pois o carvão resistiu à ignição em condições de explosão fria. Em 1831, o Dr. Frederick W. Gessenhainer entrou com um pedido de patente nos EUA sobre o uso de explosão quente e antracito para fundir ferro. Ele produziu uma pequena quantidade de ferro antracito por este método em Valley Furnace perto de Pottsville, Pensilvânia em 1836, mas devido a colapsos e sua doença e morte em 1838, ele não foi capaz de desenvolver o processo em produção em larga escala.
O antracito foi substituído pela cocaína nos Estados Unidos após a Guerra Civil. A Coca era mais porosa e capaz de suportar as cargas mais pesadas nas fornalhas muito maiores do final do século XIX.