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工破碎的砂粒。石英颗粒有裂纹出现,玻璃相中析出针状莫来石晶体,有流动结构,均说明当时化铁炉能够达到相当高的温度。 从遗址中出土的大量鼓风管的情况推测,化铁时有可能已试用换热式热风装置,有一种陶质鼓风管,外敷厚约45mm的草拌泥,下层泥料表层烧熔下滴,靠近拐角处的泥料熔融顺角流下,据测定温度,烧琉温度当在1250℃~1280℃之间。风管的这种烧琉状态,有一种解释认为,它可能是架设在炉顶上,作为预热管道使用的。
此外,在出土的大量碎铁块和熔渣中,有不少梯形铁板和铧、锸、锛、钁、锄、斧等铁器残片(厚度约40~70mm)。这些遗物可能是化铁炉所用原料,方形的铁砧和铁锤,既是锻造工具,又是用来破碎原料的工具。大量的木炭渣表明所用燃料为木炭,炉中残留木炭凝块,有的与表面微熔的铁块凝结在一起,某些器形尚能辨认。由这种现象推测可能是分层装料的结果。从出土的炉衬看,断面明显分成三层,至少已经过两次停炉和补炉,补炉的材料与耐火砖所用材料相同。根据出土的遗物推测,对于这样大的熔炉,当是半连续操作的,每过一定时间,出一次铁水,浇注一批铸范。当熔炼过久或铸范已毕需适时停炉。这说明汉代工匠已很好地掌握了熔炉的操作程序。汉代铸造技术,在战国时代铸造铁器和铜器的技术上又有所发展。这时铸造所用的范有泥范、陶范和铁范,特别是铁范的使用,使铸造铁器的质量及效率均有不同程度的提高。从南阳瓦房庄发掘出的各种模及范来看,其工艺过程大致如下:制模工人就地选取黄粘土,羼入35%左右的细砂,加水调泥,制成模版,然后精工细雕地挖模面,按照严格的尺寸要求,塑制不同模面上的各个部位的形体。模面制妥后,涂上涂料凉干,这是首先的必要的制模工序。在浇铸之前,先合模,糊加固泥,再将铸模送入窑中烘烤,到一定温度之后停烘出窑,乘热浇铸铁汁,在浇注时将浇口、冒口注满铁汁,以适应模腔收缩的需要。待铁汁在模腔中凝固到一定程度之后,打开加固泥,脱去泥模,再打掉浇口铁,即可获得铁质的铸范。然后把铸出的铁上范、铁下范进行合范,再将铁范芯插入范腔中,并用某种铁工具将铁范捆扎夹固,以免浇注时铁汁的热涨作用而开裂。合范后,也可能入窑烘烤,乘热浇注铁汁,待铁汁凝固到一定程度之后,打开铁范,并打掉浇口、冒口铁,便获得产品。 铸造技术方法的发展还表现在叠铸技术方面。叠铸技术就是把许多范片或范块层层叠合起来,用统一的直浇道,一次浇铸出多个铸件。这种方法在战国时已经发明(梓溪:《谈几种古器物的范》,《文物参考资料》1957年8期。),它主要适用于小型铸件的大量生产。到汉代叠铸技术又有了进一步发展,如河南温县发掘的一处汉代烘范窑,出土有500多套叠铸范,有16种铸件,36种规格,一套范有4~14层不等,每层有1~6个铸件,最多的一次可铸84件,这样就大大提高了生产效率。南阳瓦房庄冶铁遗址出土有几件叠堆微熔遗物和三至五个“V”字形铁犁铧套叠遗物等,充分证明南阳是最早采用双堆叠铸技术的冶铁大郡。 铸范的设计也相当科学,范腔之间的泥层很薄,为使范面紧凑尽可能减少吃泥量,有些范的直浇口制成扁圆形,合范用的榫卯定位结构也按此原则予以布置。范的外形与范腔相吻合,不少铸范削去角部,使边厚尽可能一致,不但可以减少范的体积和用泥量,而且使散热更加均匀,提高铸件质量。 范芯的制造,除自带泥芯外,形状简单的用泥条捺入芯座内。复杂的,如车(车口)泥芯,用泥质对开式芯盒制成。南阳瓦房庄发现的东汉时期多堆式叠铸(车口)范,范块采用对开式垂直分型面,两堆铸范共用一个直浇道,使金属实收率更高,浇注时间更少,说明叠铸技术有了进一步的发展。
炼钢的方法,特点和应用
1)电弧炉炼钢
电弧炉的基本构造如图1所示。利用电弧产生的热量来熔化炉料和提高钢液过热温度。由于电弧炉不用燃料燃烧的方法加热,故容易控制炉气的性质。可按照冶炼的要求,使之成为氧化性或还原性。电弧炉成为在铸钢方面应用最普遍的炼钢炉。
2)感应电炉炼钢
炼钢采用无芯感应电炉,其工作原理和构造铸铁的电炉相同。炉体结构与外观如图2所示,主要包括感应器和坩埚两部分。但由于炼钢需要消耗更多的热量,故在输入功率方面比同样容量的熔炼铸铁用炉大。炼钢用的感应电炉依炉子容量(坩埚直径)的不同而采用不同的频率,容量在10kg左右的用高频(10000Hz以上),容量从100~500kg的用中频(1000~3000Hz),而容量在500kg以上的感应电炉采用工业用电频率(50Hz)。
3)平炉炼钢
平炉的构造如图2所示。用煤气或重油作燃料,与预热送风相混合,进行燃烧,产生的火焰直接喷射在炉料上,进行加热和熔化,由于是*火焰加热,故炉气呈氧化性,炼钢过程中元素烧损较电炉重,平炉的容量大,一般自几十吨至数百吨,适用于浇注重型铸件。
4)钢包精炼炉
用电弧炉熔化炉料,然后将钢液倾入钢包精炼炉中(图3),用氩气进行吹炼,能有效地清除钢液中的气体和夹杂物,提高钢液的质量。在钢包精炼炉基础上发展起来的氩氧脱碳(AOD)法和真空氩氧脱碳(VOD)法是冶炼高纯净度钢液,特别是低碳的高纯净度钢液的先进方法,特别适用于生产高强度钢、超高强度钢等钢种。
其他回答
炼钢的方法,一般可分为转炉炼钢、平炉炼钢和电炉炼钢三种方法。现分别介绍如下:
1。转炉炼钢法这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里,使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量
(含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度),可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。
转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨,内壁有耐火砖,炉侧有许多小孔(风口),压缩空气从这些小孔里吹炉内,又叫做侧吹转炉。开始时,转炉处于水平,向内注入1300摄氏度的液态生铁,并加入一定量的生石灰,然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应,使铁、硅、锰氧化
(FeO,SiO2,MnO,)
生成炉渣,利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用,使反应遍及整个炉内。几分钟后,当钢液中只剩下少量的硅与锰时,碳开始氧化,生成一氧化碳(放热)使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后,磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙,一起成为炉渣。
当磷于硫逐渐减少,火焰退落,炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时,表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风,并把转炉转到水平位置,把钢水倾至钢水包里,再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入,那就是低吹转炉。
随着制氧技术的发展,现在已普遍使用氧气顶吹转炉(也有侧吹转炉)。这种转炉吹如的是高压工业纯氧,反应更为剧烈,能进一步提高生产效率和钢的质量。
2。平炉炼钢法(平炉炼钢法也叫马丁法)
平炉炼钢使用的氧化剂通入的空气和炉料里的氧化物,(废铁,废钢,铁矿石)。反应所需的热量是由燃烧气体燃料(高炉煤气,发生炉煤气)或液体燃料(重油)所提供。
平炉的炉膛是一个耐火砖砌成的槽,上面有耐火砖制成的炉顶盖住。平炉的前墙上有装料口,装料机就从这里把炉料装进去。熔炼时关上耐火砖造成的门。炉膛的两端都筑有炉头,炉头各有两个孔道,供导入燃料与热空气,或从炉里导炉气之用。
平炉炼钢所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂
(石灰石和生石灰)。开始冶炼时,燃料遇到导入的热空气就在燃料面上燃烧,温度高达1800摄氏度。热量直接由火焰传给炉料,使炉料迅速熔化
(铁的熔点是1535摄氏度,钢略低)。同时有一部分熔化的生铁生成氧化亚铁,生铁里的杂质硅、锰被氧化亚铁氧化,声成炉渣。由于炉里放有过量的石灰石,磷与硫等杂质就生成磷酸钙和硫化钙成为炉渣。其次碳也进行氧化,生成一氧化碳从熔化的金属里冒出,好象金属在沸腾一样。
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