Абрахам дерби способ отливки чугуна

Клиометрика запись закреплена

Как англичане перешли на кокс

Тысячи лет люди плавили металл в огне древесного угля, пока в начале 18 века англичанин Абрахам Дерби не догадался использовать для этого кокс, что положило начало современной металлургии. Кокс гораздо прочнее древесного угля, что позволяет строить более высокие и более эффективные домны. Почему этого не делали раньше?

Кокс — битуминозный уголь, из которого удалена большая часть вредных для выплавляемого металла примесей с помощью процесса пиролиза. Технология практически не отличалась для каменного и древесного угля, ее можно назвать примитивной. Дерево пережигали в кучах, покрытых дерном, каменный уголь — в кучах, покрытых угольной пылью. Для уменьшения потерь сырья могли строить специальные горны, также достаточно простой конструкции.

На самом деле, использовать кокс в металлургии пытались задолго до Абрахама Дерби. В Англии многочисленные патенты на производство железа с помощью каменного угля брались начиная с конца 16 века, а в Китае выплавка чугуна с использованием кокса не только была известна, но и широко применялась в 11-12 веках.

Абрахам был потомственным металлургом. Его семья владела доменными печами в местечке Коулбрукдейл в Шропшире, западная Англия. В 1709 году Абрахам запатентовал метод тонкостенного литья, которым изготовлялись чугунные горшки. При использовании кокса чугун получает примесь кремния, что повышает его текучесть. Горшки Дерби имели успех и расходились по окрестным графствам, принося хорошую прибыль. На чугун как сырьё для литья также был спрос. Но попытки делать из него железо оказывались неудачными — это было не выгодно. Кокс давал примесь не только кремния, но и серы, которую нельзя было полностью удалить из угля коксованием.

С 1720х годов другие металлурги также создали несколько производств, работавших на коксе, но все они делали чугун для литья. Это была довольно узкая ниша. Для производства железа продолжал использоваться чугун, полученный с помощью древесного угля. Только со второй половины 18 века «коксовый» чугун стал широко применяться для производства железа. За короткий период 1750-70 доля такого железа выросла с 10 до 50%.

Отчасти это связано с состоянием рынка. В первой половине 18 века местная металлургия пребывала в депрессии из-за конкуренции с импортным железом. Но в 1747 году шведы решили ограничить производство, чтобы сдержать падение цен. Отрасль воспряла, и уже в 1748 в западной Англии появились железоплавильные предприятия, работавшие на коксе. В период низких цен инвестиции в новые производства не были оправданы.

Кроме того, по бухгалтерским книгам Коулбрукдейла видно, что и в «депрессивный» период происходили некоторые изменения. Снижалось количество угля, требуемое для выплавки тонны чугуна — вероятно, благодаря повышению эффективности коксования, а также усилению дутья. В 1735 был установлен насос, перекачивавший воду из нижнего пруда в верхний. Между этими прудами находились водяные колеса, приводившие в действие мехи, нагнетавшие воздух в домну. В 1742 лошадей на этой работе заменила машина Ньюкомена. Экономия угля — сама по себе хорошая вещь, кроме того, вероятно, вела к снижению доли серы в выплавляемом чугуне.

Но что мешало усиливать дутье в домнах раньше? Машины Ньюкомена до 18 века конечно не существовало, но этого не скажешь о лошадях и реках, тем более что животная энергия была не намного дороже энергии ранних паровиков, а водяная еще долго оставалась дешевле паровой. Первая доменная печь появилась в Англии в 1491 году, и два века после этого они оставались довольно маленькими. Хотя свойства древесного угля позволяли строить печи до 8 метров в высоту и выплавлять до 700 тонн чугуна в год, обычно домны не достигали таких размеров. В начале 18 века их выработка составляла в среднем по 300 т/г.

Размер печей, по всей видимости, ограничивался величиной спроса. Не было смысла строить большую печь, даже более эффективную, если всю её продукцию нельзя было выгодно продать. Кроме того, большая печь требовала более мощного дутья, для чего был нужен не только подходящий водный поток (с достаточным перепадом высот), но и дорогостоящие инженерные работы для его укрощения. В 18 веке оба ограничения постепенно ослабевали — строительство дорог снижало транспортные издержки и расширяло рынки сбыта, а ползущие вниз процентные ставки делали более выгодным вложение капитала. В результате происходила концентрация производства (за период 1720-55 выплавка железа с применением древесного угля выросла с 19 до 25 тыс тонн, несмотря на закрытие 25 домен в разных частях страны) и увеличение мощности водяных колес (максимальный диаметр вырос с 7 метров в 1700 до 12 в 1750).

Таким образом, простое увеличение размера доменных печей вследствие общего экономического роста могло привести к переходу с древесного угля на кокс. Сходный процесс в Китае 11-12 вв дал такой же результат. В отличие от Китая, чья индустриализация была остановлена нашествием кочевников, Англия продолжила развиваться. Паровой двигатель стал в этом деле хорошим подспорьем, хотя, в принципе, рост домен мог бы продолжаться за счет расширения использования гидроэнергии (хотя и более медленными темпами). К концу 18 века английские металлурги перекрыли рекорд династии Сун по валу и выплавляли уже более 250 тыс тонн чугуна в год, удесятерив производство за 50 лет. К 1850 эта цифра увеличилась еще в 10 раз.

Источники:
1. «Still the Iron Age», Vaclav Smil
2. «The choice of fuel in the eighteenth century iron industry: the Coalbrookdale accounts reconsidered», Peter King

Источник

Абрахам Дарби I. Информация для Википедии

15.11.2016

Абрахам Дарби, или Абрахам Дарби-старший, как его называли современники, в настоящее время его также называют Абрахам Дарби I (14 апреля 1678 – 8 марта 1717), был первым и самым известным из своих однофамильцев. Он родился в семье английских квакеров и сыграл важную роль во времена промышленной революции Англии. Дарби разработал метод производства чугуна в доменной печи, которая подпитывается коксом, а не древесным углем, как это было принято раньше. Использование кокса в процессе плавки было важным шагом вперед в производстве железа и важной вехой промышленной революции в Англии.

Ранние годы

Абрахам Дарби был сыном Джона Дарби, мелкого фермера и слесаря, женатого на Энн Бейлис. Он родился в Вудсетле, Стаффордшир, на границе с земельными владениями Дадли в Вустершире.

В начале 1690-х годов Дарби был подмастерьем в Бирмингеме у Джонатана Фрита, который входил в Общество Друзей (квакеров) и занимался производством латунных мельниц для измельчения солода.

Фрит вовлек Дарби в Общество Друзей, членом которого он оставался всю жизнь. В 1699 году Абрахам закончил свое ученичество и женился на Мэри Серджант (1678–1718). Молодые переехали в Бристоль, где Дарби занялся собственным производством мельниц для солода.

Бристоль

В Бристоле была небольшая община квакеров, и Дарби вскоре приобрел там хорошую репутацию, благодаря своим умениям и предприимчивости.

Железоплавильная печь начала XVII века

В 1702 году Дарби, объединившись с коллегами квакерами Эдвардом Ллойдом, Джоном Эндрюсом и Артуром Томасом, создал в Бристольскую Медную Компанию, расположенную в Баптист-Миллс, районе, где располагалось много мельниц. Это место известно с XV века. Бристольская Медная Компания заменила мельницы для перемалывания зерна на духовые мельницы для обработки латуни и меди. В 1706 году это уже было акционерное общество с уставным капиталом в 8000 фунтов стерлингов. В то время Дарби пригласил на работу квалифицированных голландцев для работы с молотом.

Дарби также разработал метод литья горшков в песчаных формах, который ранее использовался только для небольших отливок. Это позволило в 1704 году сделать производство массовым. Поначалу горшки были медные, а с 1705 Дарби перешел на использование железа и чугуна. Молодой валлийский ученик Дарби, Джон Томас, изобрел способ, который позволил делать горшки достаточно тонкими и легкими. В 1707 году Дарби запатентовал новый метод и стал монополистом в торговле горшками. Для производства он использовал отражательные печи, разработанные сэром Клементом Клерком для плавки свинца.

Медь в Колбрукдейле

Известно, что в 1700 году другая группа бристольских квакеров, Эдвард Ллойд и Чарльз Харфорд, договорились начать «где-то в Англии» работы по добыче меди. А в 1712 году Калеб Ллойд, Джеффри Пиннель, Абрахам Дарби и его родственник Томас Харви начинают медные работы в Колбрукдейле. Вероятно с этим было связано увеличение грузовых перевозок цинкосодержащих минералов (каламин) вверх по течению реки Северн. В 1710 году Дарби согласился на открытие медного рудника в Хармер-Хилле от имени «Компании города Бристоль». Тем не менее, Дарби не был партнером при создании в 1709 году мельниц возле Терн-Холла (ныне Attingham Park). Хотя его партнеры Томас Харви, Ллойд и Пиннель продолжили заниматься медью, Дарби решил покинуть медную компанию и сосредоточиться на собственном деле по производству железа.

Колбрукдейлские железоплавильные печи

В сентябре 1708 года Дарби арендовал печи и начал переделывать их в доменные. Его первая бухгалтерская книга относится к периоду октября 1708 г. – января 1710 г. В ней в январе 1709 года зафиксировано производство угля. В том же году Дарби продал 81 тонн железа.

В первый раз печь была запущена 10 января 1709 г., и процесс по всей вероятности был успешным. Этому способствовал тот факт, что шропширский уголь, который Дарби использовал при плавке, содержал совсем немного примесей серы.

В XVII веке рост потребностей в железе сдерживался тем, что древесина, из которой делали древесный уголь, была очень дорогим сырьем. Другое топливо – сырой уголь – содержал серу, что ухудшало качество железа. Тем не менее, в течение некоторого времени продолжались эксперименты с различными видами топлива. Например, Дарби использовал уголь, привезенный из Бристоля и Нита. Часть полученного железа была отправлена по реке Северн в Бристоль, но большая часть пущена на изготовление горшков и прочих товаров.

Причины, по которым железо, полученное Дарби, не было использовано в кузницах, были предметом многочисленных дискуссий. Причиной могло послужить то, что его чугун лучше было использовать для литья, а наличие кремния в качестве примеси сделало его непригодным для ковки.

Бизнес частично финансировался за счет кредита Томаса Голдни II из Бристоля – представителя богатой семьи квакеров. Позже партнерами Бристольской железоплавильной компании (Bristol Iron Company) становятся также Граффин Пранкард и Джеймс Петерс. Затем к ним присоединяется Джон Чемберлейн, а управляющим компанией становится Томас Бейлис.

Колбрукдейл ночью. Филип де Лотерберг. 1801 г. (c) Science Museum, London

Развитие

В 1712 Дарби предложил обучить Уильяма Роулинсона, квакера и заводчика-металлурга, основателя Backbarrow Iron Company в Фернессе, технологии плавки чугуна с помощью кокса. По видимому, тот не принял предложение.

В 1714 году Дарби и его партнеры продлили аренду до 1717 года, а затем построили вторую доменную печь. Осталось неизвестным, когда вторая доменная печь начала производство чугуна, однако можно с уверенностью сказать, что в 1718 году она работала. А в 1720 году она уже превосходила продуктивностью старую доменную печь.

Компания также организовала производство чугуна в Долгане, недалеко от Долгеллау, где управляющим был назначен Джон Келсолл, но существует вероятность того, что печь была закончена уже после смерти Дарби, когда его вдова и партнеры уже продали свои акции.

В 1717 году после продолжительной болезни, которая длилась больше года, Авраам Дарби умер в своем доме Мэдели-Корт в Шропшире, в возрасте 38 лет. Он построил для себя дом в Колбрукдейле, но не стал жить там. Он был похоронен на квакерском кладбище в Бросели в Шропшире. Его вдова умерла спустя несколько месяцев после кончины мужа.

Новая компания

Смерть Дарби оставила производство и компанию в беспорядочном положении. Он не написал завещания, а его собственные акции были заложены Томасу Голдни, который вместо долга получил 8 из 16 акций. Ричард Форд, муж дочери Авраама, Мэри, имел две акции и стал управляющим, но после смерти вдовы партнер Томас Бейлис попытался получить свою долю акций с помощью «административных писем». Старшему сыну Дарби, Абрахаму Дарби II, тогда было всего шесть лет. У него было еще два младших брата. Их дядя Джошуа Серджант выкупил часть акций от имени детей Дарби. Дети были отправлены в школу. С 1728 года Абрахам II начал помогать в управлении компанией и в 1732 году получил четыре акции компании. Абрахам Дарби II стал достойным продолжателем дела своего отца и успешным строителем доменных печей и производителем чугунных изделий.

Мост в Телфорде. Первый чугунный мост в мире.

Наследие

Абрахам Дарби I сделал важный шаг на пути к успеху промышленной революции. Его метод литья успешно использовался на протяжении более двух столетий. Выплавка железа с коксом в конечном итоге освободила металлургическую промышленность от зависимости от древесины. Чугун, выплавленный из руды с помощью кокса, использовался при строительстве паровозов, мостов, с его помощью стали возможны многие изобретения XIX века. Только при коксовой плавке могло быть произведено достаточное количество железа, которое удовлетворило требования промышленной революции.

Источник

Пожалуйста. Напишите сообщение о том как Абрахам Дарби I В 1707 Г. изобрел новый способ отливки чугуна. Или..

ПАРОВАЯ МАШИНА
В полном смысле этого слова Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в I веке н. э. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским инженером XVI века, который предложил метод вращения вертела силой потока пара, направляемого на лопасти, закрепленные по ободу колеса. Джеймс Уатт изобрел универсальную паровую машину, усовершенствовав паровую машину Ньюкомена, которую во времена Уатта использовали для откачки воды из угольных шахт. Первым таким значительным новшеством стала изолированная камера для конденсации: Джеймс Уатт зарегистрировал патент на свое изобретение в 1769 году. При этом в документе значилось, что он изобрел не новую паровую машину, а паровой двигатель, температура которого всегда равнялась температуре пара. Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Позднее он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году изобрел машину двойного действия, которая позволила увеличить производительность паровой машины в четыре раза, что дало 75% экономию в себестоимости угля. В дополнение к другим различным усовершенствованиям паровой машин Уатт также изобрел центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль за скоростью машины, манометр и дроссельный клапан.

Источник