El horno de queso (hogar crudo) es una de las primeras unidades metalúrgicas de la historia en producir hierro metálico a partir del mineral por reducción química . El nombre "ráfaga bruta" (de "ráfaga bruta") apareció a mediados del siglo XIX, cuando se comenzaron a utilizar potentes máquinas de vapor para suministrar aire a los altos hornos , y el aire mismo se calentaba . Después de eso, los hornos arcaicos, en los que la ráfaga era suministrada por la impulsión de ruedas hidráulicas o debido al trabajo muscular de una persona, rápidamente dejaron de ser competitivos. Los hornos arcaicos fueron llamados retroactivamente "masa cruda" [2] .
Desde el punto de vista de la historia de la tecnología metalúrgica, se acepta la división de los agregados para la extracción de hierro de los minerales según el tipo de producto principal del proceso [2] :
En la literatura, los siguientes tipos históricos de agregados se refieren a hornos de soplado de queso:
El hogar en bruto más simple tenía una altura de 1 a 1,5 m. Otro nombre para un hogar en bruto, que se usa en la literatura especializada, "hogar bajo", indica que su altura no excedía la altura de una persona y era fácil de reparar. por metalúrgicos a mano. Bajo la influencia del gas reductor caliente, se formó una llamarada en el horno , ya que la temperatura en el hogar no excedía los 1300 °C y era insuficiente para la formación de hierro fundido [4] [5] . Posteriormente, kritsa se obtuvo en hornos de soplado de queso más complejos: shtukofen, forjas catalanas. La temperatura en ellos ya alcanzaba los 1400 °C, pero las condiciones de fusión aún no permitían la producción de hierro fundido [6] .
La fragua de queso fue la primera unidad metalúrgica diseñada específicamente para la producción de hierro a partir de minerales. Su diseño fue el resultado del deseo de los antiguos metalúrgicos de aumentar la intensidad del aire que ingresa a la unidad, que era una condición necesaria para aumentar la temperatura del proceso. Al principio, los "pozos de lobos" se usaban para extraer hierro del mineral, a veces se usaban ya al comienzo de una nueva era. Por ejemplo, en pozos de hasta 1,5 m de diámetro y hasta 0,6 m de profundidad, las tribus germánicas procesaban el mineral de hierro. Los pozos se dispusieron necesariamente en lugares de intenso movimiento de aire natural: en colinas, en las colinas, claros de bosques. Sin embargo, muy pronto llegaron a la conclusión de que la forma más efectiva de aumentar la explosión es construir una superestructura sobre el foso, una especie de túnel de viento.
Según las últimas investigaciones arqueológicas, las primeras fraguas de queso aparecieron a principios del segundo milenio antes de Cristo. mi. Recibieron una distribución amplia, casi universal, en el período de La Tène de la Edad del Hierro , es decir, en los siglos V-I. antes de Cristo mi. [2]
El hogar bajo para soplar queso estaba construido con arcilla altamente refractaria sobre un marco de varillas tejidas. A menudo se usaban aros de madera para fortalecer las paredes del horno y, a veces, se colocaba completamente en un marco de madera o se recubría con piedras. Entre los pueblos eslavos y en Escandinavia , la construcción estaba muy extendida, en la que la parte inferior del horno se ubicaba en una piragua y la parte superior sobresalía ligeramente del suelo.
El interior del horno estaba formado por dos troncos de cono con una gran base común (aunque a menudo se utilizaban otras configuraciones: troncos de pirámide, cilindros, etc.). El cuerno se suministró con una o más lanzas de arcilla : boquillas (del eslavo antiguo "olfatear", es decir, soplar) con un diámetro que disminuía gradualmente hacia el espacio interior del horno, por regla general, de 60 a 25 mm. Se insertaban fuelles en las lanzas, y si se usaba una tobera, entonces se insertaban dos fuelles, cuya operación alterna proporcionaba un flujo de aire relativamente constante en el horno. Para salir de la escoria, se dejó un canal en el fondo del horno, frente al cual se cavó un rebaje para la acumulación de masa fundida [7] [8] .
El diseño de los hornos stucoffens y Osmund era muy similar con pequeñas diferencias. Los hornos de Osmund, por regla general, estaban encerrados en cabañas de troncos de madera, y la estructura de los stucoffens estaba reforzada en el exterior con mampostería. Los hornos se construyeron con una sección multifacética, la mayoría de las veces en forma de dos prismas tetraédricos con una gran base común. La tobera se usaba sola y se instalaba horizontalmente en la parte inferior del horno de tal forma que debajo de ella solo quedaban orificios para la salida de la escoria del horno [9] .
En la antigüedad se extraían principalmente minerales, que eran carbonatos o hidróxidos de hierro. Al calentarse, despedían gran cantidad de gases que impedían el normal desarrollo del proceso. Por lo tanto, antes de cargarlo en el hogar, el mineral, por regla general, se colocaba en montones con leña, se hacían fuegos y se calcinaba durante un día. Luego se trituraba al tamaño de una avellana y se mezclaba con carbón vegetal , formando la carga [4] .
El horno de queso se secó y se calentó, haciendo fuego en su interior durante mucho tiempo. Luego, el hogar se llenó con carbón hasta aproximadamente dos tercios de la altura, y solo después de eso se colocó la carga. Se colocó nuevamente carbón sobre la parte superior del hogar de manera que se formó una pequeña elevación cónica. El carbón vegetal se encendió a través de un canal de descarga de escoria, que se llenó con leña pequeña y maleza . El suministro de explosión al hogar condujo al encendido del carbón, cuyo carbono , en condiciones de falta de oxígeno, se quemó hasta convertirse en monóxido de carbono . Así, se creaba un ambiente reductor en el horno, que contribuía a la reducción del hierro de los óxidos. A medida que el carbón se quemaba y se formaba escoria líquida, pequeñas escamas de hierro reducido se hundían hasta el fondo del horno, soldándose entre sí. Así, como resultado del proceso, que duró alrededor de un día, se formaron uno o más riachuelos . En las primeras etapas de dominio de la tecnología, el peso de la flor rara vez superaba los 1 o 2 kg. Sin embargo, más tarde aprendieron a producir kritz con un peso de 25-40 kg, y en las fraguas catalanas más productivas, incluso hasta 120-150 kg [4] .
La escoria salía constantemente del horno a través de un canal especial en su parte inferior. Aquí es donde viene otro nombre para la forja de solera cruda, que se usa especialmente a menudo en la literatura alemana: "horno con escoria en movimiento". El componente principal de la escoria, como en el caso de la fusión en crisol , era silicato de hierro, por lo que la pérdida de hierro con la escoria fue extremadamente alta y alcanzó el 80 % de la cantidad de hierro cargada en la unidad en la etapa inicial de dominio de la tecnología. . Sin embargo, la fragua de queso en muchas regiones de Asia y África existió hasta finales del siglo XIX, y los pueblos de algunas regiones remotas (por ejemplo, en las islas de los océanos Índico y Pacífico) todavía la usan (2004) [4 ] .
Para extraer la flor de la fragua, fue necesario destruir parte de sus muros. Por lo tanto, cada nuevo fundido fue precedido por trabajos para restaurar el diseño del horno, así como recubrir el espacio interno de la unidad con arcilla, instalando nuevas boquillas, cuya resistencia, hasta la invención de las lanzas de metal, era muy baja.
La grieta extraída del hogar con la ayuda de palancas o tenazas especiales contenía una gran cantidad de inclusiones de escoria y carbón sin quemar. Por ello, se mecanizaba con martillos de madera para eliminar estas impurezas. Solo después de eso comenzaron el procesamiento termomecánico del metal [7] .
Antes del comienzo de la fundición, el interior de los hornos shtukofen y Osmund se recubría con arcilla refractaria y se rellenaba con polvo de carbón. Luego se encendía el horno, que consistía en calentar la mampostería quemando leña y cierta cantidad de carbón vegetal. Después de eso, el horno se cargaba a la mitad con una porción de carbón vegetal mezclado con una pequeña cantidad de mineral de hierro de bajo punto de fusión. Como resultado de la fusión de esta primera carga, las paredes de la parte inferior del horno se cubrieron con una especie de capa protectora: una calavera . Solo después de una preparación tan larga de la unidad procedieron al proceso de fusión real.
Pedazos de mineral, que era mineral de hierro rojo o marrón con un contenido de hierro de alrededor del 50%, se trituraron al tamaño de guisantes o avellanas; el carbón vegetal, cuyos requisitos de calidad aumentaban constantemente, se trituraba hasta el tamaño de una nuez. Ambos componentes del lote se separaron manualmente de partículas pequeñas y polvo. El horno se llenó hasta la mitad con carbón vegetal, y luego el mineral y el carbón se cargaron secuencialmente en capas horizontales de no más de 10 a 12 cm de espesor.
Después de la ignición del carbón vegetal en la parte inferior del horno, donde tuvo lugar la reacción de combustión incompleta del carbono del carbón a monóxido de carbono, se alcanzó una temperatura de más de 1500 °C para los gases y de 1400-1450 °C para los productos de fundición [9] .
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