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La ráfaga caliente se refiere al precalentamiento del aire introducido en un alto horno u otro proceso metalúrgico. Como esto reducía considerablemente el combustible consumido, la explosión de calor fue una de las tecnologías más importantes desarrolladas durante la Revolución Industrial . [1] La explosión en caliente también permitió temperaturas más altas en los hornos, lo que aumentó la capacidad de los hornos. [2] [3]
Tal como se desarrolló por primera vez, funcionaba almacenando alternativamente el calor de los gases de combustión del horno en un recipiente revestido de ladrillo refractario con múltiples cámaras y luego soplando aire de combustión a través de la cámara caliente. Esto se conoce como calentamiento regenerativo . La explosión en caliente fue inventada y patentada para hornos de hierro por James Beaumont Neilson en 1828 en Wilsontown Ironworks [ cita necesaria ] en Escocia, pero luego se aplicó en otros contextos, incluidos los de floración tardía . Posteriormente se quemó el monóxido de carbono de los gases de combustión para proporcionar calor adicional.
James Beaumont Neilson , antiguo capataz de la fábrica de gas de Glasgow, inventó el sistema de precalentamiento del alto horno para un horno. Descubrió que al aumentar la temperatura del aire entrante a 300 grados Fahrenheit, podía reducir el consumo de combustible de 8,06 toneladas de carbón a 5,16 toneladas de carbón por tonelada de hierro producido, con mayores reducciones a temperaturas aún más altas. [4] Él, con socios como Charles Macintosh , patentó esto en 1828. [5] Inicialmente, el recipiente de calentamiento estaba hecho de placas de hierro forjado , pero estas se oxidaron y lo sustituyó por un recipiente de hierro fundido . [4]
Sobre la base de una patente de enero de 1828, Thomas Botfield tiene un derecho histórico como inventor del método de soplado en caliente. A Neilson se le atribuye el mérito de haber inventado la explosión caliente porque ganó un litigio sobre patentes. [1] Neilson y sus socios entablaron importantes litigios para hacer cumplir la patente contra los infractores. [5] La difusión de esta tecnología en Gran Bretaña fue relativamente lenta. En 1840, 58 maestros del hierro habían obtenido licencias, generando unos ingresos por regalías de 30.000 libras esterlinas al año. Cuando expiró la patente había 80 licencias. En 1843, justo después de que expirara, 42 de los 80 hornos del sur de Staffordshire utilizaban aire caliente, y la adopción en el sur de Gales fue aún más lenta. [6]
Otras ventajas de la explosión caliente eran que se podía utilizar carbón crudo en lugar de coque . En Escocia, la relativamente pobre piedra de hierro de "banda negra" podría fundirse de manera rentable. [5] También aumentó la producción diaria de los hornos. En el caso de la siderúrgica Calder, de 5,6 toneladas diarias en 1828 a 8,2 en 1833, lo que convirtió a Escocia en la región productora de acero de menor coste de Gran Bretaña en la década de 1830. [7]
Las primeras estufas de aire caliente eran problemáticas, ya que la expansión y contracción térmica podían provocar la rotura de las tuberías. Esto se solucionó en cierta medida apoyando los tubos sobre rodillos. También fue necesario idear nuevos métodos para conectar los tubos de explosión a las toberas , ya que el cuero ya no se podía utilizar. [8]
En última instancia, este principio se aplicó aún más eficientemente en intercambiadores de calor regenerativos , como la estufa Cowper (que precalienta el aire entrante con el calor residual de los gases de combustión; estos se utilizan en los altos hornos modernos) y en los hornos de solera abierta (para fabricar acero). ) mediante el proceso Siemens-Martin. [9]
Independientemente, George Crane y David Thomas , de Yniscedwyn Works en Gales , concibieron la misma idea, y Crane solicitó una patente británica en 1836. Comenzaron a producir hierro mediante el nuevo proceso el 5 de febrero de 1837. Posteriormente, Crane compró la patente de Gessenhainer. y adiciones patentadas, controlando el uso del proceso tanto en Gran Bretaña como en Estados Unidos. Mientras Crane permaneció en Gales, Thomas se mudó a los EE. UU. en nombre de Lehigh Coal & Navigation Company y fundó Lehigh Crane Iron Company para utilizar el proceso. [10]
La explosión en caliente permitió el uso de antracita en la fundición de hierro. También permitió el uso de carbón de menor calidad porque menos combustible significaba proporcionalmente menos azufre y cenizas. [11]
En el momento en que se inventó el proceso, el buen carbón coquizable sólo estaba disponible en cantidades suficientes en Gran Bretaña y Alemania occidental, [12] por lo que los hornos de hierro en los EE. UU. utilizaban carbón vegetal . Esto significaba que cualquier horno de hierro requería vastas extensiones de tierra boscosa para la producción de carbón vegetal y, por lo general, dejaba de funcionar cuando se talaban los bosques cercanos. Los intentos de utilizar antracita como combustible fracasaron, ya que el carbón resistía la ignición en condiciones de viento frío. En 1831, el Dr. Frederick W. Gessenhainer solicitó una patente estadounidense sobre el uso de chorro caliente y antracita para fundir hierro. Produjo una pequeña cantidad de hierro antracita mediante este método en Valley Furnace cerca de Pottsville, Pensilvania en 1836, pero debido a averías y a su enfermedad y muerte en 1838, no pudo desarrollar el proceso hasta convertirlo en una producción a gran escala. [10]
La antracita fue desplazada por la coca en Estados Unidos después de la Guerra Civil. El coque era más poroso y capaz de soportar cargas más pesadas en los hornos mucho más grandes de finales del siglo XIX. [2] : 90 [13] : 139
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