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El término "soplado caliente" hace referencia al precalentamiento del aire que se introduce en un alto horno u otro proceso metalúrgico. Como esto reducía considerablemente el combustible consumido, el "soplado caliente" fue una de las tecnologías más importantes desarrolladas durante la Revolución Industrial . [1] El "soplado caliente" también permitió alcanzar temperaturas más altas en los hornos, lo que aumentó su capacidad. [2] [3]
En sus inicios, funcionaba almacenando alternativamente el calor de los gases de combustión del horno en un recipiente revestido de ladrillos refractarios con múltiples cámaras y luego soplando aire de combustión a través de la cámara caliente. Esto se conoce como calentamiento regenerativo . El aire caliente fue inventado y patentado para hornos de hierro por James Beaumont Neilson en 1828 en Wilsontown Ironworks [ cita requerida ] en Escocia, pero luego se aplicó en otros contextos, incluidas las fábricas de hierro de última generación . Más tarde, el monóxido de carbono en los gases de combustión se quemó para proporcionar calor adicional.
James Beaumont Neilson , ex capataz de la fábrica de gas de Glasgow, inventó el sistema de precalentamiento de la ráfaga de 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 reducciones adicionales a temperaturas aún más altas. [4] Él, junto 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 él las sustituyó por un recipiente de hierro fundido . [4]
En base a una patente de enero de 1828, Thomas Botfield tiene un derecho histórico como inventor del método de soplado caliente. Neilson es reconocido como inventor del soplado caliente, porque ganó el litigio de patentes. [1] Neilson y sus socios participaron en litigios sustanciales 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, lo que generó un ingreso por regalías de £ 30.000 por año. Cuando expiró la patente, había 80 licencias. En 1843, justo después de que expirara, 42 de los 80 hornos en el sur de Staffordshire usaban soplado caliente, y la adopción en el sur de Gales fue aún más lenta. [6]
Otras ventajas del soplo caliente eran que se podía utilizar carbón en bruto en lugar de coque . En Escocia, se podía fundir de forma rentable el mineral de hierro de "banda negra", relativamente pobre. [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 con menor coste de Gran Bretaña en la década de 1830. [7]
Las primeras estufas de aire caliente presentaban problemas, ya que la expansión y contracción térmica podían provocar la rotura de las tuberías. Esto se solucionó en parte apoyando las tuberías sobre rodillos. También fue necesario idear nuevos métodos para conectar las tuberías de aire caliente a las toberas , ya que ya no se podía utilizar cuero. [8]
Finalmente, este principio se aplicó de forma aún más eficiente en los intercambiadores de calor regenerativos , como la estufa Cowper (que precalienta el aire de entrada con el calor residual de los gases de combustión; se utilizan en los altos hornos modernos) y en el horno de hogar abierto (para fabricar acero) mediante el proceso Siemens-Martin. [9]
De forma independiente, George Crane y David Thomas , de la empresa 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 patentó adiciones a la misma, controlando el uso del proceso tanto en Gran Bretaña como en los EE. UU. Mientras Crane permaneció en Gales, Thomas se mudó a los EE. UU. en nombre de la Lehigh Coal & Navigation Company y fundó la Lehigh Crane Iron Company para utilizar el proceso. [10]
El chorro de aire 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 carbón de coque de buena calidad solo estaba disponible en cantidades suficientes en Gran Bretaña y Alemania occidental, [12] por lo que los hornos de hierro en los EE. UU. usaban carbón vegetal . Esto significaba que cualquier horno de hierro dado requería grandes extensiones de tierra boscosa para la producción de carbón, y generalmente dejaba de funcionar cuando se talaban los bosques cercanos. Los intentos de usar antracita como combustible habían terminado en fracaso, ya que el carbón resistía la ignición en condiciones de ráfaga fría. En 1831, el Dr. Frederick W. Gessenhainer solicitó una patente estadounidense sobre el uso de ráfaga 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 en producción a gran escala. [10]
En Estados Unidos, después de la Guerra Civil, el coque sustituyó a la antracita. El coque era más poroso y podía soportar las cargas más pesadas de los hornos mucho más grandes de finales del siglo XIX. [2] : 90 [13] : 139
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