Quando il ferro si scioglie, immagino che debba essere trasportato e contenuto. Penso che il contenitore in cui è deve essere in grado di resistere a temperature più elevate rispetto a ciò che si desidera sciogliere.

Secondo questo webiste , "Iron, Wrought" ha una temperatura di fusione di 1482-1593 ° C. Ci sono un paio di altri metalli che hanno punti di fusione più alti (ad es. Wolfram (tungsteno) con oltre 3400 ° C), ma tutto ciò a cui riesco a pensare sono molto più costosi. Quindi di che materiale è fatto il forno / "bottiglia" / "bacino" (o comunque lo chiami)?

(Domanda a margine: il ferro è stato fuso per un po 'di tempo. Immagino che questo sia cambiato nel corso degli anni. Di quali materiali era prima?)

Sommario

I crogioli sono rivestiti con materiali refrattari. La lavorazione dell'acciaio utilizza grafite o una combinazione di cromite e magnesite per il contatto diretto con il fuso. La lavorazione della ghisa utilizza spesso argille ingegnerizzate, note anche come miscele di allumina-magnesia-silice. La grafite è più difficile da formare rispetto ai refrattari di tipo argilloso. Per essere adatto come refrattario, un materiale deve soddisfare una serie di requisiti di proprietà per essere sia economico che sicuro.

Materiali refrattari

Come hai notato, il ferro ha un punto di fusione di fascia alta di circa 1.540 ° C sull'estrema sinistra del diagramma di fase basso, sotto forma di ferro puro. Esistono due categorie di materiali con punti di fusione più elevati, ma solo alcuni di questi materiali sono sia economici che sicuri. Generalmente, qualsiasi materiale con un punto di fusione abbastanza alto da resistere ai punti di fusione di metalli usati commercialmente come ferro, rame e alluminio è chiamato materiale refrattario .$\textrm{Fe-C}$

Fonte: ispatguru.com

Metalli refrattari (non utili per le fonderie)

La prima categoria di materiali ad alto punto di fusione, di cui hai notato un materiale, sono chiamati metalli refrattari . Si noti che questi non sono generalmente indicati come refrattari o materiali refrattari nell'industria della fonderia. Sono costituiti da niobio, molibdeno, tungsteno, tantalio e renio (Nb, Mo, W, Ta, Re) e hanno punti di fusione compresi tra circa 2.500 ° C e 3.500 ° C. Mentre i punti di fusione sono abbastanza alti e hanno una resistenza sufficiente come materiali strutturali e una certa resistenza all'impatto per l'avvio, ci sono una serie di fattori che ne limitano l'uso.

• Alta reattività con ossigeno
• Alta reattività con altri metalli
• Alto costo per peso
• Alta densità
• Alta capacità termica
• Conduzione ad alto calore
• Difficile da modellare (richiede una fusione accuratamente controllata nel vuoto o una metallurgia delle polveri )

Ceramica refrattaria (utile per le fonderie)

La seconda categoria di materiali refrattari si basa su una varietà di ceramiche e sono chiamate ceramiche refrattarie , o più comunemente solo refrattari . Tuttavia, non solo qualsiasi ceramica è adatta. Idealmente, la ceramica avrebbe una forza di legame atomico estremamente elevata o un'affinità maggiore per l'ossigeno rispetto al metallo fuso. Ciò renderebbe il materiale relativamente inerte rispetto al metallo fuso. Una tale ceramica deve anche essere facilmente modellabile, avere bassa capacità termica e conduzione del calore e dovrebbe essere ragionevolmente economica.

$\left(\textrm{MgCO}_3\right)$$\left(\textrm{FeCr}_2\textrm{O}_4\right)$

$\textrm{Fe} + \textrm{O}_2 \rightleftharpoons \textrm{FeO}_2$

• $\left(\textrm{Cr}_2\textrm{O}_3\right)$

• $\left(\textrm{SiO}_2\right)$

• $\left(\textrm{Al}_2\textrm{O}3\right)$$\left(\textrm{MgO}\right)$$\textrm{Fe-C}$

• $\left(\textrm{CaO}\right)$

• $\left(\textrm{TiO}2\right)$$\left(\textrm{MnO})\right)$

Diagramma di Ellingham (selezione dei refrattari stabili)

Il modo di leggere un diagramma di Ellingham, per i nostri scopi, è che spostarsi verso l'alto sul grafico significa un'affinità decrescente per l'ossigeno, mentre spostarsi verso il basso significa un'affinità crescente. Le linee diagonali con equazioni chimiche indicano l'energia libera standard di quella reazione (asse verticale) alla data temperatura (asse orizzontale). Se, a una data temperatura, una linea di reazione è sopra un'altra, la reazione più alta procederà verso il metallo puro più ossigeno (riduzione chimica) mentre la reazione più bassa procederà verso l'ossido di metallo (ossidazione chimica). Pertanto, i materiali refrattari con una maggiore affinità per l'ossigeno rispetto al metallo fuso saranno chimicamente stabili durante la fusione. Si noti che esistono diagrammi aggiuntivi o che possono essere realizzati per materiali non ossidi utilizzando i principi termodinamici e alcune sperimentazioni, e sono più difficili da trovare su Internet.

Fonte: Cambridge Ellingham Diagram Tutorial

I metalli ferrosi fusi sono spesso trattati in mestoli di acciaio con rivestimento refrattario.

È solo dal 1860 circa che tutti i metalli ferrosi diversi dalla ghisa (che ha un punto di fusione significativamente inferiore rispetto all'acciaio) sono stati trattati allo stato fuso in qualsiasi tipo di quantità. Prima di allora, la produzione di acciaio comportava generalmente la carburazione del ferro o la decarburazione della ghisa in una fornace e il ferro battuto non è un materiale calcinabile.

Storicamente, il ferro battuto veniva prodotto nelle fornaci fiorite. Si tratta essenzialmente di pile di ferro alternato e carbone sigillate con uno strato di argilla all'esterno che possono bruciare per un lungo periodo con un getto d'aria che penetra attraverso un foro vicino al fondo. Questo processo produce una massa spugnosa di ferro metallico mescolata con scorie di silicato. La massa verrebbe ripetutamente martellata a caldo (ma non fusa) per rimuovere la porosità e creare un lingotto approssimativamente omogeneo, sebbene con sottili laminazioni di scorie di silice: questo è "ferro battuto". La struttura laminare contribuisce in modo significativo alle proprietà meccaniche del ferro battuto.

Processi industriali successivi come la fusione di ghisa decarburata "mescolando" agitandola con lunghe bacchette di ferro su un letto di sabbia a calore indiretto in una fornace a riverbero. I forni per la fioritura sono in grado di ridurre gli ossidi di ferro nel minerale per produrre metallo, ma non sono abbastanza caldi per fonderlo alla rinfusa.

La ghisa è prodotta in una "fornace a cupola", costruita storicamente in mattoni, sebbene quelli moderni tendano ad essere in acciaio con rivestimento refrattario. Cariche di minerale di ferro e carbone (o coke) vengono alimentate nella parte superiore della pila e il metallo fuso si accumula in un pozzo sul fondo dove può essere "sfruttato" perforando un tappo di argilla. Nella fusione del ferro (dal minerale) questi forni verrebbero normalmente inseriti direttamente negli stampi di lingotti di sabbia producendo "ghisa" che verrebbero rifusi in componenti di ghisa o ulteriormente lavorati per produrre ferro battuto o acciaio.

I forni a cupola introducono molto carbonio nel ferro (circa il 5%) che riduce il suo punto di fusione a una temperatura in cui è pratico da fondere e come tale la ghisa può essere prodotta con aria forzata (al contrario di ossigeno puro) e a temperature nell'ambito di semplici materiali refrattari come il refrattario che, non essendo molto meccanicamente forte, vengono solitamente utilizzati come rivestimento per la struttura effettiva della fornace / siviere.

Si potrebbe quasi cavarsela con l'uso di mestoli di acciaio non foderati per ghisa, ma il rivestimento prolunga notevolmente la loro vita e riduce il tasso di perdita di calore dal metallo tra il forno e gli stampi.

I forni utilizzati sia per la fusione del minerale di ferro in ghisa che per la fusione in ferro sono essenzialmente simili.

Come ha notato Brian Drummond , il "bacino" si chiama crogiolo :

Un crogiolo è un contenitore in grado di resistere a temperature molto elevate e viene utilizzato per la produzione di metallo, vetro e pigmenti, nonché per una serie di moderni processi di laboratorio. Mentre i crogioli storicamente erano solitamente fatti di argilla, possono essere realizzati con qualsiasi materiale che resista a temperature abbastanza elevate da fondere o alterarne il contenuto.

Una risposta dettagliata alla domanda è disponibile nell'articolo Wikipedia collegato. Le risposte brevi sono:

• Età del ferro: argilla
• Periodo medievale: introduzione di nuovo materiale di rinvenimento per i crogioli di ceramica ( Mullit )
• Post medievale: grafite

Altri materiali riciclati come la scala del mulino possono essere utilizzati anche nei refrattari.

refrattari

Il materiale refrattario viene prodotto frantumando la dolomite e mescolandola con un liquido o una vernice a sospensione di flusso. La scala del mulino può essere utilizzata come materiale di flusso combinato con il legante liquido e utilizzato per produrre materiale refrattario. https://en.wikipedia.org/wiki/Mill_scale