Ce este fierul?
Fierul este un element metalic (simbol în tabelul periodic: Fe) cu un punct de topire de la 1150 grade Celsius în sus.
Este al patrulea element cel mai răspândit pe scoarța terestră, dar se găsește mai degrabă sub formă de minereu de fier decât ca metal utilizabil. Minereul de fier se găsește într-o varietate de forme și arată ca o rocă. Este un amestec de fier, oxigen și alte elemente, amestecat cu nisipuri și argile.
Imagine, dreapta: minereu exploatat din gropile de clopot la Wilsontown.
Pentru a face un metal utilizabil, o fabrică de fier trebuie să scape de componentele nedorite din acest amestec și să păstreze cât mai mult fier posibil, producând un metal mai pur.
Procesul de fabricare a fierului se dezvoltă
Fabricarea fierului a ajuns în Marea Britanie din Europa și Orientul Mijlociu în jurul anului 450 î.Hr. În acest moment, procesul avea nevoie doar de minereu de fier, cărbune de lemn și argilă. Începând cu secolul al XIII-lea, energia hidraulică a fost folosită pentru a acționa burdufurile și ciocanele, iar furnalul înalt a fost introdus în secolul al XV-lea în Belgia.
Cărbunele a fost folosit acolo unde existau rezerve de lemn, dar pentru zonele fără multe păduri, cărbunele era un posibil combustibil pentru furnale înalte. Cărbunele conține de obicei sulf, ceea ce înseamnă că fierul fabricat cu cărbune ca și combustibil va conține, de asemenea, sulf. Acest lucru este bun pentru fontă, dar nu este util pentru fierul forjat.
Cocsul este o formă mai pură de carbon și nu are sulf. Se obține prin arderea parțială a cărbunelui. Cocsul a fost folosit în furnale înalte pentru prima dată în 1708, iar Wilsontown Ironworks a folosit cocsul ca și combustibil pentru furnalele sale înalte încă de la început.
Rețeta de fabricare a fierului
Oamenii care lucrau în camera de încărcare a furnalelor înalte ar fi fost probabil cei mai calificați muncitori de la Ironworks. Aceștia nu ar fi fost localnici și poate nici măcar scoțieni. Treaba lor era să se asigure că în furnalele înalte – cuptoare mari folosite pentru a găti amestecul de fier – erau adăugate cantitățile corecte de diverse ingrediente la momentul potrivit.
În mod ideal, furnalele înalte ar fi trebuit să funcționeze 24 de ore pe zi, șapte zile pe săptămână. Ele erau suflate doar atunci când era nevoie de reparații și întreținere.
Ingredientele pentru a face fierul utilizabil erau calcar, piatră de fier, cocs și aer. Cocsul este combustibilul, iar piatra de fier furnizează minereul de fier. Piatra de fier este mai întâi prăjită în cuptoare de calcinare, situate lângă furnalele înalte, pentru a elimina impuritățile. Aerul, sau suflul, era suflat în furnal cu ajutorul unor motoare cu aburi puternice. (Se folosea aer rece până în 1828, când s-a descoperit la Wilsontown că explozia la cald producea fier de mai bună calitate).
Aerul este necesar pentru a menține amestecul arzând în interiorul cuptorului. Se adaugă calcar pentru că se combină cu impuritățile din minereul de fier, acționează ca un fondant. Acest amestec de calcar și impurități se numește zgură, aceasta nu era dorită și era îndepărtată din furnale prin deschiderea unui robinet din care zgura se scurgea după ce plutea în partea superioară a amestecului.Diagrama cuptorului de la Wilsontown
După ce amestecul a fost încălzit pentru perioada necesară și zgura a fost eliminată, se deschidea un robinet în partea de jos a furnalului pentru ca fierul topit să se scurgă. Acesta era lăsat să se scurgă în paturi de nisip pregătite, numite „pig beds”, unde urma să se întărească. Acesta este modul în care se făcea fonta, numită astfel deoarece se spunea că aranjamentul paturilor de porci seamănă cu cel al unei scroafe care hrănește purcei.
În interiorul unui furnal înalt
După ce fonta era făcută în furnale înalte, o parte din ea era dusă la rafinării, apoi la forjă și la laminor.
Refinăriile
Existau două rafinării prin suflare la Wilsontown, unde fonta era mai întâi supusă unui suflu de aer pentru a arde o parte din impurități înainte de a fi băltită. Rafinăriile ar fi fost aproape de locul în care fierul ieșea din furnal și plasate convenabil pentru ca fierul să fie dus peste canalul de scurgere la forjă pentru băltire. După rafinare, metalul era răcit într-o cisternă sau un jgheab cu apă.
Forja
Detaliu din forja de la WilsontownO forjă este o clădire în care metalul este încălzit și modelat.
Această clădire a fost construită pentru prima dată în 1790/1 după planurile întocmite de John Rennie, care lucra ca inginer pentru Boulton și Watt la acea vreme. Ea se afla vizavi de canalul de scurgere de la furnalele înalte. În inima sa se afla o casă de mașini cu 2 motoare cu aburi în 1810, unul cu o singură putere și unul cu două puteri. Unul dintre aceste motoare era la mâna a doua, fusese cumpărat de la Turnătoria King and Queen din Rotherhithe, deținută la acea vreme de Gardner, Manser & Co. Probabil că a început să lucreze în forja de la Wilsontown în august 1791.
Forja conținea inițial ciocane cu cârlige, șaibe și rafinării pentru rafinarea fierului, dar această metodă a devenit neprofitabilă. Așa că, după ce John Wilson Snr & Sons a preluat conducerea, a instalat echipamente noi care includeau un motor cu aburi, cuptoare de băltire și 2 ciocane noi, probabil că au modificat și clădirea.
În 1810 motoarele asigurau acum puterea necesară pentru a acționa 3 ciocane de șindrilă și un ciocan de tragere. De asemenea, în această perioadă, în forjă se mai aflau 10 cuptoare de băltire, 2 cuptoare de balotat și unul de tocat.
Fierul era adus la forjă de la rafinării și reprelucrat în cuptoarele de băltire pentru a arde (în principal) carbonul. După aceasta, fierul maleabil, acum brut, era reîncălzit într-un cuptor de balotat sau într-un chafery înainte de a fi ciocănit (șindrilă) pentru a expulza calcarul și, în cele din urmă, scos în blocuri pentru a fi dus la laminoare. Acest lucru putea necesita mai multe „încălziri”. Din acest motiv, rafinarea, băltirea, ciocănirea și în cele din urmă laminarea trebuiau să fie foarte apropiate.
Cătușele erau de două tipuri – cu elice și basculante. Pentru șindrilă, acestea erau de tip helve și funcționau prin came de pe axă care ridicau botul (capătul ciocanului) direct cu punctul de sprijin fixat la celălalt capăt. Acesta funcționa mai încet decât ciocanul basculant, dar avea o cursă mai puternică. Ciocanul înclinat era folosit pentru desen și oferea o cursă mai rapidă, dar mai blândă. La acest tip, punctul de sprijin se afla la mijloc; prin apăsarea cozii, capătul ciocanului de la capătul opus era ridicat prin efectul de pârghie exercitat prin punctul de sprijin.
Mutarea fierului în interiorul forjei se făcea cu ajutorul roabelor, un cărucior cu patru roți și trei cărucioare cu două roți de-a lungul unor „piste de roabe” din fontă. Existau 14 cutii de apă (boshes) în jurul forjei pentru răcirea uneltelor de lucru.
Laminatorul
Detalii de la laminorul de la WilsontownUn laminor este o fabrică de modelare a metalului prin trecerea acestuia între perechi de role.
Laminatorul se afla lângă forjă, la nord. Înainte de a fi duse în laminorul de laminare, lingourile de la forjă erau cântărite. Laminorul pare să fi fost construit în jurul anilor 1802-1802-4 și a fost descris ca fiind deschis pe laturi, cu stâlpi de piatră la intervale adecvate și arcuri între ei. Din cauza suprafeței mari acoperite, acoperișul era sprijinit în interior pe stâlpi de fontă și, probabil, avea ferme de acoperiș din fier forjat care erau legate de pereți prin plăci de perete. Stâlpii interiori subțiri din fontă ar fi permis mișcarea materialelor în interior; ca și forja, podeaua a fost așezată cu plăci de fontă pentru a preveni deteriorarea atunci când fierul era mutat.
Morița a fost acționată de un motor cu aburi cu un singur efect, cu un volant masiv de 24 de picioare diametru. Motorul morii a fost plasat central, astfel încât cele trei perechi de cilindri de bară comercială să se afle de o parte a motorului principal, iar cele trei perechi dedicate lucrului simplu (tablă de cazan, tablă și cercuri) de cealaltă parte. Pe această parte se afla, de asemenea, o pereche de cilindri de șuruburi cu tăișuri care lucrau pe un excentric. Un strung pentru strunjirea cilindrilor (cilindrii aveau tendința de a se uza neuniform) era, de asemenea, acționat de la motor.
Un inventar din 1813 enumeră echipamente precum 100 de clești și cârlige care ar fi fost folosite pentru a trage fierul între treceri. Între fiecare trecere, fierul ar fi avut nevoie de reîncălzire și existau cuptoare în acest scop. După laminare, fierul finit era asamblat pe 2 bănci de balotat care cântăreau peste ½ tonă fiecare, dar exista și o bancă lungă din lemn pentru același scop: este posibil ca aceasta să fi fost pentru plăcile de cazan care s-ar fi putut zgâria mai ușor.
Ce se producea la Wilsontown?
Nu există o listă de clienți disponibilă pentru Wilsontown Ironworks, dar știm de unul sau doi clienți, de exemplu Richard Crawshay, care a cumpărat fier în lingouri. Wilsons își vindea fierul prin intermediul comercianților de fier care aveau depozite mari, cum ar fi James Pillans din Leith. Știm că fierul din Wilsontown ajungea la depozite din Leith, Glasgow și Londra.
Produsele erau:
- Fontă brută – vândută la alte turnătorii
- Produse din fontă, cum ar fi alice (4-18 livre) pentru tunuri, osii, țevi
- Bară de fier / Fier forjat / Merchant Bar
- Blocuri – cumpărate de alte fierării / turnătorii
- Plăci pentru cazane și alte plăci
- Fier în formă de cerc – de exemplu, pentru butoaie
- Tablă de fier
- Tije de fier
- Balast pentru nave
- Articole speciale pentru vânzare locală
- Tije cuie – vândute unui fierar din Edinburgh
.
