Cuando el hierro se derrite, supongo que tiene que ser transportado y contenido. Creo que el contenedor en el que se encuentra debe ser capaz de soportar temperaturas más altas de las que desea derretir.

Según este sitio web , "Hierro forjado" tiene una temperatura de fusión de 1482-1593 ° C. Hay un par de otros metales que tienen puntos de fusión más altos (por ejemplo, Wolfram (tungsteno) con más de 3400 ° C), pero todo lo que puedo pensar es mucho más costoso. Entonces, ¿de qué material está hecho el horno / "botella" / "cuenca" (o como se llame)?

(Pregunta secundaria: el hierro se ha derretido durante bastante tiempo. Supongo que esto ha cambiado con los años. ¿De qué materiales era antes?)

Resumen

Los crisoles están forrados con materiales refractarios. El procesamiento de acero utiliza grafito o una combinación de cromita y magnesita para el contacto directo con la masa fundida. El procesamiento de hierro fundido a menudo utiliza arcillas de ingeniería, también conocidas como mezclas de alúmina-magnesia-sílice. El grafito es más difícil de formar que los refractarios de tipo arcilla. Para ser adecuado como refractario, un material debe cumplir una serie de requisitos de propiedad para que sea económico y seguro.

Materiales refractarios

$\textrm{Fe-C}$

Fuente: ispatguru.com

Metales refractarios (no útiles para fundiciones)

La primera categoría de materiales de alto punto de fusión, de los cuales notó un material, se llaman metales refractarios . Tenga en cuenta que estos no se denominan generalmente refractarios o materiales refractarios en la industria de la fundición. Consisten en niobio, molibdeno, tungsteno, tántalo y renio (Nb, Mo, W, Ta, Re) y tienen puntos de fusión que oscilan entre aproximadamente 2.500 ° C y 3.500 ° C. Si bien los puntos de fusión son lo suficientemente altos y tienen suficiente resistencia como materiales estructurales, y cierta resistencia al impacto para arrancar, hay una serie de factores que limitan su uso.

• Alta reactividad con oxígeno.
• Alta reactividad con otros metales.
• Alto costo por peso
• Alta densidad
• Alta capacidad calorífica
• Alta conducción de calor
• Difícil de conformar (requiere fusión cuidadosamente controlada al vacío o pulvimetalurgia )

Cerámica refractaria (útil para fundiciones)

La segunda categoría de materiales refractarios se basa en una variedad de cerámicas y se denominan cerámicas refractarias , o más comúnmente solo refractarios . Sin embargo, no cualquier cerámica es adecuada. Idealmente, la cerámica tendría una fuerza de unión atómica extremadamente alta, o una mayor afinidad por el oxígeno que el metal que se está fundiendo. Esto haría que el material sea relativamente inerte con respecto al metal fundido. Tal cerámica también debe ser fácilmente moldeable, tener baja capacidad de calor y conducción de calor, y debe ser razonablemente económica.

$\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)$

Diagrama de Ellingham (Selección de refractarios estables)

La forma de leer un Diagrama de Ellingham, para nuestros propósitos, es que subir en el gráfico significa una afinidad decreciente por el oxígeno, mientras que bajar significa una afinidad creciente. Las líneas diagonales con ecuaciones químicas indican la energía libre estándar de esa reacción (eje vertical) a la temperatura dada (eje horizontal). Si, a una temperatura dada, una línea de reacción está por encima de otra, la reacción más alta procederá hacia el metal puro más oxígeno (reducción química) mientras que la reacción más baja procederá hacia el óxido metálico (oxidación química). Por lo tanto, los materiales refractarios con mayor afinidad por el oxígeno que el metal fundido serán químicamente estables durante la fusión. Tenga en cuenta que existen o se pueden hacer diagramas adicionales para materiales sin óxido utilizando principios termodinámicos y algo de experimentación, y son más difíciles de encontrar en Internet.

Fuente: Tutorial del diagrama de Cambridge Ellingham

Los metales ferrosos fundidos a menudo se manejan en cucharones de acero con un revestimiento refractario.

Es solo desde aproximadamente la década de 1860 que cualquier metal ferroso que no sea hierro fundido (que tiene un punto de fusión significativamente más bajo que el acero) se manejó en estado fundido en cualquier tipo de cantidad. Antes de eso, la producción de acero generalmente implicaba la carburación del hierro o la descarburación del hierro fundido en un horno y el hierro forjado no es un material moldeable.

Históricamente, el hierro forjado se producía en hornos con flores. Estas son esencialmente pilas de mineral de hierro y carbón alternadas, selladas con una capa de arcilla en el exterior que se dejan quemar durante un largo período con una corriente de aire entrando por un agujero cerca del fondo. Este proceso produce una masa esponjosa de hierro metálico mezclado con escoria de silicato. La masa se martillaría repetidamente mientras estaba caliente (pero no fundida) para eliminar la porosidad y crear un lingote aproximadamente homogéneo, aunque con láminas finas de escoria de sílice, esto es 'hierro forjado'. La estructura laminar contribuye significativamente a las propiedades mecánicas del hierro forjado.

Los procesos industriales posteriores, como el "charco", descargan hierro fundido agitándolo con largas varillas de hierro sobre un lecho de arena con calor indirecto en un horno reverberatorio. Los hornos Bloomery pueden reducir los óxidos de hierro en el mineral para producir metal, pero no son lo suficientemente calientes como para fundirlo a granel.

El hierro fundido se produce en un 'horno de cúpula', históricamente construido de ladrillo, aunque los modernos tienden a ser de acero con un revestimiento refractario. Las cargas de mineral de hierro y carbón (o coque) se introducen en la parte superior de la pila y el metal fundido se acumula en un pozo en la parte inferior, donde se puede 'golpear' perforando un tapón de arcilla. En la fundición de hierro (a partir de mineral), estos hornos normalmente se introducirían directamente en moldes de lingotes de arena para producir 'arrabio' que se volvería a fundir en componentes de hierro fundido o se procesaría para producir hierro forjado o acero.

Los hornos de cúpula introducen una gran cantidad de carbono en el hierro (alrededor del 5%), lo que reduce su punto de fusión a una temperatura en la que es práctico colar y, como tal, el hierro colado se puede producir con aire forzado (a diferencia del oxígeno puro) y a temperaturas dentro del alcance de materiales refractarios simples como la arcilla refractaria que, al no ser muy resistentes mecánicamente, generalmente se utilizan como revestimiento para la estructura real del horno / cucharones.

Podrías evitar el uso de cucharones de acero sin forro para hierro fundido, pero el revestimiento prolonga enormemente su vida útil y reduce la tasa de pérdida de calor del metal entre el horno y los moldes.

Los hornos utilizados tanto para fundir mineral de hierro en arrabio como para fundir ast iron son esencialmente similares.

Como señaló Brian Drummond , la "cuenca" se llama crisol :

Un crisol es un recipiente que puede soportar temperaturas muy altas y se utiliza para la producción de metal, vidrio y pigmentos, así como para una serie de procesos de laboratorio modernos. Si bien los crisoles históricamente generalmente estaban hechos de arcilla, pueden estar hechos de cualquier material que resista temperaturas lo suficientemente altas como para derretir o alterar su contenido.

Se puede encontrar una respuesta detallada a la pregunta en el artículo vinculado de Wikipedia. Las respuestas cortas son:

• Edad del hierro: arcilla
• Período medieval: introducción de nuevo material de temple para los crisoles de cerámica ( Mullit )
• Post Medieval: grafito

Otros materiales reciclados, como la escala de fábrica, también se pueden usar en refractarios.

Refractarios

El material refractario se hace triturando dolomita y mezclándolo con un líquido o pintura de suspensión de fundente. La escala de molino se puede usar como material fundente que se combina con el aglutinante líquido y, en última instancia, se usa para producir el material refractario. https://en.wikipedia.org/wiki/Mill_scale