היסטוריה קצרה של פלדה

מתקופת הברזל ועד תהליך בסמר וסטילמקינג המודרנית

איך steelmaking להתפתח מן השורשים שלה בייצור ברזל? בואו נסתכל על ההיסטוריה של פלדה .

עידן הברזל

בטמפרטורות גבוהות מאוד, ברזל מתחיל לספוג פחמן, אשר מוריד את נקודת ההיתוך של המתכת, וכתוצאה מכך ברזל יצוק (2.5 ל 4.5% פחמן). הפיתוח של תנורים הפיצוץ, בשימוש לראשונה על ידי הסינים במאה ה -6 לפנה"ס אבל בשימוש נרחב יותר באירופה בימי הביניים, הגדילה את הייצור של ברזל יצוק.

בַּרזֶל יְצִיקָה

ברזל מותך שנגמר מתוך תנורים הפיצוץ מקורר בערוץ הראשי ותבניות סמוכים הפך המכונה ברזל חזיר כי גדול, מרכזי סמוכים מטילים קטנים יותר דומה חזירים יונקים יונק.

ברזל יצוק

ברזל יצוק חזק אבל סובל שבירות בשל התוכן הפחמן שלה, מה שהופך אותו פחות אידיאלי לעבודה ועיצוב. כמו metallurgists הפך מודע לכך התוכן פחמן גבוהה ברזל היה מרכזי לבעיה של שבירות, הם ניסויים בשיטות חדשות להפחתת התוכן פחמן על מנת להפוך את הברזל יותר מעשי.

בַּרזֶל חָשִׁיל

עד סוף המאה ה -18, יצרני ברזל למדו כיצד להפוך ברזל יצוק לתוך פחמן תוכן פחמן נמוכה באמצעות תנורים פודינג (שפותחה על ידי הנרי קורט בשנת 1784). תנורים מחוממים ברזל מותך, אשר היה צריך להיות עורר על ידי puddlers באמצעות כלים ארוכות בצורת משוט, המאפשר חמצן לשלב עם לאט להסיר פחמן.

ככל שתכולת הפחמן יורדת, נקודת ההיתוך של הברזל גדלה, כך שיהיו כמויות גדולות של ברזל בתנור. ההמונים האלה יוסרו ויעבדו עם פטיש מזויף על ידי הצולל לפני שהתגלגל לתוך סדינים או מסילות. ב- 1860 היו למעלה מ -3,000 תנורי פודלינג בבריטניה, אך התהליך עדיין לא הפריע לעוצמתו של כוח העבודה והדלק.

בליסטר פלדה

אחת הצורות הראשונות של פלדה , פלדה שלפוחית, החל הייצור בגרמניה ובאנגליה במאה ה -17 והופק על ידי הגדלת התוכן פחמן ברזל חזיר מותך באמצעות תהליך המכונה בטון. בתהליך זה, ברים של ברזל יצוק היו מרובד עם פחם אבקת בקופסאות אבן מחומם.

לאחר כשבוע היה הברזל סופג את הפחמן שבפחם. חימום חוזר יחלק את הפחמן בצורה אחידה יותר והתוצאה, לאחר הקירור, תהיה פלדה שלפוחית. תכולת הפחמן הגבוהה יותר עשתה פלדה שלפוחית ​​הרבה יותר עביד מאשר ברזל חזיר, המאפשר את זה להיות לחוץ או התגלגל.

ייצור שלפוחית ​​הפלדה מתקדם ב 1740s כאשר שעונים האנגלים האנגסמן האנגלי בעת שניסה לפתח פלדה באיכות גבוהה עבור מעיינות השעון שלו, מצא כי המתכת יכול להיות מותך ב crucibles חימר ו מעודן עם השטף מיוחד כדי להסיר סיגים כי תהליך המלט נותרו מֵאָחוֹר. התוצאה היתה כור היתוך או יציקת פלדה. אבל בשל עלות הייצור, הן שלפוחית ​​פלדה יצוק היה רק ​​פעם בשימוש ביישומים מיוחדים.

כתוצאה מכך, ברזל יצוק עשוי תנורי פודינג נשאר מתכת מבנית העיקרית התיעוש בבריטניה במהלך רוב המאה ה -19.

תהליך בסמר וסטילמינג מודרני

צמיחת מסילות הברזל במהלך המאה ה -19 באירופה ובאמריקה שמה לחץ גדול על תעשיית הברזל, שעדיין נאבקה בתהליכי ייצור לא יעילים. פלדה עדיין לא הוכח כמו מתכת מבנית הייצור היה איטי ויקר. זה היה עד 1856, כאשר הנרי בסמר בא עם דרך יעילה יותר להכניס חמצן לתוך ברזל מותך כדי להפחית את התוכן פחמן.

כעת, המכונה תהליך הבסמר, תכנן בסמר כלי קיבול בצורת אגס - המכונה "ממיר" - שבו ניתן היה לחמם את הברזל בעוד החמצן יכול להתפוצץ דרך המתכת המותכת. כמו חמצן עבר דרך מתכת מותכת, זה היה להגיב עם פחמן, שחרור פחמן דו חמצני לייצר ברזל טהור יותר.

התהליך היה מהיר וזול, הסרת פחמן וסיליקון מברזל תוך דקות ספורות, אך סבלה מהצלחה.

יותר מדי פחמן הוסר וחמצן רב מדי נשאר במוצר הסופי. בסופו של דבר נאלץ בסמר להחזיר את המשקיעים שלו עד שימצא שיטה להגדלת כמות הפחמן ולהסרת החמצן הלא רצוי.

בערך באותו זמן, המטלורגיסט הבריטי רוברט מושט רכש והחל לבדוק תרכובת של ברזל, פחמן ומנגן - הידועה כספייג'לייזן . מנגן היה ידוע כדי להסיר חמצן מן ברזל מותך ואת התוכן פחמן spiegeleisen אם הוסיף בכמויות הנכונות, יספק את הפתרון לבעיות של בסמר. בסמר החל להוסיפו לתהליך הגיור שלו בהצלחה רבה.

נותרה בעיה אחת. בסמר לא הצליח למצוא דרך להסיר זרחן - טומאה מזיקה שהופכת את הפלדה שבירה - ממוצר הקצה שלו. כתוצאה מכך, רק עפרות ללא זרחן משוודיה וויילס ניתן להשתמש.

בשנת 1876 הגיע וולשימן סידני גילכריסט תומס עם הפתרון על ידי הוספת השטף הבסיסי כימית אבן גיר על תהליך בסמר. אבן הגיר שלפה זרחן מברזל חזיר לתוך סיגים, המאפשר את האלמנט לא רצויות כדי להסיר.

חדשנות זו פירושה, סוף סוף, עפרות ברזל מכל מקום בעולם יכול לשמש לייצור פלדה. לא מפתיע, עלויות הייצור פלדה החלה לרדת באופן משמעותי. מחירי הפלדה ירד יותר מ 80% בין 1867 ו 1884, כתוצאה של טכניקות ייצור פלדה חדשה, ייזום הצמיחה של תעשיית הפלדה בעולם.

תהליך הפתיחה הפתוח:

בשנות ה -60 של המאה ה -19, המהנדס הגרמני קרל וילהלם סימנס שיפר את ייצור הפלדה באמצעות יצירתו של תהליך המוקד הפתוח. תהליך האח הפתוח ייצר פלדה מברזל חזיר בכבשנים רדודים גדולים.

באמצעות טמפרטורות גבוהות לשרוף את עודף פחמן וזיהומים אחרים, התהליך הסתמכה על חדרי לבנים מחוממות מתחת לאח. תנורים רגנרטיביים השתמשו מאוחר יותר בגזים פליטה מן הכבשן כדי לשמור על טמפרטורות גבוהות בתאי לבנים מתחת.

שיטה זו אפשרה לייצור כמויות גדולות בהרבה (50-100 טון מטרי יכול להיות מיוצר בכבשן אחד), בדיקה תקופתית של פלדה מותכת, כך שזה יכול להיעשות כדי לעמוד מפרטים ספציפיים ושימוש פלדה גרוטאות כחומר גלם . למרות שהתהליך עצמו היה איטי בהרבה, עד שנת 1900, תהליך המיתוס הפתוח החליף במידה רבה את תהליך בסמר.

לידה של תעשיית הפלדה:

המהפכה בייצור פלדה שסיפק זול, חומר באיכות גבוהה יותר, הוכר על ידי אנשי עסקים רבים של היום כהזדמנות השקעה. הקפיטליסטים של סוף המאה ה -19, כולל אנדרו קרנגי וצ'ארלס שוואב, השקיעו ועשו מיליונים (מיליארדים במקרה של קרנגי) בתעשיית הפלדה. קרנגי של ארה"ב פלדה Corporation, שנוסדה בשנת 1901, היה התאגיד הראשון אי פעם הושק בשווי למעלה ממיליארד דולר.

החשמל Arc תנור Steelmaking:

רק אחרי תחילת המאה, התפתחות נוספת התרחשה כי תהיה השפעה חזקה על האבולוציה של ייצור הפלדה. פול ארולט של תנור קשת חשמלי (EAF) נועד להעביר זרם חשמלי באמצעות חומר טעון, וכתוצאה מכך חמצון אקסותרמית וטמפרטורות של עד 3272 מעלות צלזיוס (1800 מעלות צלזיוס), יותר מאשר מספיק כדי לחמם את ייצור הפלדה.

בתחילה בשימוש עבור פלדות מיוחדים, EAFs גדל בשימוש, על ידי מלחמת העולם השנייה, היו בשימוש לייצור של סגסוגות פלדה. עלות ההשקעה הנמוכה הכרוכה בהקמת טחנות EAF אפשרה להם להתחרות עם המפיקים העיקריים בארה"ב כמו ארה"ב פלדה קורפ בית לחם פלדה, במיוחד פלדות פחמן, או מוצרים ארוכים.

כי EAFs יכול לייצר פלדה מ -100% גרוטאות - או ברזל ברזלי- feed, פחות אנרגיה ליחידה של הייצור יש צורך. בניגוד בסיסי חמצן בסיסיים, פעולות יכול גם להיות עצר והתחיל עם מעט הקשורים בעלות. מסיבות אלה, הייצור באמצעות EAFs כבר בהתמדה במשך יותר מ -50 שנה ועכשיו מהווה כ -33% של ייצור הפלדה העולמי.

חמצן Steelmaking:

רוב ייצור הפלדה העולמי, כ -66%, מיוצרים כיום במתקני חמצן בסיסיים. פיתוח שיטה להפריד חמצן חנקן בקנה מידה תעשייתי בשנות השישים אפשרה התקדמות משמעותית בפיתוח של תנורי חמצן בסיסיים.

תנורי חמצן בסיסיים חמצן מכה לתוך כמויות גדולות של ברזל מותך וגרוטאות פלדה יכול להשלים תשלום הרבה יותר מהר מאשר בשיטות פתוחות. כלי גדול מחזיק עד 350 טון מטרי של ברזל יכול להשלים המרה פלדה תוך פחות משעה.

יעילות העלות של steelmaking החמצן גרם לפתוח מפעלי האח לא תחרותי, בעקבות הופעתו של steelmaking חמצן בשנות ה -1960, לפתוח-מוקשים החלו פעולות סגירת. מתקן הפתיחה הפתוח האחרון בארה"ב נסגר בשנת 1992 ובסין בשנת 2001.

_{מקורות:}

_{Spoerl, ג 'וזף ס היסטוריה קצרה של ברזל ופלדה הייצור . מכללת סנט אנסלם.}

_{זמין: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm}

_{התאחדות הפלדה העולמית. אתר אינטרנט: www.steeluniversity.org}

_{רחוב, ארתור. אלכסנדר, 1944. מתכות בשירות האדם . מהדורה 11 (1998).}