Spisu treści:
- Kute żelazo
- Blister Steel
- Proces Bessemer i nowoczesne stalownie
- Proces Otwartego Serca
- Narodziny przemysłu stalowego
- Elektryczny piec łukowy do produkcji stali
- Produkcja stali tlenowej
Wideo: BDZ Cargo 44 163 and 46 028 with new trams for Sofia 2024
Wielkie piece zostały najpierw opracowane przez Chińczyków w VI wpne, ale w średniowieczu były szeroko stosowane w Europie i zwiększały produkcję żeliwa. W bardzo wysokich temperaturach żelazo zaczyna pochłaniać węgiel, który obniża temperaturę topnienia metalu, dając w wyniku żeliwo (2,5 procent do 4,5 procent węgla).
Żeliwo jest mocne, ale ma kruchość ze względu na zawartość węgla, co czyni go mniej niż idealnym do pracy i kształtowania. Gdy metalurdzy zdali sobie sprawę, że wysoka zawartość węgla w żelazie ma kluczowe znaczenie dla problemu kruchości, eksperymentowali z nowymi metodami redukcji zawartości węgla, aby uczynić żelazo bardziej funkcjonalnym.
Nowoczesna produkcja stali rozwinęła się z tych pierwszych dni produkcji żelaza i późniejszych postępów technologicznych.
Kute żelazo
Pod koniec XVIII wieku hutnicy nauczyli się przekształcać surówkę z żeliwa w niskoemisyjne kute żelazo przy użyciu pieców do pudrowania, opracowanych przez Henry'ego Corta w 1784 r. Surówka to stopione żelazo, które wypływa z wielkich pieców i jest chłodzone kanał i sąsiednie formy. Miała swoją nazwę, ponieważ duże, centralne i przylegające mniejsze wlewki przypominały lochy i prosięta ssące.
Aby zrobić kutego żelaza, piece ogrzały stopione żelazo, które musiało zostać wymieszane przez puddlerów przy użyciu narzędzi o długich wiosłach, pozwalających tlenowi łączyć się i powoli usuwać węgiel.
Wraz ze zmniejszaniem się zawartości węgla wzrasta temperatura topnienia żelaza, a więc masy żelaza ulegają aglomeracji w piecu. Masy te zostałyby usunięte i pracowały z młotkiem kuźni przez kałuża, zanim zostaną zwinięte w arkusze lub szyny. Do 1860 roku w Wielkiej Brytanii było ponad 3 000 pieców do pudrowania, ale proces ten nadal był utrudniony ze względu na intensywność pracy i paliwa.
Blister Steel
Blacha stalowa - jedna z najwcześniejszych form stali - rozpoczęła produkcję w Niemczech i Anglii w XVII wieku i została wyprodukowana poprzez zwiększenie zawartości węgla w stopionej surówce żelaza w procesie znanym jako cementowanie. W procesie tym pręty z kutego żelaza pokryto sproszkowanym węglem drzewnym w kamiennych skrzyniach i ogrzewano.
Po około tygodniu żelazo wchłonęło węgiel w węglu drzewnym. Wielokrotne ogrzewanie rozprowadzałoby węgiel bardziej równomiernie, a po ochłodzeniu wynik był stalą typu blister. Wyższa zawartość węgla sprawiła, że stal typu "blister" stała się znacznie bardziej funkcjonalna niż surówka, umożliwiając prasowanie lub walcowanie.
Produkcja blistra w latach czterdziestych XVIII wieku, kiedy angielski zegarmistrz Benjamin Huntsman odkrył, że metal można stopić w glinianych tygielach i uszlachetnić specjalnym topnikiem, aby usunąć żużel pozostały po procesie cementacji. Huntsman próbował stworzyć wysokiej jakości stal dla swoich sprężyn zegarowych. W rezultacie powstał tygiel lub stal. Jednak ze względu na koszty produkcji, zarówno blistry, jak i staliwa były używane tylko w specjalnych zastosowaniach.
W rezultacie żeliwo wytwarzane w piecach do pudru pozostało głównym metalem konstrukcyjnym w brytyjskiej industrializacji przez większą część XIX wieku.
Proces Bessemer i nowoczesne stalownie
Rozwój kolei w XIX wieku w Europie i Ameryce wywarł wielki nacisk na przemysł żelazny, który wciąż borykał się z nieefektywnymi procesami produkcji. Stal nie została jeszcze udowodniona jako metal konstrukcyjny, a produkcja była powolna i kosztowna. To było do 1856 roku, kiedy Henry Bessemer wymyślił skuteczniejszy sposób wprowadzania tlenu do stopionego żelaza w celu zmniejszenia zawartości węgla.
Znany obecnie jako proces Bessemer, Bessemer zaprojektował pojemnik w kształcie gruszki - nazywany konwerterem - w którym żelazo można ogrzewać, podczas gdy tlen mógł być przedmuchiwany przez stopiony metal. Gdy tlen przechodzi przez stopiony metal, reaguje on z węglem, uwalniając dwutlenek węgla i wytwarzając bardziej czyste żelazo.
Proces był szybki i niedrogi, usuwając węgiel i krzem z żelaza w ciągu kilku minut, ale ucierpiał z powodu zbyt wielkiego sukcesu. Usunięto zbyt dużo węgla i w produkcie końcowym pozostało zbyt dużo tlenu. Bessemer musiał ostatecznie spłacić swoich inwestorów, dopóki nie znajdzie sposobu na zwiększenie zawartości węgla i usunięcie niepożądanego tlenu.
Mniej więcej w tym samym czasie brytyjski hutnik Robert Mushet nabył i rozpoczął testowanie związku żelaza, węgla i manganu, znanego jako spiegeleisen. Wiadomo było, że mangan usuwa tlen ze stopionego żelaza, a zawartość węgla w spiegeleisen, jeśli zostanie dodana w odpowiednich ilościach, dostarczyłaby rozwiązanie problemów Bessemera. Bessemer zaczął z powodzeniem dodawać go do swojego procesu konwersji.
Pozostał jeden problem. Bessemerowi nie udało się znaleźć sposobu na usunięcie fosforu - szkodliwego zanieczyszczenia, które powoduje, że stal jest krucha - z jego produktu końcowego. W związku z tym można było stosować tylko wolne od fosforu rudy ze Szwecji i Walii.
W 1876 roku Welshman Sidney Gilchrist Thomas zaproponował rozwiązanie, dodając chemicznie podstawowy strumień-wapień do procesu Bessemera. Wapień zwrócił fosfor z surówki do żużla, umożliwiając usunięcie niepożądanego pierwiastka.
Ta innowacja oznaczała, że rudę żelaza z dowolnego miejsca na świecie można by ostatecznie wykorzystać do produkcji stali. Nic dziwnego, że koszty produkcji stali zaczęły znacząco spadać. Ceny za szyny stalowe spadły o ponad 80 procent w latach 1867-1884, powodując wzrost światowego przemysłu stalowego.
Proces Otwartego Serca
W latach sześćdziesiątych XIX wieku niemiecki inżynier Karl Wilhelm Siemens jeszcze bardziej udoskonalił produkcję stali dzięki stworzeniu procesu otwartego paleniska.To wytwarzało stal z surówki żelaza w dużych płytkich piecach.
Wykorzystując wysokie temperatury do spalania nadmiaru węgla i innych zanieczyszczeń, proces opierał się na ogrzewanych komorach z cegły pod paleniskiem. Piece regeneracyjne wykorzystywały następnie gazy spalinowe z pieca, aby utrzymać wysokie temperatury w komorach z cegły poniżej.
Metoda ta pozwalała na wytwarzanie znacznie większych ilości (50-100 ton metrycznych w jednym piecu), okresowe testowanie stopionej stali, aby można ją było spełnić określone specyfikacje, oraz wykorzystanie złomu stalowego jako surowca. Chociaż sam proces był znacznie wolniejszy, do roku 1900 proces otwartego trzonu w dużej mierze zastąpił proces Bessemera.
Narodziny przemysłu stalowego
Rewolucja w produkcji stali, która zapewniała tańsze materiały o wyższej jakości, została uznana przez wielu przedsiębiorców za okazję do inwestowania. Kapitaliści końca XIX wieku, w tym Andrew Carnegie i Charles Schwab, zainwestowali i zarobili miliony (miliardy w przypadku Carnegie) w przemyśle stalowym. Firma Carnegie US Steel Corporation, założona w 1901 roku, była pierwszą korporacją, której wartość sięgała ponad 1 miliarda dolarów.
Elektryczny piec łukowy do produkcji stali
Tuż po przełomie stulecia elektryczny piec łukowy Paula Heroulta (EAF) zaprojektowano tak, aby przepuszczał prąd elektryczny przez naładowany materiał, powodując egzotermiczne utlenianie i temperaturę do 3 272 stopni Celsjusza (1800 stopni Celsjusza), więcej niż wystarczający do podgrzania stali produkcja.
Początkowo używane do stali specjalistycznych, EAFs wzrosła w użyciu i do II wojny światowej były wykorzystywane do produkcji stopów stali. Niskie koszty inwestycyjne związane z zakładaniem walcowni EAF pozwoliły im konkurować z głównymi producentami w USA, takimi jak US Steel Corp. i Bethlehem Steel, szczególnie w stalach węglowych lub długich produktach.
Ponieważ elektrofiltry mogą produkować stal ze 100% złomu lub zimnego surowca żelaznego, potrzebna jest mniejsza ilość energii na jednostkę produkcji. W przeciwieństwie do podstawowych palenisk tlenowych, operacje można także zatrzymać i rozpocząć przy niewielkim koszcie. Z tych powodów produkcja przez EAF stale rośnie od ponad 50 lat i stanowiła około 33% światowej produkcji stali, począwszy od 2017 roku.
Produkcja stali tlenowej
Większość światowej produkcji stali - około 66 procent - produkowana jest w podstawowych urządzeniach tlenowych. Opracowanie metody oddzielania tlenu od azotu na skalę przemysłową w latach 60. pozwoliło na znaczne postępy w rozwoju podstawowych pieców tlenowych.
Podstawowe piece tlenowe dmuchają tlen do dużych ilości stopionego żelaza i złomu stalowego i mogą uzupełnić ładunek o wiele szybciej niż metody z otwartymi paleniskami. Duże statki o pojemności do 350 ton żelaza mogą zakończyć konwersję na stal w czasie krótszym niż jedna godzina.
Efektywność kosztowa produkcji stali tlenowej sprawiła, że fabryki z otwartymi trzonami stały się niekonkurencyjne i po nadejściu produkcji stali tlenowej w latach 60. XX wieku rozpoczęły się operacje otwartego paleniska. Ostatni obiekt otwarty w USA zamknięty w 1992 r. I w Chinach, ostatni zamknięty w 2001 r.
Źródła:
Spoerl, Joseph S. Krótka historia produkcji żelaza i stali . Kolegium św. Anselma.
Dostępne: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm
The World Steel Association. Strona internetowa: www.steeluniversity.org
Ulica, Arturze. & Alexander, W. O. 1944. Metale w służbie człowieka . 11 edycja (1998).
Właściwości i aplikacje ze stali ferrytycznej ze stali nierdzewnej
Znany ze swojej dobrej ciągliwości, odporności na korozję i korozji naprężeniowej, ferrytyczna stal nierdzewna jest często stosowana w częściach samochodowych.
Historia stali od epoki żelaza do elektrycznych pieców łukowych
Poznaj historię stali dzięki opracowaniu przez Henry'ego Bessemera skutecznego sposobu zmniejszenia zawartości węgla w żelazie w 1856 r. Do nowoczesnej produkcji.
Krótka historia mediów informacyjnych (Dziennikarstwo drukowane)
Jakie są media informacyjne? Przeczytaj ten artykuł, aby uzyskać krótką historię dziennikarstwa drukowanego od jego początków do dnia dzisiejszego.