Запознајте ја историјата од железното време со печки со електрични лаци
Меѓутоа, во наредните неколку илјади години, квалитетот на произведеното железо ќе зависи колку од достапната руда, како и од методите на производство.
До 17 век, својствата на железото беа добро разбрани, но зголемената урбанизација во Европа бараше повеќе разноврсна структура.
И до 19-тиот век, количината на железо што се трошила со ширење на железницата, обезбедила металурзи со финансиски поттик за да се најде решение за кршливоста на железото и неефикасните производствени процеси.
Но, несомнено, главниот пробив во историјата на челикот дојде во 1856 година кога Хенри Бесемер развил ефикасен начин за употреба на кислород за да ја намали содржината на јаглерод во железото: се родила модерната челична индустрија.
Ерата на железо
На многу високи температури, железо почнува да апсорбира јаглерод, што ја намалува точката на топење на металот, што резултира со леано железо (2,5 до 4,5% јаглерод). Развојот на високи печки, првпат користен од страна на кинескиот во 6 век п.н.е., но пошироко користен во Европа во средниот век, го зголеми производството на леано железо.
Суровото железо е стопено железо кое излегува од високи печки и се лади во главниот канал и соседните калапи. Големите, централните и соседните помали инготи личија на свиња и цицање прасиња.
Леано железо е силно, но страда од кршливост поради неговата содржина на јаглерод, што го прави помалку од идеален за работа и обликување. Како металурзи станаа свесни дека високата содржина на јаглерод во железото е централна за проблемот на кршливост, тие експериментираа со нови методи за намалување на содржината на јаглерод, со цел да се направи железо повеќе да се употребува.
До крајот на 18-тиот век, железарите научија како да го трансформираат сурово железото во ковано железо со ниска употреба на јаглерод, користејќи печки за печење (развиен од Хенри Корт во 1784 година). Печките го загреале стопеното железо, кое мораше да се меша со пудери со користење на долги алатки во вид на руди , дозволувајќи кислородот да се комбинира и полека да го отстранува јаглеродот.
Со оглед на тоа што содржината на јаглерод се намалува, точката на топење на железо се зголемува, така што масите на железо ќе се агломерираат во печката. Овие маси ќе бидат отстранети и ќе работат со ковач чекан од страна на puddler пред да се стркала во листови или шини. До 1860 година, во Британија имаше над 3.000 педијални печки, но процесот и понатаму беше попречуван од неговата работна сила и интензитет на гориво.
Една од најраните форми на челик, блистер челик, почнала да се произведува во Германија и Англија во 17 век и била произведена со зголемување на содржината на јаглерод во стопеното железо со користење на процес познат како цементација. Во овој процес, барови од ковано железо се навалија со прашкаст јаглен во камени кутии и загревани.
По околу една недела, железото ќе го апсорбира јаглеродот во јаглен. Повтореното греење ќе дистрибуира јаглерод повеќе рамномерно, а резултатот, по ладењето, беше блистер челик. Со повисока содржина на јаглерод, блистер челик станува многу попрактичен од сурово железо, овозможувајќи му да се притисне или валани.
Производството на челични челик напредно во 1740-тите, кога англискиот часовник Бенџамин Хантсман, додека се обидувал да развие висококвалитетен челик за неговите часовни извори, открил дека металот може да се стопи во глинени садови и да се пречисти со посебен флукс за да се отстрани згурата што процесот на зацементирање зад себе. Резултатот беше огноотпорен или леано челик. Но, поради трошоците за производство, и блистер и фрлија челик беше само некогаш се користи во специјализирани апликации.
Како резултат на тоа, леано железо направено во песочни печки остана примарен структурен метал во индустријализираната Британија во текот на поголемиот дел од 19-тиот век.
Бесемерскиот процес и модерното производство на челик
Растот на железницата во текот на 19-тиот век во Европа и Америка предизвика голем притисок врз индустријата за железо, која сé уште се бори со неефикасни производствени процеси.
Сепак, челикот сè уште беше нејасен како структурен метал и продукцијата беше бавна и скапа. Тоа беше до 1856 година кога Хенри Бесемер излезе со поефективен начин да воведе кислород во стопено железо со цел да се намали содржината на јаглерод.
Сега познат како Бесемер Процес, Бесемер го дизајнирал садот во облик на круша - наречен "конвертор" - во којшто можело да се загрее железо, додека кислородот можел да се разнесе преку стопениот метал. Како кислород поминува низ стопениот метал, тој ќе реагира со јаглеродот, ослободува јаглероден диоксид и ќе произведува чисто железо.
Процесот беше брз и ефтин, отстранувајќи јаглерод и силикон од железо во прашање од неколку минути, но страдаше од тоа да биде премногу успешен. Премногу јаглерод беше отстранет и премногу кислород остана во финалниот производ. Бесемер на крајот мораше да ги отплати инвеститорите додека не најде начин да ја зголеми содржината на јаглерод и да го отстрани несаканиот кислород.
Во исто време, британскиот металург Роберт Муше се стекнал и почнал да тестира соединение од железо, јаглерод и манган - познато како speigeleisen . Познато е дека манганците го отстранија кислородот од стопеното железо и содржината на јаглерод во speigeleisen, ако се додаде во вистинските количини, ќе обезбеди решение за проблемите на Бесемер. Бесемер почна со додавање на неговиот процес на конверзија со голем успех.
Сепак, уште еден проблем останува. Бесемер не успеа да најде начин да го отстрани фосфорот - штетна нечистотија што го прави челик кршливи - од неговиот краен производ. Како резултат на тоа, може да се користи само руда без фосфор од Шведска и Велс.
Во 1876 година, Welshman Sidney Gilchrist Thomas дојде до решение со додавање на хемиски основен флукс-варовник-на Бесемер процес. Варовникот привлече фосфор од сурово железо во згура, дозволувајќи да се отстрани несаканиот елемент.
Оваа иновација значеше дека, конечно, железната руда од каде било во светот може да се искористи за да се направи челик. Не е изненадувачки, трошоците за производство на челик почнаа да опаѓаат значително. Цените за челична железница паднаа повеќе од 80% помеѓу 1867 и 1884 година, како резултат на новите техники за производство на челик, иницирајќи раст на светската челична индустрија.
Процесот на отворен оган
Во 1860-тите, германскиот инженер Карл Вилхелм Сименс дополнително го подобрил производството на челик преку неговото создавање на процесот на отворен огномет. Процесот на отворено огниште произведува челик од сурово железо во големи плитки печки.
Користејќи високи температури за да изгори вишок на јаглерод и други нечистотии, процесот се потпирал на загреаните тули под подножјето. Регенеративните печки подоцна користеле издувни гасови од печката за да одржат високи температури во коморите од тули подолу.
Овој метод е дозволен за производство на многу поголеми количини (50-100 метрички тони може да се произведе во една печка), периодично испитување на стопениот челик, така што би можело да се направи да се исполнат одредени спецификации и употребата на старо железо како суровина . Иако самиот процес бил многу побавен, до 1900 година процесот на отворено огниште во голема мера го заменил процесот Бесемер.
Раѓање на челичната индустрија
Револуцијата во производството на челик што обезбеди поевтин, поквалитетен материјал, беше препознаена од страна на многу деловни луѓе на денот како можност за инвестирање. Капиталистите од крајот на 19 век, меѓу кои и Ендру Карнеги и Чарлс Шваб, инвестирале и направиле милиони (милијарди во случајот на Карнеги) во челичната индустрија. Корпорацијата US Steel корпорација Карнеги, основана во 1901 година, беше првата корпорација што некогаш беше лансирана во вредност од над една милијарда долари.
Електрична ладна печка за производство на челични конструкции
Веднаш по крајот на векот, се случи друг развој кој би имал силно влијание врз еволуцијата на производството на челик. Електричната електрична печка на Paul Heroult (EAF) е дизајнирана да помине електрична струја преку наполнет материјал, што резултира со екзотермична оксидација и температури до 3272 ° F (1800 ° C), што е повеќе од доволно за да го загрее производството на челик.
Првично се користат за специјални челици, EAFs се зголемија во употреба, а од Втората светска војна се користеа за производство на челични легури. Ниските трошоци за инвестирање вклучени во поставувањето на мелници на ЕАФ им овозможија да се натпреваруваат со главните производители во САД, како што се US Steel Corp. и Betlehem Steel, особено во јаглеродни челици или долги производи.
Бидејќи EAF можат да произведат челик од 100% отпадоци или ладно црево, потребна е помалку енергија по единица производство. Наспроти основните огништа за кислород, операциите исто така може да се запрат и да започнат со малку поврзани трошоци. Поради овие причини, производството преку EAF постојано расте повеќе од 50 години и сега изнесува околу 33% од светското производство на челик.
Производство на кислород
Најголемиот дел од глобалното производство на челик - околу 66% - сега се произведува во основни кислородни капацитети. Развојот на методот за одвојување на кислород од азот на индустриско ниво во 1960-тите години овозможи голем напредок во развојот на основните кислородни печки.
Основните кислородни печки дуваат кислород во големи количини на стопено железо и отпаден челик и можат да го завршат полнењето многу побрзо од отворените огништа. Големите бродови кои држат до 350 метрички тони железо може да ја завршат конверзијата во челик за помалку од еден час.
Ефикасноста на трошоците за производство на кислород од челик направи фабрики со отворени огништа неконкурентни и, по доаѓањето на кислородниот челик во 1960-тите, операциите на отворен оган почнаа да се затвораат. Последниот отворен огниште во САД се затвори во 1992 година и во Кина во 2001 година.
Извори:
Сполер, Џозеф С. Кратка историја на производство на железо и челик. Св Анселм колеџ.
Светската асоцијација на челик. www.steeluniversity.org
Улица, Артур. & Александар, WO 1944. Метали во служба на човекот . 11. издание (1998).