Sužinokite istoriją nuo geležies amžiaus iki elektrinės termofikacinės krosnys
Tačiau per keletą tūkstančių metų gaminamos geležies kokybė priklausys tiek nuo rūdos, tiek nuo gamybos metodų.
Iki XVII a. Geležies savybės buvo gerai suprantamos, tačiau didėjanti urbanizacija Europoje reikalavo labiau universalaus konstrukcinio metalo.
Ir iki XIX a., Geležies kiekis, suvartojamas plečiant geležinkelius, metalurgams suteikė finansinę paskatą rasti geležies trapumą ir neefektyvius gamybos procesus.
Neabejotinai, nors didžiausias plieno istorijos proveržis prasidėjo 1856 m., Kai Henris Bessemeris sukūrė veiksmingą deguonies panaudojimo būdą anglies kiekiui geležyje sumažinti: atsirado šiuolaikinė plieno pramonė.
Geležies eros
Esant labai aukštai temperatūrai, geležis pradeda absorbuoti anglį, kuri sumažina metalo lydymosi temperatūrą, todėl susidaro ketaus (2,5-4,5% anglies). Dūmų krosnių, pirmą kartą naudojamų Kinijoje 6 a. Pr. Kr, tačiau plačiau naudojamos Europoje viduramžiais, plėtra padidino ketaus gamybą.
Ketaus yra išlydyta geležis, išeinanti iš aukštakrosnių ir atvėsinta pagrindiniame kanale ir gretimose liejimo formose. Dideli, centriniai ir gretimieji mažesni luitai panašūs į paršavedžių ir žindančių paršelių.
Ketaus yra stipri, bet dėl karbonato jo kenčia nuo trapumo, dėl to jis yra mažiau nei idealus darbui ir formavimui. Kaip metalurgai suprato, kad didelis anglies kiekis geležies buvo pagrindinis trapumo problema, jie eksperimentavo su naujais anglies kiekio mažinimo būdais, kad geležis būtų veiksmingesnė.
Iki XVIII a. Pabaigos geležies gamintojai sužinojo, kaip ketaus ketaus paversti mažai anglies turinčiu kaliuotu geležiu, naudojančiu puddlingines krosnis (sukurtą Henris Cort 1784 m.). Krosnyse sumaišyta išlydyta geležis, kurią reikėjo maišyti puodeliais, naudojant ilgus, ruožo formos įrankius, leidžiančius deguoniui sujungti ir lėtai pašalinti anglį.
Kai anglies kiekis sumažėja, geležies lydymosi temperatūra didėja, taigi geležies masės krosnyje aglomeruojasi. Šios masės būtų pašalintos ir apdorotos kalviu plaktuku, kol jie buvo išvynioti į lakštus ar bėgius. Iki 1860 m. Didžiojoje Britanijoje buvo daugiau kaip 3000 puddlingų krosnių, tačiau šį procesą lėmė darbo jėgos ir kuro intensyvumas.
Viena iš pirmųjų plieno, lizdinės plieno formų, pradėta gaminti Vokietijoje ir Anglijoje XVII a. Ir buvo pagaminta didinant anglies kiekį išlydyto ketaus, naudojant procesą, vadinamą cementacija. Šiame procese kaustytomis geležies juostomis sluoksniuotos medžio anglies milteliais akmens dėžėse ir šildomos.
Po maždaug savaitės geležis sugeria anglį medžio anglyje. Pakartotinis šildymas paskirstytų anglį tolygiai, o rezultatas po vėsinimo buvo lizdinės plokštelės. Didesnė anglies dalis, sukurta lizdinės plokštelės plieno, yra daug veiksmingesnė už ketaus, todėl ją galima presuoti ar valcuoti.
Blisterio plieno gamyba išaugo 1740-aisiais, kai anglų laikrodininkas Benjaminas Huntsmanas, bandydamas sukurti savo laikrodžių šaltiniams aukštos kokybės plieną, nustatė, kad metalą galima ištirpinti molinėse tiglėse ir rafinuoti specialiu srautu, kad pašalintų šlaką, kuriam liko cementavimo procesas. atsilieka. Rezultatas buvo tiglis ar lietinis plienas. Tačiau dėl gamybos sąnaudų, lizdinės plokštelės ir lieto plieno buvo naudojamos tik specialybės reikmėms.
Dėl to ketaus, pagamintas iš puddlingų krosnyse, išliko pagrindiniu struktūriniu metalu, kuris industrializavo Didžiąją Britaniją 19 a.
Besemero procesas ir šiuolaikinė plieno gamyba
19-ojo amžiaus geležinkelių plėtra Europoje ir Amerikoje didžiulį spaudimą darė geležies pramonei, kuri vis dar kovojo su neefektyviais gamybos procesais.
Vis dėlto plienas dar nebuvo įrodytas kaip struktūrinis metalas, o gamyba buvo lėta ir brangi. Tai buvo iki 1856 m., Kai Henris Bessemeris pateikė efektyvesnį būdą deguoniui įleisti į išlydytą geležį, kad sumažėtų anglies kiekis.
Dabar, žinoma kaip Bessemer procesas, Bessemer sukūrė kriaušės formos talpą, vadinamą "konverteriu", kuriame geležį galima šildyti, o deguonis gali būti prapūstas per išlydytą metalą. Kai deguonis praeina pro išlydytą metalą, jis reaguoja su anglimi, atpalaiduoja anglies dvideginį ir gamina daugiau gryno geležies.
Procesas buvo greitas ir nebrangus, geležies pašalinimas iš anglies ir silicio per keletą minučių, tačiau jis buvo per daug sėkmingas. Galutinis produktas buvo pašalintas per daug anglies ir liko per daug deguonies. Bessemer galiausiai turėjo grąžinti savo investuotojus, kol jis galėjo rasti metodą anglies kiekiui padidinti ir pašalinti nepageidaujamą deguonį.
Maždaug tuo pačiu metu britų metalurgas Robert Mushet įsigijo ir pradėjo išbandyti geležies, anglies ir mangano junginius , žinomus kaip " speigeleisen" . Žinoma, kad manganas pašalina deguonį iš išlydyto geležies, o anglies kiekis speigeleisen, jei jis pridėtas tinkamu kiekiu, būtų Bessemer problemos sprendimas. Bessemeris pradėjo labai sėkmingai įtraukti savo konversijos procesą.
Vis dėlto išliko viena problema. Bessemeris nepavyko rasti būdų, kaip pašalinti fosforą - žalingą priemaišą, dėl kurio plieno trapi - nuo jo galutinio produkto. Todėl galima naudoti tik riebalus be fosforo iš Švedijos ir Velso.
1876 m. Welshman Sidney Gilchrist Thomas atėjo su tirpalu, pridedant chemiškai pagrindinio srauto-kalkakmenio-į Besemero procesą. Kalkakmenis iš ketaus pagamino fosforą į šlaką, leidžiantį pašalinti nepageidaujamą elementą.
Ši naujovė reiškia, kad galiausiai geležies rūdos iš bet kurios pasaulio vietos galėtų būti naudojamos plieno gamybai. Nenuostabu, kad plieno gamybos sąnaudos pradėjo smarkiai mažėti. Nuo 1867 m. Iki 1884 m. Plieno geležinkelių kainos sumažėjo daugiau nei 80 proc. Dėl naujų plieno gamybos technologijų, paskatinusių pasaulio plieno pramonę.
Atvirosios kameros procesas
Vokietijos inžinierius Karlas Vilhelmas Siemensas 1860-aisiais dar labiau sustiprino plieno gamybą, sukurdamas procesą su atviru dangumi. Atviro židinio procesas pagamintas iš ketaus plieno didelėse sekliose krosnyse.
Naudojant aukštose temperatūrose, norint sudeginti perteklinę anglies ir kitų priemaišų, procesas priklausė nuo šildomų plytų kamerų, esančių žemiau ugnies. Vėliau regeneracinėse krosnyse iš krosnies buvo naudojamos išmetamosios dujos, siekiant išlaikyti aukštą temperatūrą plytų kamerose žemiau.
Šis metodas leido gaminti daug didesnius kiekius (50-100 metrinių tonų galima pagaminti vienoje krosnyje), periodiškai ištirti išlydyto plieno, kad būtų galima atlikti tam tikras specifikacijas ir naudoti laužą kaip žaliavą . Nors pats procesas buvo daug lėtesnis, iki 1900 m. Atvirųjų židinių procesas iš esmės pakeitė Bessemer procesą.
Plieno pramonės gimimas
Daugybę dienų verslininkų, kaip investavimo galimybių, pripažinta plieno gamybos revoliucija, suteikusi pigesnių, kokybiškesnių medžiagų. XIX a. Pabaigos kapitalistai, įskaitant Andrew Carnegie ir Charles Schwab, investavo ir gamino milijonus (milijardus "Carnegie") plieno pramonėje. "Carnegie" "US Steel Corporation", įkurta 1901 m., Buvo pirmoji korporacija, kurios vertė iki daugiau kaip vieno milijardo dolerių.
Elektros arkio krosnių plieno gamyba
Tiesiog pasibaigus šimtmečio pradžiai įvyko dar viena plėtra, galinti daryti didelę įtaką plieno gamybos raidai. "Paul Heroult" elektros lanko krosnis (EAF) buvo sukurta taip, kad per įkrautą medžiagą praėjo elektros srovė, dėl kurios egzoterminis oksidavimas ir temperatūra buvo aukštesnė nei 3272 ° F (1800 ° C) temperatūra, daugiau kaip pakankamai, kad būtų galima šilti plieno gamybą.
Pradžioje naudojamas specialiems plienams, EAF padidėjo, o II pasaulinis karas buvo naudojamas plieninių lydinių gamybai. Nedideli investiciniai kaštai, susiję su EAF gamyklų steigimu, leido jiems konkuruoti su pagrindiniais JAV gamintojais, tokiais kaip "US Steel Corp." ir "Bethlehem Steel", ypač anglies pliene, arba ilgiems produktams.
Kadangi EAF gali gaminti plieną iš 100 proc. Laužas arba šalto geležies pašaro, reikia mažiau energijos vienam gamybos vienetui. Priešingai nei pagrindiniai deguoniniai židiniai, operacijas taip pat galima sustabdyti ir pradėti nedaug išlaidų. Dėl šių priežasčių gamyba per EAF nuolat auga jau daugiau nei 50 metų, o dabar ji sudaro apie 33% visos plieno gamybos.
Deguonies plieno gamyba
Didžioji dalis pasaulinės plieno gamybos - apie 66% - pagaminama pagrindiniuose deguonies įrenginiuose. Dešimtojo dešimtmečio dešimtojo dešimtmečio metodo, skirto atskirti deguonį nuo azoto pramoniniu mastu, kūrimas leido žymiai pagerinti pagrindinių deguoninių krosnių plėtrą.
Pagrindinės deguonies krosnys smūgiuoja deguonį į didelius kiekius išlydyto geležies ir metalo laužo ir gali užpildyti daug greičiau, nei atviros ugnies metodai. Dideli laivai, kurių talpa yra iki 350 metrinių tonų geležies, gali baigti perėjimą prie plieno mažiau nei per valandą.
Dėl deguonies plieno gamybos sąnaudų efektyvumo atvirųjų žarijų gamyklos buvo nekonkurencingos ir, prasidėjus deguonies plieno gamybai 1960 m., Atidarymo darbai buvo pradėti uždaryti. Paskutinis atvirųjų židinių įrenginys JAV uždarytas 1992 m. Ir Kinijoje 2001 metais.
Šaltiniai:
Spoerl, Joseph S. Trumpa geležies ir plieno gamybos istorija. Šv. Anselmo koledžas.
Pasaulinė asociacija plieno. www.steeluniversity.org
Gatvė, Arturas. & Alexander, WO 1944. Metalai žmogaus tarnyboje . 11 leidimas (1998 m.).