היסטוריה פלדה מתקופת הברזל עד תנורים ארק אלקטריק

פיתוח של פלדה ניתן לעקוב אחורה 4000 שנים לתחילת תקופת הברזל. הוכחה להיות קשה וחזקה יותר מאשר ברונזה, אשר בעבר היה המתכת הנפוץ ביותר, ברזל החל לעקור ברונזה כלי נשק וכלים.

במשך אלפי השנים הבאות, לעומת זאת, איכות ברזל המיוצר יהיה תלוי הרבה על עפרות זמין כמו על שיטות הייצור.

במאה ה -17, מאפייני הברזל היו מובנים היטב, אך העיור ההולך וגובר באירופה דרש מתכת מבנית רב-תכליתית יותר.

על ידי המאה ה -19, כמות ברזל להיות נצרך על ידי הרחבת מסילות בתנאי metallurgists עם תמריץ כספי כדי למצוא פתרון הברזל של שבירות ותהליכי ייצור יעיל.

ללא ספק, עם זאת, פריצת הדרך הגדולה בהיסטוריה פלדה הגיע בשנת 1856 כאשר הנרי בסמר פיתחה דרך יעילה להשתמש בחמצן כדי להפחית את התוכן פחמן בברזל: תעשיית הפלדה המודרנית נולדה.

עידן הברזל

בטמפרטורות גבוהות מאוד, ברזל מתחיל לספוג פחמן, אשר מוריד את נקודת ההתכה של המתכת, וכתוצאה מכך ברזל יצוק (2. 5 עד 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.

ברזל חזיר הוא ברזל מותך לרוץ מתוך תנורים הפיצוץ מקורר בערוץ הראשי ותבניות סמוכים. המטבעות הקטנים, המרכזיים והסמוכים יותר, דמו לחזירים ולזנבות.

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.

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). הכבשנים מחומם ברזל מותך, אשר היה צריך להיות עורר על ידי

puddlers באמצעות כלי ארוך, בצורת משוט, המאפשר חמצן לשלב עם לאט להסיר פחמן. ככל שתכולת הפחמן יורדת, נקודת ההיתוך של הברזל גדלה, כך שיהיו כמויות גדולות של ברזל בכבשן. 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.

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 פלדה שלפוחית ​​מתקדמת ב 1740s כאשר שען האנגלים בנימין האנטסמן בעת ​​שניסה לפתח פלדה באיכות גבוהה עבור מעיינות השעון שלו, נמצא כי המתכת יכול להיות מותך ב crucibles חימר ו מעודן עם השטף מיוחד כדי להסיר סיגים כי תהליך המלט נשאר מאחור. 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 Bessemer ו Steelmaking המודרנית

הצמיחה של מסילות רכבת במהלך המאה ה -19 באירופה והן באמריקה לשים לחץ גדול על תעשיית הברזל, אשר עדיין נאבק עם תהליכי ייצור יעיל.

פלדה עדיין לא הוכחה כמו מתכת מבנית הייצור היה איטי ויקר. זה היה עד 1856 כאשר הנרי Bessemer בא עם דרך יעילה יותר כדי להחדיר חמצן לתוך ברזל מותך על מנת להקטין את תוכן הפחמן. <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< כמו חמצן עבר דרך מתכת מותכת, זה היה להגיב עם פחמן, שחרור פחמן דו חמצני לייצר ברזל טהור יותר.

התהליך היה מהיר וזול, והסיר פחמן וסיליקון מברזל תוך דקות ספורות, אך סבל 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. באותה תקופה בערך, המטאלורגיסט הבריטי רוברט מושט רכש והחל לבדוק תרכובת של ברזל, פחמן ומנגן - הידועה בשם

speigeleisen

. מנגן היה ידוע להסיר חמצן מן ברזל מותך ואת התוכן פחמן speigeleisen, אם הוסיף בכמויות הנכונות, יספק את הפתרון לבעיות של בסמר. בסמר החל להוסיפו לתהליך הגיור שלו בהצלחה רבה. אבל עדיין נותרה בעיה אחת. בסמר לא הצליח למצוא דרך להסיר זרחן - טומאה מזיקה שהופכת את הפלדה שבירה - ממוצר הקצה שלו. כתוצאה מכך, רק עפרות זרחן חינם משוודיה וויילס יכול לשמש.

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 השמיעה הפתוחה 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.

שימוש בטמפרטורות גבוהות כדי לשרוף את הפחמן עודף זיהומים 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 כמו חומר גלם. למרות שהתהליך עצמו היה איטי בהרבה, עד שנת 1900, תהליך המיתוס הפתוח החליף במידה רבה את תהליך בסמר.

לידה של תעשיית פלדה

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 לאחר תורו של המאה, התפתחות נוספת התרחשה כי תהיה השפעה חזקה על האבולוציה של ייצור הפלדה. תנור קשת החשמל של פול הרולט (EAF) נועד להעביר זרם חשמלי דרך חומר טעון, וכתוצאה מכך חמצון וטמפרטורות אקסרמיות עד 3272

°

F (1800

°

C), 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 קר, פחות אנרגיה ליחידה של ייצור יש צורך. בניגוד בסיסי חמצן בסיסיים, פעולות יכול גם להיות עצר והתחיל עם עלות הקשורים מעט. מסיבות אלה, הייצור באמצעות EAFs כבר בהתמדה במשך יותר מ -50 שנה ועכשיו מהווה כ -33% של ייצור הפלדה העולמי. Steelmaking חמצן רוב ייצור הפלדה העולמי, כ -66% - מיוצר כעת במתקני חמצן בסיסיים. פיתוח שיטה להפריד חמצן חנקן בקנה מידה תעשייתי בשנות השישים אפשרה התקדמות משמעותית בפיתוח של תנורי חמצן בסיסיים. תנורים חמצן בסיסי מכה חמצן לתוך כמויות גדולות של ברזל מותך וגרוטאות פלדה יכול להשלים את המטען הרבה יותר מהר מאשר בשיטות פתוחות. כלי גדול מחזיק עד 350 טון מטרי של ברזל יכול להשלים המרה פלדה תוך פחות משעה.

היעילות של עלות steelmaking החמצן עשה מפעלי בית פתוח לא תחרותי, בעקבות הופעתו של steelmaking חמצן בשנות ה -1960, לפתוח-מוקשים החלו פעולות סגירת. מתקן הפתיחה הפתוח האחרון בארה"ב נסגר ב -1992 ובסין ב -2001.

מקורות:

Spoerl, Joseph S.

היסטוריה קצרה של ייצור ברזל ופלדה

. מכללת סנט אנסלם.

התאחדות הפלדה העולמית. www. .

_{רחוב, ארתור. & Alexander, W. O. 1944.}

_{מתכות בשירות האדם . מהדורה 11 (1998).}