Mësoni historinë nga epoka e hekurit në furra me hark elektrik
Sidoqoftë, për disa mijëra vitet e ardhshme, cilësia e hekurit të prodhuar do të varet shumë nga minerali i disponueshëm si në metodat e prodhimit.
Në shekullin e 17, pronat e hekurit u kuptuan mirë, por urbanizimi në rritje në Evropë kërkoi një metal strukturor më të gjithanshëm.
Dhe nga shekulli i 19-të, sasia e hekurit që konsumoheshin duke zgjeruar hekurudhat, u siguronte metalurgëve nxitje financiare për të gjetur një zgjidhje për brishtësinë e hekurit dhe proceset e prodhimit joefikas.
Padyshim, megjithatë, zbulimi i madh në historinë e çelikut erdhi në 1856, kur Henry Bessemer zhvilloi një mënyrë efektive për të përdorur oksigjenin për të reduktuar përmbajtjen e karbonit në hekur: Industria moderne e çelikut ka lindur.
Era e hekurit
Në temperatura shumë të larta, hekuri fillon të absorbojë karbonin, i cili ul pikën e shkrirjes së metaleve, duke rezultuar në gize (2.5 deri 4.5% karbon). Zhvillimi i furrave të shpërthimit, të përdorura për herë të parë nga kinezët në shekullin e 6-të BC, por më gjerësisht të përdorura në Evropë gjatë Mesjetës, rriti prodhimin e gurit të derdhur.
Hekuri i hekurit është hekuri i shkrirë i drejtuar nga furrat e shpërthimit dhe ftohur në një kanal kryesor dhe moulds fqinj. Të mëdha ingots vogla, qendrore dhe fqinj ngjizur një derr dhe derra gjiri.
Gize është e fortë, por vuan nga brishtësia për shkak të përmbajtjes së saj të karbonit, duke e bërë atë më pak se ideal për të punuar dhe formësuar. Teksa metalurgët u bënë të vetëdijshëm se përmbajtja e lartë e karbonit në hekur ishte thelbësore për problemin e brishtësisë, ata eksperimentonin me metoda të reja për reduktimin e përmbajtjes së karbonit me qëllim që hekura të bëhej më e zbatueshme.
Nga fundi i shekullit të 18-të, prodhuesit e hekurta mësuan se si të shndërronin hekurin e derdhur në një përmbajtje të ulët të karbonit me hekur të farkëtuar duke përdorur furrat me lulelakër (zhvilluar nga Henry Cort në 1784). Furrat e hekurit të nxehtë të shkrirë, të cilat duhej të trazoheshin nga puddlers duke përdorur një mjet të gjatë në formë të re, duke lejuar oksigjenin të kombinoheshin me dhe ngadalë të hiqnin karbonin.
Ndërsa përmbajtja e karbonit zvogëlohet, pika e shkrirjes së hekurit rritet, kështu që masat e hekurit do të aglomeronin në furre. Këto masa do të hiqen dhe do të punonin me një çekiç falsifikues nga pudra para se të mbështjellnin në fletë ose shinat. Deri në vitin 1860, në Britani kishte më shumë se 3000 furra me pellgje, por procesi mbetej penguar nga intensiteti i punës dhe i karburantit.
Një nga format më të hershme të çelikut, çeliku blister, filloi prodhimin në Gjermani dhe Angli në shekullin e 17 dhe u prodhua duke rritur përmbajtjen e karbonit në hekurin e derdhur të derdhur duke përdorur një proces të njohur si cementation. Në këtë proces, shufrat e hekurit të punuar ishin shtresuar me qymyr druri pluhur në kuti prej guri dhe të nxehtë.
Pas rreth një jave, hekuri do të thithte karbonin në qymyr. Ngrohja e përsëritur do të shpërndante karboni më në mënyrë të barabartë dhe rezultati, pas ftohjes, ishte çeliku i flluskës. Përmbajtja e karbonit më të lartë e bëri çelikun e flluskës shumë më i zbatueshëm se gize, duke e lejuar atë të shtypet ose mbështjellë.
Prodhimi i çelikut të flluskës përparoi në vitet 1740 kur orizuesi anglez Benjamin Huntsman duke u përpjekur të zhvillonte një çelik të cilësisë së lartë për burimet e tij të orës, zbuloi se metali mund të shkrihej në kryqëzimet e argjilës dhe të rafinoheshin me një fluks të veçantë për të hequr skorjen se procesi i çimentimit mbrapa. Rezultati ishte i ngurtë ose çeliku i hedhur. Por, për shkak të kostos së prodhimit, çeliku me flluska dhe çeliku u përdor vetëm për përdorime specialiteti.
Si rezultat, gize e bërë në furrat e puddling mbetën metalet kryesore strukturore në industrializimin e Britanisë gjatë pjesës më të madhe të shekullit të 19-të.
Procesi Bessemer dhe Steelmaking Moderne
Rritja e hekurudhave gjatë shekullit të 19-të në Evropë dhe në Amerikë solli presion të madh në industrinë e hekurit, e cila ende luftonte me proceset joefikase të prodhimit.
Megjithatë, çeliku ishte ende i panjohur si një metal strukturor dhe prodhimi ishte i ngadalshëm dhe i kushtueshëm. Kjo ishte deri në 1856 kur Henry Bessemer doli me një mënyrë më efektive për të futur oksigjen në hekur të shkrirë në mënyrë që të reduktonte përmbajtjen e karbonit.
Tani i njohur si Procesi Bessemer, Bessemer krijoi një enë në formë dardhe - e referuar si një 'converter'-në të cilën hekuri mund të ndizet ndërsa oksigjeni mund të hidhet në mes të metaleve të shkrirë. Ndërsa oksigjeni kaloi nëpër metalin e shkrirë, do të reagonte me karbonin, duke çliruar dioksidin e karbonit dhe duke prodhuar një hekur më të pastër.
Procesi ishte i shpejtë dhe i lirë, duke hequr karbonin dhe silikonin nga hekuri brenda pak minutash, por vuajti ngaqë ishte shumë i suksesshëm. Shumë karbon u hoq dhe shumë oksigjen mbetën në produktin përfundimtar. Bessemer përfundimisht duhej të paguante investitorët e tij derisa të gjente një metodë për të rritur përmbajtjen e karbonit dhe për të hequr oksigjenin e padëshiruar.
Në të njëjtën kohë, metalurgu britanik Robert Mushet fitoi dhe filloi testimin e një përbërje prej hekuri, karboni dhe mangani - të njohur si speigeleisen . Mangani ishte i njohur për të hequr oksigjen nga hekuri i shkrirë dhe përmbajtja e karbonit në speigeleisen, nëse shtohet në sasitë e duhura, do të ofronte zgjidhje për problemet e Bessemer. Bessemer filloi ta shtonte atë në procesin e tij të konvertimit me sukses të madh.
Megjithatë, një problem ka mbetur ende. Bessemer nuk kishte arritur të gjejë një mënyrë për të hequr fosforin - një papastërti e dëmshme që e bën çeliku të brishtë - nga produkti i tij i fundit. Rrjedhimisht, mund të përdoret vetëm xeheror pa fosfor nga Suedia dhe Uellsi.
Në 1876 Uellsik Sidney Gilchrist Thomas doli me zgjidhjen duke shtuar një fluks-gëlqeror kimikisht bazë - në procesin Bessemer. Gur gëlqeror tërhoqi fosforin nga hekuri i derrit në shllak, duke lejuar që elementi i padëshiruar të hiqet.
Kjo risi nënkuptonte se, së fundi, mineralet e hekurit nga kudo në botë mund të përdoreshin për të bërë çelik. Jo çuditërisht, kostot e prodhimit të çelikut filluan të uleshin ndjeshëm. Çmimet për hekurudhën e çelikut ranë më shumë se 80% midis 1867 dhe 1884, si rezultat i teknikave të reja të prodhimit të çelikut, duke filluar rritjen e industrisë së çelikut në botë.
Procesi i hapur i vatrës
Në vitet 1860, inxhinieria gjermane Karl Wilhelm Siemens e zgjeroi më tej prodhimin e çelikut përmes krijimit të tij të procesit të hapur të vatrës. Procesi i hapur i ngrohjes prodhoi çelik nga hekuri në furra të mëdha të cekët.
Duke përdorur temperaturat e larta për të djegur karbonin e tepërt dhe papastërtitë e tjera, procesi u mbështet në dhomat me tulla të nxehta nën vatër. Furrat rigjeneruese më vonë përdorën gazrat e shkarkimit nga furra për të ruajtur temperaturat e larta në dhomat e tullave më poshtë.
Kjo metodë lejoi prodhimin e sasive shumë më të mëdha (50-100 tonë metrikë mund të prodhoheshin në një furre), testimin periodik të çelikut të shkrirë në mënyrë që të mund të bëhej për të përmbushur specifikimet e veçanta dhe përdorimin e çelikut të skrapit si lëndë e parë . Megjithëse vetë procesi ishte shumë më i ngadalshëm, deri në vitin 1900, procesi i hapur i vatrës kishte zëvendësuar në masë të madhe procesin e Bessemer.
Lindja e industrisë së çelikut
Revolucioni në prodhimin e çelikut që ofroi materiale më të lira dhe me cilësi të lartë, u njoh nga shumë biznesmenë të ditës si një mundësi investimi. Kapitalistët e shekullit të 19-të, duke përfshirë Andrew Carnegie dhe Charles Schwab, investuan dhe bënë miliona (miliarda në rastin e Carnegie) në industrinë e çelikut. Korporata amerikane e karburantit Carnegie, e themeluar në vitin 1901, ishte korporata e parë e nisur ndonjëherë me vlerë mbi një miliardë dollarë.
Steelmaking Electric Fur Furnace
Pikërisht pas kthesës së shekullit, ndodhi një zhvillim tjetër që do të kishte një ndikim të fortë në evolucionin e prodhimit të çelikut. Furra elektrike e harkut Paul Heroult (EAF) është projektuar për të kaluar një rrymë elektrike përmes materialit të ngarkuar, duke rezultuar në oksidim ekzotermik dhe temperatura deri në 3272 ° F (1800 ° C), më shumë se sa të mjaftueshme për të ngrohur prodhimin e çelikut.
Përdorur fillimisht për çelik specialiteti, FVA u rrit në përdorim dhe, nga Lufta e Dytë Botërore, po përdoreshin për prodhimin e lidhjeve të çelikut. Kostoja e ulët e investimeve e përfshirë në ngritjen e mullinjve të EAF i lejoi ata të konkurrojnë me prodhuesit më të mëdhenj të SHBA, si US Steel Corp dhe Bethlehem Steel, sidomos në çelikun e karbonit ose produkte të gjata.
Meqenëse EAF-të mund të prodhojnë çelik nga skrap 100% ose ushqim me ngjyra të ftohtë, nevojitet më pak energji për njësi të prodhimit. Në krahasim me vatrat bazë të oksigjenit, operacionet gjithashtu mund të ndalet dhe të fillohet me kosto të vogël shoqëruese. Për këto arsye, prodhimi përmes EAFs është në rritje të vazhdueshme për më shumë se 50 vjet dhe tani përbën rreth 33% të prodhimit global të çelikut.
Oksigjen Steelmaking
Pjesa më e madhe e prodhimit global të çelikut, rreth 66%, tani prodhohen në objektet bazë të oksigjenit. Zhvillimi i një metode për të ndarë oksigjenin nga azoti në një shkallë industriale në vitet 1960, lejoi përparimet e mëdha në zhvillimin e furrave të oksigjenit bazë.
Furrat themelore të oksigjenit hedhin oksigjen në sasi të mëdha të hekurit dhe çelikut të shkrirë dhe mund të kryejnë një pagesë shumë më shpejt se metodat e hapura të vatrës. Anijet e mëdha që mbajnë deri në 350 tonë metrikë hekuri mund të përfundojnë konvertimin në çelik në më pak se një orë.
Efikasiteti i kostos së çelikut të oksigjenit bëri që fabrikat e hapura të gatimit të ishin jo konkurruese dhe, pas ardhjes së çelikut të oksigjenit në vitet 1960, operacionet e hapura të zjarrit filluan të mbylleshin. Hapësira e fundit e hapur në SHBA u mbyll në vitin 1992 dhe në Kinë në 2001.
burimet:
Spoerl, Joseph S. Një histori e shkurtër e prodhimit të hekurit dhe çelikut. Kolegjin Saint Anselm.
Shoqata Botërore e Çelikut. www.steeluniversity.org
Rruga, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metale në Shërbimin e Njeriut . Edicioni i 11-të (1998).