Mill-Era tal-Ħadid sal-Proċess Bessemer u Modern Steelmaking
L-Era tal-Ħadid
F'temperaturi għoljin ħafna, il-ħadid jibda jassorbi l-karbonju, li jbaxxi l-punt tat-tidwib tal-metall, li jirriżulta fil-ħadid fondut (2.5 sa 4.5% karbonju). L-iżvilupp ta 'kalkari tal-funderija, li l-ewwel użaw iċ-Ċiniżi fis-seklu VI iżda l-aktar użati fl-Ewropa matul il-Medju Evu, żiedu l-produzzjoni tal-ħadid fondut.
Ħadid tal-majjal
Il-ħadid imdewweb li kien spiċċat mill-kalkari tal-funderija u mkessaħ fil-kanal prinċipali u l-imwarrbin li jmissu magħhom inħadmu bħala ħadid mhux maħdum minħabba li l-ingotti żgħar kbar, ċentrali u li jmissu magħhom kienu jixbħu ħanżir tal-ħanżira u tat-treddigħ.
Ħadid Cast
Il-ħadid fondut huwa b'saħħtu iżda jbati minn fraġilità minħabba l-kontenut ta 'karbonju tiegħu, u jagħmilha inqas minn ideali biex taħdem u tifforma. Hekk kif il- metallurġisti saru konxji li l-kontenut għoli ta 'karbonju fil-ħadid kien ċentrali għall-problema tal-fraġilità, esperimentaw b'metodi ġodda biex inaqqsu l-kontenut tal-karbonju sabiex il-ħadid ikun aktar operabbli.
Ħadid maħdum
Sa l-aħħar tas-seklu 18, il-produtturi tal-ħadid jafu kif jittrasformaw il-ħadid fondut tal-majjal f'kontenut baxx ta 'karbonju ħadid maħdum bl-użu ta' fran għat-pudina (żviluppat minn Henry Cort fl-1784). Il-forn imsaħħan tal-ħadid imdewweb, li kellu jitħawwad minn puddlers bl-użu ta ' għodda twila b'għamla ta' forma ta ' għadaq , li jippermetti li l-ossiġenu jgħaqqad ma' u jneħħi bil-mod il-karbonju.
Hekk kif il-kontenut tal-karbonju jonqos, il-punt tat-tidwib tal-ħadid jiżdied, għalhekk il-mases tal-ħadid jgħaqqdu fil-forn. Dawn il-mases jitneħħew u jinħadmu permezz ta 'martell tal-forġa mill-puddler qabel ma jinqalbu f'folji jew binarji. Sa l-1860, kien hemm aktar minn 3000 fran ta 'pudina fil-Gran Brittanja, iżda l-proċess baqa' mfixkel mill-intensità tax-xogħol u tal-karburant tiegħu.
Blister Steel
Waħda mill-aktar forom kmieni ta 'l- azzar , l- azzar tal - folja, bdiet il-produzzjoni fil-Ġermanja u fl-Ingilterra fis-seklu 17 u ġiet prodotta billi żied il-kontenut ta' karbonju f'fris tal-majjal imdewweb permezz ta 'proċess magħruf bħala siment. F'dan il-proċess, il-vireg tal-ħadid maħdum kienu mgħottija bil-faħam tat-trab fil-kaxex tal-ġebel u msaħħan.
Wara madwar ġimgħa, il-ħadid jassorbi l-karbonju fil-faħam tal-kannol. It-tisħin ripetut iqassam il-karbonju b'mod aktar indaqs u r-riżultat, wara t-tkessiħ, kien l-azzar tal-folja. Il-kontenut ogħla ta 'karbonju magħmul mill-azzar tal-folja huwa ħafna iktar operabbli minn dak tal-ħadid mhux maħdum, u dan jippermetti li jiġi ppressat jew irrumblat.
Il-produzzjoni ta 'l-azzar tal-folji avvanzat fis-snin 1740 meta l-arloġġ Ingliż Benjamin Huntsman waqt li jipprova jiżviluppa azzar ta' kwalità għolja għall-molol tal-arloġġ tiegħu, sab li l-metall jista 'jiġi mdewweb f'griġjol tafal u rfinut b'flux speċjali biex titneħħa l-gagazza li l-proċess tas- lura. Ir-riżultat kien griġjol jew azzar fondut. Iżda minħabba l-ispiża tal-produzzjoni, kemm il-folja kif ukoll l-azzar fondut kienu dejjem użati f'applikazzjonijiet ta 'speċjalità.
B'riżultat ta 'dan, il-ħadid fondut magħmul f'forn ta' pudina baqa 'l-metall strutturali primarju fl-industrijalizzazzjoni tal-Gran Brittanja matul il-biċċa l-kbira tas-seklu 19.
Il-Proċess Bessemer u t-Tisħir Modern ta 'l-Azzar
It-tkabbir tal-linji tal-ferroviji matul is-seklu 19 kemm fl-Ewropa kif ukoll fl-Amerika għamlu pressjoni kbira fuq l-industrija tal-ħadid, li għadha tħabbat wiċċha ma 'proċessi ta' produzzjoni ineffiċjenti. L-azzar kien għadu mhux ippruvat bħala metall strutturali u l-produzzjoni kienet bil-mod u għali. Dan kien sa l-1856 meta Henry Bessemer ħareġ b'manjiera aktar effettiva biex jintroduċi l-ossiġenu fil-ħadid imdewweb biex jitnaqqas il-kontenut tal-karbonju.
Imbagħad magħruf bħala l-Proċess Bessemer, Bessemer iddisinja reċipjent forma ta 'lanġasa - imsejjaħ' konvertitur '- li fih il-ħadid jista' jissaħħan filwaqt li l-ossiġenu jista 'jinfirex mill-metall imdewweb. Peress li l-ossiġenu għadda mill-metall imdewweb, jirreaġixxi mal-karbonju, jirrilaxxa d-dijossidu tal-karbonju u jipproduċi ħadid aktar pur.
Il-proċess kien mgħaġġel u rħis, tneħħi l-karbonju u s-silikon mill-ħadid f'miżura ta 'minuti iżda sofra minn suċċess wisq.
Ġie mneħħi wisq karbonju u ossiġenu wisq baqa 'fil-prodott finali. Bessemer fl-aħħar kellu jħallas lura l-investituri tiegħu sakemm hu seta 'jsib metodu biex iżid il-kontenut tal-karbonju u neħħi l-ossiġnu mhux mixtieq.
Madwar l-istess ħin, il-metallurġista Brittaniku Robert Mushet akkwista u beda jittestja kompost ta 'ħadid, karbonju u manganiż magħruf bħala spiegeleisen . Il-manganiż kien magħruf li jneħħi l-ossiġnu mill-ħadid imdewweb u l-kontenut tal-karbonju fil-ispjegeleisen jekk miżjud fil-kwantitajiet it-tajba, jipprovdi s-soluzzjoni għall-problemi ta 'Bessemer. Bessemer beda jżid mal-proċess ta 'konverżjoni tiegħu b'suċċess kbir.
Kien hemm problema waħda. Bessemer ma rnexxilux isib mezz biex tneħħi l-fosfru - impurija dannuża li tagħmel l-azzar fraġli - mill-prodott finali tiegħu. Konsegwentement, jistgħu jintużaw biss minerali ħielsa mill-fosfru mill-Isvezja u Wales.
Fl-1876, il-Welshman Sidney Gilchrist Thomas ħareġ bis-soluzzjoni billi żied fluss-ġebla tal-franka kimikament bażika mal-proċess Bessemer. Il-ġebla tal-ġir ġibdet il-fosfru mill-ħadid tal-majjal ġol-gagazza, u b'hekk ippermettiet li l-element mhux mixtieq jitneħħa.
Din l-innovazzjoni fissret li, finalment, il-ħadid mhux maħdum minn kullimkien fid-dinja jista 'jintuża biex jagħmel l-azzar. Mhux sorpriża, l-ispejjeż tal-produzzjoni tal-azzar bdew jonqsu b'mod sinifikanti. Il-prezzijiet għall-ferroviji tal-azzar waqgħu aktar minn 80% bejn 1867 u 1884, bħala riżultat tat-tekniki ġodda li jipproduċu l-azzar, li bdew it-tkabbir tal-industrija dinjija tal-azzar.
Il-Proċess tal-Fossa Miftuħa:
Fis-snin 1860, l-inġinier Ġermaniż Karl Wilhelm Siemens kompla jtejjeb il-produzzjoni tal-azzar permezz tal-ħolqien tiegħu tal-proċess tal-fuklar miftuħ. Il-proċess tal-fuklar miftuħ ipproduċa l-azzar mill-ħadid mhux maħdum f'forn baxx baxx.
Bl-użu ta 'temperaturi għoljin biex jinħaraq il-karbonju żejjed u impuritajiet oħra, il-proċess kien jiddependi fuq kmamar tal-briks imsaħħna taħt il-fuklar. Fornijiet li jirriġeneraw aktar tard użaw gassijiet ta 'l-exhaust mill-forn biex iżommu temperaturi għoljin fil-kmamar tal-briks hawn taħt.
Dan il-metodu jippermetti għall-produzzjoni ta 'kwantitajiet ħafna akbar (50-100 tunnellata metrika jistgħu jiġu prodotti f'forn wieħed), ittestjar perjodiku tal-azzar imdewweb sabiex ikun jista' jsir biex jissodisfa speċifikazzjonijiet partikolari u l-użu tal-fdalijiet tal-azzar bħala materja prima . Għalkemm il-proċess innifsu kien ħafna iktar bil-mod, sa l-1900 il-proċess tal-fuklar miftuħ kien issostitwixxa l-proċess Bessemer.
Twelid tal-Industrija tal-Azzar:
Ir-rivoluzzjoni fil-produzzjoni tal-azzar li pprovdiet materjal orħos u ta 'kwalità ogħla, kienet rikonoxxuta minn bosta negozjanti tal-ġurnata bħala opportunità ta' investiment. Il-kapitali tal-aħħar tas-seklu 19, inklużi Andrew Carnegie u Charles Schwab, investew u għamlu miljuni (biljuni fil-każ ta 'Carnegie) fl-industrija tal-azzar. L-US Steel Corporation ta 'Carnegie, imwaqqfa fl-1901, kienet l-ewwel korporazzjoni li qatt tnediet vvalutata b'iktar minn biljun dollaru.
Forn ta 'l-arka elettrika Azzar:
Ftit wara l-bidu tas-seklu, seħħ żvilupp ieħor li jkollu influwenza qawwija fuq l-evoluzzjoni tal-produzzjoni tal-azzar. Il-forn ta 'l-ark ta' l-elettriku ta 'Paul Heroult (EAF) kien iddisinjat biex jgħaddi kurrent elettriku minn materjal iċċarġjat, li jirriżulta f'ossidazzjoni eżotermika u temperaturi sa 3272 ° F (1800 ° C), aktar minn biżżejjed biex isaħħnu l-produzzjoni ta' l-azzar.
Inizjalment użat għal azzar ta 'speċjalità, l-EAF kiber fl-użu u, mit-Tieni Gwerra Dinjija, kienu qed jintużaw għall-manifattura ta' ligi tal-azzar. L-ispiża baxxa ta 'investiment involut fit-twaqqif ta' impjanti ta 'l-EAF ppermettitilhom jikkompetu mal-produtturi ewlenin ta' l-Istati Uniti bħal US Steel Corp. u Bethlehem Steel, speċjalment fl-azzar tal-karbonju jew prodotti twal.
Minħabba li l-EAFs jistgħu jipproduċu l-azzar minn 100% ruttam jew għalf friżat tal-ħadid, hija meħtieġa inqas enerġija għal kull unità ta 'produzzjoni. Għall-kuntrarju ta 'hearths bażiċi ta' l-ossiġenu, l-operazzjonijiet jistgħu wkoll jitwaqqfu u jibdew bi spejjeż assoċjati ftit. Għal dawn ir-raġunijiet, il-produzzjoni permezz tal-EAF ilha tiżdied b'mod kostanti għal aktar minn 50 sena u issa hija responsabbli għal madwar 33% tal-produzzjoni globali tal-azzar.
Ossiġnu Azzar:
Il-maġġoranza tal-produzzjoni ta 'l-azzar globali - madwar 66% - issa hija prodotta f'faċilitajiet bażiċi ta' l-ossiġenu. L-iżvilupp ta 'metodu biex jiġi separat l-ossiġenu min-nitroġenu fuq skala industrijali fis-sittinijiet ippermetta avvanzi kbar fl-iżvilupp ta' fran bażijiet ta 'ossiġenu.
Il-fornijiet bażiċi ta 'l-ossiġenu jiskopru l-ossiġnu fi kwantitajiet kbar ta' ħadid imdewweb u fdalijiet ta 'l-azzar u jistgħu jtemmu ħlas ħafna aktar malajr minn metodi miftuħin tal-fuklar. Bastimenti kbar li għandhom sa 350 tunnellata metrika ta 'ħadid jistgħu jimlew il-konverżjoni għall-azzar f'inqas minn siegħa.
L-effiċjenzi fl-ispejjeż tal-fabbrikazzjoni ta 'l-azzar ta' l-ossiġnu għamlu fabbriki open-hearth mhux kompetittivi u, wara l-bidu ta 'l-iffurmar ta' l-azzar ta 'l-ossiġnu fis-sittinijiet, L-aħħar faċilità open-hearth fl-Istati Uniti magħluqa fl-1992 u fiċ-Ċina fl-2001.
Sorsi:
Spoerl, Joseph S. Storja qasira tal-Produzzjoni tal-Ħadid u l-Azzar . Kulleġġ ta 'Saint Anselm.
Disponibbli: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm
L-Assoċjazzjoni Dinjija tal-Azzar. Sit elettroniku: www.steeluniversity.org
Triq, Arthur. & Alexander, WO 1944. Metalli fis-Servizz tal-Bniedem . Il-11-il Edizzjoni (1998).