Trumpa plieno ir besemerio proceso istorija

Aukštakrosnės pirmiausia buvo sukurtos kinų VI a. Amžiuje, tačiau viduramžiais jos buvo plačiau naudojamos Europoje ir padidino ketaus gamybą. Esant labai aukštai temperatūrai, geležis pradeda absorbuoti anglį, dėl kurios sumažėja metalo lydymosi temperatūra, todėl susidaro liejiniai geležies (Nuo 2,5 proc. Iki 4,5 proc. Anglies).

Ketaus yra stiprus, tačiau dėl anglies turinio jis trapus, todėl jis yra mažiau nei idealus dirbant ir formuojant. Metalurgistams sužinojus, kad didelis anglies kiekis geležyje yra svarbiausia šios rūšies problema trapumą, jie eksperimentavo su naujais anglies kiekio mažinimo metodais, kad geležies būtų daugiau darbingas.

Šiuolaikiška plieno gamyba išsivystė iš šių pirmųjų geležies gaminimo dienų ir vėlesnių technologijų pokyčių.

Iki XVIII a. Pabaigos geležies gamintojai išmoko ketaus ketaus paversti mažai anglies turinčia kaustytomis geležimis, naudojant krosnis, kurias sukūrė Henris Kortas 1784 m. Čuginis ketaus yra išlydytasis geležis, išleidžiamas iš aukštakrosnių ir aušinamas pagrindiniame kanale bei gretimose formelėse. Jis gavo savo vardą, nes dideli, centriniai ir gretimi mažesni luitai priminė paršavedę ir žindomus paršelius.

Norėdami gaminti kalyklą, krosnys kaitino išlydytą geležį, kurią reikėdavo maišyti pudromis, naudodamos ilgus irklio formos įrankius, leidžiančius deguoniui susijungti ir lėtai pašalinti anglį.

Mažėjant anglies kiekiui, didėja geležies lydymosi temperatūra, todėl geležies masė aglomeravosi krosnyje. Šios masės būtų pašalintos ir suformuotos plaktuku plaktuku, prieš suvyniojant į lakštus ar bėgius. Iki 1860 m. Didžiojoje Britanijoje buvo daugiau nei 3 000 krosnių, tačiau procesą vis dar kliudė jos darbo jėga ir intensyvus kuras.

Pūslinis plienas - viena iš ankstyviausių formų plienas- pradėta gaminti XVII a. Vokietijoje ir Anglijoje ir buvo pagaminta padidinant anglies kiekį išlydytoje ketaus, naudojant cementavimo procesą. Vykstant šiam procesui, kaltinės geležies strypai buvo padengti akmens anglies milteliais akmens dėžėse ir kaitinami.

Maždaug po savaitės geležis absorbuos anglis anglis. Pakartotinis kaitinimas tolygiau paskirstys anglį, o rezultatas, atvėsęs, buvo pūslinis plienas. Didesnis anglies kiekis lizdinę plokštelę padarė daug darbingesnę nei ketaus, leidžiančią ją suspausti arba valcuoti.

Pūslinio plieno gamyba paspartėjo 1740-aisiais, kai anglų laikrodininkas Benjaminas Huntsmanas nustatė, kad metalas gali ištirpinamas moliniame tiglyje ir išvalomas specialiu srautu, kad būtų pašalintas šlakas, kurį paliko cementavimo procesas. Huntsmanas bandė sukurti aukštos kokybės plieną savo laikrodžio spyruoklėms. Rezultatas buvo tiglis arba lietinis plienas. Tačiau dėl gamybos sąnaudų tiek lizdinės plokštelės, tiek lietinis plienas buvo naudojami tik specialiems tikslams.

Todėl didžiąją XIX amžiaus dalį industrializuojančioje Britanijoje ketaus, gaminamo krosnies krosnyse, išliko pagrindiniu struktūriniu metalu.

Geležinkelių plėtra per XIX amžių tiek Europoje, tiek Amerikoje padarė didelį spaudimą geležies pramonei, kuri vis dar kovojo su neefektyviais gamybos procesais. Plienas vis dar nebuvo įrodytas kaip struktūrinis metalas, o gamyba buvo lėta ir brangi. Tai buvo iki 1856 m., Kai Henris Bessemeras sugalvojo efektyvesnį būdą, kaip į išlydytą geležį įpilti deguonies ir taip sumažinti anglies kiekį.

Dabar žinomas kaip „Bessemerio procesas“, „Bessemer“ suprojektavo kriaušės formos talpyklą, vadinamą konverteriu, kurioje geležis galėtų būti kaitinama, o deguonis galėtų pūsti per išlydytą metalą. Deguoniui pratekėjus per išlydytą metalą, jis reaguos su anglimi, išskirdamas anglies dioksidą ir gamindamas grynesnę geležį.

Procesas buvo greitas ir nebrangus, jis per kelias minutes pašalino anglį ir silicį iš geležies, tačiau nukentėjo nuo to, kad buvo per daug sėkmingas. Buvo pašalinta per daug anglies, o galutiniame produkte liko per daug deguonies. Bessemeris galiausiai turėjo grąžinti savo investuotojams, kol surado būdą padidinti anglies kiekį ir pašalinti nepageidaujamą deguonį.

Maždaug tuo pačiu metu britų metalistas Robertas Mushetas įsigijo ir pradėjo išbandyti geležies, anglies ir manganas- nežinomas kaip spiegeleisen. Buvo žinoma, kad manganas pašalina deguonį iš išlydytos geležies, o anglies kiekis spiegeleisene, jei jo pridedama reikiamais kiekiais, padės išspręsti Bessemer problemas. Bessemeris labai sėkmingai pradėjo jį įtraukti į savo pertvarkymo procesą.

Viena problema liko. Bessemeriui nepavyko rasti būdo pašalinti iš savo galutinio produkto fosforą - kenksmingą nešvarumą, dėl kurio plienas tampa trapus. Taigi iš Švedijos ir Velso buvo galima naudoti tik fosforo neturinčias rūdas.

1876 ​​m. Vilnietis Sidney Gilchrist Thomas sugalvojo tirpalą į Bessemer procesą pridėdamas chemiškai bazinį srautą - kalkakmenį. Kalkakmenis į šlaką įmetė fosforą iš ketaus geležies, leisdamas pašalinti nepageidaujamą elementą.

Ši naujovė reiškė, kad geležies rūda iš bet kurios pasaulio vietos galiausiai buvo naudojama plienui gaminti. Nenuostabu, kad plieno gamybos išlaidos pradėjo smarkiai mažėti. Plieno bėgių kainos 1867–1884 sumažėjo daugiau kaip 80 procentų, ir tai paskatino pasaulinės plieno pramonės augimą.

1860 m. Vokiečių inžinierius Karlas Vilhelmas Siemensas toliau tobulino plieno gamybą, sukūręs atviros ugnies procesą. Iš ketaus dideliuose negiliuose krosnyse buvo gaminamas plienas.

Aukštoje temperatūroje deginant perteklinį anglį ir kitas priemaišas, procesas rėmėsi šildomomis plytų kameromis po židiniu. Regeneracinės krosnys vėliau iš krosnies naudojo išmetamąsias dujas, kad palaikytų aukštą temperatūrą plytų kamerose žemiau.

Šis metodas leido gaminti daug didesnius kiekius (50–100 tonų vienoje krosnyje), periodiškai tikrinti išlydyto plieno, kad jis galėtų būti pagamintas taip, kad atitiktų specifines specifikacijas, ir plieno laužo kaip žaliavos naudojimas medžiaga. Nors pats procesas buvo daug lėtesnis, iki 1900 m. Atviras židinio procesas iš esmės pakeitė Bessemerio procesą.

Plieno gamybos revoliucija, kuria buvo gaunama pigesnė, aukštesnės kokybės medžiaga, daugelio šių dienų verslininkų buvo pripažinta kaip galimybė investuoti. XIX amžiaus pabaigos kapitalistai, įskaitant Andrew Carnegie ir Charlesas Schwabas, investavo ir uždirbo milijonus (Carnegie atveju milijardus) į plieno pramonę. Carnegie JAV plieno korporacija, įkurta 1901 m., Buvo pirmoji korporacija, kuri kada nors buvo įvertinta daugiau nei 1 milijardu dolerių.

Vos praėjus šimtmečiui, Paulo Heroult'o elektrinė lanko krosnis (EAF) buvo sukurta praleisti elektros srovę per įkrautą medžiagą, dėl to egzoterminė oksidacija ir temperatūra iki 3,272 laipsnių Farenheito (1800 laipsnių Celsijaus) daugiau nei pakanka plienui pašildyti gamyba.

Iš pradžių naudojami specialiems plienams, EAF buvo naudojami, o po Antrojo pasaulinio karo buvo naudojami plieno lydinių gamyboje. Mažos investicinės išlaidos, susijusios su EAF gamyklų steigimu, leido joms konkuruoti su stambiausiais JAV gamintojais, tokiais kaip „US Steel Corp“. ir Betliejaus plieno, ypač anglies plieno arba ilgų gaminių.

Kadangi EAF gali gaminti plieną iš 100 procentų laužo arba šaltųjų juodųjų metalų žaliavos, reikia mažiau energijos vienam produkcijos vienetui. Priešingai nei pagrindiniai deguonies židiniai, operacijas taip pat galima sustabdyti ir pradėti su nedidelėmis susijusiomis sąnaudomis. Dėl šių priežasčių daugiau kaip 50 metų gamyba per EAF nuolat didėjo ir nuo 2017 m. Pagamino apie 33 procentus pasaulinės plieno gamybos.

Didžioji pasaulinės plieno gamybos dalis - apie 66 proc. - gaminama pagrindiniuose deguonies įrenginiuose. Dešimtajame dešimtmetyje sukūrus metodą atskirti deguonį nuo azoto pramoniniu mastu, buvo padaryta didelė pažanga kuriant pagrindines deguonies krosnis.

Pagrindinės deguonies krosnys deguonį išpūsta dideliais kiekiais išlydytos geležies ir metalo laužo ir gali daug greičiau užpildyti krūvį nei atvirosios ugnies metodai. Dideli laivai, talpinantys iki 350 metrinių tonų geležies, gali būti paversti plienu per mažiau nei valandą.

Dėl deguonies naudojamo plieno gamybos sąnaudų efektyvumo atvirų židinių gamyklos tapo nekonkurencingos, o praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje atsiradus deguonies plieno gamyklai, atvirosios židinio operacijos pradėtos uždaryti. Paskutinis atviras židinys JAV buvo uždarytas 1992 m., O Kinijoje, paskutinis - uždarytas 2001 m.

_Šaltiniai:

_{Spoerlis, Josephas S. Trumpa geležies ir plieno gamybos istorija. Sent Anselmo kolegija.}

_{Galima: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm}

_{Pasaulio plieno asociacija. Interneto svetainė: www.steeluniversity.org}

_{Gatvė, Artūras. Ir Aleksandras, W. O. 1944. Metalai tarnaujant žmogui. 11-asis leidimas (1998).}