Kratka povijest čelika

Mlinovi za eksploziju najprije su razvili Kinezi u 6. stoljeću prije Krista, no oni su u srednjem vijeku bili naširoko koristi u Europi i povećali proizvodnju lijevanog željeza. Na vrlo visokim temperaturama, željezo počinje apsorbirati ugljen, što smanjuje točku tališta metala, što dovodi do lijevanog željeza (2,5 do 4,5 posto ugljika).

Lijevano željezo je jaka, ali zbog krhkog sadržaja ugljika pati od krhkosti, što ga čini manje od idealnog za rad i oblikovanje. Kako su metalurzi postali svjesni da je sadržaj visokog ugljika u željezo bio središnji problem krhkosti, eksperimentirao je s novim metodama za smanjenje sadržaja ugljika kako bi se željezo moglo raditi.

Moderna proizvodnja čelika razvila se od ovih ranih dana stvaranja željeza i kasnijih razvoja tehnologije.

Kovano željezo

Do kraja 18. stoljeća, ironmakers naučili kako transformirati lijevanog željeza željezo u nisko ugljični kovanog željeza pomoću puddling peći, razvijen od strane Henry Cort u 1784. Svinje željezo je rastaljeno željezo koje se izvodi iz visoke peći i hladi u glavnom kanala i susjednih kalupa. Ime je dobilo jer su veliki, središnji i susjedni manji ingoti nalikovali na sijene i usjeve praščića.

Za izradu kovanog željeza, peći su zagrijavali rastopljeno željezo koje je trebalo miješati puddlers pomoću dugih oar-shaped alata, omogućujući da se kisik kombinira s i polako uklanja ugljik.

Kako se sadržaj ugljika smanjuje, željezo se poveća, tako da se željezna masa aglomerira u peći. Ove se mase uklanjaju i obrađuju čekić s krivotvorinama prije nego što se kotrljaju u listove ili tračnice. Do 1860. u Velikoj Britaniji bilo je više od 3.000 bućkastih peći, ali proces je ostao otežan njezinim radom i intenzivnošću goriva.

Blister Steel

Blister čelik - jedan od najranijih oblika čelika - započeo je proizvodnju u Njemačkoj i Engleskoj u 17. stoljeću i proizveden je povećanjem sadržaja ugljika u rastaljenom sirovom željeza korištenjem procesa poznatog kao cementacija. U tom procesu, šipke od kovanog željeza bile su slojevite ugljenom u prahu u kamenim kutijama i grijane.

Nakon otprilike tjedan dana, željezo bi apsorbirao ugljik u drvenom ugljenu. Ponovljeno zagrijavanje bi ravnomjernije rasporedilo ugljik, a rezultat, nakon hlađenja, bio je blister čelik. Viši sadržaj ugljika napravio je blister čelik puno više nego gladljiv željezo, omogućujući ga da se pritisne ili valjane.

Blister čelična proizvodnja napredovala je u 1740-im godinama kada je engleski satil Benjamin Huntsman ustanovio da se metal može rastopiti u glinenim loncima i profinjenog s posebnim tokovima za uklanjanje troske koji je proces cementacije ostavio. Huntsman je pokušavao razviti visokokvalitetni čelik za svoje satne izvore. Rezultat je bio lončić ili lijevani čelik. Zbog troškova proizvodnje, međutim, i blister i lijevani čelik koristili su se samo u specijalnim aplikacijama.

Kao rezultat toga, lijevanog željeza izrađenog u pjenastim pećima ostao je primarni strukturni metal u industrijalizaciji Velike Britanije tijekom većeg dijela 19. stoljeća.

Bessemerov proces i suvremeni savijanje

Rast željezničkih pruga tijekom 19. stoljeća u Europi i Americi doveo je veliki pritisak na industriju željeza, koja se još uvijek borila s neučinkovitim proizvodnim procesima. Čelik se još uvijek nije pokazao kao strukturni metal i proizvodnja je bila spor i skup. To je bilo do 1856. kada je Henry Bessemer došao do učinkovitijih načina za uvođenje kisika u rastaljeno željezo kako bi se smanjio sadržaj ugljika.

Sada poznat kao Bessemerov proces, Bessemer je dizajnirao kruškastu posudu - koja se naziva pretvarač - u kojem se može zagrijati željezo, dok se kisik može upropastiti kroz rastaljenu metalnu površinu. Dok je kisik prolazio kroz rastaljenog metala, reagirao bi s ugljikom, otpuštajući ugljični dioksid i proizvodio čistije željezo.

Proces je bio brz i jeftin, uklanjajući ugljen i silikon iz željeza u nekoliko minuta, ali je pretrpio prevelik uspjeh. Previše ugljika uklonjeno je i preostali kisik ostao u konačnom proizvodu. Bessemer je u konačnici morao vratiti svoje investitore dok ne pronađe metodu za povećanje sadržaja ugljika i uklanjanje neželjenog kisika.

Otprilike u isto vrijeme, britanski metalurg Robert Mushet stekao je i počeo testirati spoj željeza, ugljika i mangana - poznatog kao spiegeleisen. Mangan je poznato da uklanja kisik od rastaljenog željeza, a sadržaj ugljika u spiegeleisenu, ako se doda u pravim količinama, pružit će rješenje Bessemerovim problemima. Bessemer je s velikim uspjehom počeo dodavati u svoj proces pretvorbe.

Ostao je jedan problem. Bessemer nije uspio pronaći način za uklanjanje fosfora - štetne nečistoće koja čini čelik krhkom - od njegovog krajnjeg proizvoda. Slijedom toga, mogli bi se koristiti samo rude bez fosfora iz Švedske i Walesa.

Godine 1876. Welshman Sidney Gilchrist Thomas došao je s otopinom dodavanjem kemijski osnovnog flux-vapnenca u proces Bessemer. Vapnenac je izvadio fosfor iz željeza u trosku, čime se uklanja neželjeni element.

Ova inovacija značila je da se željezna ruda s bilo kojeg mjesta u svijetu konačno može upotrijebiti za izradu čelika. Nije iznenađujuće, troškovi proizvodnje čelika počeo značajno smanjivati. Cijene čelične tračnice padale su više od 80 posto između 1867. i 1884. godine, potaknuvši rast svjetske industrije čelika.

Otvoreni proces svježine

Šezdesetih godina 20. stoljeća, njemački inženjer Karl Wilhelm Siemens unaprijedio je proizvodnju čelika kroz stvaranje otvorenog procesa.To je proizvelo čelik od sirovog željeza u velikim plitkim peći.

Koristeći visoke temperature za spaljivanje višak ugljika i drugih nečistoća, postupak se oslanjao na grijane cigle komore ispod ognjišta. Regenerativne peći kasnije koriste ispušne plinove iz peći za održavanje visokih temperatura u ciglenim komorama ispod.

Ova metoda omogućila je proizvodnju mnogo većih količina (50-100 tona u jednoj peći), periodično ispitivanje rastaljenog čelika kako bi se moglo postići u skladu s određenim specifikacijama i upotrebom čeličnog lima kao sirovine. Iako je proces bio znatno sporiji, do 1900. proces otvorenog ognjišta uvelike je zamijenio Bessemerov proces.

Rođenje industrije čelika

Revolucija u proizvodnji čelika koja je pružala jeftiniji i kvalitetniji materijal prepoznala su mnogi gospodarstvenici dana kao investicijska prilika. Kapitalisti krajem 19. stoljeća, uključujući Andrew Carnegie i Charles Schwab, uložili su i izradili milijuna (milijardi u slučaju Carnegie) u industriji čelika. Carnegieova US Steel Corporation, utemeljena 1901. godine, bila je prva korporacija ikad ocijenjena s više od milijardu dolara.

Proizvodnja električne peći na električnim lukovima

Neposredno nakon prijelaza stoljeća, električna električna pećnica pećnice Paul Heroult (EAF) dizajnirana je kako bi prolazila električnu struju kroz nabijeni materijal, što je rezultiralo egzotermnom oksidacijom i temperaturama do 3272 stupnja celzijusa (1.800 stupnjeva Celzijusa), više nego dovoljno za zagrijavanje čelika proizvodnja.

U početku se koristio za specijalne čelike, EAF-ovi su rasli u upotrebi i drugi svjetski rat koristili su se za proizvodnju čeličnih legura. Niski troškovi investicija koji su uključeni u postavljanje EAF mlinova omogućili su im da se natječu s glavnim američkim proizvođačima poput US Steel Corp i Bethlehem Steel, posebno u ugljičnim čelicima ili dugim proizvodima.

Budući da EAF može proizvesti čelik od 100 posto otpada - ili hladnog željezne hrane, potrebno je manje energije po jedinici proizvodnje. Za razliku od osnovnih ognjišta s kisikom, operacije se također mogu zaustaviti i početi s malim troškovima. Iz tih razloga, proizvodnja putem EAF-ova stalno raste za više od 50 godina i iznosila je oko 33 posto globalne proizvodnje čelika, od 2017. godine.

Stvaranje kisika

Većina svjetske proizvodnje čelika, oko 66 posto, proizvodi se u osnovnim objektima za kisik. Razvoj metode odvajanja kisika iz dušika na industrijskoj razini tijekom šezdesetih godina omogućio je velike napretke u razvoju osnovnih peći za kisik.

Osnovni kisik peći puše kisik u velike količine rastaljenog željeza i otpada čelika i može dovršiti naplatu mnogo brže od otvorenih vatrostalnih metoda. Velike posude koje drže do 350 tona željeza mogu dovršiti pretvorbu u čelik u manje od jednog sata.

Troškovne učinkovitosti kisika za proizvodnju kisika otvorile su tvornice otvorenih ognjišta nekonkurentne i, nakon pojave kisika u 1960-ima, započele su zatvaranje operacija otvorenih ognjišta. Posljednji otvoreni ognjište u SAD-u zatvoreno 1992. godine iu Kini, posljednji je zatvoren 2001. godine.

_izvori:

_{Spoerl, Joseph S. Kratka povijest proizvodnje željeza i čelika , Kolegij sv. Anselm.}

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

_{Svjetsko udruženje čelika. Web stranica: www.steeluniversity.org}

_{Ulica, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metali u službi čovjeka , 11. izdanje (1998).}