Dəmir dövrdən Bessemer prosesi və Müasir Çelik Yapım'a qədər
Dəmir dövrü
Çox yüksək temperaturda, dəmir metalun ərimə nöqtəsini azaldan karbonu udmaqğa başlayır, dəmir dəmir ilə nəticələnir (2.5% -dən 4.5% karbon). Orta əsrlərdə ilk növbədə Çin tərəfindən XIX əsrdə istifadə edilən, lakin Avropada daha geniş istifadə olunan blast furnitlərinin inkişafı quyuların istehsalını artırmışdır.
Donuz Dəmiri
Böyük fırtınalardan qaçan və əsas kanalda və bitişik kalıplarda soyudulmuş dəmir dəmir, böyük, mərkəzi və bitişik olan kiçik külçələr əkin və emzikli pigletlərə bənzəyirdi.
Çuqun
Dəmir dəmir güclüdür, lakin karbon məzmunundan dolayı brittlenesslikdən əziyyət çəkir, işləmək və formalaşdırmaq üçün idealdır. Metallurgistlər dəmirdə yüksək karbon tərkibinin brittlenesslik probleminin mərkəzində olduğunu bildikləri üçün, dəmirin daha əlverişli olması üçün karbon tərkibinin azaldılması üçün yeni üsullarla sınaqdan keçirdilər.
Ferforje
18-ci əsrin sonlarında, dəmirçilər çöküntü dəmirini aşağı karbon tərkibində dövülmüş dəmirlərə suvarma sobaları ilə (1784-cü ildə Henri Kort tərəfindən hazırlanmış) çevirməklə necə öyrənmişlər. Fırınlar, uzun öküzlü vasitələrdən istifadə edərək puddlers tərəfindən qarışdırılmalı olan eritilmiş dəmir qızdırılıb, oksigenin birləşməsi və yavaş-yavaş karbon çıxarması üçün imkan yaradır.
Karbon tərkibi azaldıqca, dəmirin əriməsi nöqtəsi artar, buna görə də dəmir kütlələri fırında aglomerasiya edərdi. Bu kütlələr silindrlər və ya relslərə sürülməzdən əvvəl puddler tərəfindən bir çəngəl ilə çəkilmiş və işləyərdi. 1860-cı ilə qədər İngiltərədəki 3000-dən çox taxta sobası var idi, lakin proses əmək və yanacaq sıxlığı ilə maneə törətdi.
Blister Çelik
Polad , blister poladın ən erkən formalarından biri, 17-ci əsrdə Almaniya və İngiltərədə istehsalı başlamışdır və sementasiya kimi tanınan bir proses istifadə edərək, eritilmiş pik dəmirində karbon tərkibini artırmaqla istehsal edilmişdir. Bu prosesdə dəmir dəmir çubukları daş qutularda toz kömür ilə qatlanmış və qızdırılıb.
Bir həftə sonra, dəmir kömür içərisində karbonu uddu. Təkrarlanan istilik karbonu daha düzgün yayırdı və nəticədə, soyuduqdan sonra blister polad idi. Daha yüksək karbon tərkibi püskürən poladdan piqment dəmirdən daha çox işlənə bilir, buna görə də təzyiq və ya haddelenməyə imkan verir.
1740-cı illərdə İngilis saatisti Benjamin Huntsman, saat qaynaqları üçün yüksək keyfiyyətli bir çelik inkişaf etdirmək istəyərkən, blister polad istehsalı qabaqcadan inkişaf etmiş, metalın kil qığılcımlarında əriyəcək və sementizasiya prosesinin tərkibində olan cürufu aradan qaldırmaq üçün xüsusi bir maye ilə təmizlənmiş olduğunu tapdı arxasında. Nəticədə çınqıl və ya çınqıl çeliğdi. Amma istehsal xərcləri sayəsində həm blister, həm də dəmir polad yalnız ixtisas tətbiqlərində istifadə edilmişdir.
Nəticədə, su quyularından hazırlanan dəmir 19-cu əsrin ən böyük dövründə İngiltərəni sənayeləşdirən əsas struktur metal idi.
Bessemer prosesi və müasir çilingər
19-cu əsrdə Avropa və Amerikada dəmir yollarının artması hələ də səmərəsiz istehsal prosesləri ilə mübarizə edən dəmir sənayesinə böyük təzyiq göstərir. Çelik hala struktur metal olaraq istehsal olundu və istehsal yavaş və bahalı idi. Henri Bessemer 1856-cı ilə qədər karbon tərkibinin azaldılması üçün eritilmiş dəmirdə oksigeni tətbiq etmək üçün daha effektiv bir yolla gəldi.
İndi Bessemer prosesi olaraq bilinən Bessemer, bir "dəyirman" olaraq adlandırılan bir armud şəklində bir zibil dizaynını hazırladı; bu da oksidan oksidinin eritilmiş metal vasitəsilə partladığı zaman qızdırılabilirdi. Oksigen eritilmiş metaldan keçirsə, karbon qazı ilə reaksiya verəcək, karbon dioksidi buraxar və daha təmiz bir dəmir istehsal edir.
Bu proses bir neçə dəqiqə ərzində dəmirdən karbon və silikonun çıxarılmasından asılı olmayaraq, çox uğurlu olmuşdur.
Çox çox karbon çıxarıldı və son məhsulda çox oksigen qaldı. Bessemer, nəticədə karbon tərkibini artırmaq və istenmeyen oksigen çıxarmaq üçün bir üsul tapana qədər investorlarını geri ödəməsi lazım idi.
Eyni zamanda britaniyalı metallurgu Robert Mushet, spiegeleisen kimi tanınan bir dəmir, karbon və manqan mürəkkəbini sınaqdan keçirdi . Manqandan, eritilmiş dəmirdən oksigen çıxarılması və doğru miqdarda əlavə edilərsə, spiegeleisen içərisində karbon tərkibi Bessemer problemlərinə həll təmin edəcəkdi. Bessemer onu dönüşüm prosesinə böyük uğurla əlavə etməyə başladı.
Bir problem qaldı. Bessemer, fosforu - son məhsuldan çınqıl kəpənəyin meydana gətirdiyi zərərli bir çirkni çıxarmaq üçün bir yol tapa bilmədi. Nəticədə İsveç və Uelsdən yalnız fosforsuz filizlər istifadə edilə bilər.
1876-cı ildə Welshman Sidney Gilchrist Tomas Bessemer prosesinə kimyəvi xarakterli əsas flux-kireçtaşı əlavə edərək həlli ilə gəldi. Kireçtaşı donuz dəmirindən fosforu şlaka çevirdi, istənməyən elementin çıxarılmasına imkan verdi.
Bu yenilik demək olar ki, dünyanın hər hansı bir yerindən olan dəmir filizi polad etmək üçün istifadə edilə bilər. Təəccüblü deyil ki, polad istehsalı xərcləri əhəmiyyətli dərəcədə azalıb. Polad dəmir qiymətləri dünya polad sənayesinin artımına başlayan yeni polad istehsal üsulları nəticəsində 1867-1884-cü illər arasında 80% -dən çox azalıb.
Açıq Ocaq prosesi:
1860-cı illərdə Alman mühəndisi Karl Wilhelm Siemens, açıq ocaq prosesinin yaradılması ilə daha çox polad istehsalı inkişaf etdirdi. Açıq ocaq prosesi böyük dayaz fırınlarda piqment dəmirdən polad istehsal etmişdir.
Aşırı karbon və digər çirkləri yandırmaq üçün yüksək temperaturdan istifadə edərək proses ocaqın altındakı qızdırılan kərpic otaqlarına əsaslanırdı. Rezeneratif fırınlar daha sonra, aşağıda olan kərpic otaqlarında yüksək temperaturda saxlamaq üçün sobadan atılan qazları istifadə edirdi.
Bu metod daha çox böyük miqdarda (bir sobada 50-100 metrik ton istehsal edilə bilər), eritilmiş poladdan dövri dövründən test edilməsinə imkan yaradır, belə ki, xüsusi spesifikasiyalara cavab verə bilər və xammal kimi istifadə edilir . Prosesin özü çox yavaş olsa da, 1900-cü ilə qədər açıq ocaq prosesi əsasən Bessemer prosesini əvəz etmişdir.
Çelik Sənayesinin Doğuşu:
Daha ucuz, daha keyfiyyətli material təmin edən polad istehsalında inqilab günün bir çox iş adamları tərəfindən investisiya imkanları kimi tanınıb. Andrew Carnegie və Charles Schwab, o cümlədən 19-cu əsrin sonuncu kapitalistləri polad sənayesində milyonlarla (Carnegie işində milyardlarla) sərmayə qoymuşlar. 1901-ci ildə qurulan Carnegie US Steel Corporation, bir milyard dollardan çox dəyər qazanmış ilk şirkətdir.
Elektrikli Qaz Ocağı Çelik Yapımı:
Əsrin növündən sonra, polad istehsalının təkamülünə güclü təsir göstərəcək bir inkişaf baş verdi. Paul Heroult'ın elektrik ark ocağı (EAF), yüklənmiş material vasitəsilə elektrik cərəyanı keçmək üçün nəzərdə tutulmuşdur, nəticədə 3272 ° F (1800 ° C) temperaturda ekotermik oksidləşmə və polad istehsalı üçün kifayətdir.
Ilk növbədə xüsusi çeliklər üçün istifadə edilən EAFs istifadə olunmuşdur və II. Dünya Müharibəsi ilə polad ərintilərinin istehsalı üçün istifadə edilmişdir. EAF istehsalçılarının qurulmasında iştirak edən aşağı sərmayə xərcləri, ABŞ Steel Corp və Bethlehem Steel, xüsusilə karbon çeliğindəki və ya uzun məhsullar kimi ABŞ-ın ən böyük istehsalçıları ilə rəqabət aparmağa icazə verirdi.
EAF-lər 100% -dən çox qazma və ya sovuq qazdan polad istehsal edə bilər, çünki istehsal vahidi üçün daha az enerji tələb olunur. Əsas oksigen ocaqlarından fərqli olaraq, əməliyyatlar da dayandırıla bilər və az əlaqəli xərclərlə başlaya bilər. Bu səbəblərə görə, EAF-lər vasitəsilə istehsal 50 ildən artıqdır ki, davamlı artmaqdadır və hazırda qlobal polad istehsalı 33% -ni təşkil edir.
Oxygen Çelik Yapımı:
Qlobal polad istehsalının əksəriyyəti - təxminən 66% - indi əsas oksigen obyektlərində istehsal olunur. 1960-cı illərdə sənaye miqyasında azotdan oksigen ayırma metodunun inkişaf etdirilməsi əsas oksigen sobalarının inkişafında böyük irəliləyişlərə imkan vermişdir.
Əsas oksigenli sobalar, böyük miqdarda eritilmiş dəmir və qırıntılı polad halında oksigenə zərbə vurur və açıq ocaq üsullarından daha çox yüklənə bilər. 350 metrik ton dəmir qədər saxlayan böyük gəmilər bir saatdan az müddətə polad konvertasiya edə bilər.
Oksigenli poladdan hazırlanan məhsulun səmərəliliyi açıq dəmir fabriklərini qeyri-rəqabətə məruz qoydu və 1960-cı illərdə oksigenli poladdan hazırlanmasının ardından açıq ocaq əməliyyatları bağlanıldı. ABŞ-da son açıq ocaq qurğuları 1992-ci ildə və 2001-ci ildə Çində bağlanıb.
Mənbələr:
Spoerl, Joseph S. Demir və Çelik İstehsalının Qısa tarixi . Saint Anselm College.
Mövcud: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm
Dünya Çelik Birliyi. Veb səhifə: www.steeluniversity.org
Küçə, Arthur. & Alexander, WO 1944. İnsan Xidmətində Metaller . 11-ci nəşr (1998).