Demir Çağı'ndan Elektrikli Ark Ocağı'na Demir Tarihi

Çelik gelişimi Demir Çağı'nın başlamasından 4000 yıl öncesine kadar uzanabilir. Daha önce en çok kullanılan metal olan bronz'dan daha sert ve daha güçlü olduğunu kanıtlayan demir, bronz madeni silah ve aletlerle değiştirmeye başladı.

Bununla birlikte, birkaç bin yıl boyunca, üretilen demir kalitesi, üretim yöntemlerinde olduğu kadar cevher maddesine de bağlı olacaktır.

17. yüzyılda demir özellikleri iyi anlaşılmıştı, ancak Avrupa'da kentleşmenin artması, çok yönlü bir yapısal metal istedi.

Ve 19. yüzyılda genişleyen demiryolları tarafından tüketilen demir miktarı, metalurjistlere demirin kırılganlığına ve verimsiz üretim süreçlerine bir çözüm bulmak için maddi teşvikler sağladı.

Henry Bessemer, demirdeki karbon içeriğini azaltmak için etkili bir oksijen kullanma yöntemi geliştirince 1856'da çelik tarihinin en büyük atılımını gerçekleştirdi: Modern çelik endüstrisi doğdu.

Demir Çağında

Çok yüksek sıcaklıklarda demir karbonu emmeye başlar, bu da metalin erime noktasını düşürür ve dökme demir (% 2.5 -% 4.5 karbon ). İlk kez Çinliler tarafından M.Ö. 6. yüzyılda kullanılan ancak Ortaçağ'da Avrupa'da daha yaygın olarak kullanılan yüksek fırınların gelişimi, dökme demir üretimini artırdı.

Pik demir, yüksek fırınlardan çıkan ergimiş demirdir ve ana kanal ve bitişik kalıplarda soğutulmaktadır. Büyük, merkezi ve bitişik küçük külçeler, ekmek ve emziren domuz yavrusuna benzemektedir.

Dökme demir güçlüdür, ancak karbon içeriğinden dolayı gevreklik çekmektedir, bu nedenle çalışma ve şekillendirme için idealdir. Metalurji uzmanları, demirdeki yüksek karbon içeriğinin kırılganlık probleminin merkezinde olduğunu fark ettiğinde, demirin daha uygulanabilir hale getirilmesi için karbon içeriğini azaltmak için yeni yöntemler denedi.

18. yüzyılın sonuna gelindiğinde, demir üreticileri, dökme pik demiri, puddling fırınlarını kullanarak düşük karbonlu içerikli ferforje haline dönüştürmeyi öğrendi (Henry Cort tarafından 1784'te geliştirildi). Fırınlar, puddlers tarafından uzun süre kürek biçiminde aletler kullanılarak karıştırılarak eritilen ergimiş demiri ısıtıyordu; oksijen birleşip yavaşça karbonu uzaklaştırıyordu.

Karbon içeriği azaldıkça, demirin erime noktası artar, bu nedenle fırın kitleleri yığın halinde toplanır. Bu kütleler kaldırılacak ve levha veya raylara sarılmadan önce puddler tarafından bir dövme çekiçiyle çalışılacaktı. 1860 yılına gelindiğinde İngiltere'de 3000'den fazla puddling fırın vardı, ancak bu süreç emek ve yakıt yoğunluğu nedeniyle engellendi.

Çelikten en eski biçimlerden biri olan blister çelik, Almanya ve İngiltere'de 17. yüzyılda üretime başladı ve erimiş pik demir içerisindeki karbon içeriğini sementasyon olarak bilinen bir süreçle arttırarak üretildi.Bu süreçte, dövme demir çubukları taş kutulara toz kömür ile katlandı ve ısıtıldı.

Demir yaklaşık bir hafta sonra kömürdeki karbonu emer. Tekrarlanan ısıtma karbonu daha eşit bir şekilde dağıtacak ve sonuç soğutulduktan sonra blister çelik olacaktı. Karbon içeriği arttıkça, blister çelik, pik demirden çok daha uygulanabilir hale getirildi, böylece preslenip haddelenmesine izin verildi.

Saat saati yaylar için yüksek kalitede bir çelik geliştirmeye çalışırken İngiliz Saatçi Benjamin Huntsman 1740'lı yıllarda blister çelik üretimini geliştirdi ve metalin kil lehimlerinde eritilebileceğini ve cüruf cürufunun temizlenmesi için rafine edildiğini keşfetti. Sementasyon süreci geride kaldı. Sonuç pota veya dökme çelikti. Ancak, üretim maliyeti nedeniyle hem blister hem de dökme çelik şimdiye kadar özel uygulamalarda kullanıldı.

Sonuç olarak, puddling fırınlarında yapılan dökme demir 19. yüzyılın çoğunda İngiltere'nin sanayileşmesinde ana yapı metali olarak kaldı.

Bessemer Süreci ve Modern Çelik Üretimi

19. yüzyılda demiryollarının hem Avrupa'da hem de Amerika'da büyümesi, hala verimsiz üretim süreçleriyle mücadele eden demir endüstrisine büyük baskı uyguluyor.

Ancak çelik, yapısal bir metal olarak hala kanıtlanmış değildi ve üretim yavaş ve masraflı idi. Henry Bessemer, karbon içeriğini azaltmak için erimiş demir içine oksijen vermenin daha etkili bir yolunu bulduğu 1856'ya kadar oldu.

Bessemer İşlemi olarak bilinen Bessemer, eriyik metal içerisinden oksijen üflenirken ütünün ısıtılabileceği "dönüştürücü" olarak adlandırılan armut şekilli bir hazne tasarladı. Oksijen erimiş metalden geçerken, karbon ile reaksiyona girerek karbon dioksit saldıracak ve daha saf bir demir üretecektir.

Süreç hızlı ve ucuzdu, birkaç dakika içinde demirden karbon ve silikondan kurtuldu, ancak çok başarılı oldu. Çok fazla karbon çıkarıldı ve nihai üründe çok fazla oksijen kaldı. Bessemer sonuçta karbon içeriğini artırmak ve istenmeyen oksijeni ortadan kaldırmak için bir yöntem bulana kadar yatırımcılarına geri ödeme yapmak zorunda kaldı.

Aynı zamanda, İngiliz metalürji uzmanı Robert Mushet, speigeleisen olarak bilinen demir, karbon ve manganez bileşimlerini satın aldı ve test etmeye başladı. Manganezin erimiş demirden oksijeni uzaklaştırdığı bilinmekte ve speigeleizendeki karbon içeriği doğru miktarlarda eklenerek Bessemer'in sorunlarına çözüm sağlayacaktır. Bessemer bunu dönüşüm sürecine büyük başarı ile eklemeye başladı.

Yine de bir sorun kaldı. Bessemer, son ürünü çelikten kırılgan hale getiren zararlı bir yabancı madde olan fosforu atmanın bir yolunu bulamadı. Sonuç olarak İsveç ve Galler'den sadece fosforsuz cevher kullanılabilir.

1876'da Welshman Sidney Gilchrist Thomas, Bessemer sürecine kimyasal olarak basit bir akıcı kireç taşı ekleyerek çözüm bulmaya başladı. Kireç taşı, pik demirden cürufa fosfor çekerek istenmeyen elementin çıkarılmasını sağlar.

Bu yenilik, son olarak, dünyanın herhangi bir yerindeki demir cevherinin çelik üretimi için kullanılabileceği anlamına geliyordu. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde çelik üretim maliyetleri önemli ölçüde azalmaya başladı. Çelik demiri fiyatları, yeni çelik üretim teknikleriyle dünya çelik endüstrisinin büyümesini başlatarak 1867-1884 yılları arasında% 80'den fazla düştü.

Açık Ocak Prosesi

1860'lı yıllarda Alman mühendis Karl Wilhelm Siemens, açık ocak prosesi ile çelik üretimini daha da geliştirdi. Açık ocak işlemi büyük sığ fırınlarda pik demirden çelik üretti.

Fazla karbon ve diğer safsızlıkları yakmak için yüksek sıcaklıklar kullanan süreç, ocak altındaki ısıtılmış tuğla bölmelerine dayanır. Rejeneratif fırınlar daha sonra, aşağıdaki tuğla odalarda yüksek sıcaklıkları korumak için fırından egzoz gazı kullandı.

Bu yöntem, çok daha büyük miktarlarda üretim yapılmasına izin verildi (bir fırında 50-100 metrik ton üretilebildi), erimiş çeliğin belirli spesifikasyonlarını karşılamak için periyodik olarak test edilebilmesi ve hurda çeliğinin Hammadde. Sürecin kendisi çok daha yavaş olmasına rağmen, 1900 yılına kadar açık ocak süreci büyük oranda Bessemer sürecinin yerini almıştı.

Çelik Endüstrisinin Doğuşu

Daha ucuz ve kaliteli malzeme sağlayan çelik üretimindeki devrim, günümüzde pek çok işadamı tarafından bir yatırım fırsatı olarak kabul edildi. Andrew Carnegie ve Charles Schwab'ın da aralarında bulunduğu 19. yüzyılın sonundaki kapitalistler, çelik endüstrisine milyonlarca yatırım yaptılar (Carnegie davasında milyarlarca). Carnegie'nin 1901 yılında kurulan US Steel Corporation, bugüne kadar bir milyar doların üzerinde değer kazanan ilk şirket oldu.

Elektrik Ark Ocağı Çelik Üretimi

Yüzyılın başlangıcından hemen sonra, çelik üretiminin gelişiminde güçlü bir etkisi olacak başka bir gelişme yaşandı. Paul Heroult'un elektrik ark fırını (EAF), yüklü materyalden bir elektrik akımı geçirecek şekilde tasarlandı ve ekzotermik oksidasyon ve 3272 ° F (1800 F) sıcaklıklara neden oldu. çelik üretimini ısıtmak için yeterli. Başlangıçta özel çelikler için kullanılırken EAF'ler büyümüştür ve II. Dünya Savaşı'nda çelik alaşımlarının imalatı için kullanılmıştır. EAF fabrikalarını kurmak için yapılan düşük yatırım maliyeti, ABD Çelik Corp ve Bethlehem Steel gibi başlıca ABD üreticileriyle, özellikle karbonlu çeliklerde veya uzun ürünlerle rekabet etmelerine izin verdi. EAF'ler% 100 hurda veya soğuk demirli yemden çelik üretebildiğinden, üretim birimi başına daha az enerji gereklidir. Temel oksijen ocaklarının aksine, operasyonlar durdurulabilir ve az maliyet ile başlatılabilir. Bu nedenlerle, EAO'lar yoluyla üretim, 50 yıldan uzun bir süredir artıyor ve şimdi dünya çelik üretiminin% 33'ünü oluşturuyor.

Oksijen Çelik Üretimi

Küresel çelik üretiminin yaklaşık% 66'sı çoğunlukla temel oksijen tesislerinde üretilmektedir. 1960'lı yıllarda endüstriyel ölçekte oksijeni azottan ayırmak için bir yöntem geliştirilmesi, temel oksijen fırınlarının geliştirilmesinde büyük ilerlemeler sağladı.

Temel oksijen fırınları, büyük miktarlarda erimiş demir ve hurda çeliğine oksijen üfler ve açık ocak yöntemlerine göre çok daha hızlı bir yük tamamlayabilir. 350 ton demiri tutan büyük gemiler, bir saatten daha kısa sürede çeliğe dönüşümü tamamlayabilir.

Oksijenli çelik üretiminin maliyet etkinliği, açık ocaklı fabrikaları rekabetçi yapmadı ve 1960'lı yıllarda oksijenli çelik üretiminin ardından resmi açık ocak operasyonları kapanmaya başladı. ABD'deki son açık ocak tesisi 1992'de ve Çin'de 2001'de kapanmıştır.

Kaynaklar:

Spoerl, Joseph S.

_{Demir ve Çelik Üretimin Kısa Tarihi}

_{. Saint Anselm Koleji. Dünya Çelik Birliği. www. steeluniversity. org Sokak, Arthur. & Alexander, W. O. 1944.}

_{İnsan Hizmetinde Metaller}

_{. 11. Baskı (1998).}