Kutoka wakati wa Iron hadi mchakato wa Bessemer na Steelmaking ya kisasa
Era ya Iron
Katika joto la juu sana, chuma huanza kunyonya kaboni, ambayo hupunguza kiwango cha kiwango cha chuma, na kusababisha chuma cha chuma (2.5 hadi 4.5% ya kaboni). Maendeleo ya vifuniko vya mlipuko, ambayo kwanza kutumika na Kichina katika karne ya 6 KK lakini zaidi kutumika sana katika Ulaya wakati wa Kati, iliongeza uzalishaji wa chuma kutupwa.
Nguruwe ya Iron
Chuma kilichochomwa ambacho kilichotolewa kwenye vifuniko vya mlipuko na kilichopozwa kwenye kituo kikuu na kinachojulikana kwa udongo kilikuwa kinachojulikana kama chuma cha nguruwe kwa sababu ingots ndogo, za kati na za kuunganisha zilifanana na mbegu za kukuza na za kunyonya.
Piga Iron
Iron chuma ni nguvu lakini inakabiliwa na upole kutokana na maudhui yake kaboni, na kuifanya chini ya bora kwa ajili ya kufanya kazi na kuchagiza. Kama metallurgists walijua kuwa maudhui ya kaboni yenye chuma yalikuwa ya msingi kwa tatizo la upole, walijaribu njia mpya za kupunguza maudhui ya kaboni ili kufanya chuma kuwa na nguvu zaidi.
Ilifanya chuma
Mnamo mwishoni mwa karne ya 18, wazalishaji wa chuma walijifunza jinsi ya kubadilisha chuma cha nguruwe iliyopangwa katika maudhui ya chini ya kaboni yaliyofanya chuma kwa kutumia tanuri za puddling (iliyoandaliwa na Henry Cort mwaka 1784). Vyumba vilivyotengenezwa na chuma kilichochombwa, ambacho kilichochochewa na wadogo kwa kutumia vifaa vingi vya mviringo, kuruhusu oksijeni kuchanganya na kupunguza polepole kaboni.
Kama maudhui ya kaboni hupungua, kiwango cha chuma kinachoongezeka kinaongezeka, hivyo rasilimali za chuma zitaweza kuenea katika tanuru. Mashambulizi haya yangeondolewa na kufanya kazi na nyundo ya kuchimba kwa puddler kabla ya kuunganishwa kwenye karatasi au reli. Mnamo mwaka wa 1860, kulikuwa na vifuniko zaidi ya 3,000 nchini Uingereza, lakini mchakato huo ulibakia kuzuia kazi yake na nguvu za mafuta.
Blister Steel
Moja ya aina za kwanza za chuma , chuma cha malengelenge, ilianza uzalishaji nchini Ujerumani na England katika karne ya 17 na ilitolewa kwa kuongeza maudhui ya kaboni katika chuma cha nguruwe iliyochomwa kwa kutumia mchakato unaojulikana kama cementation. Katika mchakato huu, chuma cha chuma kilichotengenezwa kilikuwa kilichokaa na mkaa katika maboga ya jiwe na moto.
Baada ya wiki moja, chuma hicho kitakamata carbon katika mkaa. Kupokanzwa mara kwa mara kutaweza kusambaza kaboni zaidi sawasawa na matokeo, baada ya baridi, ilikuwa na chuma cha blister. Vipimo vya juu vya kaboni vilifanya chuma cha blister kikubwa zaidi kuliko chuma cha nguruwe, kikiachilia au kilichopigwa.
Blister chuma uzalishaji juu ya miaka ya 1740 wakati Kiingereza clockmaker Benjamin Huntsman wakati akijaribu kuendeleza chuma cha juu kwa ajili ya chemchemi yake saa, iligundua kwamba chuma inaweza kuyeyuka katika udongo crucibles na kusafishwa kwa flux maalum kuondoa slag kwamba mchakato wa saruji kushoto nyuma. Matokeo yake yalikuwa crucible-au cast-steel. Lakini kwa sababu ya gharama za uzalishaji, wote blister na chuma kutupwa mara tu kutumika katika maombi maalum.
Matokeo yake, chuma kilichopangwa katika tanuri za pamba kilibaki chuma cha msingi cha ujenzi katika viwanda vya Uingereza wakati wa karne ya 19.
Mchakato wa Bessemer na Steelmaking ya kisasa
Kukua kwa barabara wakati wa karne ya 19 katika Ulaya na Amerika kunaweka shinikizo kubwa kwenye sekta ya chuma, ambayo bado ilijitahidi na mchakato usiofaa wa uzalishaji. Steel ilikuwa bado haijazuiliwa kama chuma cha miundo na uzalishaji ilikuwa polepole na yenye gharama kubwa. Hiyo ilikuwa mwaka wa 1856 wakati Henry Bessemer alipokuwa na njia bora zaidi ya kuanzisha oksijeni kwenye chuma kilichochombwa ili kupunguza maudhui ya kaboni.
Sasa inayojulikana kama Mchakato wa Bessemer, Bessemer aliunda chombo cha umbo la pear-kinachojulikana kama 'kubadilisha fedha'-ambayo chuma inaweza kuchomwa moto wakati oksijeni inaweza kupigwa kupitia chuma kilichochombwa. Kama oksijeni ilipitia kwa chuma kilichochombwa, ingekuwa ikitikia kwa kaboni, ikitoa dioksidi kaboni na kuzalisha chuma safi zaidi.
Mchakato huo ulikuwa wa haraka na wa gharama nafuu, kuondokana na kaboni na silicon kutoka chuma katika suala la dakika lakini ilitokana na kufanikiwa sana.
Kadi nyingi iliondolewa na oksijeni nyingi ikabakia katika bidhaa za mwisho. Bessemer hatimaye alipaswa kulipa wawekezaji wake mpaka aweze kupata njia ya kuongeza maudhui ya kaboni na kuondoa oksijeni isiyohitajika.
Karibu na wakati huo huo, mtaalamu wa metallurgist wa Uingereza Robert Mushet alipata na kuanza kupima kiwanja cha chuma, kaboni, na manganese kama spiegeleisen . Manganese ilikuwa inayojulikana ili kuondoa oksijeni kutoka kwa chuma kilichochombwa na maudhui ya kaboni katika spiegeleisen ikiwa imeongezwa kwa kiasi kizuri, ingeweza kutoa suluhisho la matatizo ya Bessemer. Bessemer alianza kuongezea mchakato wake wa kubadilika kwa mafanikio makubwa.
Tatizo moja lilibakia. Bessemer alishindwa kutafuta njia ya kuondoa phosphorus-uchafu usiofaa ambao unafanya chuma brittle-kutoka kwa bidhaa zake za mwisho. Kwa hiyo, ores tu ya bure ya fosforasi kutoka Sweden na Wales inaweza kutumika.
Mnamo mwaka wa 1876 Welshman Sidney Gilchrist Thomas alikuja na suluhisho kwa kuongeza kemikali ya msingi ya kioevu-chokaa-kwa mchakato wa Bessemer. Kioevu kilichochota fosforasi kutoka chuma cha nguruwe ndani ya slag, na kuruhusu kipengele kisichohitajika kuondolewa.
Innovation hii ilimaanisha kwamba, hatimaye, madini ya chuma kutoka popote duniani ingetumiwa kufanya chuma. Haishangazi, gharama za uzalishaji wa chuma zilianza kupungua kwa kiasi kikubwa. Bei ya reli ya chuma imeshuka zaidi ya 80% kati ya 1867 na 1884, kutokana na mbinu mpya zinazozalisha chuma, kuanzisha ukuaji wa sekta ya chuma duniani.
Mchakato wa Ufunguzi wa Macho:
Katika miaka ya 1860, mhandisi wa Ujerumani Karl Wilhelm Siemens zaidi iliimarisha uzalishaji wa chuma kwa njia ya uumbaji wake wa mchakato wa mikutano ya wazi. Utaratibu wa mikutano ya wazi ulizalisha chuma kutoka kwa chuma cha nguruwe kwenye tani kubwa kali.
Kutumia joto la juu ili kuchoma kaboni kubwa na uchafu mwingine, mchakato huo unategemea vyumba vya matofali yenye joto chini ya makao. Vitu vya kurekebisha baadaye vilikuwa vimetumia gesi ya kutolea nje kutoka tanuru ili kudumisha joto la juu kwenye vyumba vya matofali hapo chini.
Njia hii iliruhusiwa kuzalisha kiasi kikubwa (tani 50-100 za tani inaweza kuzalishwa katika tanuru moja), kupima mara kwa mara ya chuma kilichochombwa ili iweze kufanywa ili kufikia vipimo maalum na matumizi ya chuma chakavu kama nyenzo . Ingawa mchakato yenyewe ulikuwa polepole sana, kufikia mwaka wa 1900 mchakato wa mikutano ya wazi ulikuwa umebadilika mchakato wa Bessemer.
Kuzaliwa kwa Viwanda cha Steel:
Mapinduzi katika uzalishaji wa chuma ambayo yalitoa vifaa vya bei nafuu, ya juu, ilitambuliwa na wafanyabiashara wengi wa siku kama fursa ya uwekezaji. Wanajumuiya wa mwisho wa karne ya 19, ikiwa ni pamoja na Andrew Carnegie na Charles Schwab, waliwekeza na kuwekeza mamilioni (mabilioni katika kesi ya Carnegie) katika sekta ya chuma. Kampuni ya Steel Steel ya Carnegie, iliyoanzishwa mwaka wa 1901, ilikuwa shirika la kwanza lililozinduliwa kwa thamani ya dola bilioni moja.
Ufungaji wa Steel Steel ya Umbo la Umeme:
Tu baada ya kugeuka kwa karne, maendeleo mengine yalitokea ambayo yangekuwa na ushawishi mkubwa juu ya mageuzi ya uzalishaji wa chuma. Tanuru ya umeme ya Paul Heroult (EAF) ilipangwa kupitisha sasa umeme kupitia vifaa vya kushtakiwa, na kusababisha oksidi ya joto na joto hadi 3272 ° F (1800 ° C), zaidi ya kutosha kwa joto la uzalishaji.
Awali kutumika kwa ajili ya vyuma maalum, EAFs ilikua matumizi na, na Vita Kuu ya II, walikuwa kutumika kwa ajili ya utengenezaji wa alloy chuma. Gharama za chini za uwekezaji zinazohusika katika kuanzisha misaada ya EAF ziwawezesha kushindana na wazalishaji wakuu wa Marekani kama Marekani Steel Corp na Bethlehem Steel, hasa katika vyuma vya kaboni, au bidhaa za muda mrefu.
Kwa kuwa EAFs zinaweza kuzalisha chuma kutoka kwenye chakavu cha 100% au feri ya feri, chini ya nishati kwa kitengo cha uzalishaji kinahitajika. Kinyume na vitu vya msingi vya oksijeni, shughuli zinaweza pia kusimamishwa na kuanza kwa gharama zinazohusishwa kidogo. Kwa sababu hizi, uzalishaji kupitia EAFs umeongezeka kwa kasi zaidi kwa zaidi ya miaka 50 na sasa ni akaunti ya asilimia 33 ya uzalishaji wa chuma duniani.
Uchimbaji wa madini ya oksijeni:
Wengi wa uzalishaji wa chuma duniani-karibu 66% - sasa huzalishwa katika vituo vya msingi vya oksijeni. Kuendeleza njia ya kupitisha oksijeni kutoka kwa nitrojeni kwa kiwango cha viwanda katika miaka ya 1960 iliruhusu maendeleo makubwa katika tengenezo la tanuri za msingi za oksijeni.
Tanuu za oksijeni za msingi zinapunguza oksijeni kwa kiasi kikubwa cha chuma kilichochombwa na chuma cha chakavu na kinaweza kukamilisha malipo kwa haraka zaidi kuliko njia za mikutano ya wazi. Vyombo vikubwa vinavyopata tani 350 za chuma vinaweza kukamilisha uongofu kwa chuma chini ya saa moja.
Ufanisi wa gharama za chuma cha oksijeni ulifanya viwanda visivyo wazi kabisa na, baada ya kuja kwa chuma cha oksijeni katika miaka ya 1960, shughuli za wazi za kufungua zilianza kufungwa. Kituo cha mwisho kilicho wazi katika Marekani kilifungwa mwaka 1992 na China mwaka 2001.
Vyanzo:
Spoerl, Joseph S. Historia Mifupi ya Uzalishaji wa Iron na Steel . Chuo cha Saint Anselm.
Inapatikana: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm
Shirika la Steel Steel. Tovuti: www.steeluniversity.org
Anwani, Arthur. & Alexander, WO 1944. Vyuma katika Utumishi wa Mtu . Toleo la 11 (1998).