Kasaysayan ng Steel Mula sa Edad ng Iron hanggang sa Electric Arc Furnaces

Ang pag-unlad ng bakal ay maaaring masubaybayan pabalik 4000 taon hanggang sa simula ng Panahon ng Iron. Pinatunayan na mas mahirap at mas malakas kaysa sa tanso, na dati nang naging pinakatanyag na ginamit na metal, nagsimulang lumusaw ang iron sa tanso sa mga sandata at mga kasangkapan.

Gayunman, para sa mga sumusunod na ilang libong taon, ang kalidad ng bakal na ginawa ay depende sa mas maraming mineral na magagamit sa mga pamamaraan ng produksyon.

Noong ika-17 na siglo, ang mga pag-aari ng bakal ay naiintindihan nang mabuti, ngunit ang pagtaas ng urbanisasyon sa Europa ay humihingi ng mas maraming nalalaman na estruktural na metal. At noong ika-19 na siglo, ang halaga ng bakal na natupok sa pamamagitan ng pagpapalawak ng mga riles ay nagbibigay ng mga metalurista na may pinansiyal na insentibo upang makahanap ng isang solusyon sa kalupitan ng bakal at di-wastong mga proseso ng produksyon.

Gayunpaman, ang pangunahing pagsulong sa kasaysayan ng asero ay dumating noong 1856 nang bumuo si Henry Bessemer ng epektibong paraan upang magamit ang oxygen upang mabawasan ang nilalaman ng carbon sa bakal: Ipinanganak ang modernong industriya ng bakal.

Ang Era ng Iron

Sa napakataas na temperatura, ang bakal ay nagsisimula sa pagsipsip ng carbon, na nagpapababa sa temperatura ng pagtunaw ng metal, na nagreresulta sa cast iron (2.5 hanggang 4.5% carbon). Ang pagpapaunlad ng mga hurno ng sabog, unang ginamit ng mga Intsik noong ika-6 siglo BC ngunit mas malawak na ginagamit sa Europa sa panahon ng Middle Ages, nadagdagan ang produksyon ng cast iron.

Ang baboy na bakal ay tunaw na bakal na naubusan ng mga hurno ng sabog at pinalamig sa isang pangunahing channel at magkadugtong na mga hulma. Ang malalaking, gitnang at katabi ng mas maliliit na mga ingot ay katulad ng isang baboy at pasusuhin na mga piglet.

Ang bakal na bakal ay malakas ngunit naghihirap mula sa brittleness dahil sa nilalaman nito ng carbon, na ginagawang mas mababa kaysa sa mainam para sa pagtatrabaho at paghubog. Tulad ng mga metallurgists ay nalaman na ang mataas na carbon nilalaman sa bakal ay sentro sa problema ng brittleness, sila ay nag-eksperimento sa mga bagong pamamaraan para sa pagbawas ng carbon nilalaman upang gawing mas magagawa ang bakal.

Noong huling bahagi ng ika-18 siglo, natutunan ng mga ironmakers kung paano ibahin ang cast iron na bakal sa isang mababang-carbon content na wrought iron gamit ang puddling furnaces (na binuo ni Henry Cort noong 1784). Ang mga hurno na pinainit na nilusaw na bakal, na kinakailangang pukawin puddlers gamit ang isang mahaba, hugis-hugis na mga kasangkapan, na nagpapahintulot sa oxygen na pagsamahin at dahan-dahan na alisin ang carbon.

Habang bumababa ang nilalaman ng carbon, ang lebel ng pagtunaw ng bakal ay nagdaragdag, kaya ang masa ng bakal ay magkakalakip sa pugon. Ang mga masa na ito ay aalisin at nagtrabaho sa isang pilipit na martilyo sa pamamagitan ng puddler bago nilagyan ng mga sheet o daang-bakal. Noong 1860, mayroong higit sa 3000 puddling furnaces sa Britain, ngunit ang proseso ay nananatiling nahahadlangan sa pamamagitan ng paggawa at fuel intensiveness.

Ang isa sa mga pinakamaagang anyo ng bakal, paltos na bakal, ay nagsimula ng produksyon sa Alemanya at Inglatera noong ika-17 siglo at ginawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng carbon content sa molten pig iron na gumagamit ng isang proseso na kilala bilang cementation. Sa prosesong ito, ang mga bar ng wrought iron ay layered na may pulbos na uling sa mga kahon ng bato at pinainit.

Pagkalipas ng halos isang linggo, ang bakal ay sumisipsip ng carbon sa uling. Ang paulit-ulit na pag-init ay magbabahagi ng carbon nang mas pantay-pantay at ang resulta, pagkatapos ng paglamig, ay paltos na bakal. Ang mas mataas na nilalaman ng carbon na ginawa paltos asero mas magagawa kaysa sa baboy bakal, na nagpapahintulot na ito ay pinindot o pinagsama.

Ang produksyon ng malagkit na bakal ay advanced sa 1740s nang ang English clockmaker na si Benjamin Huntsman habang sinusubukan na bumuo ng isang mataas na kalidad na bakal para sa kanyang mga spring ng orasan, natagpuan na ang metal ay maaaring matunaw sa mga luwad na krus at mapino na may espesyal na pagkilos ng bagay upang alisin ang slag na natapos na proseso ng sementasyon sa likod. Ang resulta ay napipinturahan-o cast-steel. Ngunit dahil sa gastos ng produksyon, ang parehong paltos at cast bakal ay ginagamit lamang sa mga application ng espesyalidad.

Bilang resulta, ang iron cast na ginawa sa mga puddling furnaces ay nanatili ang pangunahing metal na pang-istruktura sa industriyalisasyon ng Britanya sa panahon ng halos ika-19 na siglo.

Ang Bessemer Process at Modern Steelmaking

Ang paglago ng mga riles noong ika-19 na siglo sa parehong Europa at Amerika ay nagbigay ng malaking presyon sa industriya ng bakal, na nakipaglaban pa rin sa walang kakayahang mga proseso ng produksyon. Gayunpaman ang bakal ay hindi pa napatunayan na isang metal na istruktura at ang produksyon ay mabagal at mahal. Iyon ay hanggang 1856 nang dumating si Henry Bessemer ng isang mas epektibong paraan upang ipakilala ang oxygen sa tunaw na bakal upang mabawasan ang carbon content.

Ngayon kilala bilang Proseso ng Bessemer, dinisenyo ni Bessemer ang isang hugis-peras na hugis-peras-tinutukoy bilang isang 'converter'-na kung saan ang bakal ay maaaring pinainit habang ang oksiheno ay maaaring hinipan sa binubong metal. Habang ang oxygen ay dumaan sa tunaw na metal, ito ay tutugon sa carbon, na naglalabas ng carbon dioxide at gumagawa ng mas purong bakal.

Ang proseso ay mabilis at hindi mahal, ang pag-aalis ng carbon at silikon mula sa bakal sa loob ng ilang minuto ngunit nagdusa mula sa pagiging masyadong matagumpay. Ang sobrang carbon ay inalis at labis na oxygen ang nanatili sa huling produkto. Bessemer sa huli ay upang bayaran ang kanyang mga mamumuhunan hanggang sa siya ay makahanap ng isang paraan upang madagdagan ang carbon nilalaman at alisin ang mga hindi gustong oxygen.

Kasabay nito, nakuha at sinimulan ng British metalurhiko na si Robert Mushet ang isang tambalan ng iron, carbon, at manganese-na kilala bilang speigeleisen . Manganese ay kilala upang alisin ang oxygen mula sa tunaw bakal at ang carbon nilalaman sa speigeleisen, kung idinagdag sa tamang dami, ay magbigay ng solusyon sa Bessemer ng mga problema. Sinimulang idagdag ni Bessemer ito sa kanyang proseso ng conversion na may malaking tagumpay.

Gayunman, isang problema pa rin ang nananatili. Nabigo si Bessemer na makahanap ng isang paraan upang alisin ang posporus-isang deleterious impurity na gumagawa ng steel brittle-mula sa kanyang end product.Dahil dito, ang tanging phosphorus-free na mineral mula sa Sweden at Wales ay maaaring gamitin.

Noong 1876, ang Welshman Sidney Gilchrist Thomas ay sumang-ayon sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang kemikal na batong flux-limestone-sa proseso ng Bessemer. Ang limestone ay nakakuha ng posporus mula sa baboy na bakal sa slag, na nagpapahintulot na alisin ang hindi kanais-nais na elemento.

Ang makabagong ideya na ito ay nangangahulugang, sa wakas, ang iron ore mula sa kahit saan sa mundo ay maaaring magamit upang gumawa ng bakal. Hindi kataka-taka, ang mga gastos sa produksyon ng bakal ay nagsimulang mabawasan nang malaki. Ang mga presyo para sa bakal na tren ay bumaba ng higit sa 80% sa pagitan ng 1867 at 1884, bilang isang resulta ng mga bagong pamamaraan ng paggawa ng bakal, na nagpapasimula ng paglago ng industriya ng bakal sa mundo.

Ang Proseso ng Open Hearth

Noong 1860s, ang karagdagang Aleman na Karl Wilhelm Siemens ay pinahusay na produksyon ng asero sa pamamagitan ng paglikha ng open door process. Ang bukas na proseso ng apuyan ay gumawa ng bakal mula sa baboy na bakal sa malalaking mababaw na hurno.

Ang paggamit ng mataas na temperatura upang masunog ang labis na carbon at iba pang mga impurities, ang proseso ay umaasa sa pinainit na mga chamber ng brick sa ibaba ng apuyan. Ang mga nagtitipid na hurno ay nagamit ulit ng mga gasses mula sa pugon upang mapanatili ang mataas na temperatura sa mga silid ng laryo sa ibaba.

Ang pamamaraang ito na pinapayagan para sa produksyon ng mga mas mataas na dami (50-100 metric tons ay maaaring ginawa sa isang pugon), panaka-nakang pagsubok ng tinunaw na bakal upang ito ay maaaring gawin upang matugunan ang partikular na mga pagtutukoy at ang paggamit ng scrap bakal bilang isang raw na materyales . Kahit na ang proseso mismo ay mas mabagal, sa pamamagitan ng 1900 ang proseso ng open hearth ay higit na pinalitan ang proseso ng Bessemer.

Kapanganakan ng Industriya ng Bakal

Ang rebolusyon sa produksyon ng asero na nagkaloob ng mas mura, mas mataas na materyal na kalidad, ay kinikilala ng maraming negosyante sa araw na ito bilang pagkakataon sa pamumuhunan. Ang mga kapitalista ng huling ika-19 na siglo, kabilang sina Andrew Carnegie at Charles Schwab, ang namuhunan at gumawa ng milyun-milyon (bilyon sa kaso ng Carnegie) sa industriya ng bakal. Ang Carnegie's US Steel Corporation, na itinatag noong 1901, ay ang unang korporasyon na inilunsad na nagkakahalaga ng higit sa isang bilyong dolyar.

Electric Arc Furnace Steelmaking

Matapos lamang ang pagliko ng siglo, naganap ang isa pang pag-unlad na maaaring magkaroon ng malakas na impluwensiya sa ebolusyon ng produksyon ng asero. Ang electric arc furnace ng Paul Heroult (EAF) ay idinisenyo upang pumasa sa isang electric kasalukuyang sa pamamagitan ng sisingilin materyal, na nagreresulta sa exothermic oksihenasyon at temperatura ng hanggang sa 3272°F (1800°C), higit pa sa sapat na init ng produksyon ng bakal.

Sa una na ginamit para sa mga steels na espesyalidad, ang EAF ay lumaki sa paggamit at, sa pamamagitan ng World War II, ay ginagamit para sa pagmamanupaktura ng bakal na haluang metal. Ang mababang gastos sa pamumuhunan na kasangkot sa pag-set up ng EAF Mills ay nagpapahintulot sa kanila na makipagkumpetensya sa mga pangunahing producer ng US tulad ng US Steel Corp at Bethlehem Steel, lalo na sa carbon steels, o mahabang produkto.

Dahil ang mga EAF ay maaaring makagawa ng bakal mula sa 100% scrap-o malamig na ferrous-feed, mas mababa ang enerhiya sa bawat yunit ng produksyon ay kinakailangan. Bilang kabaligtaran sa pangunahing mga hearth ng oxygen, ang mga operasyon ay maaari ding tumigil at magsimula sa kaunting gastos. Para sa mga kadahilanang ito, ang produksyon sa pamamagitan ng EAF ay patuloy na tumataas sa mahigit na 50 taon at ngayon ay humigit-kumulang sa 33% ng global steel production.

Oxygen Steelmaking

Ang karamihan ng global na produksyon ng asero-mga 66% -nagagawa na ngayon sa mga pangunahing pasilidad ng oxygen. Ang pag-unlad ng isang paraan upang paghiwalayin ang oxygen mula sa nitrogen sa isang pang-industriya na sukat sa 1960 na pinapayagan para sa mga pangunahing pag-unlad sa pag-unlad ng pangunahing oxygen hurno.

Ang mga pangunahing hurno ng oxygen ay pumutok ng oxygen sa mga malalaking dami ng tunaw na bakal at scrap na bakal at maaaring makumpleto ang singil nang mas mabilis kaysa sa mga bukas na pamamaraan ng apuyan. Ang mga malalaking sasakyang may hawak na hanggang 350 metrong tonelada ng bakal ay maaaring makumpleto ang conversion sa bakal sa mas mababa sa isang oras.

Ang cost efficiencies ng oxygen steelmaking ay gumawa ng mga open-hearth factories na uncompetitive at, kasunod ng pagdating ng oxygen steelmaking noong dekada 1960, ang open-hearth operations nagsimulang pagsasara. Ang huling pasilidad ng open-hearth sa US ay sarado noong 1992 at sa Tsina noong 2001.

_Pinagmulan:

_{Spoerl, Joseph S. Isang Maikling Kasaysayan ng Produksyon ng Iron at Steel. Saint Anselm College.}

_{Ang World Steel Association. www.steeluniversity.org}

_{Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Mga Metal sa Serbisyo ng Tao . 11th Edition (1998).}