Երկաթե դարից մինչեւ Բեսսեմերի գործընթացը եւ ժամանակակից պողպատե արտադրությունը
Երկաթե դարաշրջան
Շատ բարձր ջերմաստիճաններում երկաթը սկսում է կլանել ածխածնային նյութը, որը նվազեցնում է մետաղի հալման կետը, որի արդյունքում շերտը (2,5-ից 4,5% ածխածնային): Պայթյունի վառարանների մշակում, որը նախապես օգտագործվել էր չինական կողմից մ.թ.ա. 6-րդ դարում, բայց ավելի լայնորեն կիրառվում է Եվրոպայում միջնադարում, մեծացրել է չուգունի արտադրությունը:
Pig Iron
Հալած երկաթը, որը պայթեցվել է պայթուցիկ վառարաններից եւ հիմնական ջրանցքում սառեցված եւ հարակից հոդերի մեջ, վերածվել է պղնձի երկաթի, քանի որ խոշոր, կենտրոնական եւ հարակից փոքր խառնուրդները նման էին սերմնացան եւ հագեցած փուշեր:
Չորացրած երկաթ
Չորահողը ուժեղ է, սակայն տառապում է ածխածնի բովանդակության շնորհիվ, ինչը դարձնում է ավելի քիչ, քան աշխատելու եւ ձեւավորելու համար: Քանի որ մետալուրգիստները տեղյակ էին, որ երկաթում բարձր ածխածնի բովանդակությունը կենտրոնացած է բրիտանացիների խնդրի վրա, նրանք փորձարկել են ածխածնի բովանդակությունը նվազեցնելու նոր մեթոդներ, որպեսզի երկաթը ավելի գործունակ դառնա:
Կռած երկաթ
18-րդ դարի վերջին, երկաթագործները սովորեցին, թե ինչպես փոխել պղնձի հանքաքարը ցածր ածխածնային բովանդակությամբ կռած երկաթով, օգտագործելով կավե վառարաններ (մշակված Henry Cort- ը 1784 թ.): Պղնձե ջեռուցվող հալած երկաթը, որը պետք է խառնվել պուդլերներով, օգտագործելով երկար թեւավոր գործիքներ, թույլ տալով թթվածին միացնել եւ դանդաղ հեռացնել ածխածնից:
Քանի որ ածխածնի պարունակությունը նվազում է, երկաթի հալեցման կետը մեծանում է, ուստի երկաթի զանգվածները կլցնեն հնոցը: Այս զանգվածները կվերացվեն եւ աշխատեցին պղինձի կողմից հարվածային մուրճով, նախքան շերտերն ու ռելսերը գլորվելը: 1860 թ. Մեծ Բրիտանիայում եղել են ավելի քան 3000 պուդինգ վառարաններ, սակայն գործընթացը մնաց խանգարեց իր աշխատանքի եւ վառելիքի ինտենսիվության պատճառով:
Blister Steel- ը
Պղնձի պողպատի ամենալավ ձեւերից մեկը, 17-րդ դարում Գերմանիայում եւ Անգլիայում, սկսեց արտադրվել եւ արտադրվել է ածխածնի պղնձի մեջ ածխածնի պարունակությունը, օգտագործելով ցեմենտացիան: Այս գործընթացում կախված երկաթե շերտերը քարե տուփերում շերտավորված փայտածուխի հետ շերտավոր էին եւ տաքացվում:
Մոտ մեկ շաբաթ անց երկաթը կլանեց ածխածնի մեջ փայտածուխի մեջ: Կրկնվող ջեռուցման դեպքում ալ ածխածին ավելի տարածված էր, իսկ արդյունքը, սառեցուց հետո, պղնձի պողպատ էր: Որքան ածխածնի բովանդակությունը դարձնում է պղնձի պողպատը, որը շատ ավելի գործունակ է, քան pig iron- ը, որը թույլ է տալիս սեղմել կամ ուղղել:
Պայծառ պողպատե արտադրությունը առաջ է անցել 1740-ականներին, երբ անգլերեն ժամացույցի բեռնախցիկ Բենջամին Հանթսմանը փորձում էր բարձրորակ պողպատե իր ժամացույցի աղբյուրների համար մշակել, պարզել է, որ մետաղը կարող է հալվել կավե խաչքարերով եւ զտվել հատուկ հոսքով, քերելուց հեռացնելը, հետեւում: Արդյունքը ծանրաբեռնված էր կամ պոչամբար: Սակայն արտադրության արժեքի շնորհիվ, այնպես էլ պղպեղը եւ պղնձե պողպատը օգտագործվել են միայն մասնագիտացված ծրագրերում:
Արդյունքում, 19-րդ դարի մեծ մասում Մեծ Բրիտանիայի արդյունաբերական մետաղը շարունակում էր մնալ փայտային վառարաններում պատրաստված չուգուն:
Bessemer գործընթացը եւ ժամանակակից պողպատե արտադրությունը
19-րդ դարում երկաթգծի աճը Եվրոպայում եւ Ամերիկայում մեծ ճնշում գործադրեց երկաթի արդյունաբերությանը, որը դեռ պայքարում էր անարդյունավետ արտադրական գործընթացների համար: Պողպատը դեռեւս չի հաստատվել որպես կառուցվածքային մետաղ եւ արտադրությունը դանդաղ ու թանկ էր: Դա մինչեւ 1856 թվականը, երբ Հենրի Բեսեմերը ավելի արդյունավետ կերպով հանդես եկավ թթվածին ներծծված երկաթի մեջ ներդնելու համար, ածխածնի պարունակությունը նվազեցնելու համար:
Այժմ հայտնի է որպես Bessemer- ի գործընթացը, Bessemer- ն նախագծել է տանձի ձեւավոր խցիկ, որը կոչվում է «փոխարկիչ», որի մեջ երկաթը կարող է տաքացնել, իսկ թթվածինը կարող է պայթել հալած մետաղից: Քանի որ թթվածնը անցնում էր հալված մետաղից, այն կարտացոլի ածխածնի հետ, ազատելով ածխաթթու գազը եւ ավելի մաքուր երկաթ է արտադրում:
Գործընթացը արագ եւ էժան էր, րոպեներով ածխածնից եւ սիլիցիայից հանելով երկաթից, սակայն տառապում էր շատ հաջողակ:
Չափից շատ ածխածն էր հանվել եւ վերջնական արդյունքում մնաց շատ թթվածին: Bessemer- ը, ի վերջո, ստիպված էր մարել իր ներդրողներին, մինչեւ որ կարողանա գտնել ածխածնի բովանդակությունը եւ հեռացնել անցանկալի թթվածին:
Միեւնույն ժամանակ, բրիտանացի մետալուրգաբան Ռոբերտ Մուշեթը ձեռք է բերել եւ սկսել է փորձարկել երկաթ, ածխածնային եւ մանգանի միացություններ, որոնք հայտնի են որպես spiegeleisen : Մանգան հայտնի էր, որ հալած երկաթից թթվածին հանեն եւ ածխածնի պարունակությունը spiegeleisen- ում, եթե ավելացվեն ճիշտ քանակությամբ, թույլ կտա լուծել Բեսսեմերի խնդիրները: Bessemer- ը սկսեց ավելացնել իր փոխակերպման գործընթացին մեծ հաջողություններով:
Մի խնդիր մնաց: Բեսսեմերը չկարողացավ գտնել ֆոսֆորի հեռացման մի միջոց, որը վնասակար խառնուրդ է, որը դառնում է պողպատե խճճված `իր վերջնական արտադրանքից: Հետեւաբար, կարելի է օգտագործել միայն ֆոսֆորի ազատ հանքաքարեր Շվեդիան եւ Ուելսը:
1876 թ. Welshman Sidney Gilchrist Թոմասը եկավ լուծում, ավելացնելով քիմիապես հիմնական հոսք-կրաքար `Բեսսեմերի գործընթացին: Կիտրոնը խաշած երկաթից ֆոսֆոր է քաշում, թույլ տալով անցանկալի տարրը հեռացնել:
Այս նորարարությունը նշանակում էր, որ վերջապես աշխարհում ամենուրեք երկաթի հանքաքարը կարող է օգտագործվել պողպատե պատրաստելու համար: Զարմանալի չէ, որ պողպատի արտադրության ծախսերը սկսեցին զգալիորեն նվազել: Պողպատե երկաթուղու գները նվազել են ավելի քան 80% -ից 1867-ի եւ 1884-ի միջեւ, նոր պողպատի արտադրության տեխնիկայի արդյունքում, որը նախաձեռնում էր համաշխարհային պողպատի արդյունաբերության աճը:
Բաց բաց գործընթացը.
1860-ական թվականներին գերմանացի ինժեներ Կարլ Վիլհելմ Սիմենսը ավելի մեծացրեց պողպատե արտադրությունը `բաց օջախի ստեղծման միջոցով: Բաց օջախային պրոցեսը խոշոր մակերեսային վառարաններում խողովակի երկաթից պողպատ է արտադրում:
Օգտագործելով բարձր ջերմաստիճանները, ածխածնի եւ այլ խառնուրդների այրման համար գործընթացն ապավինում էր օջախի տակ գտնվող ջեռուցվող աղյուսանոցների սենյակներին: Վերականգնվող վառարանները հետագայում օգտագործեցին ջեռուցվող գազերը վառարանից `ստորին խցիկներում բարձր ջերմաստիճան պահպանելու համար:
Այս մեթոդը, որը թույլ է տալիս արտադրել ավելի մեծ քանակությամբ արտադրանք (50-100 մետր տոննա մեկ վառարանում), հալեցված պողպատի պարբերական փորձարկում, որպեսզի այն հնարավոր լինի կատարելագործելու համար հատուկ առանձնահատկությունները եւ հումքի օգտագործումը `որպես հումք . Թեեւ գործընթացը շատ դանդաղ էր, 1900-ականներին բաց օջախ գործընթացը հիմնականում փոխարինեց Բեսեմերյան գործընթացը:
Ծխախոտի արտադրության ծնունդ.
Պողպատի արտադրության հեղափոխությունը, որն ապահովում էր ավելի էժան, բարձրորակ նյութ, օրվա գործարարների կողմից ճանաչվեց որպես ներդրումային հնարավորություն: 19-րդ դարի վերջի կապիտալիստները, այդ թվում `Էնդրյու Քարնեգի եւ Չարլզ Շվաբը, ներդրումներ կատարեցին եւ արտադրեցին միլիոնավոր միլիարդներ, Carnegie- ի դեպքում, պողպատե ոլորտում: Carnegie- ի US Steel Corporation- ը, որը հիմնադրվել է 1901 թ.-ին, առաջին կորպորացիան էր, որը սկսել է ավելի քան մեկ միլիարդ դոլար արժողությամբ:
Էլեկտրական աղեղ վառարաններ Steelmaking:
Դարերի հերթական փուլից հետո, մեկ այլ զարգացում տեղի ունեցավ, որը ուժեղ ազդեցություն կունենա պողպատի արտադրության էվոլյուցիայի վրա: Պոլ Հերուլտի էլեկտրական վարդի վառարանը (EAF) նախագծված էր լիցքավորված նյութի միջոցով էլեկտրական հոսանք անցնել, արդյունքում արտանետման օքսիդացում եւ ջերմաստիճան մինչեւ 3272 ° F (1800 ° C), ավելի քան բավարար է պողպատե արտադրության ջերմությունը:
Սկզբում օգտագործվում էր մասնագիտացված պողպատե, EAF- ների օգտագործման ժամանակ, եւ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ օգտագործվում էին պողպատե համաձուլվածքների արտադրության համար: Ցածր ներդրումային ծախսերը, որոնք ներգրավված էին EAF հանքերի ստեղծման մեջ, թույլ էին տվել, որ նրանք մրցակցեն ամերիկյան US Steel Corp- ի եւ Bethlehem Steel- ի, հատկապես ածխածնային պողպատից կամ երկարատեւ արտադրանքների հետ:
Քանի որ EAF- ները կարող են արտադրել պողպատ, 100% ցրտից կամ ցրտաշունչ սննդամթերքից, պակաս էներգիա է արտադրության մեկ միավորի համար: Ի տարբերություն հիմնական թթվածնի օջախների, գործառնությունները կարող են դադարեցվել եւ սկսվել քիչ ծախսերով: Այդ պատճառով EAFs- ի միջոցով արտադրությունը 50 տարի շարունակ աճում է, եւ այժմ կազմում է գլոբալ պողպատի արտադրության շուրջ 33% -ը:
Թթվածնային պողպատե արտադրանք.
Գլոբալ պողպատե արտադրության մեծամասնությունը, մոտ 66 տոկոսը, այժմ արտադրվում է հիմնական թթվածին սարքավորումներում: 1960-ական թվականներին արդյունաբերական սանդղակում ազոտի թթվածնից առանձնացնելու մեթոդի զարգացումը թույլ տվեց հիմնական թթվածնային վառարանների զարգացման գործում խոշոր առաջընթացներ ապահովել:
Հիմնական թթվածնային վառարանները թթվածին հարվածում են մեծ քանակությամբ հալած երկաթի եւ գրության պողպատի եւ կարող են շատ ավելի արագ վճարել, քան բաց օջախային մեթոդները: Մինչեւ 350 մետր տոննա երկաթ ունեցող խոշոր անոթները կարող են ամբողջությամբ փոխակերպվել պողպատից մեկ ժամից պակաս:
Թթվածնային պողպատե արտադրության ծախսերի արդյունավետությունը բաց երկնքի գործարանները անպատեհ է եւ 1960-ական թթ. Թթվածնի պողպատի արտադրության առաջացման արդյունքում բացվեց օջախային գործողությունները: ԱՄՆ-ում վերջին բացօթյա ջոկատը փակվել է 1992 թվականին եւ 2001 թվականին Չինաստանում:
Աղբյուրները.
Spoerl, Ջոզեֆ Ս. Երկաթե եւ պողպատե արտադրության պատմություն : Սուրբ Անսալմ քոլեջ:
Առկա է `http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm
Աշխարհի պողպատե ասոցիացիան: Կայք `www.steeluniversity.org
Փողոց, Արթուր Եւ Ալեքսանդր, WO 1944. Մետաղներ մարդուն ծառայությունում : 11-րդ հրատարակություն (1998):