Кратка историја челика и Бессемер процес

Високе пећи Кинези су први развили у 6. веку пре нове ере, али су је у широј примени користили у Европи током средњег века и повећали производњу ливеног гвожђа. На врло високим температурама гвожђе почиње да апсорбује угљен, што смањује талиште метала, што резултира ливењем гвожђе (2,5 до 4,5 процента угљеника).

Ливно гвожђе је снажно, али трпи крхкост због садржаја угљеника, што га чини мање него идеалним за рад и обликовање. Као што су металурзи постали свесни да је висок садржај угљеника у гвожђу централни проблем овог проблема крхкост, експериментирали су са новим методама за смањење садржаја угљеника како би повећали више гвожђа обрадив.

Модеран Железара еволуирао од тих раних дана стварања гвожђа и каснијег развоја технологије.

Крајем 18. века, произвођачи гвожђа научили су како да трансформишу ливено гвожђе у ковано гвожђе са ниским удјелом угљеника користећи пећи у локви, које је развио Хенри Цорт 1784. Свињско гвожђе је растаљено гвожђе које се троши из високих пећи и хлади се у главном каналу и сусједним калупима. Име је добио по томе што су велики, централни и сусједни мањи инготи подсећали на свињу и свиње.

Да би се направило ковано гвожђе, пећи су грејале растаљено гвожђе које је требало да се меша са локвама користећи дугачке алате у облику весла, омогућавајући кисеонику да се комбинује и полако уклања угљеник.

Како се смањује садржај угљеника, тачка топљења гвожђа се повећава, па би масе гвожђа агломерирале у пећи. Те би се масе пребациле и радиле челичним чекићем пре него што су их ископиле у плахте или шине. До 1860. у Британији је постојало више од 3.000 ложишта, али процес је и даље ометао његова радна снага и интензивност горива.

Блистер челик - један од најранијих облика челика—Почела производња у Немачкој и Енглеској у 17. веку, а произведена је повећањем садржаја угљеника у растаљеном свињском гвожђу коришћењем поступка познатог као цементација. Током овог поступка шипке од кованог гвожђа биле су слојене дрвеним угљеном у праху у каменим кутијама и грејане.

Након отприлике недељу дана, гвожђе ће апсорбовати угљеник у дрвеном угљу. Понављано загревање би равномерније распоређивало угљен, а резултат, након хлађења, био је челик од блистера. Већи садржај угљеника чини блистер челик много обрадивијим од сировог гвожђа, омогућавајући му прешање или котрљање.

Производња блистера челика је напредовала 1740-их, када је енглески сатник Бењамин Хунтсман открио да метал може растопити у глиненим посудама и рафинирати посебним током, како би се уклонила шљака коју је оставила процес цементације. Хунтсман је покушавао да развије челик високог квалитета за своје опруге са сатом. Резултат је био ливени челик. Због трошкова производње, међутим, блистер и ливени челик су икада коришћени само у специјалним апликацијама.

Као резултат тога, ливено гвожђе произведено у локвама за пећи остало је основни конструкцијски метал у индустрији Британије током већег дела 19. века.

Раст пруга током 19. века и у Европи и у Америци вршио је велики притисак на железарску индустрију, која се и даље борила са неефикасним производним процесима. Челик је и даље био недоказан као конструкцијски метал, а производња је била споро и скупо. То је било све до 1856. године, када је Хенри Бессемер смислио ефикаснији начин да уведе кисеоник у растаљено гвожђе да смањи садржај угљеника.

Сада познат као Бессемеров процес, Бессемер је дизајнирао посуду у облику крушке - која се назива конвертор - у којој се гвожђе може загревати, док се кроз растопљени метал може удувати кисеоник. Док је кисеоник пролазио кроз растаљени метал, он би реаговао са угљеником, ослобађајући угљен диоксид и стварајући више чистог гвожђа.

Процес је био брз и јефтин, уклањање угљеника и силицијума из гвожђа у неколико минута, али је претрпео превише успеха. Уклоњено је превише угљеника, а у крајњем производу је остало превише кисеоника. Бессемер је на крају морао да отплати инвеститорима све док није могао наћи методу за повећање садржаја угљеника и уклањање нежељеног кисеоника.

Отприлике у исто време, британски металург Роберт Мусхет набавио је и почео тестирати једињење гвожђа, угљеника и манган—Упознат као спиегелеисен. За манган је било познато да уклања кисеоник из растаљеног гвожђа, а садржај угљеника у спиегелеисену, ако се дода у правим количинама, обезбедио би решење за Бессемерове проблеме. Бессемер је то започео додавањем у процесу конверзије са великим успехом.

Остао је један проблем. Бессемер није успео да пронађе начин да уклони фосфор - штетну нечистоћу која челик чини крхким - из његовог крајњег производа. Сходно томе, могле би се користити само руде без фосфора из Шведске и Велса.

1876. године Велшанин Сиднеи Гилцхрист Тхомас пронашао је решење додавањем хемијски основног флукса - кречњака - Бессемеровом процесу. Вапненац је извлачио фосфор из свињског гвожђа у шљаку, омогућавајући уклањање нежељених елемената.

Ова иновација значила је да се гвожђа руда из било ког света на крају може користити за производњу челика. Није изненађујуће што су трошкови производње челика почели знатно да се смањују. Цијене челичних жељезница пале су више од 80 посто између 1867. и 1884. године, што је покренуло раст свјетске индустрије челика.

1860-их, немачки инжењер Карл Вилхелм Сиеменс још више је побољшао производњу челика кроз стварање отвореног огњишта. Тако је произведен челик од сировог гвожђа у великим плитким пећима.

Користећи високе температуре за сагоревање вишка угљеника и других нечистоћа, поступак се ослањао на грејне коморе од опеке испод огњишта. Регенеративне пећи су касније користиле издувне гасове из пећи за одржавање високих температура у коморама од цигле испод.

Ова метода омогућила је производњу много већих количина (50-100 тона у једној пећи), периодична испитивања растаљеног челика тако да се може испунити одређеним спецификацијама и употребом челичних отпадака као сирових материјала материјал. Иако је сам процес био много спорији, процес отвореног огњишта је до 1900. године у великој мери заменио Бессемеров процес.

Револуција у производњи челика која је пружала јефтинији и квалитетнији материјал препознали су многи привредници дана као инвестицијску прилику. Капиталисти касног 19. века, укључујући Андрев Царнегие и Цхарлес Сцхваб, инвестирали и зарадили милионе (милијарде у случају Царнегие) у индустрији челика. Царнегие-ова УС Стеел Цорпоратион, основана 1901, била је прва корпорација која је икада вреднала више од милијарду долара.

Непосредно након века, Паул Хероулт-ова електрична лучна пећ (ЕАФ) дизајнирана је да прође електричну струју кроз набијени материјал, што резултира егзотермичком оксидацијом и температурама до 3.272 степена Фаренхеита (1.800 степени Целзијуса), више него довољно за загревање челика производња.

Првобитно коришћени за специјалне челике, ЕАФ-ови су расли у употреби и другим светским ратом су се користили за производњу челичних легура. Ниски трошкови улагања у постављање фабрика ЕАФ-а омогућили су им да се такмиче са главним америчким произвођачима попут УС Стеел Цорп. и Бетлехеми челик, посебно у угљеничним челицима или дугим производима.

Будући да ЕАФ-ови могу произвести челик из стопостотног отпада - или хладно-обојеног ђубрива - потребно је мање енергије по јединици производње. За разлику од основних огњишта за кисеоник, операције се могу зауставити и започети с мало повезаних трошкова. Из тих разлога, производња преко ЕАФ-а непрестано се повећава више од 50 година и представља око 33 процената светске производње челика од 2017. године.

Већина светске производње челика - око 66 процената - производи се у основним постројењима за кисеоник. Развој методе за одвајање кисеоника од азота на индустријском нивоу током 1960-их омогућио је значајан напредак у развоју основних пећи за кисеоник.

Основне пећи за кисеоник удубљавају кисеоник у велике количине растаљеног гвожђа и ломљеног челика и могу напунити пуњење брже него методе отвореног огњишта. Велики бродови који садрже до 350 метричких тона гвожђа могу завршити претварање у челик за мање од једног сата.

Ефикасност трошкова производње челика за кисеоник учинила је творнице отворених огњишта неконкурентним, а након појаве производње челика за кисик у 1960-има, операције на отвореном огњишту почеле су се затварати. Последњи погон на отвореном огњишту у САД-у затворен је 1992. године и у Кини, а последњи је затворен 2001. године.

_{Извори:}

_{Споерл, Јосепх С. Кратка историја производње гвожђа и челика. Саинт Анселм Цоллеге.}

_{На располагању: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm}

_{Светска асоцијација челика. Веб сајт: ввв.стеелуниверсити.орг}

_{Улица, Артхуре. & Алекандер, В. О. 1944. Метали у служби човека. 11. издање (1998).}