|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Staliwo. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas W historii metalurgii żelaza miały miejsce trzy rewolucyjne wstrząsy, które wywarły głęboki wpływ na całą historię ludzkości: pierwszy miał miejsce w czasach starożytnych, kiedy pojawiły się piece z paleniskiem surowym; drugi miał miejsce w średniowieczu, po odkryciu procesu przemian; trzeci miał miejsce w drugiej połowie XIX wieku i był związany z rozpoczęciem produkcji staliwa. Stal przez cały czas pozostawała najbardziej potrzebnym i pożądanym produktem hutnictwa żelaza, ponieważ tylko ona posiadała twardość i wytrzymałość wymaganą do wyrobu narzędzi, broni i części maszyn. Ale zanim stał się produktem stalowym, metal musiał przejść szereg pracochłonnych operacji. Najpierw wytopiono żelazo z rudy. Następnie żeliwo zostało zredukowane do miękkiego żelaza. Ostatecznie, poprzez długotrwałe kucie żelaznego pierścienia, uzyskano z niego niezbędną część stalową (lub tylko półfabrykat, który następnie poddano ostatecznej obróbce wykańczającej na maszynach do cięcia metalu). Produkcja miękkiego żelaza, a w szczególności kucia, od dawna stanowi wąskie gardło w procesie obróbki żelaza. Zajęło im to najwięcej czasu i wysiłku, a wyniki nie zawsze były zadowalające. Problem ten stał się szczególnie dotkliwy w XIX wieku, kiedy gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na tanią stal. Oczywiście wielu naukowców i wynalazców wpadło na pomysł, który później wyraził Bessemer: jak uzyskać metal o właściwościach żelaza i stali, ale w postaci płynnej, aby można go było użyć do odlewania? Rozwiązanie tego problemu wymagało kilkudziesięciu lat ciężkiej pracy wielu metalurgów. Po drodze dokonano kilku ważnych odkryć i wynalazków, z których każdy stanowił epokę w historii obróbki żelaza. Do końca XVIII wieku przemiana żeliwa w miękkie żeliwo ciągliwe odbywała się tylko w piecach dymowych. Ta metoda była jednak pod wieloma względami niewygodna. Otrzymywany podczas niej metal był niejednorodny - miejscami zbliżał się swoimi właściwościami do żeliwa ciągliwego, miejscami - do stali. Ponadto praca wymagała dużo czasu i wysiłku fizycznego. Ponieważ paliwo (węgiel) miało bezpośredni kontakt z żelazem, postawiono mu bardzo wysokie wymagania, ponieważ wszelkie zanieczyszczenia miały wpływ na jakość produktu końcowego. Zużycie węgla było bardzo wysokie (średnio do odzyskania 1 kg żelaza potrzeba było do 4 kg węgla). W największych kuźniach w ciągu 24 godzin udało się uzyskać nie więcej niż 400 kg żelaza. Tymczasem rynek domagał się coraz więcej żelaza i stali. Aby spełnić te prośby, konieczne było znalezienie doskonalszego sposobu na przerobienie żeliwa. Znaczącym krokiem naprzód na tej ścieżce był proces kałuży zaproponowany w 1784 roku przez Anglika Korta w specjalnie zaprojektowanym piecu.
Pudding to metalurgiczny proces przekształcania żeliwa w miękkie żelazo niskoemisyjne (kute żelazo). Istota procesu polega na topieniu żeliwa w specjalnym piecu bez kontaktu z paliwem i mieszaniu roztopionego metalu specjalnymi prętami, na których osadzają się cząstki roztopionego żelaza, tworząc stopniowo ciastowatą skorupę o wadze do 40-60 kg. Na wyjściu z pieca do puddingu otrzymana kritsa jest kuta i wysyłana do spłaszczenia. Żelazo budyniowe dobrze się spawa, ma dużą ciągliwość, zawiera mało zanieczyszczeń (fosfor, siarka, wtrącenia niemetaliczne). Główne urządzenie pieca do pudlingu było następujące. W piecu spalano paliwo. Produkty spalania przez kamienny próg wpadały do przestrzeni roboczej pieca, gdzie na palenisku znajdowało się załadowane żeliwo z żelazistymi żużlami. Żużel pod działaniem płomienia przeszedł w stan pastowaty i częściowo się stopił. Wraz ze wzrostem temperatury żeliwo zaczęło się topić, a jego zanieczyszczenia wypalały się pod wpływem tlenu zawartego w żużlach. W ten sposób żeliwo zostało odwęglone, to znaczy zamieniło się w gąbczasty żelazny krzyk. Istotną różnicą między piecem puddlingowym a dymarnią było to, że pozwalał na użycie jako paliwa dowolnego paliwa, w tym taniego węgla surowego, a jego objętość była znacznie większa.
Piece budyniowe sprawiły, że żelazo było tańsze. Jednocześnie, w przeciwieństwie do krzyczących rogów, piekarnik Korta nie wymagał wymuszonego dmuchania. Dostęp powietrza i dobry ciąg uzyskano dzięki wysokiej rurze. To był jeden z powodów, dla których piece budyniowe stały się powszechne na całym świecie. Jednak istotną wadą tych pieców było to, że powietrze wdmuchiwało tylko górną część żeliwa. Aby redukcja żelaza przebiegała równomiernie i w całej objętości, konieczne było okresowe otwieranie pieca i mieszanie żeliwa. To była ciężka praca fizyczna. Ponadto, ponieważ siła i możliwości robotnika były ograniczone, piec nie mógł być zbyt duży. (Aby umożliwić mieszanie, Kort dostarczył dwie rury, z których jedna znajdowała się pod piecem, a druga - na końcu pieca. Została otwarta w momencie, gdy konieczne było obniżenie temperatury.) W połowie XIX wieku piece do pudlingu nie odpowiadały już nowym potrzebom przemysłu. Aby sprostać zapotrzebowaniu, trzeba było zbudować kilka pieców dla każdego wielkiego pieca (średnio dziesięć pieców puddlingowych obsługiwało jeden wielki piec). Zwiększyło to koszty i utrudniło produkcję. Wielu wynalazców zastanawiało się, jak zastąpić kałużę lepszym sposobem odzyskiwania żelaza. Przed innymi problem ten rozwiązał angielski inżynier Bessemer. Bessemer przeszedł do metalurgii po wielu latach prac nad ulepszaniem dział i pocisków artyleryjskich. Postawił sobie za cel znalezienie sposobu na wyprodukowanie wysokiej jakości staliwa, z którego można by odlewać armaty. Obserwując wielokrotnie topienie żeliwa zauważył, że stałe żelazo zredukowane powstaje przede wszystkim w pobliżu rur dmuchawy. To doprowadziło go do pomysłu uzyskania stali poprzez intensywne przedmuchiwanie powietrza przez roztopione żeliwo. Bessemer swoje pierwsze eksperymenty przeprowadzał w zamkniętym tyglu, który ogrzewał w kuźni z koksem. Wynik przerósł najśmielsze oczekiwania. W niecałą godzinę dmuchania zamienił żelazo w pierwszorzędną stal. Ponadto dalsze eksperymenty wykazały, że nie ma potrzeby wprowadzania ciepła do procesu metalurgicznego z zewnątrz. Faktem jest, że żeliwo zawiera własny materiał palny jako zanieczyszczenia: krzem, mangan, węgiel - w sumie około 45 kg materiałów palnych na każdą tonę żeliwa. Poprzez ich spalanie umożliwiły znaczne podwyższenie temperatury topnienia i uzyskanie stali w stanie ciekłym. W 1856 roku Bessemer publicznie zademonstrował wynaleziony przez siebie konwerter stały. Konwerter miał formę niskiego pionowego pieca, zamkniętego od góry sklepieniem z otworem na wylot gazów. Z boku pieca znajdował się drugi otwór do wlewania żeliwa. Gotową stal wypuszczano przez otwór w dolnej części pieca (podczas pracy konwertora była zatkana gliną). W pobliżu paleniska pieca znajdowały się rury dmuchawy (dysze). Ponieważ konwerter był nieruchomy, czyszczenie rozpoczęto przed wlaniem żelaza. W przeciwnym razie metal zalewałby dysze. Z tego samego powodu konieczne było przedmuchiwanie, aż cały metal został uwolniony. Cały proces zajął nie więcej niż 20 minut. Najmniejsze opóźnienie w wydaniu dało małżeństwo. Ta niedogodność, a także szereg innych niedociągnięć stałego konwertera, zmusiły Bessemera do przejścia na piec obrotowy. W 1860 roku opatentował nowy projekt przetwornika, który w zasadzie przetrwał do dziś.
Metoda Bessemera była prawdziwą rewolucją w dziedzinie metalurgii. Jego konwerter w ciągu 8-10 minut przerobił 10-15 ton żeliwa na żeliwo sferoidalne lub stal, co wcześniej zajęłoby kilka dni pracy pieca pudlingowego lub kilka miesięcy pracy dawnego dymarki. Jednak po tym, jak metoda Bessemera zaczęła być stosowana w warunkach przemysłowych, jej wyniki okazały się gorsze niż w laboratorium, a stal wyszła bardzo złej jakości. Przez dwa lata Bessemer próbował rozwiązać ten problem iw końcu dowiedział się, że w swoich doświadczeniach żeliwo zawiera mało fosforu, podczas gdy w Anglii powszechnie stosowano żeliwo wytopione z rud żelaza o wysokiej zawartości fosforu. Tymczasem fosfor i siarka nie wypaliły się wraz z innymi zanieczyszczeniami; z żeliwa wpadły w stal i znacznie obniżyły jej jakość. To, poza wysokimi kosztami konwertera, doprowadziło do tego, że metoda Bessemera była bardzo powoli wprowadzana do produkcji. A 15 lat później w Anglii większość żeliwa została przetopiona w piecach do puddlingu. Konwertery są znacznie szerzej stosowane w Niemczech i USA.
Wraz z metodą Bessemera produkcji stali ogromną rolę zyskała metoda martenowska. Jego istotą było zespalanie żeliwa ze złomem w specjalnym piecu regeneracyjnym. Piec ten został wynaleziony i zbudowany w 1861 roku przez niemieckich inżynierów Friedricha i Williama Siemensów na potrzeby przemysłu szklarskiego, ale najszerzej stosowany był w metalurgii. W skład pieca wchodzili producenci gazu (lub generatory gazu), sam piec z regeneratorami ciepła (lub regeneratorami) do ogrzewania gazu i powietrza oraz przedział odlewniczy (plac).
Generatory i regeneratory zostały połączone specjalnym systemem kanałów dla gazu, powietrza i produktów spalania. Te ostatnie były odprowadzane do komina o wysokości do 40 m, który zapewniał niezbędny ciąg. Generatory znajdowały się pod paleniskiem lub na bokach pieca. Regeneratorami były specjalne komory do ogrzewania gazu i powietrza. Specjalne zmienne zawory przesyłały gaz i powietrze do jednej komory, potem do drugiej, a produkty spalania były odprowadzane do rury. Spalanie przebiegało w następujący sposób. Gaz i powietrze były ogrzewane we własnej komorze, a następnie wchodziły do przestrzeni topienia, gdzie miało miejsce spalanie. Produkty spalania, po przejściu przez dno pieca, wpadały do regeneratorów i oddawały większość swojego ciepła na mur regeneratora, a następnie trafiały do komina. Aby proces przebiegał w sposób ciągły, za pomocą zaworów powietrze i gaz kierowane były najpierw do jednej pary regeneratorów, a następnie do drugiej. W wyniku tak przemyślanej wymiany ciepła temperatura w piecu osiągnęła 1600 stopni, czyli przekroczyła temperaturę topnienia czystego żelaza bezwęglowego. Stworzenie pieców wysokotemperaturowych otworzyło nowe horyzonty dla metalurgii. W połowie XIX wieku wszystkie kraje uprzemysłowione posiadały ogromne zapasy złomu. Ze względu na wysoką ogniotrwałość nie nadawał się do produkcji. Francuscy inżynierowie Émile i Pierre Martin (ojciec i syn) zaproponowali stopienie tego złomu z żeliwem w piecu regeneracyjnym i otrzymanie w ten sposób stali. W 1864 roku w zakładzie Sireil pod kierownictwem Siemensa przeprowadzili pierwszą udaną wytop. Wtedy ta metoda zaczęła być stosowana wszędzie. Piece martenowskie były tańsze od konwertorów i dlatego były szerzej stosowane. Jednak ani metoda Bessemera, ani metoda martenowska nie umożliwiły uzyskania wysokiej jakości stali z rudy zawierającej siarkę i fosfor. Problem ten pozostawał nierozwiązany przez półtorej dekady, aż w 1878 r. angielski metalurg Sidney Thomas wpadł na pomysł dodania do konwertora do 10-15% wapna. W tym przypadku powstały żużle, które mogą zatrzymywać fosfor w silnych związkach chemicznych. W efekcie wypalił się fosfor wraz z innymi niepotrzebnymi zanieczyszczeniami, a żeliwo zamieniło się w wysokiej jakości stal. Znaczenie wynalazku Thomasa było ogromne. Umożliwiło to produkcję stali na dużą skalę z rud zawierających fosfor, które były wydobywane w dużych ilościach w Europie. Ogólnie rzecz biorąc, wprowadzenie procesów Bessemera i otwartego paleniska umożliwiło produkcję stali w nieograniczonych ilościach. Staliwo szybko zdobyło miejsce w przemyśle, a od lat 70. XIX wieku kute żelazo prawie całkowicie wyszło z użycia. Już w pierwszych pięciu latach po wprowadzeniu produkcji martenowskiej i Bessemera światowa produkcja stali wzrosła o 60%. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Motocykl
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Najtańszą siłą roboczą nie są Chińczycy, ale roboty ▪ Stare opony - na akumulatory ▪ Bezwentylatorowy cyfrowy zasilacz Mean Well PHP-3500
▪ sekcja witryny Film artystyczny. Wybór artykułu ▪ artykuł Beze mnie ludzie nie są kompletni! Popularne wyrażenie ▪ artykuł Kto pierwszy zjadł czekoladę i napił się kakao? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Praca w studniach sygnalizacji kablowej. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Potrójny kwadrat. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony