Una breve storia d'acciaio

Come è evoluto il processo di produzione di steelmaking dalle radici nel fare ferro? Diamo un'occhiata alla storia dell'acciaio.

L'era del ferro

A temperature molto alte, il ferro inizia ad assorbire il carbonio, che abbassa il punto di fusione del metallo, con conseguente ghisa (2,5-5,4% di carbonio). Lo sviluppo di forni ad alta intensità, prima utilizzati dai cinesi nel VI secolo aC ma più ampiamente utilizzati in Europa durante il Medioevo, hanno aumentato la produzione di ghisa.

Il ferro fuso che è stato esaurito dai forni ad alta temperatura e raffreddato nel canale principale e gli stampi adiacenti sono stati chiamati ferro di ghisa perchè i lingotti più piccoli, centrali e adiacenti, somigliavano a porche e succhi.

Ghisa

Il ghisa è forte ma soffre di fragilità a causa del suo contenuto di carbonio, rendendolo meno che ideale per lavorare e modellare. Come i metallurgici hanno accertato che l'alto contenuto di carbonio nel ferro è stato centrale per il problema della fragilità, hanno sperimentato nuovi metodi per ridurre il contenuto di carbonio al fine di rendere il ferro più funzionale.

Fino alla fine del XVIII secolo, i ferrifici hanno imparato a trasformare il ferro di ghisa in un ferro battuto a basse emissioni di carbonio usando i forni a pozzanghera (sviluppato da Henry Cort nel 1784). I forni riscaldati di ferro fuso, che dovevano essere agitati da

puddlers

utilizzando utensili lunghi a forma di ricambio, consentendo l'ossigeno di combinare con e lentamente rimuovere il carbonio.

Mentre il contenuto di carbonio diminuisce, il punto di fusione del ferro aumenta, quindi massa di ferro agglomerare nel forno. Queste masse sarebbero rimosse e lavorate con un martello falso dal puddler prima di essere arrotolati in fogli o rotaie. Nel 1860, in Gran Bretagna esistevano oltre 3000 forni a pelo, ma il processo è rimasto ostacolato dalla sua intensità di manodopera e di combustibile.

- 13 -> Blister Steel Una delle prime forme dell'acciaio in acciaio blister inizia la produzione in Germania e in Inghilterra nel XVII secolo ed è stata prodotta aumentando il contenuto di carbonio nel ferro di ghisa fuso con un processo noto come cementazione. In questo processo, le barre di ferro battuto sono state stratificate con carbone in polvere in scatole di pietra e riscaldate.

Dopo circa una settimana, il ferro assorbe il carbonio nel carbone. Il riscaldamento ripetuto distribuirebbe più carbonamente il carbonio e il risultato, dopo il raffreddamento, è stato l'acciaio a blister. Il contenuto di carbonio più elevato ha reso l'acciaio a blister molto più lavorabile rispetto al ferro da stiro, permettendolo di essere pressato o laminato.

La produzione di acciaio a blister avanzò negli anni 1740 quando l'orologo inglese Benjamin Huntsman, cercando di sviluppare un acciaio di alta qualità per le sue molle d'orologio, ha trovato che il metallo potrebbe essere fuso in crogioli di argilla e raffinato con un flusso speciale per eliminare scorie che il processo di cementazione lasciato indietro.Il risultato era crogiolo o acciaio fuso. Ma a causa del costo della produzione, entrambi i blister e l'acciaio fuso sono stati utilizzati solo in applicazioni speciali.

Di conseguenza, la ghisa realizzata in forno a pozzanghera è rimasta il principale metallo strutturale nella industrializzazione della Gran Bretagna durante la maggior parte del XIX secolo.

Il processo di Bessemer e la lavorazione moderna

La crescita delle ferrovie nel corso del 19esimo secolo sia in Europa che in America ha esercitato una grande pressione sull'industria del ferro, che ha ancora lottato con processi di produzione inefficienti. L'acciaio era ancora non dimostrato come un metallo strutturale e la produzione era lenta e costosa. Fu fino al 1856 quando Henry Bessemer si presentò con un modo più efficace per introdurre l'ossigeno in ferro fuso per ridurre il contenuto di carbonio.

Ora conosciuto come il processo Bessemer, Bessemer disegnò un recipiente a forma di pera, denominato "convertitore", in cui il ferro poteva essere riscaldato mentre l'ossigeno potrebbe essere soffiato attraverso il metallo fuso. Mentre l'ossigeno passava attraverso il metallo fuso, reagirebbe con il carbonio, rilasciando l'anidride carbonica e produrrà un ferro più puro.

Il processo è stato veloce e poco costoso, rimuovendo il carbonio e il silicio dal ferro in pochi minuti ma ha sofferto di avere successo.

Il carbonio è stato rimosso e troppo ossigeno è rimasto nel prodotto finale. Bessemer ha infine dovuto rimborsare i suoi investitori fino a trovare un metodo per aumentare il contenuto di carbonio e rimuovere l'ossigeno indesiderato.

Allo stesso tempo, il metallurgo britannico Robert Mushet acquisì e cominciò a sperimentare un composto di ferro, carbonio e manganese conosciuto come

spiegeleisen

. Il manganese era noto per eliminare l'ossigeno dal ferro fuso e il contenuto di carbonio nel spiegeleisen se aggiunto nelle giuste quantità, sarebbe la soluzione ai problemi di Bessemer. Bessemer ha iniziato ad aggiungerlo al suo processo di conversione con grande successo.

Un problema è rimasto. Bessemer non era riuscito a trovare un modo per togliere il fosforo - una impurità dannosa che rende fragile l'acciaio - dal suo prodotto finale. Di conseguenza, potrebbero essere utilizzate solo le esportazioni di fosfori da Svezia e Galles.

Nel 1876 il gallese Sidney Gilchrist Thomas si avvicinò alla soluzione aggiungendo un procedimento chimico-calcare-calcestruzzo al processo Bessemer. Il calcare ha trafilato il fosforo dalla ghisa nella scoria, permettendo l'eliminazione dell'elemento indesiderato. Questa innovazione ha significato che finalmente il minerale di ferro da qualsiasi parte del mondo potrebbe essere utilizzato per realizzare l'acciaio. Non sorprende che i costi di produzione dell'acciaio iniziano a diminuire significativamente. I prezzi per la guida in acciaio sono scesi di oltre l'80% tra il 1867 e il 1884, a seguito delle nuove tecniche di produzione dell'acciaio, innescando la crescita dell'industria siderurgica mondiale. Il processo di apertura del focolare:

Negli anni 1860, l'ingegnere tedesco Karl Wilhelm Siemens ha ulteriormente rafforzato la produzione di acciaio attraverso la sua creazione del processo a focolare aperto. Il processo a focolare aperto produceva acciaio da ghisa in grandi forni superficiali.

Utilizzando alte temperature per bruciare carbonio in eccesso e altre impurità, il processo si basava su camere di mattoni riscaldati sotto il focolare.I forni di tipo rigenerativo utilizzano poi gas di scarico dal forno per mantenere alte temperature nelle camere di mattoni sottostanti.

Questo metodo ha consentito di produrre quantità molto maggiori (50-100 tonnellate di tonnellata potrebbero essere prodotte in un unico forno), prove periodiche dell'acciaio fuso in modo da poter essere soddisfatte specifiche specifiche e l'utilizzo di acciaio da rotta una materia prima. Anche se il processo stesso era molto più lento, nel 1900 il processo a focolare aperto aveva sostanzialmente sostituito il processo Bessemer.

Nascita dell'industria dell'acciaio:

La rivoluzione nella produzione di acciaio che ha fornito materiale più economico e di alta qualità è stato riconosciuto da molti uomini d'affari della giornata come opportunità di investimento. I capitalisti della fine del XIX secolo, tra cui Andrew Carnegie e Charles Schwab, hanno investito e realizzato milioni (miliardi nel caso di Carnegie) nell'industria siderurgica. La US Steel Corporation di Carnegie, fondata nel 1901, è stata la prima società mai lanciata con un valore di oltre un miliardo di dollari.

Furnace di arco elettrico Steelmaking:

Subito dopo la fine del secolo, si è verificato un altro sviluppo che avrebbe una forte influenza sull'evoluzione della produzione di acciaio. La fornace elettrico dell'arco Paul Heroult (EAF) è stata progettata per passare una corrente elettrica attraverso un materiale caricato, con conseguente ossidazione esotermica e temperature fino a 3272

°

F (1800

°

C) sufficiente per riscaldare la produzione di acciaio. Inizialmente utilizzato per acciai speciali, gli EAF sono stati in uso e, dalla seconda guerra mondiale, sono stati utilizzati per la produzione di leghe d'acciaio. I bassi costi di investimento che hanno coinvolto la creazione di impianti EAF hanno permesso loro di competere con i principali produttori statunitensi come US Steel Corp e Bethlehem Steel, specialmente in acciai al carbonio o prodotti lunghi. Poiché gli EAF possono produrre acciaio dal 100% di rottami o freddi, è necessario produrre meno energia per unità di produzione. Al contrario di focolari di ossigeno di base, le operazioni possono anche essere fermate e avviate con costi poco associati. Per questi motivi, la produzione attraverso gli EAF è stata costantemente aumentata da oltre 50 anni e rappresenta oggi circa il 33% della produzione mondiale di acciaio. Produzione di ossigeno: La maggior parte della produzione mondiale di acciaio - circa il 66% - è ora prodotta in impianti di ossigeno di base. Lo sviluppo di un metodo per separare l'ossigeno dall'azoto su scala industriale negli anni '60 ha permesso di notevoli progressi nello sviluppo di forni di base dell'ossigeno.

I forni di ossigeno di base soffiano l'ossigeno in grandi quantità di ferro fuso e acciaio rotto e possono completare una carica molto più rapidamente dei metodi aperti del focolare. Grandi imbarcazioni contenenti fino a 350 tonnellate di ferro possono completare la conversione in acciaio in meno di un'ora.

L'efficienza dei costi dell'acciaio di ossigeno ha reso le aziende di open-hearth non competitive e, a seguito dell'avvento dell'acciaio di ossigeno negli anni '60, le operazioni di apertura del focolare hanno cominciato a chiudere. L'ultimo impianto a focolare aperto negli Stati Uniti è stato chiuso nel 1992 e in Cina nel 2001.

Fonti:

Spoerl, Joseph S.

Una breve storia della produzione di ferro e acciaio

. Università di Saint Anselm.

_{Disponibile: // www. Anselm. edu / homepage / dbanach / h-Carnegie-acciaio. htm}

_{La World Steel Association. Sito web: www. steeluniversity. org Via, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metalli nel servizio dell'uomo}

_{. 11a edizione (1998).}