Sinau Sejarah Saka Zaman Besi Kanggo Electric Arc Furnaces
Nanging sajrone sawatara ewu taun iki, kualitas wesi sing bakal diprodhuksi bakal gumantung banget marang bijih sing ana ing metode produksi.
Ing abad kaping 17, sifat-sifat wesi uga dimangerteni, ananging nambah kutha-kutha ing Eropah mbutuhake logam struktural sing luwih serbaguna.
Lan ing abad kaping 19, jumlah wesi dikonsumsi kanthi ngembangake ril karet sing nyedhiyakake metallurgists karo insentif finansial kanggo nemokake solusi kanggo britleness wesi lan proses produksi ora efisien.
Ananging, terobosan utama ing sajarah baja teka ing taun 1856 nalika Henry Bessemer ngembangake cara efektif kanggo nggunakake oksigen kanggo ngurangi kandungan karbon ing wesi: Industri baja modern lair.
Era Besi
Ing suhu sing dhuwur banget, zat besi wiwit nyerep karbon, sing ngurangi titik leleh logam, sing ngasilake wesi besi (2,5 nganti 4,5% karbon). Perkembangan furnace blast, pisanan dipigunakaké déning wong Tionghoa ing abad kaping-6 SM nanging sing luwih akeh dipigunakaké ing Éropah sajrone Zaman Pertengahan, nambah produksi wesi besi.
Wesi babi iku wesi cair sing metu saka tungku blast lan adhem ing saluran utama lan cetakan sisih. Ingot cilik, tengah lan adoh luwih kaya pigura lan suckling.
Besi wesi kuwat nanging cuwut saka brittleness amarga isi karbon, nggawe kurang saka becik kanggo digunakake lan mbentuk. Minangka metallurgists nyadari yen kandungan karbon dhuwur ing wesi iku minangka pusat masalah brittleness, padha nguji nganggo cara anyar kanggo ngurangi isi karbon supaya bisa luwih wesi.
Ing pungkasan abad kaping 18, ironmakers sinau cara ngowahi wesi babi menyang wesi mawa karbon rendah kanthi nggunakake tungku pudding (dikembangake dening Henry Cort ing 1784). Tungku dipanaskan karo wesi lebur, sing kudu diobong dening puddlers nggunakake alat sing berbentuk buahe, ngidinaké oksigen kanggo gabung lan alon mbusak karbon.
Minangka kandungan karbon ngurangi, titik leleh wesi nambah, saingga massa wesi bakal diglomerasi ing tungku. Massa iki bakal dibusak lan digarap karo palu kanthi puddler sadurunge digulung dadi lembaran utawa ril. Taun 1860, ana luwih saka 3.000 pudding tungku ing Inggris, nanging proses tetep ditindakake dening tenaga kerja lan intensitas BBM.
Wangun baja sing paling wiwitan, baja blister, wiwit produksi ing Jerman lan Inggris ing abad kaping 17 lan diprodhuksi dening nambahake isi karbon ing wesi babi lebur nggunakake proses sing dikenal minangka cementation. Ing proses iki, bar wesi tempa dilapisi kanthi areng bubuk ing kotak watu lan digawe panas.
Sawise kira-kira seminggu, wesi bakal nresep karbon ing areng. Pemanasan sing bola-bali bakal ndhistribusake karbon luwih merata lan asil kasebut, sawise ngejang, ana baja blister. Kandungan karbon sing luwih dhuwur sing digawe baja blister luwih praktis tinimbang babi wesi, sing bisa ditindhes utawa digulung.
Prodhuksi baja blister majeng ing taun 1740 nalika pemain bina inggris Benjamin Huntsman nalika nyoba ngembangake baja sing berkualitas apik kanggo spatu jam, nemokake yen logam bisa dicairake ing lempengan lempung lan disuling karo fluks khusus kanggo mbusak slag sing proses sementasi kiwa mburi. Asilé ana pucet utawa baja cast. Nanging amarga biaya produksi, baja blister lan baja iki mung digunakake ing aplikasi khusus.
Akibaté, wesi sing digawe ing tungku puddling tetep minangka logam struktural utama ing industrialisasi Britania sadurungé abad kaping-19.
Proses Bessemer lan Modern Steelmaking
Perkembangan ril sepur ing abad ka-19 ing Eropa lan Amerika ndadekake tekanan gedhene ing industri wesi, sing isih berjuang kanthi proses produksi ora efisien.
Nanging baja isih durung mbuktikake minangka logam struktural lan produksi alon lan larang. Sing nganti 1856 nalika Henry Bessemer teka kanthi cara sing luwih efektif kanggo ngenalake oksigen menyang wesi lebur kanggo ngurangi kandungan karbon.
Saiki dikenal minangka Proses Bessemer, Bessemer ngrancang wadhah sing bentuke pear-disebut minangka 'converter' - ing ngendi wesi bisa dipanasake nalika oksigen bisa ditibakake liwat logam molten. Minangka oksigen ngliwati logam molten, bakal reaksi karo karbon, ngetokake karbon dioksida lan ngasilake wesi sing luwih murni.
Proses iki cepet lan murah, ngilangi karbon lan silikon saka wesi sajrone menit nanging uga dadi sukses. Karben akeh karbon dicopot lan oksigen tetep tetep ing prodhuk final. Bessemer pungkasane kudu mbayar maneh investor nganti dheweke bisa nemokake cara kanggo nambah isi karbon lan mbusak oksigen sing ora dikarepake.
Ing wektu sing padha, ahli metallurgi Inggris Robert Mushet entuk lan wiwit nguji senyawa wesi, karbon, lan mangan- dikenal minangka speigeleisen . Manganese dikenal kanggo mbusak oksigen saka wesi molten lan isi karbon ing speigeleisen, yen ditambah ing jumlah sing bener, bakal nyedhiyakake solusi kanggo masalah Bessemer. Bessemer wiwit nambah proses konversi kanthi sukses banget.
Nanging, isih ana masalah. Bessemer gagal nemokake cara kanggo mbusak fosfor-salah sijining kotor sing mbebayani sing ndadekake baja brittle-saka produk akhire. Akibaté, mung bijih bebas fosfor saka Swedia lan Wales bisa digunakake.
Ing taun 1876, Welshman Sidney Gilchrist Thomas teka kanthi solusi kanthi nambahake batu kapur murni dhasar kimia-kanggo proses Bessemer. Batu gamping nggambar fosfor saka wesi babi menyang slag, saéngga unsur sing ora dikepengini dibusak.
Inovasi iki tegese, pungkasane, bijih besi saka ngendi wae ing donya bisa digunakake kanggo nggawe baja. Ora kaget, biaya produksi baja wiwit ngalami penurunan. Harga kanggo rel baja ngeculake luwih saka 80% antarane 1867 lan 1884, minangka asil saka teknik produksi baja anyar, ngetokake pertumbuhan industri baja donya.
Proses Open Hearth
Ing taun 1860-an, insinyur Jerman Karl Wilhelm Siemens luwih cepet ningkatake produksi baja liwat proses penciptaan hearth. Proses perapian sing mbukak gawé baja saka wesi babi ing tungku dawa sing gedhe.
Nggunakake suhu sing luwih dhuwur kanggo ngobong karbon lan impurities liyane, prosès migunaake kamar-kamar bata panas ing ngisor lemah. Furnet regeneratif banjur digunakake gas buang saka pawon kanggo njaga suhu dhuwur ing kamar bata ngisor.
Cara iki diijini kanggo produksi luwih akeh (50-100 metrik ton bisa diprodhuksi ing siji pawon), pengujian periodik baja cair supaya bisa digawe kanggo nemtokake spesifikasi tartamtu lan nggunakake baja scrap minangka bahan mentahan . Sanajan proses kasebut rada luwih alon, ing taun 1900 proses hearth sing mbukak akeh diganti karo proses Bessemer.
Birth of the Steel Industry
Revolusi produksi baja sing nyedhiyakake bahan sing luwih murah, sing luwih dhuwur, diakoni dening akeh pengusaha, minangka kesempatan investasi. Kapitalis pungkasan abad ka-19, kalebu Andrew Carnegie lan Charles Schwab, nandur modal lan mili (miliga saka Carnegie) ing industri baja. Carnegie's US Steel Corporation, didegaké taun 1901, yaiku perusahaan pisanan sing diluncurake kanthi regane luwih saka siji milyar dolar.
Steel Arc Furnace Steelmaking
Sadurunge wiwitan abad kasebut, pembangunan liyane sing bakal nyedhiyakake pangaruh sing kuat marang evolusi produksi baja. Paul Hallult's electric arc furnace (EAF) dirancang kanggo ngliwati arus listrik liwat materi sing dienggo, ngasilake oksidasi exothermic lan suhu nganti 3272 ° F (1800 ° C), luwih saka cukup kanggo ngasilake produksi baja.
Kaping pisanan digunakake kanggo baja khusus, EAFs digunakaké lan, kanthi Perang Donya II, digunakake kanggo ngasilake alloy baja. Biaya investasi sing nyebabake biaya pabrik EAF diijini supaya bisa ngetungake prodhusèn utama AS kayata US Steel Corp. lan Betlehem Steel, utamane ing baja karbon, utawa produk dawa.
Amarga EAF bisa ngasilake baja saka 100% kobongan utawa feed ferrous sing adhem, kurang energi saben unit produksi dibutuhake. Minangka gantos hearths oksigen dhasar, operasi uga bisa mandheg lan diwiwiti kanthi biaya sing adoh. Amarga alasan kasebut, produksi liwat EAF wis terus berkembang nganti luwih saka 50 taun lan saiki nyatakake kira-kira 33% saka produksi baja global.
Oksigen Steelmaking
Mayoritas produksi baja global-sekitar 66%-saiki wis diprodhuksi ing fasilitas oksigen dhasar. Perkembangan metode kanggo misahake oksigen saka nitrogen ing skala industri ing taun 1960-an ngidini kanggo kemajuan gedhé ing pangembangan tungku oksigen dhasar.
Dhasar oksigen mbledhos oksigen menyang jumlah gedhe saka molten wesi lan kobongan baja lan bisa ngrampungake muatan luwih cepet tinimbang cara ngemis lemah. Kapal gedhe nganti 350 metrik ton wesi bisa ngrampungake konversi dadi baja kurang saka siji jam.
Efisiensi biaya ngasilake baja oksigen nggawe pabrik-pabrik mbukak-hearth ora kompatibel lan, sawise kedadeyan baja oksigen ing taun 1960-an, operasi open-hearth mulai ditutup. Fasilitas open-hearth pungkasan ing AS ditutup ing taun 1992 lan ing China nalika taun 2001.
Sumber:
Spoerl, Joseph S. Sejarah Singkat Produksi Besi lan Baja. Saint Anselm College.
World Steel Association. www.steeluniversity.org
Street, Arthur. & Alexander, WO 1944. Logam ing Service Man . 11th Edition (1998).