История производства стали

История производства стали

За последнее столетие сталь сделала огромный эволюционный скачок: появились новые методы производства, а также новые сплавы, отличающиеся уникальными техническими характеристиками. К примеру, в 1913 году английский металлург Гарри Брирли обнаружил, что сталь с высоким содержанием содержанием хрома гораздо более эффективно способна противостоять кислотной коррозии. Благодаря этому открытию сегодня без труда можно приобрести лист нержавеющий 12х18н10т.

Крупные кузничные цеха в Европе появились во второй половине XIX века. Также, с этого момента зарождается современная тяжелая промышленность, распространяясь все больше.

Этот период, дающий надежду и обновление, способствовал созданию и развитию подобных предприятий. Вся промышленная система изменялась каждый раз при появлении новых материалов или способов ковки, как и новых марок стали. В одном только регионе Марселя в тот период (между двумя войнами) насчитывалось до 8 металлургических заводов, где работали несколько сотен людей, не считая механических компаний, и тех, которые самостоятельно владели кузницей с падающим молотом, не говоря уже о варском побережье с промышленным центром в Тулоне и Ла-Сейн-сюр-Мер.

История производства стали

Появление стали

Самое первое упоминание о стали датируется промежутком между 1650 и 1700 гг. до н.э. у хеттов и халибов (народов Малой Азии и Кавказа). Фактически, это была масса неочищенного металла. В земельную яму, выложенную камнями, покрытыми слоями глины, они насыпали древесный уголь и поджигали, сверху слоями укладывая железную руду, чередуя ее с углем. Эта руда или оксид железа представляла собой небольшие камни, которые они собирали с поверхности земли. Температура, полученная в этой яме, была довольно низкой, т.к. эффективные способы обдувки отсутствовали, и для разжигания использовали полые стебли (камышовые тростинки). Таким образом, после долгих усилий получали раскаленную пастообразную массу, называемую крицей, по которой нужно было энергично стучать, чтобы избавиться от примесей (отходов из-за нагревания и древесного угля). Эта крица, обработанная на наковальне, становилась предметом быта и даже оружием.

История производства стали

Железо

Железо появилось в Галлии только в 500 г. до н.э. Примерно в то же время оно возникло и в швейцарском посёлке под названием Ла-Тен в кантоне Нёвшатель. Этот второй железный век длился с галльского периода до римской оккупации. Затем он прошел в Египте (в 1100 г. до н.э.), Греции (в 1000 г.до н.э.), Австрии (в 900 г. до н.э, в Халльштадте, небольшом городе, который дал свое название первому периоду железного века), Италии (в 600 г.до н.э.), Англии (в 300 г. до н.э.) и завершился в Испании, где техника производства подверглась первому усовершенствованию.

То, что вначале было просто ямой в земле, является своего рода постоянно открытой и наполовину засыпанной камерой сгорания, стенки которой немного выступают над уровнем земли. Она называется пудлинговой печью или каталонским горном. Руда всегда нагревается в непосредственном контакте с древесным углем, расположенным между нее слоями.

У кельтов и галлов печи возвышались прямо над землей, и их производительность была выше благодаря лучшей тяге, но в особенности из-за того, что она раздувалась мехами, сделанными вручную из сшитых вместе шкур животных. Это повышает температуру приблизительно от 1100° до 1200°, что отбирает кислород, содержащийся в руде, и дает железо со слабым содержанием углерода. После чего, как и прежде, эта пастообразная масса подвергается энергичным ударам молота. Ее вес не превышает 0,5-1 кг. Только спустя несколько десятилетий к началу средневековья она достигает до 20 кг. Для того чтобы вытащить крицу нужно было систематически разбирать печи и, конечно, каждый раз собирать заново. В связи с постоянно растущими потребностями и получаемым каждый раз слишком маленьким количеством, множество печей собирали и разжигали одновременно. Для удобства транспортировки и хранения крицы, наши предки придавали ей специальную вытянутую форму, которую они называли болванкой.

История производства стали

Чугун

На протяжении столетий размер производства железной крицы все еще оставался скромным, однако, позволял нашим предкам изготавливать предметы обихода, с/х и военные орудия. Начиная с конца 12-го и начала 13-го века, усовершенствования стремительно сменяют друг друга. Пудлинговые печи, строящиеся все выше и выше над землей, достигают от 1,50 м до 1,80 м. Отныне они строятся из камня с каменной огнеупорной обшивкой внутри. Технология обдувки тоже усовершенствовалась. Благодаря использованию гидравлической энергии, была достигнута настолько высокая температура, что эта масса, похожая на расплавленную лаву, может быть извлечена наружу с помощью отверстия, специально предназначенного для этой цели. Крица достигала уже нескольких килограмм, а в период между 12 и 14 веками ее вес доходил от нескольких десятков килограмм до сотни в одной печи.

К началу 14 века высота печей увеличилась, как и их тяга. Также улучшилась и технология обдувки, а, следовательно, повысилась температура горения, достаточная для того, чтобы железная руда поглощала все большее количество углерода. Этот карбид железа, плавящийся при более низкой температуре, растворяет в свою очередь углерод. Между 1350 и 1400 гг. произошло совершенно неожиданное и непредвиденное событие. Однажды из подобного типа печи, вероятно, в результате плохо контролируемого процесса раздувания, чуть более интенсивного, чем обычно, вышел действительно жидкий продукт плавки (тогда как железо представляло собой пастообразную массу). Этот новый твердый и хрупкий металл совсем не был податливым, ковким и еще менее поддающимся сварке, т.к. содержание углерода в нем было слишком высокое. Однако, использовать для литья его было невозможно. Так возник чугун. Одни считают, что он появилась в районе Льежа в Бельгии, другие, что в Рурской области в Германии.

Благодаря чугуну, отныне можно было изготавливать все больше и больше различных необходимых в нашей повседневной жизни предметов, таких как решетки, перила, якоря для лодок, дымоход, тарелки, кастрюли, печатные символы, оружие, и т.д. Отныне, их называют доменные печи, чей объем производства измеряется тоннами в месяц.

Еще позже, удалив из чугуна слишком высокое содержание углерода (обезуглероживание) и примесей в плавильне (очистка), получают новый податливый ковкий материал – железо.

Кроме того, в это время (приблизительно 15 век) с появлением специальных инструментов и самых разнообразных машин зарождается настоящая металлургическая промышленность: прокатный стан (английского происхождения, 1750-1800 гг.). Гидравлические молоты или волочильные машины, которые приводились в движение рабочим колесом. Кузнечные мастерские, проволочные и литейные заводы сделали из железа повседневные предметы: ножи, пилы, гвозди, булавки, бритвы и т.д. Крица достигает от 20 до 100 кг.

В 1530 г. немецкий минералог Георгий Агрикола пишет труд, позволяющий продуктивнее использовать железо и другие металлы. Его «Книга о металлах» настолько исчерпывающая (с многочисленными очень точными для своей эпохи изображениями), что она переиздается еще в течение двух столетий во всей зарождающейся промышленной Европе.

Постепенное исчезновение лесов приводит к замене древесного угля на каменный уголь (приблизительно 1650 г.). Строительство крупных линейных и торговых кораблей, а также растущий спрос на древесный уголь иногда на протяжении веков изменяют внешний вид огромных территориальных участков, например, в районе Марселя.

В Англии потребление древесного угля настолько маленькое, что они на время останавливают производство и закрывают заводы.

История производства стали

Сталь

Примерно в 5 веке н.э. кельты научились превращать железо в сталь. Они также были первыми, кто делал посуду и оружие из выкованной смеси железа и стали. Ближе к среднему веку этот новый металл назывался дамасская сталь.

В период между 1740 и 1750 гг. англичанину Бенджамину Хантсмену впервые удалось получить сталь путем плавления железа, полученного в результате переработки чугуна в нагретом горне (углеродистый агломерат получен путем перегонки каменного угля – метод Дарби, 1735 г.), горне вместимостью приблизительно до 10-12 кг. Так появилась расплавленная сталь.

Французский физик Рене Антуан Фершо де Реомюр (1683 - 1757) написал основные принципы современной чёрной металлургии, начиная с греческой стали и железа, упомянув небесные тела, т.к. впервые человек столкнулся с железом, которое было обломком метеорита, найденного на земле.

Во второй половине 18 века, в 1784 г., другой англичанин Генри Корт представил новый способ очистки чугуна его прямым преобразованием в так называемую природную сталь. Это пудлингование (перемешивание). Для этого он построил специальную печь, называемую отражательной, потому что ее выпуклая форма отражала жар. Впервые во время нагревания расплав не только перемешивался, но и находился отдельно от топлива.

Перемешивание массы осуществлялось вручную с помощью кочерги, которую засовывали через боковую дверь. Всплывающий шлак удаляли тем же путем. Это тяжелая работа была рассчитана на мужчин. Лишь некоторое время спустя изобрели вращающиеся печи, в которых перемешивание массы осуществлялось автоматически. Затем, через несколько десятилетий, применение пара механизирует пудлингование. Производительность возрастает до сотни килограмм, а к 1840 г. оно достигает 650 тонн / год. В 1785 году в Крезо начинают широко использовать кокс для топки.

Но, безусловно, настоящую революцию произвело изобретение конвертера другим англичанином, Генри Бессемера, в 1855 году. Это своего рода гигантский перегонный куб, выложенный внутри огнеупорным кирпичом, в котором подвергают переделу расплавленный чугун, пропуская через него мощный поток воздуха и превращая, непосредственно, в сталь. В качестве примера, в 1806 году производство чугуна в доменной печи составляло 4 тонны в сутки, а в 1850 году оно увеличилась до 15 тонн в день!

В 1864 году французу Пьеру Мартену тоже удалось получить сталь очень хорошего качества из железной руды и остатков расплава, которые в бессемеровском процессе оставались неиспользованными, в печи, которая отражала жар, позволяя достигать еще более высокой температуры (немецкий патент В.Фон Сименса в 1860 г.). Принцип действия этой печи действует и сейчас.

История производства стали

В середине 19-го века, Англия обладает техническим и технологическим преимуществом и навязывает свои изобретения Европе. Доменные печи приобретает внушительные размеры, и их производительность становится соответствующей. Благодаря изобретению Т. Ньюкомена парового двигателя в 1712 году, в 1828 Дж. Б. Нильсон использует пар для продувки или нагнетания горячего воздуха.

Затем, в 1877 году, Томас Джилкрист (тоже англичанин) обрабатывает фосфористый чугун, используя специальное покрытие из смеси извести и магния, применяемое в конвертере Бессемера. Примерно в это же время начинают производить большое количество стали.

К концу 19 века развитие электричества повлияло и на производство стали. Таким образом, появляются электродуговые печи, а в начале 20-го века электрифицируют доменные печи. Позднее появляются индукционные печи, сменяющие все остальные.

После 1890 года свойства металла (и без того примечательные упругость, прочность, пластичность и т.д.) усилились, став лучше и разнообразней из-за добавления сплавов никеля, хрома, марганца и т.д., вследствие чего появилась сталь, известная как нержавеющая. Да, конечно же, металлургия того времени еще не могла производить высококлассный лист 12х18н10т, однако качество продукции значительно возросло и достигло небывалых высот по сравнению с началом 19 века.

В период между двумя мировыми войнами производительность доменной печи, составляющая 100 тонн, в 1940 году достигает около 500 т/сут. В то же время производительность мартеновской печи возросла с 20/25 до 100 тонн, а конвертер Томаса выпускает от 15 до 50 тонн.

История производства стали

В настоящее время некоторые печи производят до 10000 тонн железа в день. Что касается конвертеров, то они достигают объема от 3 до 400 тонн на сталелитейных заводах.

Современная черная металлургия, такая, какой мы ее знаем в настоящее время, появилась в 60-х гг. и с прошлого века сохранила свои основные принципы. В данный момент существует более 3000 видов стали и она занимает 2 место в мире среди самых используемых материалов.

История производства стали

Прокатка

Для того чтобы кузнецы могли использовать сырую сталь из расплавленной массы, сначала нужно уменьшить ее огромный вес (иногда достигающий несколько сотен тонн) с помощью изложницы. Затем важную роль играет прокатный стан.

Эти машины изначально предназначены для преобразования болванок или блюмов (блюминг), которых, с помощью молотов, пресса или листового слитка (слябинг), превращают в плоский прокат различной толщины, части которого будут получены путем резки различными способами.

История производства стали

Проще говоря, прокатные станы – это стальной каркас, называемый клеть, состоящий из цилиндров (из чугуна или стали) и гладкой поверхности, над которой они вращаются в противоположном направлении для облегчения прохождения материала. Регулировка расстояния между цилиндрами выполняется либо вручную (на небольших клетях), либо, на наиболее крупных, механически.

Существует несколько типов станов горячей прокатки, которые классифицируются в соответствии с количеством и расположением цилиндров и в зависимости от типа желаемого продукта: блюм, сляб, профильный прокат и т.д..

На стане с двумя цилиндрами, который называется «дуо» или «двусторонний», мотор позволяет сделать последовательные проходы вперед и назад в одной клетке до получения желаемой толщины. В самом начале люди использовали крицу, и, когда она выходила из-под цилиндров, они ее пропускали заново.

На прокатке с тремя цилиндрами или «трио» с двойным эффектом, продукция сначала проходит между цилиндрами, средним и верхним, а затем между средним и нижним.

Прокатка с четырьмя цилиндрами или «кватро». Два средних цилиндра работают, поддерживаемые с внешней стороны двумя другими, в то время как большие, называемые опорными валками, позволяет избежать их изгиба под нагрузкой.

Также, одни прокатные станы используются для прокатки шаров подшипников (блюминг), другие позволяют профилировать железнодорожные рельсы, строительные балки, бруски любых размеров и рыночную мягкую сталь, не говоря уже о проволоке, обручной стали и т.д.

История производства стали

И, наконец, несколько слов о конкретном виде прокатного стана, Сендзимир (назван в честь его изобретателя, польского инженера Тадеуша Сендзимира), стана холодной прокатки, который предназначен для производства тонких листов (менее 2 мм) согласно строгим требованиям. Работу двух небольшого диаметра цилиндров поддерживает большое количество опорных валок.

16 ноября 2020 в 12:41

Читайте также:

Навигация


Категории

Последние статьи