|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Acciaio fuso. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Nella storia della metallurgia del ferro vi furono tre sconvolgimenti rivoluzionari che ebbero un profondo impatto sull'intero corso della storia umana: il primo ebbe luogo in tempi antichi, quando apparvero le fornaci a suola grezza; la seconda avvenne nel medioevo, dopo la scoperta del processo di alterazione; la terza avvenne nella seconda metà dell'XNUMX e fu associata all'inizio della produzione di acciaio fuso. L'acciaio è sempre rimasto il prodotto più necessario e desiderato della metallurgia del ferro, perché solo possedeva la durezza e la resistenza richieste per la fabbricazione di strumenti, armi e parti di macchine. Ma prima di trasformarsi in un prodotto siderurgico, il metallo ha dovuto subire una serie di operazioni ad alta intensità di manodopera. In primo luogo, il ferro veniva fuso dal minerale. Quindi la ghisa è stata ridotta a ferro dolce. Infine, mediante la forgiatura a lungo termine di un anello di ferro, da esso si ricavava la parte in acciaio necessaria (o solo un grezzo per esso, che veniva poi sottoposto a finitura finale su macchine per il taglio dei metalli). La produzione di ferro dolce, e in particolare la forgiatura, è stata a lungo il collo di bottiglia nel processo di lavorazione del ferro. Hanno richiesto il massimo sforzo e tempo e i risultati sono stati tutt'altro che sempre soddisfacenti. Questo problema divenne particolarmente acuto nel XNUMX° secolo, quando la domanda di acciaio a basso costo aumentò notevolmente. Naturalmente, molti scienziati e inventori hanno avuto un'idea, che in seguito Bessemer ha espresso: come ottenere un metallo con le proprietà del ferro e dell'acciaio, ma in forma liquida, in modo che possa essere utilizzato per la fusione? La soluzione di questo problema ha richiesto diversi decenni di duro lavoro da parte di molti metallurgisti. Lungo il percorso furono fatte diverse importanti scoperte e invenzioni, ognuna delle quali costituì un'epoca nella storia della lavorazione del ferro. Fino alla fine del XNUMX° secolo la conversione della ghisa in ghisa tenera malleabile avveniva solo nei forni di fioritura. Questo metodo, tuttavia, era scomodo sotto molti aspetti. Il metallo ottenuto durante esso era eterogeneo - in alcuni punti si avvicinava nelle sue qualità alla ghisa malleabile, in alcuni - all'acciaio. Inoltre, il lavoro ha richiesto molto tempo e impegno fisico. Poiché il combustibile (carbone) era a diretto contatto con il ferro, gli venivano imposti requisiti molto elevati, poiché eventuali impurità influivano sulla qualità del prodotto finale. Il consumo di carbone è stato molto elevato (in media sono stati necessari fino a 1 kg di carbone per ripristinare 4 kg di ferro). Nelle fucine più grandi non era possibile ottenere più di 24 kg di ferro in 400 ore. Nel frattempo, il mercato richiedeva sempre più ferro e acciaio. Per soddisfare queste richieste, era necessario trovare un modo più perfetto per rifare la ghisa. Un significativo passo avanti su questa strada fu il processo di pudding proposto nel 1784 dall'inglese Cort in un forno appositamente progettato.
Il budino è il processo metallurgico di conversione della ghisa in ferro dolce a basso tenore di carbonio (ferro battuto). L'essenza del processo è fondere la ghisa in un forno speciale senza contatto con il carburante e mescolare il metallo fuso con speciali aste su cui si attaccano particelle di ferro fuso, formando gradualmente una crosta simile a un impasto che pesa fino a 40-60 kg. All'uscita dal forno di pozzanghera, la kritsa risultante viene forgiata e inviata all'appiattimento. Il ferro da budino si salda bene, ha un'elevata duttilità e contiene poche impurità (fosforo, zolfo, inclusioni non metalliche). Il dispositivo principale del forno per pozzanghere era il seguente. Il carburante è stato bruciato nella fornace. I prodotti della combustione attraverso la soglia di pietra cadevano nello spazio di lavoro della fornace, dove sul focolare si trovava la ghisa caricata con scorie ferruginose. Le scorie sotto l'azione della fiamma sono passate in uno stato pastoso e parzialmente si sono sciolte. Con l'aumento della temperatura, la ghisa iniziò a fondersi e le sue impurità si bruciarono a causa dell'ossigeno contenuto nelle scorie. Pertanto, la ghisa è stata decarburata, cioè si è trasformata in un grido di ferro spugnoso. Un'importante differenza tra la fornace per pozzanghere e la fioritura era che consentiva l'uso di qualsiasi combustibile come combustibile, compreso il carbone grezzo a basso costo, e il suo volume era molto maggiore.
I forni per budini rendevano il ferro più economico. Allo stesso tempo, a differenza dei clacson urlanti, il forno di Kort non richiedeva la soffiatura forzata. L'accesso all'aria e un buon tiraggio sono stati raggiunti grazie a un tubo alto. Questo è stato uno dei motivi per cui i forni per budini si sono diffusi in tutto il mondo. Tuttavia, uno svantaggio significativo di questi forni era che l'aria soffiava solo nella parte superiore della ghisa. Affinché la riduzione del ferro procedesse in modo uniforme e per tutto il volume, era necessario aprire periodicamente il forno e agitare la ghisa. Era un duro lavoro manuale. Inoltre, poiché la forza e le capacità del lavoratore erano limitate, la fornace non poteva essere troppo grande. (Per consentire l'agitazione, Kort ha fornito due tubi, uno dei quali era sotto il forno e il secondo - alla fine del forno. È stato aperto nel momento in cui era necessario ridurre la temperatura.) Entro la metà del XNUMX° secolo, i forni per pozzanghere non rispondevano più alle nuove esigenze dell'industria. Per stare al passo con la domanda, è stato necessario costruire più forni per ogni grande altoforno (in media, dieci forni per pozzanghere servivano un altoforno). Ciò ha aumentato il costo e ha reso la produzione più difficile. Molti inventori hanno pensato a come sostituire le pozzanghere con un modo migliore per recuperare il ferro. Prima di altri, questo problema è stato risolto dall'ingegnere inglese Bessemer. Bessemer è arrivato alla metallurgia dopo molti anni di lavoro sul miglioramento di pezzi di artiglieria e proiettili. Si è posto l'obiettivo di trovare un modo per produrre acciaio fuso di alta qualità da cui si potessero fondere i cannoni. Osservando più volte la fusione della ghisa, notò che il ferro solido ridotto si forma prima di tutto in prossimità dei tubi della soffiante. Questo lo portò all'idea di ottenere l'acciaio soffiando intensamente aria attraverso la ghisa fusa. Bessemer condusse i suoi primi esperimenti in un crogiolo chiuso, che riscaldò in una fucina con coke. Il risultato ha superato le più rosee aspettative. In meno di un'ora di soffiaggio, ha trasformato il ferro in acciaio di prima classe. Inoltre, ulteriori esperimenti hanno dimostrato che non è necessario introdurre calore nel processo metallurgico dall'esterno. Il fatto è che la ghisa contiene il proprio materiale combustibile come impurità: silicio, manganese, carbonio - in totale, circa 45 kg di materiali combustibili per ogni tonnellata di ghisa. Con la loro combustione, hanno permesso di aumentare notevolmente la temperatura di fusione e ottenere l'acciaio allo stato liquido. Nel 1856 Bessemer dimostrò pubblicamente il convertitore fisso che aveva inventato. Il convertitore aveva la forma di una stufa verticale bassa, chiusa superiormente da una volta con un foro per l'uscita dei gas. Sul lato della fornace c'era un secondo foro per la colata della ghisa. L'acciaio finito è stato rilasciato attraverso un foro nella parte inferiore del forno (durante il funzionamento del convertitore era intasato di argilla). I tubi di soffiaggio (tuyeres) erano situati vicino al focolare della fornace. Poiché il convertitore era fermo, lo spurgo è stato avviato prima che il ferro venisse versato. Altrimenti, il metallo inonderebbe i tubi. Per lo stesso motivo, è stato necessario soffiare fino a quando tutto il metallo non è stato rilasciato. L'intero processo non ha richiesto più di 20 minuti. Il minimo ritardo nel rilascio ha dato un matrimonio. Questo inconveniente, così come una serie di altre carenze del convertitore fisso, ha costretto Bessemer a passare a un forno rotante. Nel 1860 ottenne un brevetto per un nuovo design del convertitore, che è sopravvissuto in termini generali fino ad oggi.
Il metodo Bessemer fu una vera rivoluzione nel campo della metallurgia. In 8-10 minuti, il suo convertitore ha trasformato 10-15 tonnellate di ghisa in ghisa sferoidale o acciaio, cosa che in precedenza avrebbe richiesto diversi giorni di funzionamento di una fornace per pozzanghere o diversi mesi di funzionamento dell'ex fioriera. Tuttavia, dopo che il metodo Bessemer ha iniziato ad essere applicato in condizioni industriali, i suoi risultati si sono rivelati peggiori che in laboratorio e l'acciaio è risultato di pessima qualità. Per due anni Bessemer ha cercato di risolvere questo problema e alla fine ha scoperto che nei suoi esperimenti la ghisa conteneva poco fosforo, mentre in Inghilterra era ampiamente utilizzata la ghisa fusa da minerali di ferro con un alto contenuto di fosforo. Nel frattempo, il fosforo e lo zolfo non si sono esauriti insieme ad altre impurità; dalla ghisa, cadevano nell'acciaio e ne riducevano notevolmente la qualità. Questo, oltre all'alto costo del convertitore, ha portato al fatto che il metodo Bessemer è stato introdotto molto lentamente nella produzione. E 15 anni dopo, in Inghilterra, la maggior parte della ghisa fu fusa in forni per pozzanghere. I convertitori sono molto più utilizzati in Germania e negli Stati Uniti.
Insieme al metodo Bessemer per la produzione dell'acciaio, il metodo a focolare aperto acquisì presto un ruolo importante. La sua essenza era che la ghisa veniva fusa con rottami di ferro in uno speciale forno rigenerativo. Questa fornace fu inventata e costruita nel 1861 dagli ingegneri tedeschi Friedrich e William Siemens per le esigenze dell'industria del vetro, ma era più ampiamente utilizzata nella metallurgia. La composizione del forno comprendeva produttori di gas (o generatori di gas), il forno stesso con recuperatori di calore (o rigeneratori) per il riscaldamento di gas e aria e un vano di fonderia (cantiere).
Generatori e rigeneratori erano interconnessi da uno speciale sistema di canali per gas, aria e prodotti della combustione. Questi ultimi sono stati scaricati in un camino alto fino a 40 m, che ha fornito il tiraggio necessario. I generatori erano ubicati sotto il focolare o ai lati della fornace. I rigeneratori erano camere speciali per il riscaldamento di gas e aria. Speciali valvole variabili dirigevano il gas e l'aria in una camera o nell'altra e i prodotti della combustione venivano scaricati nel tubo. La combustione è avvenuta nel modo seguente. Il gas e l'aria venivano riscaldati ciascuno nella propria camera, quindi entravano nello spazio di fusione, dove avveniva la combustione. I prodotti della combustione, dopo essere passati sul fondo della fornace, si precipitavano nei rigeneratori e qui cedevano la maggior parte del loro calore alla posa dei rigeneratori, quindi entravano nel camino. Affinché il processo procedesse continuamente, con l'aiuto di valvole, aria e gas venivano diretti prima a una coppia di rigeneratori, poi a un'altra. Come risultato di un tale scambio di calore ponderato, la temperatura nella fornace ha raggiunto i 1600 gradi, cioè ha superato la temperatura di fusione del ferro puro senza carbonio. La creazione di forni ad alta temperatura ha aperto nuovi orizzonti per la metallurgia. Entro la metà del 1864° secolo, tutti i paesi industriali avevano enormi scorte di rottami di ferro. A causa della sua elevata refrattarietà, non poteva essere utilizzato in produzione. Gli ingegneri francesi Émile e Pierre Martin (padre e figlio) proposero di fondere questo rottame di ferro con la ghisa in una fornace rigenerativa e ottenere così l'acciaio. Nel XNUMX, presso lo stabilimento Sireil, sotto la guida di Siemens, effettuarono la prima fusione di successo. Quindi questo metodo iniziò ad essere applicato ovunque. I forni a focolare aperto erano più economici dei convertitori e quindi erano più ampiamente utilizzati. Tuttavia, né il metodo Bessemer né il metodo a focolare aperto hanno permesso di ottenere acciaio di alta qualità da minerali contenenti zolfo e fosforo. Questo problema rimase irrisolto per un decennio e mezzo, fino a quando nel 1878 il metallurgista inglese Sidney Thomas ebbe l'idea di aggiungere fino al 10-15% di calce al convertitore. In questo caso si sono formate scorie che potrebbero trattenere il fosforo in composti chimici forti. Di conseguenza, il fosforo è bruciato insieme ad altre impurità non necessarie e la ghisa si è trasformata in acciaio di alta qualità. Il significato dell'invenzione di Thomas era enorme. Ha permesso di produrre acciaio su larga scala da minerali contenenti fosforo, estratti in grandi quantità in Europa. In generale, l'introduzione del Bessemer e dei processi a focolare aperto ha permesso di produrre acciaio in quantità illimitate. L'acciaio fuso conquistò rapidamente il suo posto nell'industria e dagli anni '70 del XIX secolo il ferro battuto cadde quasi completamente in disuso. Già nei primi cinque anni dopo l'introduzione della produzione a focolare aperto e Bessemer, la produzione mondiale di acciaio è aumentata del 60%. Autore: Ryzhov KV
Pelle artificiale per l'emulazione del tocco
15.04.2024 Lettiera per gatti Petgugu Global
15.04.2024 L'attrattiva degli uomini premurosi
14.04.2024
▪ Antico Egitto distrutto dai vulcani ▪ Freddo per un riscaldamento rapido ▪ Sensori Hall DRV5055 e DRV5056 di Texas Instruments ▪ Capodanno arriva un secondo dopo ▪ Difesa aerea laser Skyranger 30 HEL
▪ sezione del sito Palindromi. Selezione dell'articolo ▪ articolo Fattori dannosi di un'esplosione nucleare. Nozioni di base della vita sicura ▪ articolo Cos'è un satellite? Risposta dettagliata ▪ articolo Bob di velluto. Leggende, coltivazione, metodi di applicazione ▪ articolo Purificazione degli oli lubrificanti. Ricette e consigli semplici
Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito
www.diagram.com.ua |
Ti consigliamo articoli interessanti sezione 
Vedi altri articoli sezione 
Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:
Tutte le lingue di questa pagina