Vasfeldolgozás

Szerkesztõink átnézik az Ön által beküldötteket, és megállapítják, hogy módosítják-e a cikket.

amelynek során

Vasfeldolgozás, olvasztási eljárás alkalmazása az érc olyan formává alakítására, amelyből a termékek elkészíthetők. Ebbe a cikkbe beletartozik a vas bányászatának és olvasztásra való előkészítésének tárgyalása is.

A vas (Fe) viszonylag sűrű, ezüstfehér megjelenésű és jellegzetes mágneses tulajdonságokkal rendelkező fém. A földkéreg 5 tömegszázalékát teszi ki, és az oxigén, a szilícium és az alumínium után a negyedik leggyakoribb elem. 1538 ° C (2800 ° F) hőmérsékleten olvad.

A vas allotróp - vagyis különböző formákban létezik. Kristályszerkezete a hőmérséklettől függően testközpontú köbös (bcc) vagy arccentrikus köbös (fcc). Mindkét kristálytani módosításnál az alapkonfiguráció egy kocka, amelynek sarkaiban vasatomok találhatók. Minden más kocka közepén van egy extra atom a másolat másolat másolatának módosításakor, és az arc minden oldalán középpontjában van az fcc. Szobahőmérsékleten a tiszta vas bcc-szerkezete alfa-ferrit; ez mindaddig fennáll, amíg a hőmérsékletet 912 ° C-ra (1674 ° F) nem emelik, amikor az austenit néven ismert fcc elrendezéssé alakul át. További melegítéssel az ausztenit addig marad, amíg a hőmérséklet el nem éri az 1 394 ° C-ot (2541 ° F), és ekkor a bcc szerkezet újra megjelenik. Ez a vasalak, az úgynevezett delta-ferrit, az olvadáspont eléréséig megmarad.

A tiszta fém alakítható és kalapálással könnyen alakítható, de a speciális elektromos alkalmazásokon kívül ritkán használják anélkül, hogy más elemeket adnának hozzá tulajdonságainak javításához. Leginkább vas-szén ötvözetekben jelenik meg, például acélokban, amelyek 0,003 és körülbelül 2% közötti szenet tartalmaznak (a többség 0,01–1,2% közötti tartományban van), valamint 2–4% széntartalmú öntöttvasakban. Az acélokra jellemző széntartalomnál vas-karbid (Fe3C), más néven cementit képződik; ez gyöngyképződéshez vezet, amely egy mikroszkópban láthatóan alfa-ferrit és cementit váltakozó lécekből áll. A cementit keményebb és erősebb, mint a ferrit, de sokkal kevésbé képlékeny, így a szén mennyiségének változtatásával jelentősen eltérő mechanikai tulajdonságok érhetők el. Az öntöttvasakra jellemző magasabb széntartalomnál a szén a gyártási körülményektől függően akár cementitként, akár grafitként válhat szét. Ismét a tulajdonságok széles skáláját kapjuk. A vas-szén ötvözetek ilyen sokoldalúsága széles körben elterjedt a gépiparban, és megmagyarázza, hogy miért a vas messze a legfontosabb az összes ipari fém közül.

Történelem

Noha a rómaiak kemencéket építettek egy gödörrel, amelybe a salakot ki lehetett vezetni, a vasgyártás módszereiben a középkorig alig történt változás. A 15. századra sok virágüzem alacsony aknatartalmú kemencéket használt vízerővel a fújtató meghajtására, és a virágzás, amelynek súlya meghaladhatja a 100 kilogrammot, a tengely tetején keresztül kivont. Az ilyen virágos kandalló végleges változata a katalán kovács volt, amely Spanyolországban a 19. századig fennmaradt. Egy másik kivitel, a magas virágú kemence magasabb tengellyel rendelkezett, és a 3 méter magas (10 láb) magas Stückofenné fejlődött, amely olyan nagy virágokat eredményezett, hogy azokat a kemence elülső nyílásán keresztül el kellett távolítani.

A kohó Európában a 15. században jelent meg, amikor rájöttek, hogy az öntöttvasból jó nyomástartó tulajdonságú egy darabból álló fegyvereket lehet készíteni, de hogy bevezetése a kínai befolyásnak köszönhető-e, vagy önálló fejlődésnek tudható-e be. Eleinte a kohó és a Stückofen közötti különbségek csekélyek voltak. Mindkettő négyzetes keresztmetszetű volt, és a nagyolvasztó működéséhez szükséges fő változások a szén és az érc arányának növekedése voltak a töltetben, valamint a folyékony vas eltávolítására szolgáló taphole. A kohó terméke nyersvas néven vált ismertté az öntési módszerből, amelynek során a folyadékot egy főbb csatornába vezetett, amely derékszögben csatlakozott számos rövidebb csatornához. Az egész elrendezés hasonlított az almát szopó kocához, és ezért a rövidebb csatornák szilárd vasának hosszát disznóknak nevezték.

Az öntöttvas iránti katonai kereslet ellenére a legtöbb polgári alkalmazáshoz képlékeny vasra volt szükség, amelyet addig közvetlenül egy virágban készítettek. A kohók érkezése azonban alternatív gyártási utat nyitott meg; ez magában foglalta az öntöttvas átalakítását kovácsoltvassá finomítási eljárásnak nevezett eljárással. Öntöttvas darabokat helyeztek egy finom kandallóra, amelyen a szenet rengeteg levegővel látták el, így a vasban lévő szén oxidációval eltávolodott, félszilárd, képlékeny vasat hátrahagyva. A 15. századtól kezdve ez a kétlépcsős folyamat fokozatosan felváltotta a közvetlen vasgyártást, amely ennek ellenére fennmaradt a 19. században is.

A 16. század közepére délkelet-angliai nagyolvasztók működtek többé-kevésbé folyamatosan. A megnövekedett vastermelés a faszénhiányhoz vezetett, és azt később koksz formájában szénnel pótolta - ez a felfedezés általában Abraham Darby nevéhez fűződik 1709-ben. Mivel a koksz nagyobb erőssége lehetővé tette, hogy nagyobb töltést támogasson, sokkal nagyobb kemencék váltak lehetővé, és heti 5-10 tonna nyersvas termelést sikerült elérni.

Ezután a gőzgép megjelenése a fújó hengerek meghajtására azt jelentette, hogy a kohót több levegővel lehet ellátni. Ez felvetette azt a potenciális problémát, hogy a nyersvas előállítása messze meghaladja a finomítási folyamat kapacitását. Számos feltaláló megkísérelte felgyorsítani a nyersvas alakíthatósági vasvá alakítását, de a legsikeresebb az angol Henry Cort volt, aki 1784-ben szabadalmaztatta tócskemencéjét. amelyhez salak készítéséhez vas-oxidot adtak. A kapott fém „tócsa” felkavarása a szén oxidációval történő eltávolítását eredményezte (szilíciummal, foszforral és mangánnal együtt). Ennek eredményeként a fém olvadáspontja úgy emelkedett, hogy félszilárd lett, bár a salak meglehetősen folyékony maradt. A fémet ezután golyókká formálták, és a lehető legtöbb salaktól felszabadították, mielőtt kivették volna a kemencéből és kalapáccsal összenyomták. Rövid ideig a tócskemencék elegendő vasat tudtak biztosítani, hogy megfeleljenek a gépekkel szemben támasztott igényeknek, de a kohó kapacitása ismét előrelépett a skót James Beaumont Nielsen skót 1828-as találmányának eredményeként, amely a robbanás előmelegítésére szolgáló robbanótűzhelyet jelentette. levegő és a felismerés, hogy egy kerek kemence jobban teljesít, mint egy négyzet.

A kovácsoltvas felhasználás esetleges csökkenését egy sor olyan találmány hozta létre, amely lehetővé tette a kemencék működését a vas megolvadásához elég magas hőmérsékleten. Ezután lehetőség nyílt acél előállítására, amely kiváló anyag. Először 1856-ban Henry Bessemer szabadalmaztatta átalakító eljárását a levegő fúvására az olvadt nyersvason, majd 1861-ben William Siemens szabadalmat nyert regeneratív nyitott kandalló kemencéjéhez. 1879-ben Sidney Gilchrist Thomas és Percy Gilchrist átalakították a Bessemer konvertert foszfor nyersvashoz; ennek eredményeként az alapvető Bessemer, vagy Thomas folyamatot széles körben elfogadták Európa kontinensén, ahol bőven volt magas foszfortartalmú vasérc. Körülbelül 100 éve a nyitott kandalló és a Bessemer-alapú folyamatok voltak közösen felelősek az elkészült acél nagy részéért, mielőtt azokat az alapvető oxigén- és ívkemencék helyettesítették volna.

A kohó az üzemanyag egy részének befecskendezésén kívül a 19. század elejétől ugyanazokat a működési elveket alkalmazza. A kemence mérete azonban jelentősen megnőtt, és egy nagy, modern kemence napi 10000 tonna folyékony vaszal képes ellátni egy acélgyártó üzemet.

A 20. század folyamán számos új vasgyártási eljárást javasoltak, de csak az 1950-es években jelentek meg a kohó potenciális helyettesítői. A közvetlen redukció, amelynek során a vasérceket a fém olvadáspontja alatti hőmérsékleten redukálják, olyan kísérletekből eredt, mint az 1952-ben Svédországban bevezetett Wiberg-Soderfors-eljárás és 1957-ben Mexikóban bevezetett HyL-eljárás. Ezen technikák közül kevesen maradtak fenn, és azokat, amelyeket igen, alaposan módosítottak. Egy másik alternatív vasgyártási módszer, az olvasztás csökkentése, az 1920-as években Svédországban és Norvégiában folyékony vas előállításához használt elektromos kemencékben voltak előfutárai. A technika kiterjedt olyan módszerekre, amelyek oxigén acélgyártó konvertereken alapulnak, amelyek a szenet használják fel további energiaforrásként, és az 1980-as években az átfogó kutatási és fejlesztési tevékenység középpontjába került Európában, Japánban és az Egyesült Államokban.