鉄の短い歴史

鉄はどのようにして鉄を作る根から進化しましたか？鉄鋼の歴史を見てみましょう。

鉄の時代

非常に高い温度では、鉄は炭素の吸収を開始し、金属の融点を低下させ、鋳鉄（炭素2.5〜4.5％）を生じる。高炉の開発は、紀元前6世紀初めに中国人によって使用されたが、中世にはヨーロッパで広く使用され、鋳鉄の生産量が増加した。

<！ブロー炉から流出して主流路および隣接する鋳型内で冷却された溶融鉄は、大きな、中央の、および隣接するより小さなインゴットが、雌ブタと授乳豚。

鋳鉄

鋳鉄は強く、その炭素含有量により脆弱であり、加工および成形に理想的ではない。鉄の炭素含有量が脆性の問題の中心であることを冶金学者が認識したので、彼らは鉄をより有効にするために炭素含有量を減らす新しい方法を実験しました。

<！鍛造鉄

鍛造鉄

鉄器メーカーは18世紀後半に鋳造銑鉄を低炭素鋼製鍛鉄に変える方法を学んだ（1784年にHenry Cortによって開発された）。炉は、長い樽型のツールを用いて999人のパドラーによって攪拌されなければならない溶融鉄を加熱し、酸素を炭素と結合させ、ゆっくりと炭素を除去することを可能にした。炭素含有量が減少するにつれて、鉄の融点が上昇し、鉄の塊が炉内で凝集するであろう。これらの塊は、シートまたはレールに転がす前に、パドラーによって取り外され、鍛造ハンマーで加工される。 1860年までに、英国には3000台以上のパジング炉があったが、そのプロセスは労働力と燃料集中力によって妨げられたままであった。

<！ブリスタースチール

ブリスタースチール ブリスタースチールの最も初期の形態の1つは、17世紀にドイツとイギリスで生産を開始し、溶融銑鉄中の炭素含有量をプロセスセメントとして知られている。このプロセスでは、錬鉄のバーを石箱に粉末炭で層状にし、加熱した。 約1週間後、鉄は木炭中の炭素を吸収する。反復加熱は炭素をより均等に分散させ、冷却後の結果はブリスター鋼であった。より高い炭素含量はブリスタースチールを銑鉄よりもはるかに機能させ、プレスまたは圧延することを可能にした。

英国の時計メーカーBenjamin Huntsmanが時計用の高品質鋼を開発しようとしている1740年代にブリスター製鋼の生産が進んだことで、金属が粘土るつぼ内で溶融し、特殊フラックスで精製され、セメンテーションプロセスが残った。結果はるつぼまたは鋳鋼であった。しかし、生産コストのために、ブリスターと鋳鋼の両方は、特殊用途でしか使用されていませんでした。その結果、19世紀の大部分の間に、工業用英国では、パドル炉で作られた鋳鉄が主要構造金属のままでした。

ベセマー・プロセスと現代製鉄

19世紀の鉄道の発展は、鉄系産業に大きなプレッシャーをかけることになりましたが、これは依然として非効率的な生産プロセスに苦しんでいました。スチールは構造金属として未だ証明されておらず、生産は遅く、高価でした。それは1856年までHenry Bessemerが炭素含有量を減らすために溶鉄中に酸素を導入するより効果的な方法を考え出したときでした。 Bessemerプロセスとして知られているBessemerは、鉄が溶融金属を通って吹き飛ばされる間に鉄を加熱することができる「コンバータ」と呼ばれる洋梨の容器を設計した。酸素が溶融金属を通過すると、それは炭素と反応して二酸化炭素を放出し、より純粋な鉄を生成する。

このプロセスは迅速で安価で、数分で炭素とシリコンを鉄から取り除きましたが、あまりにも成功しました。過度の炭素が除去され、最終生成物中に過剰の酸素が残った。ベッセマー氏は最終的に、炭素含有量を増やして不要な酸素を除去する方法を見つけるまで、投資家に返済しなければならなかった。英国の冶金学者であるロバート・マシェット（Robert Mushet）はほぼ同時に、

spiegeleisen

と呼ばれる鉄、炭素、マンガンの化合物の試験を開始した。マンガンは溶存鉄から酸素を除去することが知られていましたが、適切な量で添加されていれば、スピザーレゼンの炭素含量はベセマーの問題を解決するでしょう。 Bessemerはそれを彼のコンバージョンプロセスに追加し始めました。

一つの問題が残っていた。 Bessemerは、最終製品から鋼を脆くする有害な不純物であるリンを除去する方法を見つけられませんでした。その結果、スウェーデンとウェールズのリンを含まない鉱石のみを使用することができました。

1876年、ウェールズ人のシドニー・ギルクリスト・トーマスは、化学的に基本的なフラックス・ライムストーンをベッセマー・プロセスに加えることによって解決策を考案しました。石灰石は、銑鉄からスラグ中にリンを引き出し、不要な元素を除去することができた。

この革新は、最終的に世界のどこからでも鉄鉱石を鋼に使用できることを意味しました。驚くことではないが、鉄鋼生産コストが大幅に減少し始めた。新しい鉄鋼生産技術の結果として、鉄鋼鉄道の価格は1867年から1884年にかけて80％以上低下し、世界の鉄鋼業の成長を開始しました。

オープン・ハース・プロセス：

1860年代、ドイツのエンジニア、カール・ヴィルヘルム・シーメンスは、オープン・ハース・プロセスの創設を通じて鉄鋼生産をさらに強化しました。オープンハースプロセスは、大きな浅い炉で銑鉄から鋼を製造した。過剰の炭素および他の不純物を燃やすために高温を使用すると、このプロセスは炉床の下の加熱されたレンガのチャンバに依存した。再生炉は後で、炉の排気ガスを使用して、下方のレンガの室に高温を維持した。この方法は、より多くの量（1つの炉で50~100メートルトンを生産することができる）の生産を可能にし、溶鋼を特定の仕様に合うように定期的に試験し、スクラップ鋼を原材料。プロセスそのものははるかに低速でしたが、1900年までにオープン・ハース・プロセスがベッセマー・プロセスを大幅に置き換えました。

鉄鋼業の誕生：

安価で高品質な素材を提供していた鉄鋼生産の革命は、多くの企業が投資機会として認識していました。 Andrew CarnegieとCharles Schwabを含む19世紀後半の資本家は、鉄鋼業界に何百万ドル（カーネギーの場合は何十億ドル）も投資していました。 1901年に設立されたカーネギーのUSスチール・コーポレーションは、これまでに10億ドル以上の価値を持つ最初の企業でした。 電気炉製鋼： 世紀のターンの直後に、鉄鋼生産の進化に強い影響を与える別の開発が起こった。 Paul Heroultの電気炉（EAF）は、充電された材料に電流を流すように設計されており、発熱酸化および最大3272°F（999°999°C）鉄鋼生産を加熱するのに十分である。

最初に特殊鋼に使用されたEAFは使用され、第二次世界大戦では鋼合金の製造に使用されていました。 EAF工場を建設する際の投資コストが低いため、US Steel Corp.やBethlehem Steelなどの主要米国生産者、特に炭素鋼や長尺製品と競争することができました。 EAFは100％スクラップまたは低温鉄飼料から鉄を製造することができるため、生産単位あたりのエネルギーは少なくて済む。基本的な酸素炉とは対照的に、操業は停止され、少しのコストで始動することもできます。これらの理由から、EAFによる生産は50年以上にわたって着実に増加しており、世界の鉄鋼生産の約33％を占めています。

酸素製鋼：

世界の鉄鋼生産の約66％は、現在、基本的な酸素設備で生産されています。 1960年代に工業的規模で窒素から酸素を分離する方法の開発は、基本的な酸素炉の開発における大きな進歩を可能にした。

基本的な酸素炉は酸素を大量の溶鉄および鋼スクラップに吹き込み、オープンハース法よりもはるかに迅速に充填を完了することができます。最大350トンの鉄を保持する大型船舶は、1時間以内に鉄鋼への転換を完了することができます。

酸素製鋼のコスト効率は、オープンハース工場を競争力のないものにし、1960年代の酸素製鋼の出現に伴い、オープンハース事業が閉鎖され始めた。米国の最後のオープンハース施設は、1992年に閉鎖され、2001年には中国で閉鎖された。

出典：

Spoerl、Joseph S.

鉄鋼生産の歴史

セントアンセルムカレッジ。

利用可能：http：// www。アンセルム。 edu / homepage / dbanach / h-carnegie-steelなどがあります。 htm 世界鉄鋼協会。ウェブサイト：www。鉄鋼多様性。 org Street、Arthur。 &Alexander、W.O. 1944. 人間のための金属 。第11版（1998年）。