Historia terästuotannon , kuten useimmat tarinoita teknistä löytö ja edistystä , ei ole lineaarinen. Teräkset löytyvät planeetan eri paikoista koko historian ajan. Tietyt innovaatiot ilmaantuvat leviämättä: Eurooppa huomaa hiilen käytön 1000 vuotta Kiinan jälkeen , arabit eivät tiedä tätä polttoainetta. Toiset hajautetaan eri tavalla: vesivoiman käyttöönotto sallii masuunin keksiä uudelleen aina, kun rautamalmin todetaan olevan yhteensopiva.
Kun Renaissance alkoi luettelon tekniikoita, joihin kuuluu analyysi jatkuu tieteellisin menetelmin sen loppuun XVIII nnen vuosisadan. Nämä paikallisten rajoitusten ja taitotiedon siirron leimaamat tekniikat jatkuvat XIX - luvun jälkipuoliskolla. Tuolloin ilmestyivät merkittävimmät innovaatiot. Kaikki liittyvät epäsuoran prosessin kehitykseen: masuunin ja muuntimen muodostama pariskunta on nykyaikaisen teräksenvalmistuksen perusta .
Lopuksi, terästeollisuuden lopulla XX : nnen vuosisadan pakko muuttua äkillisesti. Mahdollisuus käyttää massiivisesti tähän mennessä kalliita tai monimutkaisia energioita ja prosesseja, kuten sähkö tai puhtaan hapen ruiskutus , sallii sellaisten työkalujen käytön, joiden suorituskyky kiistämättä ylittää teollisen vallankumouksen .
Koska rautakaudella , rautamalmi on toiminut suhteellisen matalissa lämpötiloissa masuunin . Saadaan heterogeeninen massa, " suurennuslasi ", joka vasaralla poistetaan kuona . Käsityöläiset huomasivat hyvin varhaisessa vaiheessa, että saaduilla metallilohkoilla ei kaikilla ollut samoja ominaisuuksia. Tieteen kehitys mahdollisti myöhemmin seosten luokittelun kemiallisen koostumuksensa mukaan.
Jos muinaiset kreikkalaiset erottivat jo rautaa teräksestä, on todennäköistä, että nykyinen tietomme vääristää näiden kahden sanan historiallista merkitystä. Itse asiassa kaksi sanaa esiintyi rinnakkain: rauta nimeävää sídērosia ( σιδηρος ) käytettiin myös tuotantoon (rautakaivos), käyttöön (raudasta valmistettu, punottu rautaan), työllisyyteen (raudalla leikattu) ja symboliikkaan (yhtä kovaa kuin rauta) , rautaisella sydämellä). Näyttää jopa siltä, että tämä termi on nimennyt metallit yleisesti. Toinen sana khályps , khálybos ( χάλυψ , χάλυβος ) tarkoittaa tarkemmin terästä; se viittaa Chalybes , kansa Anatolian joka Straboon johtuvan keksinnön terästeollisuuden, ja johtaisi siihen, Khattien ḫapalki ja Hurrian ḫabalgi , sekä siinä mielessä, että "rauta". Mukaan doxographe Kreikan ja III : nnen vuosisadan eaa. J.-C. Theophraste olisi delas, eli fryyginen , jotka olisivat keksineet rautaa. Theofrastos kirjoitti translitteratio Metallit , alkuperäinen otsikko joka muistuttaa sanaa metallia, mutta Theofrastos toimikausi metálleuta ( μετάλλευτα ) tarkoittaa yleisen käytetty sana. Raudan metallurgia oli jo kehitetty, koska kreikkalaiset harjoittivat sementointia raudan kovettamiseksi ja siten teräksen saamiseksi.
Latin hyväksyi myös hellenismin chalyb nimetä terästä, sana sideros käytetään vain marginaalisesti. Semitistä alkuperää oleva yleinen termi ferrum ( vrt. Foinikialainen barzel , assyrialainen parzillu ) tarkoittaa rautaa vastakohtana muille metalleille sen vastustuskyvystä tai käytöstä riippumatta. Tämä sana säilytetään romaanikielillä ( ferro italiaksi, fèrre oksitaaniksi, hierro espanjaksi, ylpeä romaniaksi).
Kaiken kaikkiaan termi "teräs" tarkoittaa seoksia, jotka sammuvat , toisin sanoen kovettuvat, kun punainen kuuma metalli sammutetaan vedessä. Termi "rauta" viittaa metalliin, joka ei kovettu sammuttamalla. Tämä merkitys säilyy nykyäänkin ilmaisuissa "takorauta" tai "silitysrauta", "U-rauta" ja "I-rauta", jotka ovat teräsosia - sanan nykyaikaisessa merkityksessä - eivät ota kovettumista.
Noin vuonna 1720 Réaumur tutki raudan valmistusmenetelmiä soveltamalla tieteellisiä ja jopa teollisia sääntöjä (omakustannushinnan laskeminen). Hän vahvistaa ajan yhteistä henkeä vastaan, että "teräs on vähemmän puhdistettu rauta, jossa rautamolekyylit erotetaan rikki- ja suolamassoilla, jotka antavat sille kovuutensa" . Mutta se oli vasta aivan lopussa XVIII nnen vuosisadan että ero " rauta ", " teräs " ja " Cast " perustuu määrä hiiltä sisällön metalliseos .
Aikana Ranskan vallankumous , kuten monet tutkijat, Monge , Berthollet ja Vandermonden aseta itseään palveluksessa tasavallan . Sodassa oleva Ranska tarvitsee terästä aseisiin. Kannustaakseen kansallista teollisuutta, joka on hyvin riippuvainen metallin tuonnista, he synteesivät tuolloiset tiedot ja käytännöt ranskalaisille ranskalaisille työntekijöille teräksen valmistuksessa annetussa tiedonannossa . Kirjoittajat erottavat alusta alkaen selvästi raudan, teräksen ja valuraudan hiilipitoisuuden perusteella :
"Kivihiilellä ei ole vain ominaisuutta poistaa raudasta sen kanssa yhdistynyt ilma; mutta se itse voi sulaa rautaan suurella lämmöllä, ja siten se antaa valuraudalle ominaisuuksia ja muuttaa raudan teräkseksi. "
Hapen roolissa on kuitenkin edelleen joitain virheitä , eikä muiden alkuaineiden, kuten piin , vaikutusta tuolloin ollut tiedossa . Itse asiassa teksti jatkuu seuraavasti:
"Valurautaa on pidettävä metallina, jonka pelkistys ei ole täydellinen […]. Siten valkoinen valurauta säilyttää suuremman määrän happea ja sisältää vähän hiiltä; valurauta , sitä vastoin sisältää enemmän Jälkimmäisen aineen, mutta on paljon enemmän riisuttu happea. "
Monge muistuttaa teoksessaan Tykkien valmistuksen taiteen kuvaus. " Teräs on " puhdistettua rautaa, joka on absorboinut hiiltä, ja teräkset eroavat toisistaan pääasiassa määrällä, jolla hiili jakautuu massaan " . Monikko ilmestyy: jos teräksen määritelmä pysyy sen hiilipitoisuuden perusteella, on edelleen selitettävä tämän seoksen ominaisuuksien moninaisuus .
Rautaseokset koostuvat pääasiassa kemiallisesta raudasta . Rautaseosten kolmen perheen välinen ero perustuu seoksen sisältämän hiilen tasoon ja erityisesti eutektoidisen tai eutektisen faasin läsnäoloon:
Teollisen raudan tapauksessa hiili on täysin liuennut. Teräksissä osa siitä on karbidisaostumien muodossa . Valurautojen tapauksessa voi olla karbidi- tai grafiittisaostumia.
Hiilenopeuden määrittely on melko teoreettinen, se on perustettu puhtaasti binääriselle rauta- hiilisekoitukselle ilman muuta seoselementtiä . Tämä on poikkeuksellinen tilanne, jossa ei oteta huomioon epäpuhtauksia eikä vapaaehtoisesti lisättyjä seosaineita.
Rautakausi alkaa välillä II E ja I st vuosituhannella eKr. JKr. , Mutta emme vielä tiedä kovin paljon sen syntymisestä. Nykyinen yksimielisyys, jonka mukaan heettiläiset pitävät intialaisia eurooppalaisia rauta- ja terästuotannon keksimisessä, perustuu olennaisesti rautatuotteiden löytämiseen Anatoliassa ja heidän kulttuurinsa ajankohtaisuuteen: heidän kanssaan rauta alkaa korvaa kupari ja pronssi aseiden valmistuksessa (suutin, miekka, tikari, kirves). Näin ollen, yksi vanhimmista ei-rautameteoriitin esineet koskaan löydetty on tikari terä , löytyy Khattien hauta , ajoitettu -2500 . Rautametallurgia on ehkä keksitty itsenäisesti Saharan eteläpuolisessa Afrikassa. Tiedeyhteisö ei ratkaise, onko keksitty afrikkalainen metallurgia muusta maailmasta riippumatta.
Vuodesta -2000--1600 ( Lähi pronssikaudella että Lähi-idässä ), vain hyvin rajoitettu määrä rautaa esineitä on säilynyt: neljä on löydetty Vähässä-Aasiassa , yksi Kreetan ja kaksi Kyproksella . Mutta ensimmäiset raudan tuotantoa herättävät kirjoitetut jäljet näkyvät tällä hetkellä. Kirjoitukset löytyy Kültepe , Alalakh ja Mari mukaan rauta on tuotettu itäisessä Anatoliassa lähtien lopulla 3. vuosituhannella eKr. AD ja että metalli oli silloin arvokas, sen saatavuus laadun ollessa edelleen epävarma.
Vuodesta -1500 lähtien ei-meteoriittisia rautaesineitä esiintyy yhä enemmän Välimeren itäosassa , mutta ne ovat edelleen harvinaisia: pronssi näyttää olevan ylivoimaisesti eniten käytetty metalli. On kuin XII : nnen vuosisadan rauta metalli yleistyessä alueella vaihtelee Saharan eteläpuolisessa Afrikassa ja Intiassa . Johtuvat joko kuparia tai tinaa toimitusongelmia tai todennäköisemmin, leviämiseen rautamalmin vähentämisen teknologia, rautakauden sitten seuraajalla pronssikauden on Levant , Kyproksella , vuonna Kreikassa , Kreetalla , Egyptissä ja Anatolian . Tutanhamonin haudasta löydetyn rautatikarin alkuperästä on keskusteltu jo kauan, mutta sen vuonna 2016 mitatut nikkeli- ja kobolttipitoisuudet osoittivat sen olevan meteorirautaa .
Aika | Rauta | Hopea |
---|---|---|
XIX th - XVIII nnen vuosisadan eaa. J.-C. | 1 | 40 |
XIV : nnen vuosisadan eaa. J.-C. | 12 | 23 |
VII : nnen vuosisadan eaa. J.-C. | 2000 | 1 |
Jos joku uskoo sanan akkadi n XIX : nnen vuosisadan eKr löytyi Kültepe, rauta sitten maksaa kahdeksan kertaa kalliimpaa kuin kulta. Vuonna XIV : nnen vuosisadan eaa. AD , kirjanpitoasiakirjassa täsmennetään, että 23 sekeliä hopeaa vastaa 12 sekeliä rautaa. Tällä VII : nnen vuosisadan eaa, Kreikka, 1 g rahaa maksaa vain 2 hinnalla kiloa rautaa. Sitten rautasta tuli utilitaristista materiaalia, ja raudasta valmistetut aseet lisääntyvät: tärkeä löytö tältä ajalta on Sargon II -varasto , jossa on 160 tonnia rautaa Dur-Sharrukinissa , ja koko joukko esineitä, mukaan lukien taotut suurennuslasit, työkalut ja aseet .
Toisaalta on havaittu vain vähän raudan tuotantolaitoksia. Huolimatta kuonan löydöistä tietyissä arkeologisissa kohteissa 2. vuosituhannelta eKr. J. - C., Jane Waldbaum totesi, että vuonna 1978 "ei ole vielä löytynyt rautakauden alusta peräisin olevia malmin louhinnan, sulatuksen tai raudan työstämisen jälkiä" . Vuonna 1998 tilanne oli sama, vanhin nykyisin tunnettu masuuni Tell Hammehissa Jordaniassa , ja se on päivätty vasta -930 : een . Mutta jopa tältä sivustolta, josta löytyi monia suuttimia runsaalla kuonalla, "uunien jäljet ovat edelleen kyseenalaisia" . Itse asiassa nykyinen tieto alkeellisista prosesseista on pääosin peräisin masuunien rekonstruoinnista:
"[Teräs] on ensin epäpuhtaiden metallien massa. Maanan reikään, jota koristivat kivet, jotka he peittivät savikerroksilla, [heettiläiset ja Chalybes ] panivat hiilen, jonka he sytyttivät ja jolle kasattiin vuorotellen rautamalmia ja hiiltä. Tämä malmi eli rautaoksidi ilmestyi sitten pienten kivien muodossa, jotka kerättiin maahan. Näissä reikissä saavutettu lämpötila oli suhteellisen alhainen tehokkaan puhalluksen puutteen vuoksi. Tämä tuli ontoista sauvasta, jonka läpi puhalsimme. He saivat sen seurauksena ja suurten ponnistelujen jälkeen tahnaisen, hehkuvan massan, jota kutsuttiin suurennuslasiksi , jonka heidän täytyi lyödä voimakkaasti päästäkseen eroon kuonasta (lämmön ja hiilen aiheuttamat jäämät). Näistä "kasaan" väärennetyistä "suurennuslasista" tuli jokapäiväisen elämän esineitä ja myös aseita. "
Se oli kevään ja syksyn aikana (771-453 eKr. ), Vaikka pronssi pysyi hallitsevana metallina, masuunissa saadusta suurennuslasista saatu rauta ilmestyi ja syrjäytti asteittain meteorisen raudan .
Kiinassa on runsaasti rautamalmia, ja käytetty savi osoittautuu erinomaiseksi tulenkestäväksi materiaaliksi . Voimakkaiden palkeiden kehittyessä aikakauden käsityöläiset käyttivät raudan sulamisen hallintaan tarvittavia tekniikoita . Sitten se sulatetaan sulatusuunissa, jonka rooli on samanlainen kuin kupoli . Mutta kun kuuma rauta joutuu kosketuksiin hiilen kanssa, se imee polttoaineessa olevaa hiiltä, kunnes se kyllästyy. Sitten saadaan valurauta, joka on sulaa helpommin kuin rauta, homogeeninen ja vapaa suurennuslasissa olevista epäpuhtauksista.
Valurauta esineet siten vaikuta kovin varhain Kiinassa pian rautaa V th luvulla eaa. JKr . Valettu yleistyi aikana sotivien Period (500-221 eKr. ), Jolloin maatalouden työkaluja ja aseita heittää yleistyä, kun perustajat III : nnen vuosisadan eaa. AD työllistää yli kaksisataa miestä. Kiinalaiset ymmärsivät todella varhain, 20 vuosisataa ennen eurooppalaisia, tämän materiaalin ominaisuudet ja kehittivät valimotaidetta tuottamalla monimutkaisia ja laadukkaita esineitä (kuten auranosia ). Vuodesta III : nnen vuosisadan valkoinen valurauta , hauras, muunnetaan pitkä hehkutus viikossa, valettu taottava .
Vaikka valurauta yleistyy, valuraudan muuntuminen raudaksi tai teräkseksi tunnetaan. "Sata tarkennuksia menetelmä" kehittyy II th luvulla eaa. JKr . Huolellisesti kuvattu noin 120 eKr. JKr . Se koostuu puhaltamisesta vuorotellen kahdella paljeella, ilmaa vasaralla ja punavalkoisella valuraudalla. Oikein suoritettu menetelmä mahdollistaa hiilipitoisuuden mukauttamisen kappaleen pinta-alaan: miekkojen reuna on kovaa terästä, kun taas terän takaosa on rautaa. Se kehittää myös V : nnen vuosisadan tuotantoa teräksen sekoittamalla rauta valurauta. Tämä menetelmä, raudan ja valuraudan fuusio, vaatii erittäin puhtaan valuraudan käyttöä, jossa ei ole haitallisia alkuaineita (pii, fosfori, mangaani jne. ). On yhä yhteinen VI : nnen vuosisadan.
Nämä kaksi prosessia, samoin kuin niiden lukuisat muunnelmat, jotka Joseph Needham korreloi Bessemer- ja Martin-Siemens- prosessien kanssa , eivät kehity kohti terästeollisuutta , kuten moderni länsi keksi sen. Päinvastoin, alle Han dynastia, pienimuotoinen mutta tehokas menetelmä ilmestyessä chǎo (炒) jalostus (kirjaimellisesti "ja ruskista pannulla "). Sitten tekniikka kehittyi, rautateollisuus jopa kansallistettiin vuonna 119 eKr. JKr .
Chǎon keksimisen jälkeen kehitetään muita menetelmiä. Kiinalaiset tuovat wootzia Intiasta ja oppivat vähitellen Tang-dynastian (618-907) aikana valmistamaan upokkaateräksiä . Ja XVII th -luvulla ( Ming ), Song Yingxing esittää jalostusprosessissa sulan raudan perustuu oluen rauta sulaa hapettavan maan (ehkä salpietari ). Lopussa ja Qing (1644-1912), joukko jalostus on täydelliseksi: se koostui sulaa valurautaa hapettavassa ilmakehässä, sekoittamalla se sitten rautaa.
Chǎo- menetelmä on kuitenkin yleistymässä. Se koostuu valuraudan palojen sekoittamisesta palavan puuhiilen kanssa. Palaminen tuuletetaan ruiskuttamalla ilmaa takkaan, jonka muotoilu (yleensä kupolin ylittämä reikä maassa) mahdollistaa lämpöhäviöiden rajoittamisen. Tämä menetelmä ja sen useita muunnelmia, joskus myöhään (koska Chaolu ja Sichuanin , joka on kuvattu vuonna 1905 prosessina puddling ), selviää puoliväliin asti XX : nnen vuosisadan.
Nämä jalostusprosessit hyötyvät merkittävistä teknisistä innovaatioista. Wang Zhen maatalouden kirja näkyy 1313 käyttöön hydraulivasaroiden . Näitä käytetään paistamaan viljaa, mutta vuonna 1637 Song Yingxing osoittaa, että käyttö on yleistetty siellä metallurgisessa työssä, koska hänen kuvaamansa vesimylly toimii useita vuorotellen.
Masuunin keksiminenNoin 1000 eKr. AD , kiinalaiset tiesivät kiukaan fanned tuuli ( GAO Lú ,高爐), jonka avulla voidaan saavuttaa korkeita lämpötiloja, mutta vain käyttänyt sitä keramiikka.
31, Kiinan Du Shi parantunut ilmanvaihto käytön hydraulinen voima kytkemään palkeita . Palamisilma voi sitten kulkea suuremman kuormituksen läpi ja tämän ajan uunit saavuttavat sitten suuret mitat: 2,8 m × 4 m soikean upokkaan jäännökset, jotka on asetettu 12 m × 18 m : n savialustalle, oheislaitteiden jäännösten kanssa (kanava, malmin nostomekanismi, palkeet ...) löydettiin. Tämä koon kasvu auttaa saavuttamaan korkeamman lämpötilan. Energisesti syötetty uuni kykenee sekä pelkistämään malmin että sulattamaan metallin: masuunista tulee sitten ihanteellinen työkalu harkkoraudan tuottamiseen.
Lisäainetta, "mustaa maata", joka sisältää fosforia (mahdollisesti vivianiittia ), käytetään sulamispisteen alentamiseen: nestemäinen metalli auttaa kuonan ( kuonan ) evakuointia . Tämä tekniikka häviää ennen VI : nnen luvulla, jolloin parannettu uunit sallii tehdä ilman.
Niinpä tuhat vuotta ennen renessanssin Eurooppaa kiinalaiset hallitsivat täydellisesti laadukkaan valuraudan tuotannon ja sen toteuttamisen . Toisin kuin Euroopassa, joka keskittyy teräksen laatuun, Kiina kehittää suurten määrien valurautaa, jota masuunit tuottavat suoraan malmista.
Mutta terästuotannossa on edelleen paikallisia rajoituksia. Pohjois-Kiinassa, pula puuhiilen nostanut IV : nnen vuosisadan kehitystä, joissa käytetään hiiltä polttoaineena ja pelkistysaineena. Rikin , hiilen aikaansaaman haurastavan elementin, ja raudan välistä kosketusta on kuitenkin vältettävä . Kiinalaiset kehittivät sitten prosessin, joka koostui rautamalmin asettamisesta pitkänomaisten putkimaisten upokkaiden paristoihin ja peittämällä ne palaneella hiilimassalla. Tämä prosessi, joka ennakoi modernien suorapelkistyksen retortin selvisi vasta XX : nnen vuosisadan. Integroitu Kiinan teknisen tilan, Japani tuonti uunin pohjalle (kutsutaan Tatara ) päässä mantereelta VIII : nnen vuosisadan tuotantoon tamahagane mutta uuni ei muutu korkeus (niin masuunin) vähäisen läpäisevyyden ruskosotkan käytetty hiekka.
Noin vuonna 300 eKr. AD syntyi Intian niemimaan eteläosassa, mukaan lukien Sri Lanka , joka on raudan karburointitekniikka teräksen valmistamiseksi. Harkkojen terästonni, joka tunnetaan kannada of ukku "ylivoimainen" Etelä-Intiassa (siis Wootz Englanti), kehitetään kahdessa vaiheessa:
Alhaisessa lämpötilassa taonta (veripunainen / kirsikka) rikkoutuu, tekemättä sitä katoamasta, harkossa olevaa sementti- verkkoa ja mahdollistaa harkon heterogeenisuuden vähentämisen. Hyvien mekaanisten ominaisuuksien (kovuus ja joustavuus) lisäksi kiillotettu teräs paljastaa kauniit mallit. Tekniikka levisi Intiasta Merv , eli Parthian pääoma on Silk Road , jossa Wootz tunnettiin pōlāwad , joten pûlâd Persian ja fulani arabiaksi. Sitten se ylittää Kiina ( bin Tie ) ja Mongoliassa ( Bolot ) tavoittaa Venäjää, jossa Wootz kutsutaan bulat' .
Tuolloin pystytettiin myös Delhin rautapylväs , joka rakennettiin hitsaamalla raakaa rautaharkkoja. Fosforipitoisuus, joka suojasi sitä korroosiolta , johtaa hauraaseen metalliin. Taonta ja siellä käytetyt tuotteet ( booraksi , kalkki jne.) Ovat siis edelleen välttämättömiä laadukkaiden aseiden saamiseksi.
Intia-kauppa sallii wootz-harkojen (teräksen, jonka hiilipitoisuus on 1,5–2%) tuonti Iraniin, jossa sepät valmistivat tunnettua Damaskoksen terästä ajanjaksolla 900–1750.
Vaikka islamilainen maailma on suhteellisen köyhä rautamalmiesiintymissä, se on edelläkävijä varusteidensa varustamisessa vedellä ja tuulimyllyillä . Ensimmäiset jäljet hydraulisesta survimesta sijaitsevat Samarkandissa (973 tai ennen) ja keskiaikaisessa Persiassa , ennen kuin tekniikka levisi kaikkialle islamimaailmaan. Tämä koneellistaminen joka yleistää Keski-Aasiassa on islamilaisen Espanjan aikana XI : nnen vuosisadan kehittyi varsinkin XII : nnen vuosisadan Espanja. Vuonna XVII nnen vuosisadan hyväksymisen hydraulinen runko mahdollistaa kukoistusta Katalonian takoa .
Rauta työ otetaan käyttöön antiikin Kreikassa lopulla X : nnen vuosisadan eaa. AD , Keski-Euroopassa kaudella Hallstattin C ( VIII : nnen vuosisadan eKr. ). Aikana VII : nnen ja VI : nnen vuosisadan eaa. AD , nämä rautaesineet ovat kalliita ja varattu eliitille. Homer toistaa tämän Iliadissa, jossa raaka rautalevy tarjotaan yleisurheilutapahtuman voittajalle. Tämä tilanne muuttuu äkillisesti pian 500 eKr. AD kynnyksellä La Tènen ; rautametallurgia levisi Pohjois-Eurooppaan ja Brittein saarille . Leviäminen Keski- ja Länsi-Euroopassa liittyy kelttiläiseen laajentumiseen .
Kilpailu pronssin ja raudan, erityisesti miekkojen, välillä kestää useita vuosisatoja. Roomalaiset, joilla oli espanjalaista kuparia , näkivät kiinnostuksen vaihtaa rautamiekkoihin vasta Punin sotien aikaan . Vuonna I st luvulla eaa. AD , roomalaiset, jotka levittävät käytäntöjä raudan metallurgian heidän valtakuntansa , erityisesti arvostavat laatua Noric terästä . Silloin Rooman valtakunnan vuotuiseksi tuotannoksi arvioitiin 54 750 tonnia, samalla kun vastaavasti asuttu Hans of China tuottaa vain 5000 tonnia vuodessa.
Keskiaika: teollisuuden syntyminenMassa hyväksyminen raudan sitten stimuloi kehitysprosessia: Roman uunien laajenemassa II : nnen vuosisadan eaa. JKr . Kun ne tuottivat tuskin yli 4 kohteeseen 5 kg rautaa kohden toiminta, tämä määrä saavutti 50 kohteeseen 60 kg on keskiaika , rajoitus johtuu pääasiassa vaikeuksista tarjonnan materiaaleja.
Kehitystä Sisterssiläisluostari on tärkein taustatekijä laajentamista Euroopan tuotanto raudan XI th luvulla. Parhaiden metallurgisten tekniikoiden tutkimisessa ja levittämisessä sistertsiläiset ajoivat eurooppalaista metallurgiaa korkealle tasolle: Ranskassa ja Englannissa heidän "massauunien" tehokkuus osoittautui hyvin lähellä masuunin tehokkuutta . Alussa XIII th luvun massa uunit ovat asettaa pieni kivi uunien rakennettu kestäväksi: suurennuslasia uutto on läpi suuren aukon uunin pohja. Menestyvä esimerkki tämän tyyppisestä uunityypistä , joka on ominaista germaaniselle avaruudelle, on neliön muotoinen ja muurattu stückofen , joka nousee 4 metriin . Kuona on säännöllisesti poistettava uunista, jotta tuuli hapettaa hiilen hiili, joka on väistämättä imeytyy metalli. Muuten liian hiilipitoinen metalli ei ole riittävästi muokattavissa; se voi olla jopa vain valurauta, joka uutetaan kiinteänä olomuodona uunista. Kuonan hallinta, jonka on vastedes oltava sulavaa, on massauunien toiminnalle ominainen rajoitus.
Yhä suuremmat uunit tuottavat niin suuria suurennuslasia, että niitä ei ole enää mahdollista käsitellä käsin. Vuonna XII : nnen vuosisadan ilmestyi Ranskassa käytössä vesivoiman käyttöä varten vasarat : ensimmäinen lähde mainitaan niiden käyttö 1135 klo Abbey Clairvauxlainen lähtökohtana nopean leviämisen ja hyvin dokumentoitu koko Euroopassa. Nämä työkalut lisäävät seppien tuotantokapasiteettia : vasaroiden avulla voidaan työskennellä suurempia osia (aikaiset vasarat voivat painaa 300 kg ja iskeä 120 iskeä minuutissa) ja nopeammin (80 kg: n vasarat lyömällä 200 kierrosta minuutissa) ).
Samoin puhaltimen tehoa on lisättävä uunin korkeuden vuoksi: ilma on puhallettava 0,7 baariin voidakseen kulkea kuorman läpi. Jos palkeita on edelleen mahdollista käyttää , niitä on käytettävä vesipyörillä . Vesivoimalla voidaan myös hyvin soveltaa vasaroita palkeina, mutta näyttää siltä, että hydraulinen isku edeltää puhaltimia: ensimmäinen käyttötarkoitus on todistettu XII - luvulta, toinen - vasta XIII - luvulta.
Niinpä vesivoiman käyttöönotto tapahtuu Euroopassa 12 vuosisataa kiinalaisten jälkeen. Tämän energian käyttö, kuten uunien kasvava koko, tekee takomoista istuttavia tehtaita. Masuuni, joka oli nomadinen prosessi koko keskiajan ja joka rakennettiin malmin paljastusten ja polttoaineen saatavuuden mukaan, aloitti evoluutionsa kohti terästeollisuutta .
Tätä teollisuudenalaa, joka hyötyi sitten materiaalinkuljetuksen parantumisesta, rajoitti edelleen hyvin puun tarve ja hydraulisen energian saatavuus. Polttoaineenkulutus on huomattava: 50 kg rautaa päivässä tarvitaan 200 kg malmia ja 25 kuutiometriä puuta päivittäin ; 40 päivässä yksi hiilikaivos raivaa metsän 1 km: n säteellä . Tämä ei aiheuta ongelmia, kunhan aholla ovat hyödyllisiä maatalouden kehitystä, mutta XIII : nnen vuosisadan raja saavutetaan: Tällä metsät säilyttävät tärkeän vaaliminen rooli, puu on välttämätöntä rakennusalan lämmitykseen. Aatelisto , joka saa tuloja puunkorjuu, on vähitellen säännellä leikkaus puun. Siten XIII th luvulla, kun Englannin kuningas teki laskea hänen suuresta takomon Forest of Dean , hän toteaa, että myy puuta kuluttamaan takoa tuoda häntä enemmän kuin saman pajan.
Hydraulisen energian käyttö polttoaineena merkittävästi uunissa. Takoo aseet, monet vielä XVI : nnen vuosisadan joutuu väistymään hydraulisten takomoa keskittymällä joen, jotka ovat alttiita yksityinen haltuunotto ilmiöön maallikko ja kirkollisen herroja. Tässä prosessissa kehitetään hydraulisia palkeita, jotka korvaavat käsipalkeet ja mahdollistavat korkeamman lämpötilan saavuttamisen suuremmissa uuneissa. Samaan aikaan kehitystä Swifts sallii muokata palkit käytetty Gotiikka ( tie , satula palkit ) ja tykistön jotta jauhe ( pommittaa joko takorauta ja kutistua , mutta valettu rautaa , vuonna muotit ) rauta esineet, joiden määrä ja koko edellyttävät näiden hydraulisten palkeiden ja vasaroiden käyttöä.
Lämpötilan nousuun (yli 1200 ° C: seen masuunissa) liittyy hiilin nopeampi diffuusio puuhiilestä metalliin. Tämän seurauksena jälkimmäinen sisältää korkeamman hiilipitoisuuden kuin teräs, mikä alentaa sen sulamislämpötilaa . Kokonsa kasvaessa lämpötilat uunin sydämessä nousevat taas 1600 ° C: seen . Kuumemman takan ja sulavammaksi muuttuneen materiaalin yhteisvaikutus sallii metallin poistua uunista nestemäisessä tilassa. Tätä sulaa valurautaa tuottavaa uunia ei voida enää kuvata suurennusuuniksi, mutta se tarvitsee useita nimiä, ennen kuin siitä tulee " masuuni " sanan nykyaikaisessa merkityksessä.
Tämä pohja uunin massa uunissa niin kehittynyt, se voi tuottaa sulaa rautaa, esiintyy Euroopassa eri sijaintien XII : nnen että XV : nnen vuosisadan. Tarkka paikka ja aika, kun ensimmäiset masuunien ei ole vielä varmuudella: vanhin osoituksena Euroopan masuunit ovat jäänteitä Lapphyttan , Ruotsista , missä kompleksi oli astuvat voimaan 1150 kohteeseen 1350 . In Noraskog, että Ruotsin seurakunnassa Järnboås , jälkiä jopa vanhempia masuunien on löydetty myös, mahdollisesti vuodelta 1100. Manner-Euroopassa, kaivaukset ovat paljastaneet masuunien Sveitsissä , laaksossa Durstel lähellä Langenbruck , ja päivätty välillä XI nnen ja XIII th vuosisatoja. On myös todettu Saksassa uunissa sulan raudan (a Flussofen ) laaksossa Kerspe päivätty 1275 ja, Sauerland , masuunit päivätty XIII th luvulla. Kaikki nämä primitiiviset masuunit ovat teknisesti lähellä matalia uuneja: kiviin rakennettu savi rakennettu, niiden jäännökset eivät ylitä 2 metriä .
Teknologian siirto Kiinasta Eurooppaan on mahdollista, mutta sitä ei ole koskaan osoitettu. Vuonna XIII : nnen vuosisadan Al-Qazwini huomata läsnäollessa rautateollisuuden vuoristossa Alborz etelään Kaspianmeren , jonka tekniikoita voisi tapahtua, jonka Silk Road . Tämä tekniikka voisi sitten levitä Eurooppaan, Ruotsiin jälkeen kauppareitti on Varangian ( Rus ) pitkin Volga , tai Pohjois-Italiassa, missä vuonna 1226, Filarete kuvataan menetelmä, kaksitahtinen klo Ferriere , jossa räjähdys uuni, jonka valurauta kaadettiin kahdesti päivässä veteen pelletin valmistamiseksi.
Siten on todennäköisempää, että eurooppalainen masuuni ilmestyi Skandinaviassa ja muualla kiinalaisista keksinnöistä riippumatta. Sulaminen pää uunin, nimeltään tuolloin "valurauta" (tämä nimeäminen jatkuu ja edelleen käyttää Monge vuoden lopulla XVIII nnen vuosisadan), on helposti valettava. Mutta eurooppalaiset vievät aikaa metallurgian ja käyttötarkoitusten kehittämiseen. Toisin kuin kiinalainen, jos "eurooppalaiset ovat tehneet valettu Ruotsin XIII : nnen vuosisadan he eivät tottuneet tekemään valut . Meillä ei ole tältä ajalta peräisin olevia kattiloita, kattiloita (ruoanlaittoon), kelloja tai tulisijalevyjä. "
On XV th luvulla, että yleistys masuunin pohjamaali Euroopassa Namur ( Vallonia ) ansiosta kehittää tehokas tapa jalostaa valettu rauta, "Vallonian menetelmä", joka mahdollistaa massiivisen tuotannon luonnon teräksen . Sieltä masuunit levisivät Ranskassa, Brayn (Normandia) maassa, sitten Englannissa, Wealdissa ( Sussex ).
Resurssien niukkuus hidasti yleistymistäTakorautojen eurooppalaisen tuotannon arvioidaan olevan 25 000–30 000 tonnia vuodessa noin vuonna 1400. Se oli noin 40 000 tonnia noin 1 500. Mutta tätä lisäystä ei voida lukea masuunin ja jalostusprosessien yleistymisenä. Jos tekniikka leviää nopeasti, sen käyttöönotto ei ole järjestelmällistä. Ensinnäkin sen haittana on ahne polttoaine: hiilen kustannukset, jotka edustavat 30-50% nomadin ketun kustannuksista, kasvavat jopa 72% epäsuoran prosessin yhteydessä. Tämä pahentaa puun jännitteitä:
"Tällä prosessilla on se etu, että se nopeuttaa huomattavasti tuotantoa huolimatta kahdesta peräkkäisestä vaiheesta, jotka se edellyttää, ja samalla se takaa paremman tuottavuuden mahdollistamalla henkilöstön vähentämisen. Toisaalta sillä on haitta, että se aiheuttaa erittäin suuren polttopuun kulutuksen verrattuna tuotettuun rautayksikköön. […]
On ilmeistä, että epäsuora prosessi mahdollisti tuottavuuden kasvun, joka tasapainotti osittain puukustannusten nousun. Jos henkilöstöä oli kuitenkin hyvin paljon, epäsuoran prosessin soveltaminen oli tuskin koskaan kannattavaa. "
- Rolf Sprandel, Raudan tuotanto keskiajalla
Pula voi koskea myös malmia. Vuonna XV : nnen vuosisadan, ja se edustaa 45% kustannuksista takoo Ligurian , 40% vuonna keittiössä Erzberg . Kaivosteollisuudessa kehitetty teknisen kehityksen shoring tai tyhjennys tulvii gallerioita. Räjähteiden käyttö on peräisin XVI - luvulta, ja sitä käytettiin jopa 20 metriä pinnan alapuolella.
Samoin hydraulisen voiman saatavuus on välttämätöntä, ja se määrää työpajan sijainnin. Ympärivuotinen toimintakyky riippuu hydraulijärjestelyistä:
Vesi on takomoiden välttämätön voima, jota ei voida täysin hyödyntää ilman paljon älyä, työtä ja kustannuksia. Ei ole välttämätöntä sanoa, että takomoa ei pidä rakentaa, jos etukäteen tehdyn laskelman perusteella on selvää, että vettä ei voida kerätä tarpeeksi sellaisella korkeudella. "
Kehittämisen menetelmiä jalostuksen valurautaa (Vallonian, Champagne, Osmond menetelmät, jne. ), Toiminta on siten yhä pääoma- intensiivinen . Vuonna 1671 Putangesin masuunit , Normandiassa , myytiin yksittäin 500 puntaa kohden , ja ne korvattiin 1 200 puntaa vuodessa vuokratulla masuunilla . Kaikki nämä rajoitteet selittävät selviytyminen alhainen parannetun uunit, koska Katalonian pajan , että Ranskassa , häviää alussa XIX th -luvulla, jolloin Thomas prosessi leviää.
Raakaraudan puhdistaminen suoritetaan empiirisillä menetelmillä, jotka mahdollistavat hiilen poistamisen harkkoraudasta masuunista. Eri menetelmät ovat alkuperältään alueellisia ja todennäköisesti osittain käytettyjen rautamalmien ominaisuuksia. Yleisimmin käytetty menetelmä on ns. Vallonian menetelmä . Tätä menetelmää on käytetty suuressa osassa Eurooppaa on XVII th luvulla. On olemassa muunnelmia, kuten samppanjamenetelmä tai Comtoise-menetelmä, joissa sika asetetaan keskelle tulisijaa eikä ylöspäin. On kuitenkin olemassa menetelmiä, joilla on merkittäviä eroja, kuten "Nivernaise-menetelmä".
Vallonian menetelmäRaakarauta työnnetään palkeilla tuuletetun tulisijan liekkien yli . Lämmön vaikutuksesta valuraudassa oleva hiili hapettuu palamisen yhteydessä. Raudan pisarat putoavat tulipesään. Viimeksi mainittu jäähdytetään alhaalta raudan suurennuslasin jähmettymisen mahdollistamiseksi. Työntekijä auttaa prosessin pistämällä pehmeä pää sika "puuttua".
Tämä prosessi on useita haittoja: suurennuslasin kuormitetaan kuonan tulisija ja lämpötila ei ole riittävä hapettamaan fosfori ( Lisätietoja ), niin että se on mahdollista käyttää vain valkoinen valurauta , koska huono fosforia.
Kuten masuunissa saaduista rauta-astioista , kuona poistetaan "viilentämällä". Tämä taontaoperaatio suoritetaan vasaralla lyömällä voimakkaasti suurennuslasia terävillä ja toistuvilla iskuilla.
Nivernaise-menetelmäValurauta sulatetaan (tai se näyttää voimakkaasti pehmenneeltä) uunissa, jota kutsutaan "mazeriksi", jossa on hiiltä ja kuonaa. Tämä valurauta valetaan sitten vedellä jäähdytettyyn tulenkestävään vuoraukseen. Puhdistus suoritetaan kuljettamalla ilmaa koko.
Vuonna 1786 paroni Philippe-Frédéric de Dietrich kuvasi tätä menetelmää seuraavasti:
"Mazerien työ on pääosin voimassa Nivernoisissa , ja tämän provinssin virkailija on ottanut sen käyttöön Uzan takomossa . Hänet tunnetaan liian vähän muualla. Minulla oli tilaisuus nähdä tämä työ melko yksityiskohtaisesti Nivernois'n kuninkaallisissa takomoissa, mikä antaa mahdollisuuden antaa idea.
Se koostuu kolmesta erillisestä prosessista: 1 °. sian täydellisessä kunnostuksessa muuntaa se kakkuiksi: 2 °. näiden kakkujen paahtamisessa: 3 °. niiden jalostuksessa.
Joissakin paikoissa sika soseutetaan ja kakut puhdistetaan samassa tulessa; toisissa meillä on sulamiseen tarkoitettu tulipalo ja toinen puhdistukseen.
Fuusiopaloa kutsutaan mazeriksi.
Sen mitat ovat 16–18 tuumaa syvät; sen sivuilla on kuusitoista kahdeksantoista joka suuntaan, maasta reunaan: upokkaan pohja on kallistettu kohti chioa, joka on maanpinnan tasolla.
Suutin menee alueelle, tasoitetaan tulen reunojen kanssa, ja sille annetaan enemmän tai vähemmän hyppy riippuen valuraudan laadusta: jos se on pehmeää, se nostetaan; jos se on kova ja terävä, se on taipuvainen enemmän; nostamalla se kantaa enemmän välittömästi sialle ja vähemmän sulalle materiaalille.
Sika asetetaan tuulta vasten sen päähän. Ympäröimme sen ja peitämme sen suurten takomoiden kuonalla , ja lataamme sen samanaikaisesti korkkikannilla tai vanhanaikaisella : tämä toimenpide vaatii hyvin vähän työtä; Lyhyessä ajassa saamme pienen kappaleen, jolla on maffiitin nimi ja joka painaa neljäkymmentä muutamaa kiloa. "
Tämä menetelmä jatkuu. Grüner ja Lan kuvailevat sitä siis vuonna 1862:
"... Riittää , että muistat nopeasti pienen rajan periaatteet ja tulokset […] .
Tämä manipulointi suoritetaan edelleen Englannissa matalissa koksikiuissa, jotka tunnetaan englantilaisena hienoksi. Teos, jokainen tunnetaan: se on valuraudan sulaminen joko yksinään tai täydennettynä hilseillä tai ruukinkuonalla ilmavirran vaikutuksesta. Valuraudan sijainti suhteessa tuyereihin, tuulen kaltevuus, sen paine, tulisijan syvyys jne., Jne., Ovat kaikki, jotka vaihtelevat ilman toiminnan vaikutusta metalliin. "
Saadut silitysraudat voidaan sementoida . Tämä antiikin ajoista lähtien dokumentoitu toimenpide koostuu seoksen pintakerroksen hiilipitoisuuden lisäämisestä ylivoimaisen mekaanisen ominaisuuden saavuttamiseksi.
Nykyaikaisesta sementointiprosessista erillisissä uuneissa on todisteita XVI - luvulta.
Ranskassa, Nicolas-Prosper Bauyn d'Angervilliers , intendentti Elsassin viestii Réaumur menetelmää käytetään Saksassa valmistukseen teräksen upokkaassa. Réaumur suunnitteli vuonna 1822 uunin, joka oli valmistettu liikkuvista tulenkestävistä levyistä. Näille levyille hän sijoittaa taotut rautatangot, jotka ovat hukkuneet erilaisiin hiilipitoisiin seoksiin, jotka on valmistettu painetusta puusta, tuhkasta ja nokesta . Kokoonpanoa kuumennetaan hiilen kulkeutumisen aikaansaamiseksi diffuusiolla tankoissa (karburoituva ilmiö): punaisella kuumennetut rautatangot sitten muokataan, toisin sanoen hitsataan ja taotaan.
Valurauta ja rauta siirtyivät teolliseen aikakauteen, mutta karkaistu teräs on edelleen kallis tuote. Alussa XIX th vuosisadan Britanniassa, se saa vielä kuumentamalla Ruotsin rautaa kosketuksiin hiilellä, 6 viikkoa. Sen edut ovat tunnettuja ja kompensoivat sen hintaa: pelaamalla sekä hiilipitoisuudella että lämpökäsittelyillä se antaa metallurgialle mahdollisuuden saada kovaa , kestävää tai sitkeää materiaalia .
Tieteellinen tietämys teräksen on erottamaton tutkijoiden työtä ja XVIII nnen vuosisadan Reaumur Gabriel Purkit, Grignon, Guillot-Duhamel, Lavoisier ja Hassenfratz lainatakseni pääasiallinen, joka keksi termin " teräs " ilmaista virtaviivaistaa tuotantoa rautametallien.
Gaspard Monge , Claude-Louis Berthollet ja Alexandre-Théophile Vandermonde luokittelevat "teräkset" kolmeen luokkaan tuotantomenetelmänsä perusteella:
Masuunin historia on merkitty innovaatioilla, jotka mahdollistivat valuraudan ja kuonan fuusioimiseksi tarvittavien korkeiden lämpötilojen saavuttamisen , mikä helpottaa näiden kahden tuotteen kemiallisia reaktioita. Kolme innovaatiota pidetään yleensä olennaisina tässä yhteydessä:
Hiili, polttoaineena ja pelkistysaineena, oli hyväksynyt Kiinan aikana Taistelevat valtiot ajan sen IV : nnen vuosisadan eaa. JKr . Arabien tuntematon, vaikea saada melkein koko Euroopassa, tämä polttoaine oli pysynyt suhteellisen tuntemattomana eurooppalaisille. Vaikka kiinalaiset ovat kehittäneet hiilen uunissa, jossa polttoaine ei kosketuksissa raudan ja hiilen käytettiin laajalti täydentämään puun takoo XVIII nnen vuosisadan korvaamalla hiili tämän kallion masuunin antoi vain huonolaatuisia valettu rauta.
Itse asiassa kivihiili sisältää elementtejä, jotka asianmukaisen jälkikäsittelyn ( raastuksen ) puuttuessa muuttavat valuraudan laatua. Pii , rajoittaa liukoisuus hiilen rauta, mahdollistaa muodostumista lamellien grafiitista , joka heikentää metallia. Nämä ovat 1800 - luvun lopun valurautametallurgit , jotka ovat väärässä sen koostumuksessa, uskovat ainoana sopivana teräkseksi muuttamiseen, mutta pahoittelevat vaikeaa rautamuutosta:
”[Harmaa rauta] pidätti vähemmän happea, mutta se sisältää paljon enemmän hiiltä; se on pehmeämpi ja suositeltava käyttötarkoituksiin, joihin tätä laatua vaaditaan; mutta sitä on vaikeampi muuntaa raudaksi, koska sen vuoksi on tarpeen tuhota suurin osa hiilestä, joka tässä tilassa vastustaa huomattavasti palamista. "
Rikki on ongelmallisempi. Tunnettu jo keskiajalta ja helposti havaittavissa hiilen sen haju, se on heikkeneminen ja heikkeneminen elementti heti, kun sen pitoisuus ylittää 0,08%. Kun se yhdistyy mangaaniin , joka on yleistä rautamalmissa, se heikentää huomattavasti terästen ominaisuuksia. Toisin kuin pii, nestemäiseen rautaan liuotetun rikin uuttaminen on vaikeaa, koska sitä ei voida kuluttaa ilmassa.
Tämä on Abraham Darby , joka oli alun perin paahtimo, joka toteuttaa vuonna 1709 ensimmäisen rautavalukoksin Coalbrookdalen pienessä masuunissa, jonka hän oli palkannut:
"Hänelle tuli mieleen, että masuunissa oleva rauta oli mahdollista sulattaa hiilellä ja sieltä hän yritti ensin käyttää raakahiiltä, mutta se ei toiminut. Hän ei lannistunut, kääntyi hiilen tuhkaksi, kuten tehdään mallas polttoa , ja lopulta saaneet suorituksen. Mutta hän huomasi, että vain yksi hiililaji soveltui parhaiten laadukkaan raudan valmistamiseen ... "
- TS Ashton , rauta ja teräs teollisessa vallankumouksessa
Koksi , enemmän murskaa kestävä kuin hiili, yksinkertaistaa toimintaa masuunin. Mutta vähärikkisten hiilien koksin käyttö on avainasemassa valuraudan laadussa. Koksi-valuraudan, jonka katsotaan olevan huonolaatuisempaa kuin puulämmitteinen valurauta ja joka ei sovellu teräksen tuotantoon, kesti 50 vuotta, ennen kuin Darbyn kilpailijat ymmärsivät tämän kohdan täysin.
Darbys tiedottaa prosessin yksityiskohdista hyvin vähän ja parantaa jatkuvasti prosessia ja tuotetun valuraudan laatua. Noin vuonna 1750 Abraham Darby II lähetti raakarautansa takomoihin määrittelemättä prosessia sen saamiseksi: koksivalu osoittautui täydellisesti sopivaksi muunnettavaksi raudaksi "ilman ennakkoluuloja, kunhan sitä ei ollut olemassa", ei ollut paljastanut, missä sikoja tuli ja miten ne tuotettiin ” .
Puuhiiliraudan tuotanto jatkuu tämän tyyppiselle valuraudalle omistetun laadun ja tiettyjen väärentäjien haluttomuuden vuoksi , mutta myös tuottajamaiden (Ranska, Saksa jne.) Harjoittaman protektionismin vuoksi Britannian terästeollisuus. Vuonna 1760 Yhdistyneessä kuningaskunnassa oli vain 17 koksin masuunit, mutta 20 vuotta myöhemmin, uusi prosessi yleistyi siellä, niin ettei enää puuhiiltä masuunin. Brittiläisen valuraudan kokonaistuotanto kasvaa räjähdysmäisesti voittamalla puun vähäisen saatavuuden (myös välttämätöntä laivanrakennuksessa ). Vuonna 1809, vuosisadan koksi sulatuksen keksimisestä, vuotuinen tuotanto saavutti 400 000 tonnia, kun taas hiilen sulatus vaihteli 15 000-25 000 tonnin välillä samalla ajanjaksolla. Tämän päivämäärän jälkeen puuhiilen masuunit katosivat Yhdistyneestä kuningaskunnasta.
Ranskassa ensimmäiset kokkitestit tapahtuivat vasta 1769 Hayangessa ennen koksi-masuunien rakentamista Le Creusotiin britin William Wilkinsonin johdolla . Sotat Englannin kanssa keskeyttävät sitten kaiken kehityksen. Kun rauha palasi, rautamestarit joutuivat omaksumaan prosessin taistelemaan englantilaisen teräksen tuontia vastaan.
Amerikkalainen terästeollisuus hylkäsi puuhiilen samanaikaisesti. Vaikka sillä on pääsy englantilaiseen tekniikkaan, sitä vähemmän rajoittaa puun saatavuus. Se hyötyy myös Pennsylvanian antrasiitista , jota voidaan käyttää suoraan masuunissa, ja sitten vähitellen hylkää sen koksin hyväksi.
Vuonna XIX : nnen vuosisadan käyttö koksin mahdollistaa radikaalia muutosta alalla. Tämän polttoaineen saatavuuden lisäksi sen kestävyys puristumiseen korkeissa lämpötiloissa mahdollistaa ylläpitävän hyvän pelkistävän kaasun läpäisevyyden . Korkeus masuunien saavuttaa sitten parikymmentä metriä, mikä parantaa merkittävästi terminen hyötysuhde . Koon kasvu muuttaa myös uunin ulkonäköä: muurausrakenteen vanha pyramidimainen arkkitehtuuri korvataan kevyemmällä ja vahvemmalla rautarakenteella. Parempi jäähdytys, tulenkestävä vuori kestää myös pidempään.
Ilman esilämmitysSkotlantilainen James Beaumont Neilson , teollisuuskaasujen käsittelyn asiantuntija ja Glasgow'n kaasutehtaan johtaja , teki useita tutkimuksia kaupunkikaasun valotehon parantamiseksi . Taotun päällikön tiedoksi merkityksen masuunien palamisilman ominaisuuksille hän selittää heille yhden löytöistään: kaasun palaminen on vilkkaampaa kuumalla kuin kylmällä ilmalla. Tämän havainnon perusteella hän ehdotti, että he esilämmittäisivät myös masuuniensa palamisilman suorituskyvyn parantamiseksi.
Tämä idea ei ole uusi: Seddeger-niminen insinööri ehdotti sitä vuonna 1799, ja toinen, Leichs, kokeili tähän suuntaan vuosina 1812–1822. Ehdotusta kuitenkin pidetään edelleen skeptisenä:
"Hänen teoriansa oli täysin eri mieltä vakiintuneesta käytännöstä, joka suosi mahdollisimman kylmää ilmaa. Yleisesti hyväksytty ajatus oli, että ilman kylmyys talvella selitti tuotetun valuraudan paremman laadun. Tästä havainnosta takomomestarien ponnistelut oli aina suunnattu puhalletun ilman jäähdyttämiseen, ja tähän tarkoitukseen oli keksitty erilaisia apuvälineitä. Joten säätimet maalattiin valkoisiksi, ilma johdettiin kylmän veden yli ja joissakin tapauksissa injektioputket olivat jopa jään ympäröimiä. Joten kun Neilson ehdotti prosessin täydellistä kääntämistä ja kuuman ilman käyttämistä kylmän sijaan, väärennösten mestareiden epäusko on helposti kuviteltavissa ... "
- R. Chambers , henkilötiedot Sanakirja arvovaltaisten Scotsmen
Kukaan ei todellakaan ollut ymmärtänyt, että kylmän ilman etu on vain siinä, että se on kuivempaa!
Alustavat testit suoritetaan kuitenkin ja ne ovat osoittautuneet rohkaiseviksi. Vaikka mitään tyydyttävää ilmalämmitysjärjestelmä voitaisiin kehittää, periaate patentoitiin vuonna 1828. Jotta edistettäisiin sopivan lämmittimen, Neilson tyytyneet vaatimaton royalty yhden shillingin kohden. Valmistettu sen prosessin. Vuonna 1829 hän valmisti ensimmäisen teollisen koneen, joka lämmittää ilman 150 ° C: seen , Clydessä . Vuonna 1931 Calder Works toteuttaa ilmaa noin 350 ° C: ssa . Jopa putkimaisen lämmittimen polttoaineenkulutus huomioon ottaen syötetty lämpö mahdollistaa hiilen kokonaissäästön jopa kolmanneksen ja vähentää samalla merkittävästi kuonan rautapitoisuutta. Toisin kuin koksi, jonka vakiinnuttamiseen oli kulunut lähes vuosisata, prosessi hyväksyttiin nopeasti. Sen kiinnostuksen osoittavat tutkijat, jotka luetelevat sen edut:
"1. Masuunin alaosassa hiiltä ei hapeta CO 2: ksi, mutta vain CO: ssa. [Kilogramman ruskohiilen ] polttaminen masuunissa tuottaa vain 2 473 BTU, kun taas sen täydellinen palaminen tuulen kuumennuksen yhteydessä tuottaa 8080 BTU […]
2. Kuuman ilman käyttö nopeuttaa materiaalien sulamista suuttimien lähellä .
3. Kun lämpötila on riittävän korkea, hiili poltetaan suoraan hiilimonoksidiksi ja lämpö väkevöidään [suuttimissa]. Kylmän tuulen myötä hiilidioksidia syntyy tuyereiden lähellä, sitten se hajotetaan korkeammaksi uunissa olevaksi monoksidiksi, joka hajottaa palamisen.
4. Koska palaminen on enemmän paikallista ja tarvitaan vähemmän ilmaa [vähemmän koksin polttamiseksi], uunin yläosa on viileämpi ja savut kuljettavat vähemmän lämpöä.
5. Vähemmän koksin määrää vähemmän kuonana tyhjennettävää tuhkaa, mikä vähentää tarvittavan virtauksen määrää ja siten polttoainetta.
6. Koska koksia tarvitaan vähemmän, sen polttaminen vie vähemmän aikaa. Tämä koksimäärä korvataan tietyllä uunitilavuudella edullisesti malmilla, mikä lisää uunin tuottavuutta… "
- T. Turner, Raudan metallurgia
Ilman lämmittämiseen tarvittava lämpö voi tulla polttoaineista, jotka ovat paljon halvempia kuin koksin: Neilsonin laite on tyydyttynyt huonolaatuiseen hiileen. Masuunihöyryjen lämpöarvo, joka syttyy spontaanisti kurkusta lähdettäessä , ei kuitenkaan ole päässyt ketään: vuodesta 1814 ranskalainen Aubertot otti ne talteen muutaman tehtaan apuuunin lämmittämiseksi. Näiden höyryjen kiinnostus koostuu todellakin pienestä osasta (noin 20% tuolloin) hiilimonoksidia , myrkyllistä, mutta palavaa kaasua.
Vuonna 1837 saksalainen Faber du Faur kehitti ensimmäisen putkimaisen ilmalämmittimen, joka otti kaasut ennen kuin ne lähtivät latauksesta. James Palmer Budd jätti samanlaisen patentin vuonna 1845, mutta ehdotti käytännöllistä menetelmää kaasujen sieppaamiseksi: ne otettiin kurkun alapuolelta ja laskettiin masuunin jalkaan sivuhormien avulla. Sitten vuonna 1850 Ebbw Valessa ilmestyi järjestelmä, jolla suu suljettiin kellolla, joka vähitellen otettiin käyttöön.
Masuunin kaasuja , jotka ovat kulkeneet maksu, on unohdettu, jotta ei tukkia uunien: pöly ruukut , pyörremyrskyt ja suodattimet puhdistavat nämä höyryt alas pölyisyys muutaman milligrammaa normaalia kuutiometrissä . Nämä laitokset ottavat huomioon suurina määrinä tuotetun myrkyllisen kaasun hallintaan liittyvät rajoitukset.
Ensimmäiset metallikattilat eivät kuitenkaan tuskin pysty ylittämään 400 ° C: ta . Vaikka tulenkestävä tiili laite sallii toiminnan korkeammassa lämpötilassa, alhaisen lämmönjohtavuuden materiaalista johtaa toiminta perustuu kertymistä ja lämmön vapautuminen sijasta johtuminen.
Tätä silmällä pitäen brittiläinen insinööri Edward-Alfred Cowper jätti vuonna 1857 patentin nimeltä Parannukset uuneissa ilman ja muiden elastisten nesteiden lämmittämiseen . Ensimmäiset testit alkoivat vuonna 1860 Clarence- tehtailla , mutta ne vastasivat tiilien vastarintaa, joka oli pinottu porrastettuihin riveihin Carl Wilhelm Siemensin ajatuksen mukaan , joka ei kestänyt lämpöpyöräilyä. Samana vuonna hän reagoi ehdottamalla parannuksia, jotka ennakoivat lopullisen uunin: liekki siirrettiin pois tiilistä, joilla oli suoraviivaiset kanavat.
Brittiläinen Whitwell paransi merkittävästi tulenkestävien materiaalien vastustuskykyä saamalla ilman nousemaan tasaisten tiiliseinien välillä. Tämä järjestely myös helpottaa kokoonpanon puhdistamista, jonka palamisen aiheuttama savu tukkii nopeasti. Se myös kertoo polttimet ja toimii ylimääräisessä ilmassa kuumien pisteiden välttämiseksi.
Jos uunit kehittyvät edelleen, on saatettu päätökseen tekniikoiden kehittäminen, joiden avulla voidaan saavuttaa 1000 ° C: n lämpötila aiemmin käyttämättömällä energialla: päähineistä tulee erottamattomia masuunista.
Hiilipula XVIII - luvulla edellyttää korvaamista mineraalipolttoaineilla. Luonnonteräksen tuotanto, joka koostuu harkkoraudan sijoittamisesta tulisijaan keskelle, altistaisi metallin tuhan ja savun muodostumiselle hiilen poltosta:
”Jalostamojen tulipalot eivät soveltaneet tätä korvaamista, mikä saattoi raudan kosketuksiin aina enemmän tai vähemmän rikkipitoisen materiaalin kanssa. Siksi oli välttämätöntä olla uuneja, joissa metalli ei koskenut kiinteään polttoaineeseen ja joka altistui yksinomaan liekin vaikutukselle. […]
Englantilainen Cort kuvitteli tätä ajatusta vuonna 1784, mikä on ollut annettu nimi puddling peräisin Englanti sana lätäkkö mikä tarkoittaa hautua . "
- A.Ledebur, Rautametallurgian teoreettinen ja käytännön käsikirja , s. 366
Koksi-masuunia täydentävä keksintö, Cort-kaikuuuni, vapauttaa terästeollisuuden hiilestä. Mutta sen etu rajoittuu polttoaineeseen: valuraudan hiilen palaminen, joka tapahtuu ilmavirralla, on hidasta, mikä merkitsee paljon hiilen kulutusta ja merkittävää metallin hapettumista. Kuluttamalla yli kaksi tonnia valkoista valurautaa yhden tonnin raudan tuottamiseksi Cortin prosessi mahdollistaa raudan saannin määränä, mutta ei merkittävästi vähentää kustannuksia.
Vuonna 1818 Samuel Baldwin Rogersin keksimä tulisija vesijäähdytteisellä valurautalevyllä valmistui muutama vuosi myöhemmin Joseph Hallin keksinnöllä, joka otti käyttöön hapettavan tulenkestävän vuorauksen, joka mahdollisti kolminkertaistaa uunin tuotannon. Tämä rautaoksidista koostuva vuori reagoi valuraudan kanssa ja nopeuttaa prosessia. Tällöin tarvitaan vähemmän polttoainetta ja hapetushäviöt vähenevät lähes 5 prosenttiin.
Nämä parannukset ovat perustavanlaatuisia. Parannettu prosessi, jota kutsutaan "rasvapudotukseksi", toisin kuin Cortin primitiivinen menetelmä, "kuiva vanukas", leviää nopeasti:
”MM: n metallurgisilla matkoilla. DUFRENOY , Coste ja Perdonnet näemme ( 1 st painos) vuonna 1823 käyttöön hiekkaa pohjat olivat edelleen yleisiä. Noin vuonna 1820 aloimme korvata murskatun kuonan hiekalla. Vuonna 1829 näemme täällä ja siellä valurautapohjia, mutta kirjoittajat lisäävät, että kuoppaamalla suoraan valuraudalle (ilman romu- tai kuonakerrosta) tulokset olivat viallisia. Lopuksi, vuonna 1837 ( 2 nd edition), valurauta pohjat olivat yleisessä käytössä. "
- E.-L. Grüner, Tutkimus metallurgiasta , s. Alaviite 168
ProsessiVatsaaminen alkaa pohjan valmistelusta. Puddler kerrostuu pohjaan kuonan ja oksidien kerroksen, josta tulee kuori uunilämmön ja valurautapohjan jäähdytyksen yhteisvaikutuksessa. Sika rauta lastataan tämän kerroksen oksideja. Koska rasvainen pudotus voidaan tehdä peruskammiossa, on mahdollista käsitellä runsaasti piitä tai fosforia sisältävää valurautaa.
Heti kun valurauta alkaa sulaa, puddler puuttuu asiaan. Hänen työnsä tapahtuu vaikeissa olosuhteissa ja vaatii selvää taitotietoa :
"… Työntekijän työ koostuu […] valuraudan ja kuonan kyntämisestä vahvalla vanhanaikaisella, suorassa kulmassa kaarevalla päässä […]. Metallihiukkaset sekoitetaan siten hapettuneiden alkuaineiden kanssa ja molemmat altistuvat ilman vaikutukselle. Panimon käyttämiseksi emme avaa itse työovea. Työntekijä kokisi liikaa lämpöä ja itse uuni jäähtyisi. Esittelemme työkalut yksinkertaisen 0,10 - 0,15 m: n sivuaukon kautta, joka on tehty liikkuvan oven pohjaan ja helppo sulkea ...
Kun rauta puhdistuu, siitä tulee vähemmän sulavaa; Sekoittamisen jatkamiseksi on siksi tarpeen nostaa lämpötilaa asteittain avaamalla savupiipun savuhormi asteittain uudelleen.
Koukun sijasta työntekijä käyttää melko usein viistettyä reunaa, jota kutsutaan kuormalavaksi tai höyläksi, joka sallii jäähtyneiden tai jähmettyneiden osien irtoamisen pohjalta, joilla on taipumus tarttua siihen. "
- E.-L. Grüner, Tutkimus metallurgiasta
Valuraudan hiilenpoisto aiheuttaa kuplimista, mikä vastaa hiilimonoksidin vapautumista . Kun tämä loppuu, voimme silti työntää hiilenpoistoa raudan saamiseksi. Kun puddler katsoo sen olevan valmis, hän jakaa metallimassan muutamaan palloon. Nämä puristetaan uuniin puhdistamaan ne kuonasta.
Näiden pallojen uuttaminen uunista seuraa välittömästi vasaralla tai telalla, jotta saadaan mahdollisimman paljon kuonaa ja saadaan käyttökelpoinen muoto, yleensä tangot. Tässä vaiheessa kuuman metallin käyttäytyminen mahdollistaa sen laadun arvioinnin.
Panimisen lisäksi pudotetun raudan laatu riippuu myös halkeilun nopeudesta ja perusteellisuudesta. Saatu metalli koostuu tosiasiallisesti rautamatriisista, joka sisältää raakakuonaa ja oksideja, jotka muodostuvat raakojen rautapallojen pinnalle sidonnan aikana. Tankojen taonta suuntaa nämä epäpuhtaudet rajoittamaan niiden haitallisuutta. Tämä vaatii toistuvaa takomista ja tehokkaita työkaluja: se on vasaroiden aikakausi , jotka kykenevät sekä parantamaan kiinnitystä että taonta suurilla tarkkuuksilla.
Vatsaamalla saadut silitysraudat sopivat hyvin kotelon kovettumiseen. Uudelleenhajotus on kuitenkin pinnallista, saatu metalli on heterogeenistä:
”Aikaisemmin terästä ei koskaan sulatettu tai kaadettu sen valmistamisen jälkeen; vain yhdessä tapauksessa, wootz , sulatettiin itse valmistuksen aikana. Menetelmästä riippumatta […] massan terästä ei saatu homogeenisessa tilassa. Jopa raudan tapauskovettamisen avulla raudan valmistuksessa ilmenneet tietyt puutteet, etenkin kuonien läsnä ollessa esiintyneet, pysyivät enemmän tai vähemmän terästankoissa […]. Nyt teräksen sulaminen ja muovaus korjaa ilmoitetun pahan, ja siten voidaan saada koostumuksen harkot , jotka ovat täysin homogeenisia kaikissa osissaan. On Benjamin Huntsman , että olemme kiitollisuudenvelassa käytännön ratkaisu tähän tärkeään ongelmaan. "
- J. Percy, Täydellinen tutkielma metallurgiasta
Kellojen, lukkojen ja erilaisten työkalujen valmistaja Benjamin Huntsman on tyytymätön työskentelemiensä terästen laatuun. Hän suorittaa kokeita parempilaatuisen teräksen tuottamiseksi. Hän kehitti prosessinsa, joka koostui 34 kilon (tai 15,4 kg ) sulatuksesta terrakottaupokkaissa . Teräspaloilla täytetty upokas suljetaan ja kuumennetaan sitten koksilla melkein 3 tuntia. Sitten sula teräs kaadetaan muotteihin ja upokkaat käytetään uudelleen.
Saatu laatu mahdollistaa esimerkiksi korkean suorituskyvyn jousien valmistamisen kellojen valmistusta varten, kuten Harrisonin merikronometrin pituuspiirin mittaamiseksi. Toisaalta menetelmä ei sovi hyvin suurten osien tuotantoon, mutta tämän ongelman ratkaisemiseksi syntyy nopeasti monia parannuksia. Krupp erottui siellä ja onnistui heittämään 2,25 tonnin harkon vuonna 1851 ja 21 tonnin vuonna 1862.
Paikallinen teollisuus kieltäytyy kuitenkin käyttämästä tätä terästä, koska se osoittautuu vaikeammaksi kuin tähän asti Saksasta tuotu. Sen alkuvaiheessa Hunstmanilla ei siis ollut muuta vaihtoehtoa kuin viedä metallinsa Ranskaan. Mutta uppoteräksestä valmistettujen ranskalaisten veitsien lisääntyvä kilpailu huolestutti Sheffieldin ruokailuvälineitä. Yritettyään epäonnistuneesti kieltää upokkaan teräksen viennin englantilaiset teollisuusyritykset joutuivat ottamaan tämän teräksen käyttöön.
Huntsman ei patentti hänen prosessia ja huolehtiva hieman sen hyvinvoinnin, "ei koskaan hän suostu kasvamaan yrityksensä millä tahansa keinoin niin yleisiä nykyään . " Hänen salaisuutensa paljastaa kilpailija nimeltä Walker. Taitotiedon leviäminen johti terästuotannon näyttävään laajentumiseen Sheffieldissä. Kun ennen Huntsmanin keksintöä vuonna 1740 siellä tuotettiin alle 200 tonnia terästä sementoimalla, vuosisataa myöhemmin upokkaan terästuotanto saavutti 20000 tonnia terästä: Sheffieldistä tuli 40% Euroopassa tuotetusta teräksestä. Vuonna 1860 Sheffieldin terästuotanto ylitti 80 000 tonnia, mikä on yli puolet maailman tuotannosta.
Upokkaassa sulanut englantilainen monopolikarkaistu teräs rikkoo saksalainen Johann Conrad Fischer (vuonna) vuonna 1805 .
Henry Bessemer on menestyvä englantilainen insinööri ja keksijä. 1850-luvun alussa hän yritti sulattaa rautaa ja terästä kiertämisen sidoksen ohittamiseksi . Jotta metalli ei saastuisi, hänen on käytettävä jälkikaiunta-uunia , jossa hän annostelee valurautaa ja rautaa teräksen saamiseksi. Tarvittavien lämpötilojen saavuttamiseksi se aiheuttaa ilmavirran nestemäisen metallikylvyn pinnalle höyryjen palamisen parantamiseksi.
Sitten hän havaitsi, että nestemäisen valuraudan pinnalle muodostui ohuita hiilettömästä raudasta valmistettuja levyjä. Tämä rauta, kiinteä, koska sen sulamislämpötila on korkeampi kuin valurauta, saatiin pelkästään ilman vaikutuksesta "ilman pudotusta tai muuta manipulointia" . Sitten hän päättää suunnata tutkimuksensa uudelleen ymmärtääkseen tämän löydön paremmin. Voit tehdä tämän, hän rakensi laboratorion upokas sauvalla jolloin ilma ruiskutetaan sulaan valurautaa. Tämän kokeellisen työkalun avulla hän voi saada nestemäistä rautaa.
Tämä upokas lämmitetään ulkopuolelta. Bessemer, joka tuntee jalostusreaktioiden eksotermisen luonteen , haluaa kuitenkin tietää, riittääkö reaktion tuottama lämpö paitsi kompensoimaan kylmän ilman syötöstä johtuvia lämpöhäviöitä myös nostamaan lämpötilan raudan lämpötilaan sulaminen.
Bessemerin keksimä menetelmä herättää paljon epäilyksiä. Niinpä hän kertoo tämän keskustelun esimiehensä kanssa, joka tiivistää yleisen mielipiteen:
"" Mihin haluat laittaa metallin, sir? "
Vastasin hänelle: "Haluan sinun kaatavan sen kanavan avulla tähän pieneen uuniin" osoittaen muuntimelle, "sille, jonka lämmityksen olet lopettanut ja johon minun on puhallettava ilmaa. Kylmä lämmittääksesi sen ”. Mies katsoi minua ilmalla, jossa yllätys ja sääli tietämättömyyteni sekoittuivat uteliaasti.
Sitten hän sanoi: "hänet otetaan nopeasti joukkoon". "
- Henry Bessemer, Sir Henry Bessemer, FRS, omaelämäkerta
Ensimmäistä yritystä kruunasi kuitenkin menestys. Brittiläisen yhdistyksen mekaanisen osaston presidentin George Rennien kannustamana hän meni 13. elokuuta 1856 Cheltenhamiin selittämään prosessiaan ennen tämän tunnetun yhdistyksen kongressia. Hänen puheellaan oli suuri vaikutus, ja se toistettiin seuraavana päivänä The Times -lehdessä .
Bessemer-muunninBessemer kokeilee erilaisia uuneja. Nämä osoittautuvat huonosti soveltuviksi prosessille: on välttämätöntä pystyä pysäyttämään jauhaminen nopeasti ja milloin tahansa vahingoittamatta suuttimia, sisäisten muotojen on oltava koveria tulenkestävien materiaalien, nestemäisen raudan syöttölaitteiden kestävyyden parantamiseksi on pidettävä poissa suuttimesta puhalluksen aikana ... Se ratkaisee ongelman luomalla pyörivän muuntimen retortin muodossa :
”Etsin aktiivisesti ratkaisua näihin vakaviin virheisiin ilman menestystä, kunnes minulla oli idea asentaa muunnin akseleille; joten pystyin pitämään suuttimia metallin yläpuolella, kunnes kaikki sula rauta oli muuntimessa. Tämä mahdollistaa koko kuorman puhaltamisen samanaikaisesti ja puhaltimen pysähtymisen purkamisen aikana. Tämä muuntimen liike mahdollistaa toiminnan lopettamisen milloin tahansa vaurioituneen suuttimen korjaamiseksi ja helpottaa suuresti työtä. "
- Henry Bessemer, Sir Henry Bessemer, FRS, omaelämäkerta
Samanaikaisesti muuntimen kanssa Bessemer kehittää kaikkia apuvälineitä. Sheffieldiin rakennettiin sitten esittelylaitos ; kahden vuoden käytön jälkeen siitä tulee kannattava. Voit takoa mestareita , jotka ostavat oikeuden käyttää uuden prosessin vastineeksi royalty kymmenen shillinkiä kohti tuotetun metallin, Bessemer tarjoaa suunnitelmat täysin kehittynyt työkalu. Thomas Turner toteaa noin viisikymmentä vuotta Cheltenhamin ilmoituksen jälkeen, että on "merkittävää, että paitsi ensimmäinen muotoilu, myös prosessin mekaaniset yksityiskohdat ovat kaikki peräisin samasta hengestä ja että keksintö on lakannut suunnittelijan käsistä niin saavutettu, että pieniä yksityiskohtia lukuun ottamatta ei ole sittemmin tehty parannuksia ” .
Bessemer-teräksen valmistusEnsimmäisten testien aikana reaktion väkivalta oli sellainen, että Bessemerille prosessi näytti hänelle "tuomituksi kaupalliseksi välineeksi kuonan ennusteiden vuoksi ja vain tästä syystä" . Uuniin tuomat parannukset antavat hänelle lopulta mahdollisuuden hallita projektioita. Nämä ovat jopa välttämättömiä kypsymisen edistymisen arvioimiseksi :
Kuljettajan kannalta on siis helppo erottaa puhalluksen eri vaiheet. Muutamat sepät, jotka ostivat oikeuden käyttää Bessemer-prosessia, eivät kuitenkaan kykene saamaan käyttökelpoista metallia: se on kylmä hauras ja murenee, jos se on kuuma. Tutkittuaan huolellisesti tietyillä valukappaleilla saadun raudan heikkolaatuista alkuperää hän havaitsi, että " brittiläinen raakarauta sisältää runsaasti tätä tappavaa vihollista, fosforia " .
Raudasta tulee hauras , kun se sisältää yli 3 ‰ fosforia. Bessemerille, joka oli alun perin suunnannut tutkimuksensa korkealaatuisen teräksen hankkimiseen aseiden valmistusta varten, se on isku. Hänen prosessinsa ensimmäiset testit, jotka tehtiin ruotsalaisella hiilivaluraudalla, olivat tuottaneet tyydyttävän pehmeän raudan. Fosforin poistamiseen tarvittavan parannuksen etsiminen mobilisoi Bessemerin energiaa useiden vuosien ajan. Mutta kun hän on käyttänyt useita tuhansia puntaa eri kokeisiin, hän ei löydä ratkaisua sen poistamiseksi. Jopa ostamalla osakkuuksiensa oikeudet Bessemer ei peitä asiaa, joka levisi jopa lehdistössä:
”Sallin itseni tuoda keksintöni yleisen edun mukaiseksi liian nopeasti. Minun ei olisi pitänyt tehdä sitä ennen kuin prosessin kaikki yksityiskohdat oli tarkasteltu, ja siihen mennessä olisin tehnyt siitä suuren kaupallisen (ei tieteellisen) menestyksen. "
- H. Bessemer, Sir Henry Bessemer, FRS; Omaelämäkerta , s. 164
Puddling osoittautuu kuitenkin kykenee poistamaan fosforia sulamis- väliaineen fosforia, mutta reaktiot, jotka sallivat tämän tuloksen tunnetaan edelleen huonosti. Emme vielä tiedä, että "fosforin palaminen tapahtuu muodostamalla fosforihappoa ( P 2 O 5), joka voi selviytyä vain, jos se on kiinnitetty peruskuonalla ” . Emäksinen kuona toimii kuitenkin vain, jos fosforihapon sijasta ei ole muuta happamaa materiaalia. Bessemerin, jonka prosessi toimii nestemäisellä raudalla eikä tahnamaisella, on kuitenkin käytettävä tulenkestävää pinnoitetta, joka on tehokkaampi kuin pudotukseen soveltuva, ja tällä hetkellä vain piidioksidiin perustuvat tulenkestävät aineet, jotka ovat siis hyvin happamia, pystyvät vastustamaan vallitsevia vaikeita olosuhteita. muuntimessa.
Bessemer-teräs syrjäyttää pudotetun raudanMutta Bessemer tarjoaa enemmän kuin prosessin ja siihen liittyvän tehtaan, uuden materiaalin: nestemäisen teräksen. Itse asiassa suuren määrän nestemäiseen rautaan liuenneen hapen läsnäolo puhalluksen lopussa vaatii lisäkäsittelyä. Spiegeleisenin , mangaanisulan, joka yhdistyy hapen kanssa muodostaen mangaanioksidia , lisäys on ihanteellinen. Mutta tämä rautaseos myös karbonoi rautaa. Tämä uudelleenhajotus on viime kädessä mahdollisuus, koska se muuttaa raudan teräkseksi. Menetelmä, joka on huonosti mukautettu "pehmeän raudan tuotantoon, pystyy joillakin muunnoksilla tuottamaan hyvälaatuista terästä, jolla on suuri koostumus ja lujuus" .
Bessemer ei unohda sitä tosiasiaa, että hänen ensimmäiset testinsä olivat valetun metallin tuottaminen, jonka laatu, toisin kuin pudotettu rauta, ei riipu sidonnasta, koska siinä ei ole kuonaa. Huolimatta Bessemer-teräksen alun perin huonosta maineesta, Cheltenhamissa tehdyn ennenaikaisen ilmoituksen takia, rautamestarien tietämättömyydestä, jotka eivät olleet tietoisia teräksen herkkyydestä lämpökäsittelyille, hän vaati jalostetun metallin paremmuutta tuulessa .
Sen ponnistelut eivät ole erillisiä: tieteellinen metallurgia onnistuu aikaisempien prosessien synnyttäneillä empiirisillä menetelmillä. Bessemer teräs, joka leviää tuotanto kiskot , etenee tulla yhteensopiva useimpien vaativiin sovelluksiin, kuten aseita ja kattilat .
Tämän metallin teollistaminen on käynnissä. 1860-luvun alusta lähtien ranskalaiset metallurgit Gruner ja Lan väittävät suorasukaisesti, että "meille on itsestään selvää, että pudotetulla teräksellä, samoin kuin teräsvalulla, on ollut päivä. He antavat tien Bessemer-teräkselle, koska ne itse korvaavat vanhan takiteräksen ja enemmän tai vähemmän kovennettua terästä. "
Koska Bessemer ei kyennyt fosforoimaan valurautaa, hän päätti rajoittaa prosessinsa ruotsalaisen hiiliraudan ja muutaman englantilaisen hematiittiraudan puhdistukseen , jotka on valmistettu fosforittomista malmista . Prosessi pysyy kannattavana, koska sen tehokkuus kompensoi korkealaatuisten valurautojen korkeammat kustannukset. Se on tuskin suosittu paitsi Yhdysvalloissa , Isossa-Britanniassa ja vähemmässä määrin Ruotsissa , ainoissa maissa, joiden terästuotanto on nousussa.
Monilla mailla on kuitenkin vain fosforia rautamalmia . Näin on Ranskassa, jossa on Lorrainen kissanpentu , mutta myös Saksassa , Belgiassa , Luxemburgissa ja jopa Walesissa . Paitsi että monet valmistajat eivät pysty käyttämään prosessia, korkean kysynnän takia muut kuin fosforimalmit ovat kalliita. Monet tutkijat tutkivat defosforoitumisen ongelmaa. Kemialliset reaktiot löydetään vähitellen.
Fosforin hapettuminen antaa hapon, jonka vedetön muoto korkeassa lämpötilassa on fosforipentoksidi P 2 O 5, joka muodostuu seuraavan reaktion aikana: 2 P + 5 O P 2 O 5
Kuten Ellinghamin kaavio osoittaa , tämä fosforioksidi hajotetaan raudalla reaktion seurauksena: P 2 O 5 + 5 Fe → 2 P + 5 FeO kun T> 1280 ° C: ssa .
Jos tämä reaktio rankaisee pudotuksen avulla tapahtuvaa fosforinpoistoa, joka toimii raudalla suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, se ei ole sama. Lämpötila on todellakin siellä paljon korkeampi, koska puhaltamisen lopussa se vastaa ainakin sulan raudan lämpötilaa ( 1535 ° C ). Tämän reaktion voittamiseksi emäksisen oksidin on yhdistettävä happooksidin P 2 O 5 kanssakuonassa sen luomisesta. Täten on mahdollista sekä stabiloida fosfori hapetetussa muodossa että vähentää P 2 O 5: n aktiivisuutta sen luomisen edistämiseksi.
Ensimmäisiä tuloksia alettiin julkaista 1870-luvun alussa. Tietty Heaton onnistuu fosforoimaan nestemäistä valurautaa natriumnitraattia käyttämällä , Snelus patentoi kalkin käytön , Bell kehittää prosessin, jossa käytetään magnesiumia ja rautaoksidia ... Fosforin hapettuminen kalkin ylimääräisen läsnä ollessa todellakin sallii luominen vakaa fosfaatin , riippuen reaktio:
2 P + 5 FeO + n CaO → n CaO.P 2 O 5 + 5 Fe n = 3 tai 4.
Idea on kuitenkin ristiriidassa mahdottomuuden kanssa kehittää vakaa tulenkestävä vuori. Bessemerin käyttämä tulenkestävä vuori on piipitoinen ja siksi erittäin hapan. Mikä tahansa uunissa oleva emäs yhdistyy piidioksidiin ensisijaisesti fosforioksidin kanssa, joka on paljon vähemmän hapan: siksi on välttämätöntä kehittää emäksinen tulenkestävä aine. Teollisesti käytettävää peruspinnoitetta ei kuitenkaan ole:
” Kalkkikarbonaatti hajoaa lämmöllä; poltettua kalkkia imee kosteutta ja putoaa jauhe ... Sinä päivänä kun sammuttaa tulipaloja, kalkki sulake ja putoaa jauhetta. Magnesia sopisi paremmin, koska se ei hajoa ilmassa; valitettavasti magnesiumoksidin karbonaatti on mineraloginen harvinaisuus. Ehkä voisimme käyttää dolomiittia , kalkin ja magnesiumin kaksoiskarbonaattia? Korkeassa lämpötilassa ammuttu dolomiitti, varsinkin jos se sisälsi tarpeeksi savea hieman sintrautumaan, vastustaisi kostean ilman toimintaa paremmin kuin puhdas kalkki. "
- E.-L. Grüner , Tutkimus metallurgiasta
Thomasin keksintöGrünerin intuitio on oikea. Mutta kaksi englantilaista tekee löydön ja kehittää menetelmän.
Sidney Gilchrist Thomas on 25, kun hän luulee löytävänsä ratkaisun. Hän värvää apua serkkunsa Percy Carlyle Gilchrist , kemisti Blaenavon ruukissa vuonna Walesissa . He työskentelevät tulenkestävän perusvuoren kehittämiseksi testaamalla erilaisia lisäaineita kalkin stabiloimiseksi. Viimeisessä versiossa tulenkestävä materiaali koostuu dolomiitista, joka on murskattu ja sitten keitetty ja sekoitettu tervan kanssa . Dolomiitin polttaminen on kalsinointi, joka tekee mineraalista sopivan kestämään korkeita lämpötiloja. Terva on sekä sideaine että vedeneristys, joka estää materiaalia imemästä kosteutta ja hiilidioksidia, mikä tekisi mahdottomaksi niiden käytön,
Laboratoriotestit alkoivat vuonna 1877 Blaenavonin ruukissa . Sidney Thomas jättää sitten patentin suojaamaan keksintöään. Teollisuuden mittakaavassa suoritettavat kokeet suoritetaan sitten Dowlaisin ruukille . Tässä tehtaassa havaitut menestykset päättivät serkut julkaisemaan keksintönsä. Kuten Bessemer Cheltehamissa, nämä valmistelevat puheenvuoron Rauta- ja teräsinstituutin kongressille syksyllä 1878, joka pidetään Pariisissa. Heidän esitystään pidettiin kuitenkin merkityksettömänä, ja sen käsittelyä lykättiin seuraavaan istuntoon. Defosforointiongelma kiinnostaa kuitenkin terästeollisuuden yhteisöä. Tunnettu metallurgisti Bell , joka avaa kongressin esittelemällä tutkimuksensa fosforisoitumisesta, johtaa keskusteluun, johon Thomas puuttuu huomaamattomasti:
"Keskustelun aikana nuori, ilmeisesti kokouksen nuorin jäsen, kertoi vaatimattomasti kolmessa lauseessa, että hän oli juuri onnistunut poistamaan melkein kaiken fosforin Bessemer-prosessissa ja että herra teki useita satoja analyyseja. Gilchrist vahvisti fosforin vähenemisen 20 - 99,9%. Kukaan ei nauranut tai onnitellut tätä nuorta miestä tästä saavutuksesta. Emme tiedustelleet sen eliminointimenetelmää; tätä ei kovin havainnollista ilmoitusta ei edes huomattu. Tämä nuori mies, jonka nimen tiesivät vain harvat siellä olleista, oli Sidney Gilchrist Thomas, ja Thomas-Gilchrist -prosessi oli juuri ilmoitettu ensimmäistä kertaa. "
- William Tulloch Jeans, teräksen aikakauden luojat
Talvella Thomas tuo viimeiset parannukset prosessiinsa. 4. huhtikuuta 1879 teollisuustuotanto alkoi Bolckow Vaughan tehtaan vuonna Middlesbrough , on muunnin, jonka kapasiteetti on 15 tonnia. Tehtaiden johtajat, joissa testit tapahtuivat, varmistavat uuden prosessin julkisuuden. Huhu levisi silloin ja "Belgian, Ranskan, Preussin , Itävallan ja Amerikan yhdistetyt voimat piirittivät Middlesbrough'ta nopeasti " . Rauta- ja teräsinstituutin kongressissa keväällä 1879 tunnustettiin kahden serkkun ja heidän kanssaan yhteistyössä toimineiden rautametallien menestys . Elokuusta, terästehdas vuonna Manner-Euroopassa ovat ilmoittaneet, onnistumisista.
ProsessiPinnoitteen lisäksi prosessi on hyvin lähellä Bessemerin “happoprosessia”. Fosforin hapettaminen vaatii joitakin ylimääräisiä toimintoja: aiemmin kaadettiin retorttiin maksu kalkki Kirkas vastaa 12-15 paino-% sulan, sitten Ruoka sulaan. Lopuksi puhallus laajenee hiilihapotuksen ulkopuolelle defosforoinnin mahdollistamiseksi.
Desilikaatio ja hiilenpoisto ovat samanlaisia kuin happoprosessissa; vain reaktioiden kinetiikka muuttuu, kuonan perustiedot suosivat piidioksidin tuotantoa, mutta estävät mangaanioksidin.
Defosforoinnin aikana hapettunut fosfori kulkeutuu kuonaan. Voimakas lämpötilan nousu selitetään tämän elementin hapettumisen hyvin eksotermisellä puolella. Tämä viimeinen vaihe, nimeltään "puhallus", on lopetettava heti, kun fosfori on poistettu, koska se vastaa myös raudan palamisen alkua, joka ilmenee punaisen savun päästöinä.
Koska fosfori eliminoituu vasta puhalluksen lopussa, hiilen täydellinen palaminen on edellytys fosforin poistumiselle. Jos haluamme lisätä teräksen hiilipitoisuutta, on sitten tarpeen sulatettua metallia höyrystää hallitusti. Tämän uudelleenhajottamisen on tapahduttava kuonan tyhjentämisen jälkeen, jotta fosfori ei pääse palaamaan metalliin.
Saatu teräs erotetaan laskeumalla kuonasta, joka sisältää fosforioksideja. Tätä kuonaa käytetään lannoitteena . Sidney Thomas, joka on mukana myös aikansa sosiaalisten olosuhteiden parantamisessa, edistää tätä laatua. Fosforihappo siellä on muodossa tetrakalsiumfosfaatti fosfaatti (P 2 O 5, 4 CaO), joista suurin osa voidaan omaksua kasvillisuuden avulla. Kuonan määrä on noin 200-250 kg kuonaa teräs- tonnia kohden .
Seuraukset talouteenUusi prosessi sallii fosforimalmien intensiivisen käytön ja erityisesti Lorrainen malmin käytön . Tämän malmin, runsaasti fosforia (noin 0,5-1% malmin), pysyi käyttökelvoton hapolla päällystyksen fosforinpoiston vaatii kuona runsaasti kalkkia , siis yksinkertainen.
Neljässä teollisimmassa maassa (Saksassa, Yhdysvalloissa, Ranskassa ja Isossa-Britanniassa) Thomas-teräksen osuus, joka on lähellä nollaa vuonna 1880, vastaa 62% Bessemerin ja Thomasin tuotannosta vuonna 1913, tietäen, että Amerikan tuotanto kokee mahtavaa kasvua (3380 kt vuonna 1880 ja 33 500 kt vuonna 1913) ilman Thomasin prosessia.
Vuonna 1880 Yhdistynyt kuningaskunta tuotti 1,31 miljoonaa tonnia nestemäistä terästä, kun taas neljä muuta Euroopan maata, Saksa, Belgia, Ranska ja Luxemburg tuottivat vain 1,22 miljoonaa tonnia . Ensimmäisen maailmansodan kynnyksellä vuonna 1913 tämä maa menetti hallitsevan asemansa. Saksan terästuotanto, joka hyötyi liitetyn Lorrainen talletuksista ja teollisuusyrittäjien kartelloinnista , edusti vuonna 1908 11,2 miljoonaa tonnia Yhdistyneen kuningaskunnan 5,3 miljoonaan tonniin ja tuotanto Martin-uunissa oli sitten kussakin maassa noin 4 miljoonaa tonnia .
Siksi uusi prosessi on muuttanut täysin kansakuntien teollista painoarvoa, etenkin Euroopassa . Kun otetaan huomioon myös investointien taso, se on myös vertikaaliseen integraatioon ja / tai erikoistumiseen kykenevien suurten yritysten alku .
Maiden sisällä metallurgian tuotanto on keskittynyt tietyille alueille. Vuonna Ranskassa , monet pienet taajamissa metallurgisen jotka selvisivät saapumisen ja parannukset masuunien alussa XIX : nnen vuosisadan katoavat hyväksi lukien ei Lorraine liitteenä. Vuonna 1869, ennen Ranskan ja Saksan sotaa vuonna 1870 , Meurthen ja Mosellen kaksi osastoa tuottivat 1,4% ranskalaista terästä; vuonna 1913 pelkästään Meurthe-et-Mosellen tehtaiden Thomas-teräs vastasi 69 prosenttia kansallisesta tuotannosta. Tätä kehitystä tukee myös kuljetusvälineiden voimakas parannus, joka mahdollistaa valmistettujen tuotteiden toimittamisen kauas tuotantokeskuksista.
Uunit lamppu ensimmäisen puoli on XIX : nnen luvulla ei ole riittävä lämpötila sulattamiseksi teräksen . Vuonna 1864 ranskalainen Pierre-Émile Martin onnistui Sireuilissa , isänsä Émile Martinin tehtaalla, kehittämään jälkikaiunta-uunin, joka mahdollisti sulattaa valurautaa ja romua (raudan tai teräksen tuotannossa syntyvät jätteet, sellaisina kuin ne ovat ) tai kierrätettyä romua. Martin-prosessin käyttö on erittäin taloudellisesti kiinnostavaa romuraudan ja teräksen käytön ansiosta, joka tuotannon kehityksen vuoksi alkaa edustaa merkittäviä määriä. Puhdistustoiminnon kesto kestää kauemmin kuin muunninprosessissa. Tällä kohdalla, jos se on haitta tuottavuudelle, on suuri etu, että se mahdollistaa prosessin paremman hallinnan ja siten parempilaatuisten terästen saamisen. Nopeasti "Martin-teräkset" valittiin aseistukseen ( Chassepot- kivääri , Ranskan laivaston aseet ) tai rautateiden renkaisiin .
Siemens-Martin-uuniPierre-Emile Martin onnistui parantamaan valmistusprosessiaan käyttämällä tutkimuksensa mukaan Carl Wilhelm Siemensin vuonna 1856 kehittämää uunitekniikkaa , jolle hän hankki lisenssin. Näiden uunien tekniikka perustuu polttokaasujen esilämmitykseen neljässä kammiossa, jotka on täytetty tulenkestävillä tiilillä, jotka on pinottu välilevyyn tai domino-tyyppiin, jolloin saadaan suuri kosketuspinta.
Asennus koostuu kannen uunista ja neljästä lämmön regeneraattorista. Nämä ovat tulenkestävällä materiaalilla vuorattuja kammioita, joihin tiilet on pinottu. Nämä tiilet toimivat lämmönvaraajina. Palamiskaasut otetaan talteen uunin ulostulossa yli 1 500 ° C : n lämpötilassa ja ne ohjataan kahteen kammioon. Tiilet saavat lämmön näistä kaasuista. Kun ne ovat saavuttaneet riittävän lämpötilan, kaasuvirtaus käännetään venttiilillä. Polttokaasu samoin kuin palamisilma ohjataan sitten kohti näitä kahta kammiota, jotta ne lämpenevät ennen kuin ne ohjataan uuniin. Ne saapuvat polttimeen (nimeltään carmeau) uunissa korkeassa lämpötilassa, mikä lisää huomattavasti lämpötilaa uunin sisällä.
Tämän tyyppisen uunin käyttöä on rajoitettu takan valmistuksessa käytettyjen tulenkestävien materiaalien haurauden vuoksi. Sitä käytetään vain pudotukseen tai lasitehtaille. Pierre-Emile Martin onnistui kehittämään piitä sisältävän (siis hapan) tulenkestävän tulisija, joka kestää lämpötilaa:
"Useimmissa uuneissa tämä kaatunut maa koostuu mahdollisimman puhtaasta kvartsihiekasta karkearakeisena hernenä, jonka koko on herne ja joka sekoitetaan tulenkestävän saven määrään, joka vaihtelee 2-5%. varmistaa taajaman. Joskus pohja on muodostettu kerralla koko paksuudellaan, sitten sen annetaan kuivua hitaasti, minkä jälkeen kypsennys tapahtuu nostamalla lämpötilaa asteittain, toisinaan se rakennetaan peräkkäisinä 20 millimetrin kerroksina kypsennettynä. toisensa jälkeen. "
- A.Ledebur, Rautametallurgian teoreettinen ja käytännöllinen käsikirja
Vuonna 1879 ranskalaiset insinöörit Varlands ja Alexandre Pourcel Terrenoiressa (lähellä Saint-Étienneä) ja Le Creusotissa kehittivät Thomasin työn pohjalta magnesiumista ja dolomiitista valmistetun pohjan . Tämän tyyppinen tulisija tekee mahdolliseksi fosforia sisältävien raaka-aineiden jalostamisen täsmälleen samalla tavalla kuin Thomas-muuntimille.
Ledeburin teoksen kääntäjät mainitsevat myös niin sanotun "neutraalin" pohjan olemassaolon, joka sisältää ferrokromia . Toisin kuin kaksi muuta pohjatyyppiä, sillä ei ole merkitystä metallurgisissa reaktioissa sulan metallin kanssa.
RaakamateriaalitMartin-prosessin suuri etu on mahdollisuus kierrättää rauta tai teräs romuna tai talteenotettuna romuna :
”Martin-uunin panoksen muodostava pääraaka-aine on pehmeä rauta roskien, kaiken ulos tulevan romun, valssattujen tankojen päiden, metalliromun muodossa. ; Lyhyesti sanottuna on tuskin mitään laatua rautaa, jota ei voida käyttää Martin-uunissa. "
- A.Ledebur, Rautametallurgian teoreettinen ja käytännöllinen käsikirja
Toinen iso raaka-aine on valurauta . Jalostuksen aikana valurauta puhdistetaan menettämällä hiili ja pii. Mitä suurempi valuraudan osuus (mikä lisää hiilen osuutta seoksessa), sitä voimakkaamman puhdistuksen on oltava.
Rautajätteen määrän ja valuraudan välinen suhde on erittäin vaihteleva, ulottuen vain valurautaa sisältäviin kuormituksiin. Colombierin mukaan valuraudan vähimmäismäärä on 20% happoprosessissa.
Peruskammioissa rautamalmia voidaan käyttää suoraan ns. Malmiprosessiin. Fosforin poistamiseksi tämän tyyppisessä uunissa käytetään myös kalkkia tai kalkkikiveä.
"... On olemassa tiettyjä olosuhteita, joissa joku saa parempaan sekoitukseen materiaaleja, joissa on enemmän valurautaa ja vähemmän rautaa […] Usein valuraudan ja romun suhteellisen hinnan perusteella sulakerroksen koostumus on vakiintunut, eikä mikään estä sulamisen osuuden nousua, jos hapetusreaktiot lisääntyvät sulamisen aikana. Yksinkertaisin keino, jota voidaan käyttää tämän päämäärän saavuttamiseen, on rautamalmin lisääminen, josta happi puuttuu hiilen polttamiseksi; osa tämän malmin raudasta pelkistyy ja lisätään kylpyyn. "
- A.Ledebur, Rautametallurgian teoreettinen ja käytännöllinen käsikirja
ProsessiUuni ladataan manuaalisesti tai mekaanisesti. Lastausjärjestys ja järjestely riippuvat monista tekijöistä. Ledebur huomautti esimerkiksi vuonna 1895, että pienissä nelosissa perustaja lataa ensin valuraudan yhdellä kertaa; hän odottaa sen sulamista ennen kuin lisätään rautaa ja terästä peräkkäisin toimenpitein. Valurautaa ja muita metallimateriaaleja ladataan samanaikaisesti suurissa uuneissa ja etenkin niissä, joissa on tulisija. Colombier ilmoittaa vuonna 1957, että happolämmitteisen uunin osalta kuorma asetetaan yhteen toimintaan, ensin valurauta tulipesään ja sitten romu kuorman päälle.
Vuonna XIX : nnen vuosisadan operaation toteuttamisessa on pääosin perustuu asiantuntemukseen ja katse perustaja johtaa uunin:
"Hiilen hapettuminen ilmenee kuplimisena, joka syntyy sulasta metallista syntyvien hiilimonoksidikuplien avulla [...] Kun kiehuminen on loppunut tai on loppunut, otetaan ensimmäinen testinäyte. tätä tarkoitusta varten pieni aiemmin lämmitetty rautatasku työnnetään kylpyyn ja pieni metalli poistetaan ja kaadetaan valurautamuottiin; saadaan koeputki; kipinät, jotka syntyvät metallista sitä kaatamalla, muotissa esiintyvä turpoaminen tai laskeutuminen ovat jo vihjeitä metallin luonteeseen, me kantamme sitä vasaran alle, taotaan sitä nopeasti ja yritämme taipua kylmä […] koulutetulle silmälle, murtuman yksinkertainen tarkastelu riittää osoittamaan metallin hiilenpoiston. "
- A.Ledebur, Rautametallurgian teoreettinen ja käytännöllinen käsikirja
Mittalaitteiden, etenkin lämpötilan, ulkonäkö kestää monta vuotta. Colombier huomauttaa työssään: "Emme voi korostaa tarpeeksi, että on tärkeää ottaa käyttöön mahdollisimman monta toimenpidettä teräksen tuotannossa, jonka käyttäytyminen jätettiin niin kauan pitkään kokemukseen perustuvaan tunnelmaan " .
Kun käyttäjä katsoo, että hiilenpoisto on riittävä, lisätään erilaisia alkuaineita ( ferromangaania , ferropiinä tai alumiinia ) kuormituksen deoksidointiin ja degasointiin ("rauhoittamiseksi"); ”Jos haluamme saada pehmeää rautaa, joka on tarkoitettu valssaamiseen, lisäys koostuu ferromangaanista, joka sisältää 50–80% mangaania, ja sen paino on 0,5–1% kuormitetusta metallista. Hankkia vähemmän pehmeää rautaa tai terästä, lisäämme 1-3% tästä ferromanganese” .
Kun kaikki toiminnot on suoritettu, saatu metalli kaadetaan kauhaan tai harkomuottiin.
Puhdistus ei saavuteta ilman kulun läpi sulan maksu , kuten muuntajat, vaan välinen kosketus sulan metallin ja kuonan . Toimenpiteen kokonaiskesto on siksi paljon pidempi ja vaihtelee suuresti riippuen valuraudan osuudesta, takan luonteesta, uunin lämpötilasta ja lastausaikasta (latausajan, mutta myös uunin jäähdytyksen vuoksi) jos ovet jätetään auki kauemmin) ja kuorman paino. Ledebur antaa ajan, joka vaihtelee 4-12 tuntia, klassisemmin 5-8 tuntia. Tämä mahdollisti kolmen tai neljän kaatamisen päivän aikana. Kesto on haitta tuottavuuden kannalta, mutta on etu saadun tuotteen laadun valvonnassa. Pidempi aika ja mahdollisuudet kuorman säätämiseen tai lisäämiseen mahdollistavat parempilaatuisten terästen saamisen verrattuna Bessemer- ja Thomas-prosesseilla saatuihin teräksiin. Prosessia arvostavat myös aseiden tai kiskojen toimittajat Keski-Ranskassa ( Forges Verdié , Forges Terrenoire ), joskus Bessemerin lisäksi.
Vaikka valta masuunin vahvistivat päässä I st luvulla Kiinassa ja XIII : nnen vuosisadan Euroopassa , uuneissa kehittyi alamäkiä, kuten Tatara tai Katalonian ahjo , hengissä kunnes XIX : nnen vuosisadan kiitos niiden koosta sisältöä ja niiden kyky käyttää malmit tai polttoaineet, jotka eivät sovellu masuuniin.
Nämä prosessit, jotka tunnetaan suorana pelkistyksenä, koska ne tuottavat rautaa yhdessä vaiheessa kahden sijasta masuuni - muunninparille, harkitaan uudelleen, kun keksittiin taloudelliset sulamismenetelmät, kuten Martin - Siemens - uuni tai sähköuuni. Todellakin, Ellingham kaavio osoittaa, että se on tarpeeksi yläpuolella 830 ° C: ssa ja hiilimonoksidin täysin vähentää rautamalmia. Tästä hyvin erilaisia prosesseja alhaisen uunit keksittiin lopulla XIX : nnen vuosisadan. Ne mahdollistavat esivalmistetun rautamalmin teollisen valmistuksen, joka on paljon homogeenisempi kuin suurennuslasi. Tehtaat toimivat joitain ennen toista maailmansotaa ( Chenot- prosessi 1850-luvulla, Siemensin suorat vähennykset noin 1880, Krupp-Renn-prosessit 1930-luvulla jne. ). Ne ovat kuitenkin luottamuksellisia, ja kannattavuudesta keskustellaan yleensä:
"Nykyään on vaikea ymmärtää, että Chenot-prosessin katsottiin alun perin mullistaneen rautateollisuutta, kun taas sitä voidaan soveltaa vain täysin puhtaisiin malmeihin, jotka kaikki ovat aikoja, jolloin sieni ei sulata uudelleen upokkaassa tai Martin-uunissa. Ei myöskään ymmärretä, että yhdessä tehtaassa olisi voitu koota kymmenen uunia, mikä merkitsisi huomattavia kustannuksia, sellaisen tuotteen valmistamiseksi, joka kuluttaa tonnia kohti sientä 1400 kilogramman hiilen vähentämiseen ja 1723 kilon hiilen kulutukseen. retorttien lämmittämiseen: sieni voidaan muuttaa raudaksi vain agglomeroimalla se Comtois-tulipaloon uuden hiilen kulutuksen ja huomattavan jätteen kustannuksella. "
- A.Ledebur, Rautametallurgian teoreettinen ja käytännöllinen käsikirja
Suorien pelkistysprosessien uusi sukupolvi ilmestyi 1950-luvulla . Tutkituissa prosesseissa korvataan maakaasu kivihiilellä polttoaineena ja pelkistysaineena. Sitten havaitaan, että hiilimonoksidin yhdistäminen vedyn kanssa noin 1050 ° C: n lämpötiloissa parantaa pelkistysprosessin nopeutta ja lämpökulutusta.
5. joulukuuta 1957 meksikolainen yritys Hylsa perusti Monterreyssa ensimmäisen suoran pelkistyslaitoksen, joka käytti maakaasua, ja saatu pelkistetty tuote oli tarkoitettu sulattamiseen valokaariuunissa. Koska ennalta pelkistyneen malmin tuotanto maakaasulla osoittautui taloudellisesti kannattavaksi, 1960-luvun lopulla rakennettiin useita tehtaita. Koska halvan maakaasun saanti oli välttämätöntä niiden kannattavuuden kannalta, suurin osa tehtaista sijaitsi maissa, joissa oli riittävät resurssit - kaasukentät, Latinalainen Amerikka (jossa monia on kehitetty) ja Lähi - itä .
1970-luvulla kehitetty Midrex-prosessi on paras esimerkki näistä suorapelkistysmaakaasuprosesseista . Sekä tekninen että kaupallinen menestys, vuodesta 1980 lähtien se edustaa noin kahta kolmasosaa ennalta vähennettyjen tuotteiden maailman tuotannosta. Jatkuvasti toimiva se on samanlainen kuin massi, jossa ei ole upotinta ja joka on kiinnitetty kuuman pelkistävän kaasun tuotantoyksikköön. Sen suora kilpailija, HYL III -prosessi, on tulosta Meksikon Hylsan tienraivaajien perillisen Tenova- ryhmän tutkimuksesta. Varmistamalla lähes 20% esipelkistettyjen tuotteiden tuotannosta, se eroaa Midrexistä vähentämällä kaasuntuotantoyksikköä sisäisillä uudistuksillaan . Nämä kaksi kaasukäyttöistä prosessia, jotka ovat teknisesti kypsiä ja myyty avaimet käteen , tarjoavat sijoittajille hyvän taloudellisen näkyvyyden… verrattuna usein pettyneisiin toiveisiin kilpailevista prosesseista.
Hiiliprosesseissa ne kehittyvät Siemensin suorasta pelkistysrummusta, joka perustuu lyhyen rummun käyttöön, kohti pitkää kiertouunia, jonka innoittamana ovat sementtiteollisuudessa käytettävät. Tähän kuuluu sekoittaminen korkeassa lämpötilassa rautamalmijauhetta ja hiiltä pienellä kalkkikivellä malmin happamuuden vähentämiseksi . Krupp-Renn prosessi osoittaa elinkelpoisuus periaate: kehitetty 1930-luvulla , on jopa 38 uunien 1945, jotka vaikka ne vain kokonais-kapasiteetti on 1 Mt / vuosi , asennettiin kaikkialla maailmassa. Jos menestys myöhemmän kehityksen Midrex Eclipse käsittelee hiilen, joissakin yksiköissä tilasi toisella puoli on XX : nnen vuosisadan osoittaa kannattavuutta nykyaikaisen varianttien kiertouuneissa vähentäminen.
Aina kun tekninen innovaatio tai taloudellinen tilanne epätasapainossa perinteisten tuotantosektorien kanssa, suora vähennys arvioidaan uudelleen. Lukuisat kehityssuunnat ovat mahdollistaneet plasman , hapen, leijupedin tai pyörivien tulipesän prosessien jne. Siksi on tutkittava innovatiivisia ratkaisuja rautaromun korvaamiseksi (jota 1960-luvulla väheni sähköterästehtaan kehityksen myötä), kasvihuonekaasupäästöjen rajoittamiseksi, maakaasuvaraston hyödyntämiseksi jne.
Huolimatta siitä, että esipelkistetyn teräksen määrä kasvaa jatkuvasti ja nopeammin kuin maailman terästuotanto, mikään prosessi ei ole pystynyt korvaamaan masuuni- tai masuunituotantoa. 40 vuoden kehityksen jälkeen esikäsiteltyjen tuotteiden terästuotanto ei ole koskaan ylittänyt 5% maailman terästuotannosta. Lähinnä kaasuprosesseihin perustuen se rajoittuu öljyntuottajamaihin. Itse asiassa vuonna 1998 eurooppalaiset teräksenvalmistajat havaitsivat edelleen, että "ollakseen kilpailukykyisiä, suoran vähennyksen on oltava maakaasun hinta 2 dollaria gigajoulea kohti, puolet Euroopan hinnoista" . Vuodesta 2005 lähtien kivihiiliprosessit ovat kuitenkin tulleet tärkeiksi useiden Intiassa kehitettyjen tuotantoyksiköiden ohjaamana .
Vuonna 1895 Carl von Linde onnistuneesti nesteytti ilmaa. Tästä lähestymistavasta riippumatta Georges Claude tilasi23. huhtikuuta 1905teollisuuden ilman nesteytysprosessi. Niiden patentit sallivat teollisen ja ennen kaikkea taloudellisen tuotannon suuria määriä happea ja nestemäistä typpeä . Yritykset syntyvät nopeasti (Claude perustaa Air Liquiden , kun taas Linde perustaa Linde AG: n ja Praxairin ).
Tämä pääsy hiilenpoiston avaintekijöihin ei ole kadonnut Georges Claude, joka vuonna 1910 suositteli puhtaan hapen käyttöä terästeollisuudessa . Bessemer suunnitteli jo vuonna 1856, että puhtaan hapen käyttö on muuntimien looginen parannus, ilman puhallus Bessemer- ja Thomas-prosesseissa osoittaa ilmeisiä haittoja:
Thomas-prosessi on ensimmäinen, joka herättää tutkijoiden huomion. Itse asiassa, toisin kuin Martinin prosessi, sillä on kaksi ilmeistä haittapuolta: ilma ruiskutetaan kylmäksi ja se kulkee suoraan kuorman läpi. Sen lämpösäätö on herkkä: hiilen hapettumisella lämmitetyn kylvyn lämpötila nousee vähemmän nopeasti kuin säännöllisesti hiiltä kuluttavan metallin sulamispiste . Puun ja fosforin hapettuminen tai kuumemman, hiilipitoisemman valuraudan käyttö mahdollistaa fuusion. Tämä havainto johtaa paradoksaalisiin käytäntöihin: jotta voidaan poistaa hiilihapot ja poistaa fosforit, on välttämätöntä, että meillä on vähimmäismäärä näitä ei-toivottuja elementtejä.
Ilman yksinkertainen korvaaminen puhtaalla hapella aiheuttaa kuitenkin huomattavia vaikeuksia. Puhtaan hapen reaktio valuraudan kanssa johtaa lämpötilaan 2 500 - 2700 ° C : näissä olosuhteissa, ilman suuttimia jäähdyttäen , muuntimen pohja tuhoutuu muutamassa tunnissa. Välillä 1937 ja 1940, Lellep, on Oberhausen että Ruhrin alueella , testataan vesijäähdytteinen kupari suuttimet laboratoriossa: riittävä hiilenpoiston aikana, tämä ratkaisu ei pidä ylös fosforinpoiston vaiheessa, puhumattakaan vaarallinen luonne vedellä jäähdyttäen - vesi , joka poistaa terästehtaan testien tarpeen.
Ilman rikastaminen hapella edustaa siis siirtymäratkaisua, jota tutkittiin jo 1920-luvulla. Vuonna 1925 Oberhausenissa taas tuulen rikastaminen testattiin Thomas-muuntimessa. Vuonna 1930 ensimmäinen suuri ilmakaasun tislauslaitos antoi Maximilianshitelle Sulzbach-Rosenbergissä mahdollisuuden puhaltaa muuntimet rikastetulla tuulella. Toisen maailmansodan jälkeen prosessia kokeiltiin laajemmin Euroopassa. Tämä mahdollistaa terästehtaan tuotannon tehostamisen aikana, jolloin on tarpeen toimittaa Marshall-suunnitelman ansiosta rakennetut tehtaat .
Emme vain sekoita happea ilman kanssa. Happipitoisuuden ylittämiseksi 40 prosenttia tarvitaan typpeä soveltuvampia laimennusaineita: hiilidioksidia testataan Domnarvetissa Ruotsissa vuosina 1947-1949, vesihöyryä testattiin noin 1950 Ranskassa ja Saksassa, sitten se hyväksyttiin Walesissa vuonna 1958. Parannus on havaittavissa, mutta tutkijat eivät tiedä, miten valjastaa jäähdytysteho höyryn ja CO 2, joka perustuu toiseen mekanismiin: korkean lämpötilan krakkaamiseen .
Martin-muuntimen mukauttaminenMartin-uuni, joka on periaatteessa vähän ilmassa olevan typen haitallista, ei oikeuta tutkijoiden samaa innokkuutta. Kokeita hapen käytöstä aloitettiin vasta vuonna 1946 Yhdysvalloissa ja Kanadassa, mutta happirikastuksen teollistuminen tapahtui 1950-luvun lopusta lähtien samanaikaisesti kaikentyyppisillä muuntimilla. Tämä viive hapen tuotantokapasiteetin puutteen takia peittää nopean säätämisen: happiruiskutus tapahtuu kylvyn yläpuolella, mikä eliminoi suuttimen jäähdytysongelman.
Martin-prosessi, jonka monipuolisuus ja soveltuvuus edistyneisiin jalostuksiin mahdollisti sen, että se pystyi valmistamaan yli 70 prosenttia maailman teräksestä, joka tuotettiin vuosina 1930–1960, lisää etujaan Bessemer- ja Thomas-muuntimiin nähden. Itse asiassa valuraudan hiilenpoisto tapahtui siellä hapen ansiosta, joka oli rautamalmikerroksessa, joka laskeutui tulisijaan ennen valuraudan kaatamista. Hapen käyttö lisää liekin lämpötilaa ja sen vauhtia: se pystyy hajottamaan valurautaa turvautumatta malmiin.
Vuodesta 1960 alkaen hapen injektio yleistyy. Se tehdään samanlaisella putkella kuin itävaltalaiset ovat kehittämässä osana tutkimustaan puhtaista happimuuntimista.
Puhtaan hapen muunnin: LD-tyyppiAjatus yhdistää Thomasin uunissa kehitetty happipuhallus ylhäältä Bessemer-Martinin retorttiin ei ole lainkaan houkutteleva: näyttää olevan vaikeaa saada happisuihkun tunkeutuminen nestemäiseen teräshauteeseen (tiheys 7) aiheuttamatta valtavia pyörteitä ja höyryjä.
Siksi vasta todettuaan olemassa olevien prosessien parannuksen rajat aloitetaan puhtaan hapen puhaltamisen ensimmäiset testit. Sveitsiläinen metallurgisti Robert Durrer osoittaa prosessin taloudellisen arvon. 1. st Huhtikuu 1948, se suorittaa ensimmäisen hapella puhdistetun teräksen valamisen sivupuhalluksella. Hän neuvoo Theodor Suessia, joka Linzissä parantaa prosessia, joka valitsee lanssin, joka tunkeutuu pystysuoraan retorttiin . 3. kesäkuuta 1949, testit alkavat.
Tulokset ovat tutkijoiden kannalta hämmentäviä: pakotettu siirtämään lansettia pois pinnalta usein esiintyvien tukkeutumistensa vuoksi, se ei huomaa suorituskyvyn heikkenemistä. Testit jatkuvat yhä raskaammilla kuormilla. Prosessi osoittautui erittäin lupaavaksi: vuoden 1949 lopusta, kuusi kuukautta ensimmäisen testin jälkeen, prototyypit näyttivät olevan taloudellisempia kuin parhaat tavanomaiset muuntimet.
Samana vuonna, Linz kasvi, mukana syvällinen uudelleenjärjestely prosessi, oli rakentaa terästehtaan toimittaa uuden kuuma valssaamo . Rohkea, yritys valitsee uuden prosessin, joka on ollut olemassa vain muutama kuukausi. Muutama kilometri eteenpäin Donawitzin OAMG-tehdas, joka suoritti samat testit, aloitti vuonna 1950 myös happiterästehtaan rakentamisen puhaltamalla esiin tulevalle lanssille. Kaksi yritystä, jotka kumpikin ovat hakeneet itsenäisesti patenttia, pääsevät toimeen ja prosessin nimi muuttuu Linz Düsenstahlista (”Linz Lance”) Linz-Donawitziksi .
Prosessi leviää: Vuonna 1951 japanilaiset metallurgit otettiin käyttöön uudessa prosessissa. Keksintö on todellakin radikaali: tehokkaampia ja siksi vähemmän kuin vastaavia ilmassa, uudet muuntimet vaativat vain noin kahden kolmasosan investoinnit ja käyttökustannukset, jotka on rajoitettu 55 prosenttiin vastaavan kapasiteetin tehtaan kustannuksista. Eurooppalaiset kilpailijat, jotka ovat tehneet paljon tutkimusta samaan suuntaan, kiistävät pitkään keksinnön yksinomaisen tekijyyden kahdelle terästehtaalle. Vuonna Yhdysvalloissa useat yritykset hankkivat osaamista Itävallan sitten kieltäytyvät maksamasta maksuja , ei tunnista patentin pätevyys ja jopa muuttaa Yhdysvaltain patentti- lainsäädännön silloinen menettely toukokuu 1971.
Tämä johtuu siitä, että toisin kuin kollegansa, Durrer ja Suess ymmärsivät, että nestemäisen metallin sekoittuminen on itse asiassa varmistettu hiilen poistossa syntyvistä hiilimonoksidikuplista :
”LD-prosessissa happi puhalletaan kylvyyn pystysuorasta, vesijäähdytteisestä putkesta, jonka kuparipää on lävistetty viidestä seitsemään lähentyvää-jakautuvaa suutinta. Puhalluspaine, noin 20 baaria , määrittää poistonopeuden luokalle 700 m / s , toisin sanoen Concorden nopeuden. Lanssin korkeus vaihtelee kypsymisen aikana. Kuonakerroksen läpi kuljettu happi reagoi välittömästi ja täydellisesti valuraudassa olevan raudan kanssa, jolloin tuloksena on nestemäinen rautimonoksidi, jota puolestaan vähentää välittömästi läsnä oleva pii ja hiili. Muodostunut piidioksidi neutraloidaan latausasemalle kaadetulla kalkilla ja myötävaikuttaa kuonan muodostumiseen, joka kelluu metallin yläpuolella ja vaahtoaa kaasun kehittymisen vaikutuksesta, kunnes muunnin on melkein kokonaan täytetty. Tämä CO-vapautuminen iskupisteessä ajaa myös kylvyn pintakerrokset kohti reunaa, mikä saa uudet metallimassat nousemaan retortin syvyydestä . "
- Olivier Bisanti, Vuosisata happea terästeollisuudessa
Hapen muuntaminen tuottaa kuitenkin suuria määriä punertavia huuruja (rautaoksidia), erittäin kuumia ja runsaasti hiilimonoksidia . Siksi prosessin kehittäminen edellyttää kalliiden pölynkeräysjärjestelmien rakentamista. Huppujen ja savupiippujen koko, niiden hallinnan monimutkaisuus (mahdollinen ilmanotto, joka aiheuttaa hiilimonoksidin palamisen ja joka voi tuhota savupiipun) edellyttää uuden terästehtaan rakentamista, jonka korkeuden ansiosta järjestelmä voidaan sijoittaa sinne. Vastineeksi pestyt ja pölytetyt höyryt ovat kaasu, jolla on suuri energiapotentiaali ja jonka kiinnostus kasvaa ensimmäisen öljyshokin jälkeen .
Lopuksi poistamalla typpeä ylimääräistä lämpöä voidaan käyttää romun sulattamiseen muuntimessa. Jälkikaiunta uunit on Siemensin ja Martin sitten muuttuvat käyttökelvottomiksi, koska yksi asennus tulee pystyvät jalostuksen valurautaa kuin kierrätyksessä romu ; lisäksi romu on yleensä halvempaa kuin masuunien valurauta , varsinkin jos jälkimmäinen tulee koteloista, jotka on tehty terästehtaan alavirtaan sijaitseviin laitoksiin .
Muut puhtaan hapen muuntimetLD-muuntimen avulla sekoittaminen varmistetaan hiilimonoksidikuplien nousulla, joka johtuu hiilenpoistosta. Mutta tällä liikkeellä, joka on tehokas puhalluksen alkaessa, on taipumus hidastua, kun liuennut hiili laskee alle 0,1%, ja sekoittuminen kuonan kanssa vähenee vastaavasti.
Historia toistaa itseään: kuten Bessemer-muunnin, LD-prosessi mullisti terästeollisuuden, mutta osoittautui sopimattomaksi fosforinpoistoon. Itse asiassa fosforin hapettuminen tapahtuu vasta kaiken hiilen poistumisen ja P 2 O 5 -oksidin poistamisen jälkeen vaatii voimakasta sekoittamista kuonan kanssa olevan kalkin kanssa.
LD-prosessin ilme ei siis pysäytä kehitystä. Muut happimuuntimet ilmestyvät, kaikki hyvin erilaiset:
Näiden fosforiraudan muuntamiseen erikoistuneiden prosessien asteittainen häviäminen ei johdu yksinomaan niiden sisäisistä virheistä. Rikkaampien malmien tuonti ilman fosforia on tullut taloudelliseksi louhinta- ja kuljetuskustannusten laskun ansiosta, mikä saa aikaan historiallisesti hyödynnettyjen mineraalien hylkäämisen. Korkea rautapitoisuus rajoittaa steriilin gangeenin sulamista masuunissa (ts. Koksin kulutusta) ja fosforin puuttuminen vähentää kalkin kulutusta muuntimessa. Tässä yhteydessä nämä prosessit häviävät, mutta perivät parannuksensa LD-muuntimeen:
Jo vuonna 1810 Humphry Davy oli kokeellisesti osoittanut mahdollisuuden sulattaa rauta valokaarella. XIX th luvulla useita insinöörejä yrittää teollistaa tätä prosessia: in 1878-79, William Siemens jättänyt patenttihakemuksen eräänlainen kaaren uunissa. Ensimmäiset modernit sähkökaariuunit kehitti Paul Héroult , Ranskassa , ennen kuin ne rakennettiin Yhdysvaltain tehtaalle vuonna 1907. Vuonna 1922 ranskalainen sähkövoima maksoi täsmälleen kaksinkertaisen koksin polttamisesta: uunia otetaan huomioon vain erikoiseosten tuotannossa. Noin 1950, sähköverkkojen modernisointi kannusti kuitenkin sellaisten tehtaiden syntymistä, joissa voimakkaat sähköuunit ottivat masuunit ja muuntimet.
1960-luvun puolivälissä ilmestyi hyvin pieni terästehdas lähellä Bresciaa , Piemontessa Italiassa, jossa noin kaksikymmentä työntekijää sulatettiin uudelleen tuontiromua tuottamaan raudoitustankoja erittäin edullisin kustannuksin. Mutta sähköalan laajentuminen, joka perustuu laitoksen yksinkertaisuuteen, edellyttää myös, että loppupään työkaluja voidaan yksinkertaistaa: pieniä joustavia valssaamoja kehitetään vähitellen. Vuonna 1966 amerikkalainen amerikkalainen yritys Nuclear Corporation of America päätti varmistaa terästoimituksensa ostamalla muutaman terästehtaan. Muutamaa vuotta myöhemmin yrityksestä tuli NUCOR, sen sotatarvikemyymälät menettivät kiinnostuksensa terästeollisuuden merkityksen ja etenkin kasvunäkymien edessä. Itse asiassa, Nucor on juuri teorian, vallankumouksellinen käsite: kompakti sähköinen teräksentuotantolaitoskokonaisuutta, mini-mylly .
Vaikka perinteinen teräksenvalmistajien jatkaa kilpailussa gigantismia laitosten ja uskovat lukinnut pääsyä markkinoille alistamalla terästuotannon kapasiteetin hallintaan jättimäinen investointeihin, Nucor ohittaa käytön masuunien omistamalla uunien sähköistys on talteenotetun romun sulattaminen. Uunin alavirtaan jatkuva valu tuottaa teräksen lähimpään mahdolliseen osaan lopputuotetta ( ohuet laatat levyjen saamiseksi, "koiran luun" osa palkeille jne.), Ja muutama valssaustyökalu varmistaa valmistumisen.
Todellakin, tällä hetkellä, kun Yhdysvaltojen laitteistovaihe on saatu päätökseen, tulee saataville paljon metalliromua, talteenoton magneetilla tekee keräyksestä taloudellisen. Tämä uudelleen sulatetun romun seos tuottaa huonolaatuista terästä, mutta suurelta osin riittävä useimpiin rakennus- tai teollisuussovelluksiin. Perustamalla pieniä uusia yksiköitä kulutuskeskusten läheisyyteen yritys vapautuu myös voimakkaiden metallintyöstöyhdistysten kuristimesta , jotka hallitsevat kaivosten lähellä sijaitsevissa vanhoissa teollisuuskeskuksissa.
NUCORin meteorinen nousu, josta yhä teknisempien terästen kehitystyössä luopumatta kompaktista terästehtaasta, tulee Yhdysvaltojen johtavaksi teräksenvalmistajaksi kahden vuosikymmenen aikana, asettaa kyseenalaiseksi terästeollisuuden:
Huolimatta tavoitteita näiden uusien tulokkaiden , The sähkö- alan ilmestyi 1990-luvun lopulla täydentävän perinteisen masuunit. Se loistaa seuraavilla markkinoilla:
Masuunit jäävät syvävetoon tai koviin rasituksiin ( kryogeeniset sovellukset , korkeapainesäiliöt jne.) Tarkoitetut teräkset , rautamalmin laatua on helpompi hallita kuin romua .
Siksi terästuotantotekniikat ovat kehittyneet päävaiheissa, joissa täydentävät prosessit ovat olleet rinnakkain: masuunin sulatus ja jalostus, koksin ja pudotetun raudan sulatus, retortti- tai tuliteräs, sähköuuni tai terästehdas hapella. Joka kerta nämä keksinnöt ovat olleet mullistuksia koko terästeollisuudelle.
Energiakustannukset ja toimituslähteiden kehitys ovat motivoineet tämän peräkkäisen työkaluparin. Menetelmän valinta on tietyllä hetkellä perusteltua sekä käytettävissä olevan raaka-aineen eli malmin (fosforipitoisuuden tai masuunin kanssa yhteensopivuuden mukaan) tai romun, että käytettävissä olevan raaka-aineen perusteella. energiaa. Nykyaikaiselle terästeollisuudelle, jos puhtaan hapen puhallus on välttämätöntä sekä nousevissa maissa että vaativimmissa kemiallisten epäpuhtauksien metallurgioissa, sähköala korvaa valuraudan puhdistamisen heti kun käytettävissä olevan romun määrä tai laatu sallii tämän.
Näistä innovaatioista huolimatta terästuotanto ei ole päässyt kilpailusta kiinteiden kustannusten vähentämiseksi teräslaitosten koon kasvun seurauksena. Terästeollisuudesta on siten tullut tyypillinen esimerkki raskaasta teollisuudesta . Mutta tuottavuuden paranemisen mahdollisti myös työkalujen erikoistuminen. Itse asiassa Siemens - Martin-prosessi, joka tuotti 80% maailman tuotannosta vuonna 1950, on korvattu työkaluilla, jotka on optimoitu joko sulatukseen tai valuraudan muuntamiseen teräkseksi. Lisäksi nämä uudet välineet osoittautuvat huonosti täydellistä hallintaa kemiallinen koostumus: näin tasku metallurgian vähitellen ilmestyi , joukon työkaluja erikoistunut saamiseen seoksia.
Se on edelleen XXI - luvun alussa, terästeollisuuden tärkeimmät huolenaiheet muiden raskaiden teollisuudenalojen, kuten kemian tai sähköntuotannon, kanssa :