स्टील का इतिहास

का विकास इस्पात लौह युग की शुरुआत में 4000 वर्षों का पता लगाया जा सकता है। पीतल की तुलना में सख्त और मजबूत होने के लिए, जो पहले व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली धातु थी, लोहा हथियार और औजारों में कांस्य विस्थापित करना शुरू कर दिया।

निम्नलिखित कुछ हजार वर्षों के लिए, हालांकि, उत्पादित लोहे की गुणवत्ता उत्पादन विधियों पर उपलब्ध अयस्क पर निर्भर करती है।

17 वीं शताब्दी तक, लोहे के गुणों को अच्छी तरह से समझा गया था, लेकिन यूरोप में बढ़ते शहरीकरण ने एक अधिक बहुमुखी संरचनात्मक धातु की मांग की। और 19 वीं शताब्दी तक, प्रदान किए गए रेलमार्गों का विस्तार करके लोहे की खपत की जा रही थी metallurgists लोहे की भंगुरता और अकुशल उत्पादन प्रक्रियाओं का समाधान खोजने के लिए वित्तीय प्रोत्साहन के साथ।

निस्संदेह, हालांकि, स्टील इतिहास में सबसे अधिक सफलता 1856 में आई जब हेनरी बेसेमर विकसित हुए लोहे में कार्बन सामग्री को कम करने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करने का एक प्रभावी तरीका: आधुनिक इस्पात उद्योग था उत्पन्न होने वाली।

लोहे का युग

बहुत अधिक तापमान पर, लोहा कार्बन को अवशोषित करना शुरू कर देता है, जो धातु के पिघलने बिंदु को कम करता है, जिसके परिणामस्वरूप कच्चा लोहा (2.5 से 4.5% कार्बन) होता है। ब्लास्ट फर्नेस का विकास, पहली बार 6 वीं शताब्दी ईसा पूर्व में चीनी द्वारा उपयोग किया गया था, लेकिन मध्य युग के दौरान यूरोप में अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, कच्चा लोहा का उत्पादन बढ़ा।

पिग आयरन पिघले हुए लोहे को ब्लास्ट फर्नेस से निकालकर मुख्य चैनल और आस-पास के सांचों में ठंडा किया जाता है। बड़े, मध्य और आस-पास के छोटे सिल्लियां एक बोने और चूसने वाली गुल्लक के समान थीं।

कच्चा लोहा मजबूत है, लेकिन इसकी कार्बन सामग्री के कारण भंगुरता से ग्रस्त है, जिससे यह काम करने और आकार देने के लिए आदर्श से कम है। जैसा कि धातुविद इस बात से अवगत थे कि लोहे की उच्च कार्बन सामग्री समस्या की मुख्य वजह थी भंगुरता, उन्होंने लोहे को अधिक बनाने के लिए कार्बन सामग्री को कम करने के लिए नए तरीकों के साथ प्रयोग किया व्यावहारिक।

18 वीं शताब्दी के अंत तक, आयरनमैकर्स ने सीखा कि कैसे पिग आयरन को एक कम कार्बन सामग्री के रूप में पोर्डलिंग फर्नेस (1784 में हेनरी कॉर्ट द्वारा विकसित) का उपयोग करके लोहे में बदल दिया जाए। भट्टियों ने पिघले हुए लोहे को गर्म किया, जिसे लंबे समय तक, ऊर के आकार के औजारों का उपयोग करके पुडलर्स द्वारा उभारा जाना था, जिससे ऑक्सीजन को कार्बन के साथ मिलाने और धीरे-धीरे निकालने की अनुमति मिली।

जैसे-जैसे कार्बन की मात्रा कम होती जाती है, लोहे का गलनांक बढ़ता जाता है, इसलिए लोहे के द्रव्यमान भट्टी में एकत्रित हो जाएंगे। चादर या रेल में लुढ़कने से पहले इन जनता को हटा दिया जाएगा और पोडर द्वारा जाली हथौड़ा के साथ काम किया जाएगा। 1860 तक, ब्रिटेन में 3000 से अधिक पोखर भट्टियां थीं, लेकिन यह प्रक्रिया अपने श्रम और ईंधन की तीव्रता से बाधित रही।

स्टील, ब्लिस्टर स्टील के शुरुआती रूपों में से एक, 17 वीं में जर्मनी और इंग्लैंड में उत्पादन शुरू हुआ सदी और उत्पादित पिघला हुआ पिग आयरन में कार्बन सामग्री को बढ़ाकर एक प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है सीमेंट से जोड़ना। इस प्रक्रिया में, लोहे के सलाखों को पत्थर के बक्से में पाउडर लकड़ी का कोयला के साथ स्तरित किया गया और गर्म किया गया।

लगभग एक सप्ताह के बाद, लोहे को लकड़ी का कोयला में अवशोषित किया जाएगा। बार-बार हीटिंग कार्बन को अधिक समान रूप से वितरित करेगा और परिणाम, ठंडा होने के बाद, छाला स्टील था। उच्च कार्बन सामग्री ने ब्लिस्टर स्टील को पिग आयरन की तुलना में बहुत अधिक व्यावहारिक बना दिया, जिससे इसे दबाया या लुढ़काया जा सके।

ब्लिस्टर स्टील उत्पादन 1740 के दशक में उन्नत हुआ जब अंग्रेजी घड़ी निर्माता बेंजामिन व्याध ने अपनी घड़ी के लिए उच्च गुणवत्ता वाले स्टील को विकसित करने की कोशिश की स्प्रिंग्स, पाया गया कि धातु को मिट्टी के क्रूस में पिघलाया जा सकता है और स्लैग को हटाने के लिए एक विशेष प्रवाह के साथ परिष्कृत किया जा सकता है जो सीमेंट प्रक्रिया को छोड़ देता है पीछे। परिणाम एक क्रूसिबल, या कास्ट, स्टील था। लेकिन उत्पादन की लागत के कारण, ब्लिस्टर और कास्ट स्टील दोनों ही कभी विशेष अनुप्रयोगों में उपयोग किए गए थे।

परिणामस्वरूप, 19 वीं शताब्दी के अधिकांश समय के दौरान ब्रिटेन में औद्योगिक रूप से पुडिंग भट्टियों में बना कच्चा लोहा प्राथमिक संरचनात्मक धातु बना रहा।

बेसेमर प्रक्रिया और आधुनिक स्टीलमेकिंग

यूरोप और अमेरिका दोनों में 19 वीं सदी के दौरान रेलमार्गों की वृद्धि ने लौह उद्योग पर भारी दबाव डाला, जो अभी भी अकुशल उत्पादन प्रक्रियाओं से जूझ रहा था। स्टील अभी भी एक संरचनात्मक धातु के रूप में अप्रमाणित था और उत्पाद का उत्पादन धीमा और महंगा था। यह 1856 तक था जब हेनरी बेसेमर कार्बन सामग्री को कम करने के लिए पिघला हुआ लोहे में ऑक्सीजन को पेश करने के लिए एक अधिक प्रभावी तरीका के साथ आया था।

अब बेसेमर प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है, बेसेमर ने एक नाशपाती के आकार का रिसेप्शन तैयार किया, जिसे एक 'कनवर्टर' के रूप में संदर्भित किया जाता है जिसमें लोहे को गर्म किया जा सकता है जबकि पिघली हुई धातु के माध्यम से ऑक्सीजन को उड़ाया जा सकता है। चूंकि ऑक्सीजन पिघली हुई धातु से होकर गुजरती है, इसलिए यह कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करती है, कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ती है और अधिक शुद्ध लोहे का उत्पादन करती है।

कार्बन को हटाने के लिए प्रक्रिया तेज और सस्ती थी सिलिकॉन कुछ ही मिनटों में लोहे से लेकिन बहुत सफल होने से पीड़ित हुआ। बहुत अधिक कार्बन हटा दिया गया था, और बहुत अधिक ऑक्सीजन अंतिम उत्पाद में बने रहे। बेसेमर को अंततः अपने निवेशकों को चुकाना पड़ा, जब तक कि उन्हें कार्बन सामग्री को बढ़ाने और अवांछित ऑक्सीजन को निकालने के लिए एक तरीका नहीं मिला।

लगभग उसी समय, ब्रिटिश धातु विज्ञानी रॉबर्ट मुशेट ने लोहे, कार्बन, और के एक यौगिक का परीक्षण शुरू किया मैंगनीजस्पाइजेलेसेन के रूप में जाना जाता है। मैंगनीज को पिघले हुए लोहे से ऑक्सीजन हटाने और स्पाइजेलिसेन में कार्बन सामग्री को हटाने के लिए जाना जाता था, अगर सही मात्रा में जोड़ा जाता है, तो बेसेमर की समस्याओं का समाधान प्रदान किया जाएगा। बेसेमर ने बड़ी सफलता के साथ इसे अपनी रूपांतरण प्रक्रिया में जोड़ना शुरू किया।

एक समस्या बनी रही। बेसेमर फॉस्फोरस को हटाने का एक तरीका खोजने में नाकाम रहे थे, एक अशुद्धता जो स्टील के भंगुर बनाता है, अपने अंतिम उत्पाद से। नतीजतन, स्वीडन और वेल्स से केवल फॉस्फोरस-मुक्त अयस्क का उपयोग किया जा सकता था।

1876 ​​में वेल्शमैन सिडनी गिलक्रिस्ट थॉमस ने बेसेमर प्रक्रिया में रासायनिक रूप से बुनियादी प्रवाह, चूना पत्थर को जोड़कर इसका समाधान निकाला। चूना पत्थर ने पिग आयरन से फास्फोरस को स्लैग में डाल दिया, जिससे अवांछित तत्व को हटाया जा सके।

इस नवाचार का मतलब था कि, दुनिया में कहीं से भी लौह अयस्क का उपयोग स्टील बनाने के लिए किया जा सकता है। आश्चर्य नहीं कि स्टील उत्पादन लागत में काफी कमी आने लगी। 1867 और 1884 के बीच स्टील रेल की कीमतें 80% से अधिक घट गईं, नई इस्पात उत्पादन तकनीकों के परिणामस्वरूप, विश्व इस्पात उद्योग की वृद्धि शुरू हुई।

ओपन चूल्हा प्रक्रिया

1860 के दशक में, जर्मन इंजीनियर कार्ल विल्हेम सीमेंस ने ओपन-चूल्हा प्रक्रिया के निर्माण के माध्यम से इस्पात उत्पादन को और बढ़ाया। ओपन-चूल्हा प्रक्रिया ने बड़े उथले भट्टियों में पिग आयरन से स्टील का उत्पादन किया।

अधिक कार्बन और अन्य अशुद्धियों को जलाने के लिए उच्च तापमान का उपयोग करते हुए प्रक्रिया, चूल्हा के नीचे गर्म ईंट के कक्षों पर निर्भर करती है। पुनर्योजी भट्टियों ने बाद में नीचे के ईंट कक्षों में उच्च तापमान बनाए रखने के लिए भट्ठी से निकास गैसों का उपयोग किया।

बहुत बड़ी मात्रा (50-100 मीट्रिक टन एक भट्टी में उत्पादित किया जा सकता है), आवधिक के उत्पादन के लिए इस पद्धति की अनुमति है पिघला हुआ स्टील का परीक्षण ताकि इसे विशेष विनिर्देशों और कच्चे के रूप में स्क्रैप स्टील के उपयोग को पूरा करने के लिए बनाया जा सके सामग्री। हालाँकि यह प्रक्रिया बहुत धीमी थी, 1900 तक, ओपन-हार्ट प्रक्रिया ने मुख्य रूप से बेसेमर प्रक्रिया को बदल दिया था।

इस्पात उद्योग का जन्म

इस्पात उत्पादन में क्रांति, जो सस्ती, उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री प्रदान करती थी, को दिन के कई व्यापारियों द्वारा निवेश के अवसर के रूप में मान्यता दी गई थी। 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध के पूंजीपतियों, जिनमें एंड्रयू कार्नेगी और चार्ल्स श्वाब शामिल थे, ने इस्पात उद्योग में लाखों (अरबों के कारनेगी के मामले में) निवेश किया था। 1901 में स्थापित कार्नेगी का यूएस स्टील कॉरपोरेशन, एक बिलियन डॉलर से अधिक मूल्य का पहला निगम था।

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस स्टीलमेकिंग

सदी के मोड़ के ठीक बाद, एक और विकास हुआ, जिसका इस्पात उत्पादन के विकास पर एक मजबूत प्रभाव होगा। पॉल हर्कोल के इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस (ईएएफ) को चार्ज सामग्री के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप एक्सोथर्मिक ऑक्सीकरण और तापमान 3272 तक था°एफ (1800)°सी), पर्याप्त से अधिक गर्मी इस्पात उत्पादन करने के लिए।

प्रारंभ में विशेष स्टील्स के लिए उपयोग किया जाता था, ईएएफ उपयोग में वृद्धि हुई और द्वितीय विश्व युद्ध के द्वारा, स्टील मिश्र धातुओं के निर्माण के लिए उपयोग किया जा रहा था। ईएएफ मिलों की स्थापना में शामिल कम निवेश लागत ने उन्हें यूएस स्टील कॉर्प जैसे प्रमुख अमेरिकी उत्पादकों के साथ प्रतिस्पर्धा करने की अनुमति दी। और बेथलहम स्टील, विशेष रूप से कार्बन स्टील्स, या लंबे उत्पादों में।

क्योंकि ईएएफ 100% स्क्रैप, या कोल्ड फेरस, फ़ीड से स्टील का उत्पादन कर सकता है, उत्पादन की प्रति यूनिट कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। जैसा कि मूल ऑक्सीजन चूल्हा के विपरीत है, संचालन को भी रोका जा सकता है और थोड़ी-सी लागत के साथ शुरू किया जा सकता है। इन कारणों से, ईएएफ के माध्यम से उत्पादन 50 वर्षों से लगातार बढ़ रहा है और अब वैश्विक इस्पात उत्पादन का लगभग 33% हिस्सा है।

ऑक्सीजन स्टीलमेकिंग

लगभग 66% वैश्विक इस्पात उत्पादन, अब मूल ऑक्सीजन सुविधाओं में उत्पादित होता है - एक विधि का विकास मूल ऑक्सीजन के विकास में प्रमुख प्रगति के लिए 1960 के दशक में एक औद्योगिक पैमाने पर नाइट्रोजन से अलग ऑक्सीजन भट्टियां।

बुनियादी ऑक्सीजन भट्टियां पिघले हुए लोहे और स्क्रैप स्टील की बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन उड़ाती हैं और ओपन-चूल्हा विधियों की तुलना में बहुत जल्दी चार्ज पूरा कर सकती हैं। 350 मीट्रिक टन लोहे तक के बड़े जहाज एक घंटे से भी कम समय में स्टील में रूपांतरण पूरा कर सकते हैं।

ऑक्सीजन स्टीलमेकिंग की लागत क्षमता ने खुले चूल्हा कारखानों को अप्रभावी बना दिया और 1960 के दशक में ऑक्सीजन स्टीलमेकिंग के आगमन के बाद, खुले चूल्हा संचालन बंद होने लगा। अमेरिका में अंतिम खुले चूल्हा की सुविधा 1992 में बंद हो गई और 2001 में चीन।