الابتكارات في إنتاج الحديد والصلب خلال القرن التاسع عشر

The State of Ferrous Metallurgy before the 19th Century

فقبل أن يستعيد القرن التاسع عشر قواعد الميتالورجي، كان إنتاج الحديد الصالح للشرب والصلب مسعى مكلف وكثيف العمالة مقيداً بإمدادات الوقود والقيود المفروضة على العمليات، وكان العالم المادي للتأخر في القرن السابع عشر مبنياً إلى حد كبير من الخشب والحجارة والحديد المبتذل، وكان الحديد المستخرج من خلال الشجيرات المشتعلة باليدالية أو عملية التنظيف اللاحقة، هو عالم قوي ومفترس.

تحدي الجراحة في (الآيرا)

والتحدي الرئيسي الذي حدد في أوائل القرن التاسع عشر هو عدم وجود طريقة للتحكم بدقة في محتوى الكربون على نطاق صناعي، حيث أن الحديد المتجه يحتوي على أقل من 0.008 في المائة من الكربون؛ وهو ناعم ومنتج، كما أن الحديد المصبوب يحتوي على ما بين 2 في المائة و4 في المائة من الكربون؛ وهو سائل شديد وشديد، ويشغل الفولاذ الضيق بين 0.008 في المائة و2.14 في المائة من الكربون، وهو مكان لطيف يمنحه خصبة فريدة.

أزمة الوقود وارتفاع مستوى الكوك

وقد وضع القرن الثامن عشر أساساً حاسماً، إذ أن تطوير أبراهيم داربي للأفران التي تطلقها الكاكاو في كولبروكديل في أوائل القرن السابع عشر قد حل أزمة إزالة الغابات التي تسببها إنتاج الفحم، ونادراً ما كان صهر الكاكاو واسعاً، مما أدى إلى انخفاض كبير في تكلفة إنتاج الحديد الخنازير، غير أن فرون الإنفجارات الثانوية لا تزال تنتج سوى حديد.

The Puddling Furnace: Refining without Charcoal

وقد كان اختراع هنري كورت في عام ١٧٨٤ تطوراً ملحوظاً، حيث إن إنتاج الفراء الملتوي الذي يغذيه الفحم، وهو من الحديد المطهول الذي يُنتجه البرغر والذي يُعرض على الأكسجين في الغلاف الجوي الفرني، قد يحرق الكربون والسيليكون والمنغني، ويخلف وراءه كتلة من الحديد المائل نسبياً والمنشق.

The Bessemer Process: The Pneumatic Revolution

وقد حدث أحدث ابتكار في تاريخ صنع الفولاذ في عام 1856 عندما برأ السير هنري بسمير عملية الصنع، وكان بصيرة بسمير راسخة، بدلا من استخدام اللهب أو الإثارة لإزالة الشوائب من الحديد، اقترح تفجير الهواء مباشرة من خلال حمام من الحديد المتحرك، وكان الأوكسجين في الهواء سيتفاعل كيميائيا مع الكربون، والفولاذ السام، والمخنث، وحرقها.

المتحول الآلي في العمل

وكانت أجهزة جهاز بيسيمر، المحولة، وعاء ممزق بحجم البير مثبت بخليط سيليكا )بطانة حمض( وكانت هناك حاجة إلى قطعة من الحديد المتحرك إلى المحولة، وكان الهواء مجبرا على التتابع من خلال توابير في قاعه، وكان اللهب العنيف، بعدة أمتار، ينفجر من فم المحولة حيث أنه محرقة وكربونية.

مشكلة الفوسفور والحل الأساسي

(الإنتصار الأولي لفولاذ (بيسمر كان سريعاً مُتقلباً بسبب عيب حرج، لم يكن بإمكان صُلب (الفرنك) من المُحَوِّل الكيميائي (Gosphosphod) أن يُزيلوا الـ (Gosphos) من الـ (GI)

الأثر الاقتصادي لفول الجيب

The impact of the Bessemer and Gilchrist-Thomas processes was staggering. The price of steel rails fell by over 80% between 1856 and 1900. Production volumes exploded from negligible amounts to millions of tons per year. The Bessemer directly enabled the rapid expansion of railway networks across the United States, Europe, India, and Russia. Steel, once a precious metal, became a technical

العملية المفتوحة: الدقة والشارة

وفي حين أن عملية بسمير قد انقضت بسرعة وتكلفتها، فإن لها عيوب متأصلة، ومن الصعب التحكم في الكيمياء النهائية بدقة، ولا يمكنها أن تصقل بفعالية كميات كبيرة من الصلب الخردة، كما أن حجم البصل محدود بقدرة المحولة، وقد أظهرت عملية فتح القلب التي قام بها بصورة مستقلة ويليام سيمينس في إنكلترا وبيرس - إيميل مارتن في فرنسا خلال الستينات، مرونة ووضّحت حلا تكميليا.

The Siemens Regenerative Furnace

وكان قلب عملية القلب المفتوح هو الفرن التجدد، وهو أحد الابتكارات الكبرى في الكفاءة الحرارية في القرن التاسع عشر، وقد استخدم تصميم سيمونز الغازات العادمة الساخنة من الفرن إلى صبغة صبغة صبغة عظمية، بعد بضع دقائق، انعكست التدفق الجوي: فقد انتقل الهواء الوافد والغاز الوقودي من خلال أجهزة الفرز الحرارية، مما أدى إلى زيادة الحرارة قبل الدخول إلى الفرن.

المزايا في الكيمياء واستخدام الثروات

وقد تم تحميل فرن سيمنز - مارتين بخليط محسوب بعناية من الحديد الخنازير المهبل، والفولاذ الخردي، وركاز الحديد، والتدفقات، وقد استغرقت عملية التكرير وقتا أطول بكثير من سرعة التفريغ في بيسمير ٤ إلى ٨ ساعات، وأحيانا أطول بالنسبة للدرجات العالية الكربون، وكانت هذه السرعة الأبطأ ميزة، حيث أنها تسمح للملاجئين بأخذ العينات، وتقلدات السائلة المفتوحة تماما.

الهجين وموت المحبة

The open-hearth process gradually absorbed the roles of the puddling furnace and the crucible. It produced steel that was highly uniform and reliable, ideal for boiler plates, structural beams, and armor plate. The adoption of the basic open-hearth (using dolomite linings) in the 1880s further extended its reach, allowing it to process high-phosphorus

الابتكارات التكميلية ودعمها

وقد دعمت زيادة صناعة الفولاذ في بيسيمر وفتح القلب بمجموعات من التطورات الأخرى في مجال تجهيز المواد الخام والرحلات، وتكفل هذه الابتكارات التكميلية إمكانية تشكيل الصلب المنتج وتعزيزه وتطبيقه على كامل نطاق الاحتياجات الصناعية.

Advances in rolling Mill Technology

وقد كانت القدرة على إنتاج بذور كبيرة من الفولاذ بلا معنى دون أن تكون وسيلة لتشكيلها، فقد شهدت المطاحن ثورة موازية في القرن التاسع عشر، وقد أتاح اختراع المطحنة الثلاثة العالية التدفق إنتاج أكبر وأطول شكلا في ممر واحد، وقد مكّن تطوير مطحنة الصفائح العالمية من تدفق لوحات واسعة النطاق من أجل هوامش السفن ومغليها.

"عيد ميلاد "ألوي ستيلز

كما شهد القرن التاسع عشر أول تطور متعمد في الفولاذ المحموم، وبدأ المطهر والصناعية في تجربة إضافة عناصر محددة إلى الصلب لزرع ممتلكات خاصة، وقد بدأ استخدام روبرت موشيت للمنغنيز في سبيجيلسين أول إضافة عملية، ثم قام روبرت هادفيلد بتطوير الفولاذ المنغنيزي (يحتوي على 12-14 في المائة من المنغنيز) في عام 1882، مما أدى إلى تحول النظم الأساسية إلى الازد والقوية.

"الجيلكرست-طوماس" "الحياة العميقة"

إن تنمية البدانة الأساسية تستحق التركيز بشكل خاص لأنها كانت نقطة تحول مميتة وجغرافية سياسية، وكانت رؤية توماس وجيلكرست الرئيسية هي أن مادة أساسية من مواد التكاثر يمكن أن تجمع كيميائيا مع أكسيد الفوسفور الحمضي الذي تم إنتاجه أثناء الانفجار، وأن البقعة التي تشكلت غنية في الفوسفور وباعت على نطاق واسع كمنتج للسماد الزراعي، مما أدى إلى تغيير في إنتاج فرنسا من إنتاج ثانوي كبير لمصانع الفولاذ.

تحويل العالم والمجتمع القائمين على البناء

وكان للثورة الصناعية الثانية، من نواح عديدة، ثورة ذات دوافع فولاذية، وكل مشروع أساسي في أواخر القرن التاسع عشر - من السكك الحديدية العابرة للقارات إلى وقف الجسور إلى أول مفترق للسماء - التي تدور على المواد التي تتدفق من النباتات البسمرائية والمفتوحة القلب.

السكك الحديدية، الجسور، والبنى التحتية الخلفية

وكانت صناعة السكك الحديدية أكبر مستهلك أولي للصلب، حيث استمرت السكك الحديدية الصلبة 10 إلى 20 مرة أطول من السكك الحديدية المتجهة نحو العجلات، مما يعني انخفاض تكاليف الصيانة والقدرة على دعم الأسلاك المثقفة أسرع من القاطرات، كما أن السكك الحديدية الأمريكية العابرة للقارات، التي اكتملت في عام 1869، تعتمد على السك الحديدية الصلبة التي تنتجها المحولات في الشرق.

"الفول الصخري" "و"حافة المدينة

وقد ولدت المدينة الحديثة ذات الأزمة العالية من إطار الصلب، وقبل تطوير هياكل الفولاذ، كان ارتفاع المبنى محدوداً بالقوة المضغوطة للزيارة، كما أن مبنى التأمين المنزلي في شيكاغو، الذي اكتمل في عام 1885، يعتبر على نطاق واسع أول مُزدحمة للسماء لأنها استخدمت إطار هيكلي من الصلب لدعم وزنها، وقد أتاح هذا الابتكار للمدن التوسع في المناطق المرتفعة بدلاً من المناطق النائية فقط، مما أدى إلى تركيز النشاط التجاري في مناطق الوصلات الرئيسية في المناطق الساحلية.

القوة البحرية والقوى الصناعية

وكانت التطبيقات العسكرية للفولاذ الرخيص فورية، حيث أصبحت أول سفينة حربية على متن كليد متجهة نحو المحيطات، وWarrior [1860)، الحديد بدلا من الخشب، ولكن الصلب أصبح المعيار للبناء البحري.

الاستنتاج: مؤسسة المجتمع الصناعي الحديث

إن الابتكارات في إنتاج الحديد والصلب في القرن التاسع عشر تمثل نموذجاً للطريقة التي يمكن بها للانفصال التقني والكيميائي ربطاً كاملاً أن يعيد تشكيل حضارة، وقد استحدثت عملية البيسمر سرعة وحجماً، وأدخلت عملية القلب المفتوح النوعية والسيطرة؛ وحلت عملية جيلكرست - ثوم أزمة الفوسفور وحوّلت التوازن العالمي للصناعة، ولم تكن هذه الأساليب اختراعات اقتصادية رخيصة ولكنها جزء من موجة من التقدم الصناعي.

(أ) بحلول عام 19[00، بلغ إنتاج الفولاذ العالمي 28 مليون طن، وهو حجم لا يمكن تصوره قبل خمسين عاماً فقط، وقد تطورت العمليات التي استحدثت في هذا الحقبة مباشرة إلى صنع الصلب الأوكسجيني الأساسي (مشتمل على بيسيمر) وفرن القطب الكهربائي (مشتمل على مبادئ ميكانيكية لا تحصى) التي تهيمن على إنتاج الصلب اليوم.