钢铁制造过程-钢铁是如何制造的?

钢铁制造工艺

钢铁制造业是一个对全球经济有重大影响的关键行业。自19世纪中期以来,钢铁已成为全球最依赖的材料之一,服务于无数的制造业和建筑市场。根据世界钢铁协会的数据在美国,全球钢铁生产支撑或促进了全球2.9万亿美元的经济活动,使其成为支撑全球数百万就业岗位的关键材料。

钢铁可能看起来不像是一种与先进技术有关的商品,但它的制造过程已经取得了长足的进步。在这篇关于钢铁制造过程的指南中,我们将探索钢铁的历史,并将其与现代应用中钢铁的制造和使用方式进行比较。

钢铁生产的历史

钢铁是铁器时代的发现,那个时代大约开始于公元前1200年。铁矿石首先在中亚和欧洲开采,当时的人类用铁制造工具和武器,这种做法被称为黑色冶金。铁制品在这一时期得到了发展,从铁匠生产锻铁制品开始。这些商人学会了加热铁矿石,并使用铁锤和铁砧的工艺,铁匠将杂质从金属中去除,生产出耐用和可锻的最终铁产品。

铁还有其他几种形式最终形成了今天所说的钢铁。在中国,铁器时代的冶金学家在大型熔炉中加热铁,有效地将铁熔化成液体,并与木材燃料混合。然后把融化的液体倒进模具,让模具变硬,最终变成炊具和模具上的其他物体的形状。这种工艺被称为铸铁,它生产出的产品比熟铁更耐用,但它易碎,使其难以成形和弯曲。

钢铁生产的历史

在铸铁之后,中欧的铁匠开始在铸铁产品上涂上木炭,以提高铁的强度,同时保持其灵活性。后来,铁经历了最后的迭代,最类似于今天的钢材料。在印度,炼铁工人发明了一种铁与碳的完美比例结合的冶铁工艺。铁工们使用坩埚或粘土容器,在高温熔炉中将铁和木炭混合在一起。在烹饪时,铁会融化并吸收木炭中的碳原子。冷却后,坩埚里含有我们现在所知的钢——一种铁碳合金。

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在发现铁碳合金之后,不同的文明开始扩大他们的钢铁生产实践,使他们能够制造改进的武器、工具和结构。自铁器时代以来,人类一直在寻求完善钢铁制造过程,不仅是为了生产更多的数量,而且是为了更有效地生产它。钢铁产量的不断提高,是钢材如今成为如此重要的全球大宗商品的原因。

今天的钢铁是如何生产的?

现代钢铁生产工艺开始于1856年用一种叫做贝塞麦法的方法。这在很大程度上被认为是第一个用于大规模生产钢铁的工艺。根据历史学家的说法,英国和匹兹堡的两位发明家同时开发了一种炼钢工艺,即通过吹风去除铁中的杂质。

随着这一发现,其他钢铁生产商开始完善这一过程,最终发现了一种使用空气喷砂技术来帮助保持碳含量的同时完全消除杂质的方法。最后,这一工艺演变成了一种极具成本效益的方式,可以大规模生产我们今天仍在使用的高质量钢材。

现在的钢铁一般有两种生产方式:

  1. 高炉:高炉工艺,也被称为基本氧气工艺(BOP),将原铁矿石和少量的废钢金属结合到一个熔炉中。然后,将纯氧吹入炉膛,提高炉温。在这个温度下,废铁不仅会熔化成液体,铁的杂质也会被氧化,完全蒸发掉。此外,高温使含碳量降低到理想的比例,从而产生钢液。
  2. 电弧炉:在电弧炉(EAF)方法中,来自电极的大电流电弧将大量的废钢熔化成液体。当废钢熔化时,技术人员加入其他铁合金,直到金属液体达到所需的钢与其他合金的比例,如铬和镍,形成不锈钢。为了净化钢铁,熔炉在氧气中鼓风,并加入石灰和氟石。这些物质与钢中的杂质结合,变成炉渣。然后炉渣浮到钢水的顶部,在那里被除去,留下纯净的钢。
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电炉法是当今最常用的炼钢方法。今天的现代电炉炼钢炉生产150吨钢铁一次融化大约需要90分钟。

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