현대 제련 기술의 발명과 발전 19 세기 중반 이후 유럽의 철강 생산이 크게 발전하기 시작했고 1856 이 대발전의 출발점이다. 올해 베세마이는 전로제련법을 발명해 제강 시간을 크게 단축했고, 지멘스도 곧 평로 제련법 (1867) 을 발명하여 양질의 강철을 생산할 뿐만 아니라 폐강을 대량으로 이용했다. 이 두 가지 방법은 현대제강의 기초를 다지고 인류를 철강시대로 이끌었다.
20 여 년 후, 영국인 토마스는 인 문제를 해결했다. 그는 화학반응의 관점에서 인의 행동을 연구했다. 선철의 인은 공기산화에 의해 오산화 이산인을 생성하고, 용광로의 실리콘 난로 안감에 의해 인으로 복원되어 다시 강철로 들어간다. 그래서 그는 또 다른 난로로 그것을 오산화 이산인과 결합하면 이 문제를 해결할 수 있을 것이라고 생각했다. 그는 P Gelchrist 와 협력하여 1877 의 작은 난로에서 일련의 실험을 실시하여 알칼리성 난로로 탈인을 실현할 수 있다는 것을 증명했다. 나중에 그는 1.5 톤의 난로 안에서 확대 실험을 했고, 백운석을 난로 안감으로, 타르를 접착제로, 1879 에서 성공하여, 부틸 알칼리성 전로 제강법, 일명 베세마이법을 만들었다.
평로 제강의 발명자는 독일인 지멘스이다. 그는 형과 함께 재생식 열교환기를 연구하고 가스로 연료를 만들어 유리난로에 성공적으로 사용함으로써 50% 의 연료를 절약했다. 나중에 그것은 강철을 녹이는 데 사용되었다. 이어 선철과 철광석으로 제강하는 방법, 즉 평로 제강법을 연구하고 1867 특허를 획득하는 데 성공했다. 평로 제강의 제련은 중간 반사로에서 진행되며, 난로 아래에는 두 개의 재생식 열교환기가 있어 예열 공기를 번갈아 사용한다. 이런 난로의 특징은 열효율이 높고 난로 온도가 높다는 것이다. 한편 프랑스의 마틴은 지멘스의 재생로에 대한 특허를 획득한 뒤 생철과 숙철을 강철로 정련하는 방법을 성공적으로 실험한 다음 숙철과 선철 대신 폐강으로 함께 강철을 제련했다. 이것이 바로 지금 흔히 볼 수 있는 평로 제강법으로, 지멘스 마틴법이라고도 한다. 평로의 난로 안감도 산성과 알칼리성이다.
평로 제련 시간은 전로 제련 시간보다 훨씬 길다. 1 100 톤의 난로, 원료가 선철: 스크랩 = 50: 50 이면 제련 주기는 약 8 ~ 12 시간입니다.
전로 제강에 비해 평로는 다음과 같은 장점이 있다.
평로에서 강철의 불순물을 제거하는 것은 느린 과정이므로 강철의 성분은 통제하기 쉽다.
모든 비율의 스크랩을 추가할 수 있습니다 (당시 변환기는 5% 로 제한됨).
알칼리성 용광로는 생철의 인 함량에 의해 제한되지 않습니다 (알칼리성 전로는 생철에 충분한 인이 함유되어 있어야 하며, 일반적으로 1.7 ~ 2% 입니다. 그렇지 않으면 산화 발열량이 부족하여 난로온도를 유지하기가 어렵습니다. 그러나 산성 전로에서 철의 함량은 강철의 양호한 성능을 보장하기 위해 충분히 낮아야 한다.
강철의 질소 함량이 낮다. (전로 시스템의 공기가 용융물로 직접 불어오고, 강철에 질소가 일부 흡수되어 강철이 바삭하게 된다.) (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 강철명언)
상술한 장점으로 평로가 급속히 발전하였다. 1894 까지 생산량은 이미 변환기를 넘어 1575 만 톤에 달했고, 전로강은 153530 톤이었다.
전기로 제강용 전기는 제강의 열원으로 쓰인다. 두 가지 형태가 있는데, 하나는 전기 아크로, 하나는 유도로입니다.
아크로-지멘스는 1878 에서 전기로를 사용하여 폐강을 녹였지만, 이 방법의 발전은 전기세와 전력 부족으로 제한되었다. 1900 년, 최초의 산업 아크 제강로가 프랑스 엘리엇에 건설되었다. 먼저 알칼리성 전로에서 무쇠를 불어서 실리콘, 망간, 대부분의 탄소를 제거한 다음 용융물을 알칼리성 전기로에 넣어 인과 탄소를 더 제거하여 필요한 함량에 도달할 때까지 각 난로의 성분이 거의 같다.
유도로-이탈리아인 페란티는 1877 년 처음으로 고주파로를 사용하여 금속을 녹였지만, 산업 응용은 1899 년 클린이 스웨덴에 세운 난로에서 시작되었다. 1907 년 영국 제강 센터 셰필드는 2 톤의 주물을 생산할 수 있는 실험로를 설립했다. 1925 년 발전기기의 발명으로 비교적 적절한 주파수 (500 ~ 3000 주/초) 를 얻을 수 있어 유도로의 발전을 가속화하고 고퀄리티 공구강을 점차적으로 대체한다. 유도로는 녹기만 하고 용융은 하지 않으며 필요한 성분에 따라 난로 원료를 미리 준비할 수 있다. 열을 감지할 때 소용돌이가 발생하여 용융물을 섞어서 강철의 성분을 고르게 할 수 있다.
전기로는 각종 성능의 합금강을 제련할 수 있다.
패러데이는 합금강의 창시자이다. 그는 전자에 적합한 재료를 찾기 위해 18 19 부터 크롬을 포함한 다양한 원소를 철에 넣었다. 애석하게도 그의 일은 더 이상 진행되지 않았다. 그렇지 않으면' 합금강 시대' 가 50 년 앞당겨 도착할 것이다.
187 1 년, 영국은 크롬 강철을 시험 제작했고, 1877 년, 프랑스는 크롬 무쇠와 크롬 강철을 제조해 공업에 사용했고, 용광로는 크롬 합금을 제련하기 시작했다.
R mushet 는 187 1 에서 망간강이 공기 중에 냉각된 후 경도가 매우 높기 때문에 공구강으로 사용된다는 것을 발견했다. 이런 합금의 출현은 기계 공업에 혁명을 가져왔는데, 그 수명은 이전의 고탄소강의 5 ~ 6 배에 달하고, 공작기계 속도는 1 배로 높아졌다.
그리고 R Hadfield 는 합금강 분야에서 또 중요한 발걸음을 내디뎠다. 그는 1883 년에 망간강을 발명했다. 이전에 텅스텐의 작용을 연구한 결과, 텅스텐이 강철을 단단하게 만들 수 있지만 바삭하게 변하는 것을 발견했다. R 하드필드는 대량의 플루토늄 (10% 이상) 을 넣으면 강철이 충분한 경도를 가질뿐만 아니라 인장 강도와 연성도 좋다는 사실을 추가로 발견했다. 망간강의 인성도1050 C 로 가열하고 물에 담금질하여 높일 수 있다 (탄소강은 이런 처리를 하면 바삭해진다). 강철은 또 다른 뛰어난 성능을 가지고 있다. 충격을 받을 때 표면이 굳어지고 내부는 강인함을 유지하여 철도 포크, 굴착기, 준설선 등을 만드는 데 적합하다. 망간강의 발견은 기계 공업에 귀중한 재료를 더했다.
허드필드는 원래 공구강으로 쓰였던 실리콘 강철도 발명했다. 이후 실리콘 함량이 5% 에 이르렀을 때 높은 투자율, 높은 저항, 낮은 자기체성의 특징을 가지고 있어 모터, 발전기의 회전자, 변압기 철심 등 가전제품을 만드는 데 특히 적합하다. 실리콘 강은 1907 부터 전력업계에 없어서는 안 될 기초재료가 되었다.
영국인 J 라일리는 1889 년에 발명된 니켈 강철이 공사에서 매우 중요한 역할을 했다. 그는 니켈이 4.7% 에 추가될 때 강철의 강도가 두 배로 증가할 수 있다는 것을 발견했다. 이런 우수한 성능은 신속하게 니켈강의 지위를 확립하였다.
금세기 초에 미국의 F.W. 테일러와 M. 화이트가 발명한 고속철은 곧 유럽에서 채택되었다. 전형적인 성분은 텅스텐 18%, 크롬 4%, 바나듐 1%, 탄소 0.5%, 때로는 코발트입니다. 이런 강철은 고온에서 부드러워지지 않는다. 이 강철을 도구로 사용하면 절단 속도가 고탄소강의 30 피트/분에서 500 피트/분으로 높아질 수 있습니다.
19 13 영국인 H. Brearley 는 스테인리스강을 발명했으며 13% 크롬과 0.3% 탄소로 구성되어 있습니다. 나중에 독일인 B 슈트라우스와 E 모렐이 니켈을 첨가하여 내식성과 기계적 성능을 더욱 높였다. 이것은 오늘날 널리 사용되는 18% 크롬과 8% 니켈의 스테인리스강이다. 강철에 크롬을 첨가하는 것은 부식에 내성이 있을 뿐만 아니라 고온에서 산화가 벗겨지는 것을 막을 수 있어 원자력 공업 로켓 증기 터빈 등에 이상적인 재료이다.
산업 혁명 이후 금속 재료는 공업 생산에서 중장기 중요한 위치에 있다. 금속 재료 중에서 강철이 1 위를 차지한다. 19 세기 중엽 이전에 철은 주요 금속 재료였다. 금세기 후반부터 강철이 빠르게 철을 대체하여 공업 발전의 중요한 버팀목이 되어 재료 공업의 철강 시대를 열었다. 20 세기에는 산업, 교통, 건축, 군사 등 부문의 대량의 수요로 인해 철강은 생산량, 품질, 품종, 제련 기술 방면에서 모두 새로운 진전을 이루었다.
20 세기 전반기에는 제철 기술이 여전히 19 세기에 발명된 용광로 제련을 위주로 하고 있지만, 제강 기술은 여전히 19 세기에 발명된 평로 제련을 위주로 하고 있으며, 전로 제강과 전기로의 제련 특수강을 깔고 있지만 제련 기술, 원료 처리 및 압연 기술은 끊임없이 개선되고 있다.
1930 쯤 야금학자들은 직접 산소를 사용하는 제강 방법을 연구하기 시작했고 공기 대신 고농도 산소를 사용하면 제강 효율을 높일 수 있다는 것을 논증했다.
1940 년대에는 산소 비스듬한 전로 제강법, 데스크탑 전로 이중관 산소 드라이어, 순산소 탑 드라이어 제강법이 잇따라 등장했는데, 그중에서도 순산소 탑 드라이어 제강법의 장점이 가장 두드러졌다. 당시 흔히 볼 수 있었던 평로에 비해 투자가 절반 정도 줄고 효율성이 몇 배 향상되었으며, 비용이 낮고 품질이 높아 빠르게 보급되고 있다. 미국과 이탈리아와 같이 전력이 충분한 나라에서는 전기 아크로 제강과 유도로 제강이 특수강 생산을 정련하는 데 사용되었습니다. 1940 년대에 나타난 연속 주강법은 제강 기술의 큰 발전이다. 그것은 주형과 초압연기를 절약하고, 생산성을 배로 높이고, 투자와 비용을 현저히 낮출 수 있다.
제강 기술의 발전은 또한 각종 특수강과 합금강의 지속적인 출현을 보여준다. 각기 다른 특수강과 합금강은 서로 다른 특수한 요구를 만족시킬 수 있다. 20 세기 초에 침탄이 발명되어 침탄 기술의 질소가 빠르게 발전하기 시작했다. 1920 년대 말부터 1930 년대까지 니켈과 크롬은 일반 탄소강에 추가되어 일련의 강인한 니켈크롬강을 만들었다. 중요한 합금강 망간강의 정제 기술도 새로운 진전을 이루었다. 1882 년 영국인 S·R· 하드필드가 처음 개발한 망간강은 약 12 ~ 13% 를 함유하고 있다. 20 세기 초에 플루토늄의 80% 를 함유한 고망간강을 방출하여 매우 높은 인성을 가지고 있어 함선과 무기의 장갑에 사용할 수 있다. 1900 년 하드필드가 높은 전도율의 실리콘 강을 개발해 가전제품을 만드는 좋은 재료다. 19 12 년 동안 영국인 H. Brearley 는 일정한 비율의 니켈과 크롬으로 내식성이 좋은 스테인리스강을 만들었다. 19 12 년, 미국은 니켈 7 1 ~ 80% 가 포함된 도자강을 생산했다. 1923 년 독일은 고경도 질화강을 성공적으로 개발했다. 제 2 차 세계대전에서 니켈-크롬 합금의 질화와 열처리를 통해 새로운 단단하고 내마모성이 강한 합금을 얻었다. 1940 년대에는 800 C 의 고온을 견딜 수 있는 니켈 크롬 합금이 나타났다. 또한 실리콘, 몰리브덴, 니오브, 알루미늄, 티타늄의 비율을 다르게 추가함으로써 이 시기에 특수한 성능을 지닌 다양한 합금강이 탄생했다. 이 합금 재료의 출현은 기계, 전기, 화공, 교통 및 군사공업의 발전을 촉진시켰다.
그 후 티타늄 등 금속 재료는 강도면에서 강철을 초과했지만 수량이 극히 제한되어 강철을 대체하지 않았다. 강철은 줄곧 거대한 수량과 품종으로 금속 재료의 세계를 지배하고 있다. 전문가들의 예측에 따르면, 적어도 향후 50 년 동안 어떤 금속 재료도 그 주도권을 대체하지 않을 것으로 예상된다.