háttér
a vas az egyik leggyakoribb elem a földön. Az ember szinte minden építménye tartalmaz legalább egy kis vasat. Ez is az egyik legrégebbi fémek és először vágták hasznos és díszítő tárgyak legalább 3500 évvel ezelőtt.
a tiszta vas puha, szürkésfehér fém. Bár a vas gyakori elem, a tiszta vas szinte soha nem található meg a természetben. Az egyetlen ismert tiszta vas természetesen lehullott meteoritokból származik. A legtöbb vas ásványi anyagokban található, amelyeket a vas más elemekkel való kombinációja képez. A vas-oxidok a leggyakoribbak. Azok a földfelszín közelében lévő ásványok, amelyek a legmagasabb vastartalommal rendelkeznek, vasércként ismertek, és kereskedelmi forgalomban bányásznak.
a vasérc különböző típusú vasrá alakul át több folyamat révén. A leggyakoribb eljárás a nagyolvasztó használata nyersvas előállítására, amely körülbelül 92-94% vas és 3-5% szén, kisebb mennyiségű egyéb elemmel. A nyersvasnak csak korlátozott felhasználása van, és ennek a vasnak a nagy része acélgyárba kerül, ahol különféle acélötvözetekké alakítják át a széntartalom további csökkentésével és más elemek, például mangán és nikkel hozzáadásával, hogy az acél sajátos tulajdonságait biztosítsák.
történelem
a történészek úgy vélik, hogy az egyiptomiak voltak az első emberek, akik kis mennyiségű vassal dolgoztak, mintegy öt-hatezer évvel ezelőtt. Az általuk használt fémet nyilvánvalóan meteoritokból nyerték ki. A vasbányászat és olvasztás első példájának vélt bizonyítékok az ősi hettita kultúrára utalnak a mai Törökországban. Mivel a vas sokkal jobb anyag volt a fegyverek és szerszámok gyártásához, mint bármely más ismert fém, gyártása szigorúan őrzött titok volt. Az alapvető technika azonban egyszerű volt, a vas használata fokozatosan elterjedt. Ugyanolyan hasznos, mint más anyagokkal összehasonlítva, a vasnak hátrányai voltak. Az abból készült szerszámok minősége nagyon változó volt, attól függően, hogy melyik régióból származik a vasérc, valamint a vas kinyerésének módja. Az extrakció során bekövetkező változások kémiai jellegét nem értették; különösen a szén fontossága a fém keménysége szempontjából. A gyakorlatok a világ különböző részein nagyon változatosak voltak. Bizonyíték van például arra, hogy a kínaiak nagyon korán képesek voltak megolvasztani és öntöttvas szerszámokat készíteni, és hogy a japánok elképesztő eredményeket értek el kis mennyiségben acélból, amint azt az évszázadok óta fennálló örökségi kardok bizonyítják. Hasonló áttörések történtek a Közel-Keleten és Indiában, de a folyamatok soha nem jelentek meg a világ többi részén. Az európaiak évszázadok óta nem rendelkeztek módszerekkel a vas olvadáspontra történő melegítésére. A vas előállításához lassan égették a vasércet fával egy agyaggal bélelt kemencében. A vas elválasztott a környező sziklától, de soha nem olvadt el teljesen. Ehelyett egy kérges salak alakult ki, amelyet kalapálással távolítottak el. Ez az ismételt hevítési és kalapálási folyamat összekeverte az oxigént a vas-oxiddal, hogy vasat termeljen, és eltávolította a szenet a fémből. Az eredmény majdnem tiszta vas volt, könnyen formázható kalapácsokkal és fogókkal, de túl puha ahhoz, hogy jó éleket tartson. Mivel a fémet kalapálással alakították ki, vagy kovácsolták, kovácsoltvasnak nevezték.
a Keletről Európába visszahozott Szerszámok és fegyverek egy megolvasztott és formába öntött vasból készültek. Megtartva több szén, öntöttvas keményebb, mint a kovácsoltvas, és tartsa a vágóél. Ugyanakkor törékenyebb is, mint a kovácsoltvas. Az Európai vasmunkások tudták, hogy a keletieknek jobb vasuk van, de nem az erősebb vastermékek kialakításának folyamatai. Egész nemzetek indítottak erőfeszítéseket a folyamat felfedezésére.
az öntöttvas gyártásának első ismert európai áttörése, amely gyorsan az első gyakorlati acélhoz vezetett, csak 1740-ben jött létre. Abban az évben Benjamin Huntsman szabadalmat vett ki az óragyártásban használt acélrugók gyártásához szükséges anyagok olvasztására. A következő 20 évben az eljárás szélesebb körben elfogadottá vált. Huntsman nagyolvasztót használt kovácsoltvas olvasztására egy agyag tégelyben. Ezután gondosan mért mennyiségű tiszta szenet adott az olvadt fémhez. A kapott ötvözet rugókba öntve egyaránt erős és rugalmas volt. Mivel Huntsman eredetileg csak a jobb órák készítésében érdekelt, tégelyes acélja közvetlenül a tengeri kronométerek fejlesztéséhez vezetett, ami viszont lehetővé tette a globális navigációt azáltal, hogy lehetővé tette a tengerészek számára, hogy pontosan meghatározzák keleti/nyugati helyzetüket. Az a tény, hogy ő is feltalálta a modern kohászat volt mellékhatása, amely nyilvánvalóan nem vette észre.
nyersanyagok
a nyersvas nagyolvasztóban történő előállításához felhasznált nyersanyagok vasérc, koksz, Szinter és mészkő. A vasércek elsősorban vas-oxidok, és magukban foglalják a magnetitet, a hematitot, a limonitot és sok más kőzetet. Ezen ércek vastartalma 70% – tól legfeljebb 20% – ig terjed. A koksz olyan anyag, amelyet szén melegítésével állítanak elő, amíg szinte tiszta szénné nem válik. Szinter készült kisebb minőségű, finoman elosztott vasérc, amely pörkölt koksz és mész, hogy távolítsa el a nagy mennyiségű szennyeződést az érc. A mészkő természetesen előfordul, és kalcium-karbonát forrása.
más fémeket néha vassal kevernek különböző acélformák, például króm, nikkel, mangán, molibdén és volfrám előállítása során.
az Érckitermelési és finomítási folyamat
mielőtt a vasércet nagyolvasztóban lehet használni, ki kell vonni a talajból, és részben finomítani kell a legtöbb szennyeződés eltávolításához.
történelmileg a vasat forró robbanás módszerrel, vagy később antracit kemencével állították elő. Akárhogy is, a vaskészítés alapvető tevékenysége során a munkavállaló kis mennyiségű nyersvasat és salakot kevergetett, amíg a vas el nem választódott a salaktól. “Pocsolyának” nevezték, ez magasan képzett munka volt, de forró, megerőltető és veszélyes is volt. Sok tapasztalatot, valamint kiadós alkotmányt igényelt. A Puddlers büszke, független és jól fizetett volt. Puddlers 1858-ban Pittsburghben megalapította a vas-és acélipar első szakszervezetét, a Sons of Vulcan-t. 1876-ban ez a szakszervezet összeolvadt három másik munkaügyi szervezettel, hogy megalakítsa a vas-és acélmunkások összevont Szövetségét. Ezt az uniót győzte le Andrew Carnegie az 1892-es Homestead-sztrájkban, az uniót romokban hagyva, az ipar pedig lényegében szervezetlen maradt az 1930-as évekig.
William S. Pretzer
extrakció
- 1 A világ vasércének nagy részét nyílt gödörbányászat útján nyerik ki, amelyben a
a tiszta vas puha, szürkésfehér fém. Bár a vas gyakori elem, a tiszta vas szinte soha nem található meg a természetben. A föld felszíne közelében lévő ásványi anyagokat, amelyek a legmagasabb vastartalommal rendelkeznek, vasércnek nevezik, és kereskedelmi forgalomban bányásznak.a talaj felszínét nehéz gépek távolítják el, gyakran nagyon nagy területen, hogy feltárják az ércet. Azokban az esetekben, amikor nem gazdaságos a felület eltávolítása, a tengelyeket a földbe ásják, oldalsó alagutakkal, hogy kövessék az ércréteget.
finomítás
- 2 a bányászott ércet összetörik és válogatják. A legjobb minőségű érc több mint 60% vasat tartalmaz. A kisebb osztályokat kezelik, vagy finomítják, hogy eltávolítsák a különféle szennyeződéseket, mielőtt az ércet a nagyolvasztóba szállítják. Ezeket a finomítási módszereket együttesen dúsításnak nevezik, és magukban foglalják a további zúzást, vízzel történő mosást a homok és agyag lebegtetéséhez, a mágneses elválasztást, a pelletizálást és a szinterelést. Mivel a világ ismert magas vastartalmú érckészletének egyre nagyobb része kimerült, ezek a finomítási technikák egyre fontosabbá váltak.
- 3 a finomított ércet ezután vonatokra vagy hajókra rakják, és a nagyolvasztó helyére szállítják.
A gyártási folyamat
a nagyolvasztó töltése
- 1 feldolgozás után az ércet összekeverik más ércekkel, és a nagyolvasztóba kerül. A nagyolvasztó acél torony alakú szerkezet, tűzálló vagy hőálló téglákkal bélelve. A nyersanyag vagy a töltés keveréke a nagyolvasztó tetejére kerül. A kemence alján nagyon forró levegőt fújnak vagy robbantanak be a tuye ‘ res nevű fúvókákon keresztül.a koksz a forró levegő jelenlétében ég. A levegőben lévő oxigén reagál a kokszban lévő szénnel szén-monoxidot képezve. A szén-monoxid
ezután reagál a vasérc, hogy szén-dioxidot és tiszta vas.
A vas elválasztása a salaktól
- 2 az olvasztott vas a kemence aljára süllyed. A mészkő egyesül a kővel és az érc egyéb szennyeződéseivel, hogy salakot képezzen, amely könnyebb, mint a vas, és a tetején úszik. Mivel a töltés térfogata csökken, folyamatosan többet adunk hozzá a kemence tetején. A vasat és a salakot a kemence aljától elkülönítve húzzák le. Az olvasztott vas lehet menni egy további ötvözési folyamat, vagy lehet öntött ingot úgynevezett sertések. A salakot ártalmatlanítás céljából elszállítják.
a gázok kezelése
- 3 a kémiai reakciók során keletkező forró gázokat a tetején levezetik, és egy gáztisztító üzembe vezetik, ahol megtisztítják vagy súrolják, majd visszaküldik a kemencébe; a fennmaradó szén-monoxid különösen hasznos a kemencében zajló kémiai reakciókhoz.
a nagyolvasztó általában több éven át éjjel-nappal működik. Végül a tégla bélés elkezd összeomlani, majd a kemencét karbantartás céljából leállítják.
minőség-ellenőrzés
a nagyolvasztó működése erősen műszeres és folyamatosan figyelemmel kíséri. Az időpontokat és a hőmérsékletet ellenőrizzük és rögzítjük. A különböző bányákból származó vasércek kémiai tartalmát ellenőrizzük, és az ércet más vasércekkel összekeverjük a kívánt töltés elérése érdekében. Minden öntésből mintát vesznek, és ellenőrzik a kémiai tartalmat és a mechanikai tulajdonságokat, például a szilárdságot és a keménységet.
melléktermékek / hulladék
a vasiparnak nagyon sok lehetséges környezeti hatása van. Az első és legnyilvánvalóbb a nyílt bányászat folyamata. Hatalmas földterületeket csupasz sziklára vetnek. Ma a kimerült bányászati területeket általában hulladéklerakóként használják, majd lefedik és parkosítják. Néhány ilyen hulladéklerakó maga is környezeti problémává válik, mivel a közelmúltban néhányat a talajba és vízbe kimosódott erősen mérgező anyagok ártalmatlanítására használtak.
a vasérc kivonásának folyamata nagy mennyiségű mérgező és korrozív gázt termel. A gyakorlatban ezeket a gázokat megtisztítják és újrahasznosítják. Elkerülhetetlenül azonban néhány kis mennyiségű mérgező gáz távozik a légkörbe.
a vastisztítás mellékterméke a salak, amelyet hatalmas mennyiségben állítanak elő. Ez az anyag nagyrészt inert, de még mindig hulladéklerakókban kell ártalmatlanítani.
a vasgyártás hatalmas mennyiségű szenet használ fel. A szenet nem közvetlenül használják fel, hanem először kokszra redukálják, amely szinte tiszta szénből áll. A kokszolás számos kémiai mellékterméke szinte mind mérgező, de kereskedelmi szempontból is hasznos. Ezek a termékek közé tartozik az ammónia, amelyet nagyszámú termékben használnak; fenol, amelyet műanyagok, vágóolajok és antiszeptikumok előállítására használnak; krezolok, amelyek herbicidekbe, peszticidekbe, gyógyszerekbe és fényképészeti vegyi anyagokba kerülnek; és toluol, amely számos összetett vegyi termék, például oldószerek és robbanóanyagok összetevője.
a vas—és acélhulladék-régi autók, készülékek, sőt egész acélszerkezetű épületek formájában—szintén környezeti problémát jelent. Ennek az anyagnak a nagy részét azonban újrahasznosítják, mivel az acélhulladék nélkülözhetetlen erőforrás az acélgyártásban. A hulladék, amelyet nem újrahasznosítanak, végül vas-oxiddá vagy rozsdává alakul, és visszatér a földre.
A jövő
a felszínen a vastermelés jövője—különösen az Egyesült Államokban—zavarosnak tűnik. A kiváló minőségű érc tartalékai jelentősen kimerültek azokon a területeken, ahol gazdaságosan kinyerhető. Sok régóta működő acélgyár bezárt.
ezek a megjelenések azonban megtévesztőek. Az új ércdúsítási technikák sokkal vonzóbbá tették az alacsonyabb minőségű érc használatát, és ennek az ércnek hatalmas kínálata van. Sok acélgyár bezárt az elmúlt évtizedekben, de ez nagyrészt azért van, mert kevesebbre van szükség. Önmagában a nagyolvasztók hatékonysága jelentősen javult. A század elején az Egyesült Államok legnagyobb nagyolvasztója napi 644 tonna nyersvasat termelt. Úgy gondolják, hogy hamarosan egyetlen kemence lehetséges gyártása eléri a napi 4000 tonnát. Mivel ezek közül a modernebb növények közül sok a tengerentúlon épült, bizonyos esetekben gazdaságosabbá vált az acél szállítása az óceánon, mint a régebbi amerikai üzemekben.
hol lehet többet megtudni
Könyvek
Lambert, Mark. Reflektorfényben a vas és acél. Rourke Enterprises, 1988. Hartley, Edward N.: A világ vas-és Acélművei. Nemzetközi Kiadvány, 1987.
Lewis, W. David. Vas és acél Amerikában. Hagley Múzeum, 1986.
Walker, R. D. Modern Ironmaking módszerek. Gower Kiadvány, 1986.
— Joel Simon