背景
鉄は地球上で最も一般的な要素の一つです。 人間のほぼすべての構造には、少なくとも少しの鉄が含まれています。 それはまた、最も古い金属の一つであり、最初に少なくとも3,500年前に有用で装飾的なオブジェクトに作られました。
純粋な鉄は柔らかい灰色がかった白色の金属です。 鉄は一般的な元素ですが、純粋な鉄は自然界にはほとんど見られません。 自然に存在することが知られている唯一の純粋な鉄は、落ちた隕石から来ています。 ほとんどの鉄は、鉄と他の元素との組み合わせによって形成された鉱物に含まれています。 酸化鉄が最も一般的です。 最も高い鉄含有量を有する地球の表面近くのこれらの鉱物は、鉄鉱石として知られており、商業的に採掘されています。
鉄鉱石は、いくつかのプロセスを介して鉄の様々なタイプに変換されます。 最も一般的なプロセスは、他の元素の量が少ない約92-94％の鉄と3-5％の炭素である銑鉄を製造するために高炉を使用することです。 銑鉄は用途が限られており、この鉄のほとんどは製鉄所に行き、炭素含有量をさらに減らし、マンガンやニッケルなどの他の元素を添加して鋼特有の特性を与えることによって様々な鋼合金に変換される。
歴史
歴史家は、エジプト人は、いくつかの五、六千年前に、鉄の少量で動作するように最初の人々だったと信じています。 彼らが使用した金属は、明らかに隕石から抽出された。 鉄の採掘と製錬の最初の例であると信じられているものの証拠は、現在のトルコの古代ヒッタイト文化を指しています。 鉄は他の既知の金属よりも武器や道具を製造するためのはるかに優れた材料であったため、その生産は密接に守られた秘密でした。 しかし、基本的な技術は単純であり、鉄の使用は徐々に広がっていった。 それが他の材料と比較されたのと同じくらい有用であり、鉄には欠点があった。 そこから作られた道具の品質は、鉄鉱石が採取された地域と鉄を抽出するために使用された方法に応じて、非常に可変であった。 抽出中に起こる変化の化学的性質は理解されておらず、特に金属の硬度に対する炭素の重要性は理解されていなかった。 実践は世界のさまざまな地域で広く変化しました。 例えば、中国人が非常に早く鉄の道具を溶かして鋳鉄することができたという証拠があり、何世紀も前の家宝の剣によって証明されるように、日本人は少量の鋼で驚くべき結果を出した。 同様のブレークスルーは、中東とインドで行われたが、プロセスは、世界の残りの部分に浮上したことはありません。 何世紀にもわたって、ヨーロッパ人は鉄を融点まで加熱する方法を全く欠いていました。 鉄を生産するために、彼らは粘土で裏打ちされたオーブンでゆっくりと鉄鉱石を木で燃やしました。 鉄は周囲の岩から分離しましたが、決して溶けませんでした。 代わりに、それはハンマーによって除去された無愛想なスラグを形成した。 この繰り返しの加熱とハンマー処理は、酸素と酸化鉄を混合して鉄を生成し、金属から炭素を除去した。 結果はハンマーおよびはさみと容易に形づくほぼ純粋な鉄だったがよい端を取り、保つには余りにも柔らかい。 金属はハンマーで成形された、または鍛造されたので、錬鉄と呼ばれるようになりました。
東からヨーロッパに持ち帰った道具や武器は、溶けて形に鋳造された鉄でできていました。 より多くの炭素を保持し、鋳鉄は錬鉄よりも硬く、最先端を保持します。 しかし、それはまた、錬鉄よりも脆いです。 ヨーロッパの鉄の労働者は、東部の人がより良い鉄を持っていることを知っていましたが、より強い鉄製品の製造に関与するプロセスは知ってい 全体の国は、プロセスを発見するための努力を開始しました。
最初の実用的な鋼に迅速につながった鋳鉄の生産における最初の既知のヨーロッパの突破口は、1740年まで来なかった。 その年、Benjamin Huntsmanは、時計製造に使用される鋼製ばねの製造のための材料の溶融に関する特許を取得しました。 その後の20年ほどで、この手順はより広く採用されるようになった。 ハンツマンは粘土のるつぼで錬鉄を溶かすために高炉を使用しました。 彼はその後、溶融した金属に慎重に測定された量の純粋な木炭を加えた。 得られた合金は、ばねに鋳造されたときに強く、柔軟であった。 ハンツマンはもともとより良い時計を作ることにのみ興味を持っていたので、彼のるつぼ鋼は航海クロノメーターの開発に直接つながり、船員が東/西の位置を正確に決定できるようにすることによって世界的な航海を可能にした。 彼はまた、現代の冶金を発明していたという事実は、彼が明らかに気づくことができなかった副作用でした。 高炉で銑鉄を製造するために使用される原材料は、鉄鉱石、コークス、焼結、および石灰岩です。
原材料
高炉で銑鉄を製造するために使用される原料は、鉄鉱石、コークス、焼結、および石灰岩です。 鉄鉱石は主に酸化鉄であり、磁鉄鉱、赤鉄鉱、褐鉄鉱、および他の多くの岩石を含む。 これらの鉱石の鉄含有量は、70％から20％以下の範囲である。 コークスは、それがほぼ純粋な炭素になるまで石炭を加熱することによって作られた物質です。 焼結はより低い等級、鉱石の多量の不純物を取除くためにコークスおよび石灰と焼かれる精巧に分けられた鉄鉱石から成っています。 石灰岩は自然に発生し、炭酸カルシウムの供給源です。
他の金属は、クロム、ニッケル、マンガン、モリブデン、タングステンなどの様々な形態の鋼の製造において鉄と混合されることがある。 鉄鉱石を高炉で使用する前に、地面から抽出し、不純物の大部分を除去するために部分的に精製する必要があります。
鉄鉱石の抽出と精製プロセス
鉄鉱石を高炉で使用する前に、それは地面から抽出され、部分的に精製されなければなりません。
Puddlersは1858年にピッツバーグで鉄鋼業界で最初の労働組合、ヴァルカンの息子を設立しました。 1876年、この組合は他の3つの労働組織と合併し、合併された鉄鋼労働者協会を結成した。 これはアンドリュー-カーネギーが1892年のホームステッド-ストライキで敗北した組合であり、組合は混乱し、業界は1930年代まで本質的に組織化されていなかった。
William S. Pretzer
抽出
- 1世界の鉄鉱石の多くは、
純鉄は柔らかく灰色がかった白色の金属です。 鉄は一般的な元素ですが、純粋な鉄は自然界にはほとんど見られません。 最も高い鉄含有量を有する地球の表面近くの鉱物は、鉄鉱石として知られており、商業的に採掘されています。地面の表面は、下の鉱石を露出させるために、多くの場合、非常に広い領域にわたって、重機によって除去されます。 表面を取り除くのが経済的でない場合、シャフトは地球に掘られ、鉱石の層に続く側のトンネルがあります。
精錬
- 2採掘された鉱石を粉砕して選別する。 鉱石の最もよい等級は60%の鉄に含んでいます。 より低い等級は鉱石が高炉に出荷される前にさまざまな汚染物を取除くために、扱われるか、または精製されます。 総称して、これらの精製方法は選鉱と呼ばれ、さらに粉砕、砂と粘土を浮遊させるための水での洗浄、磁気分離、ペレット化、および焼結が含まれる。 世界で知られている高鉄含有鉱石の供給が枯渇するにつれて、これらの精製技術はますます重要になってきています。
- 3精製された鉱石は、列車または船に積み込まれ、高炉サイトに輸送されます。
製造プロセス
高炉を充電
- 1処理後、鉱石は他の鉱石とブレンドされ、高炉に行きます。 高炉は、鋼製の塔型構造であり、耐火性または耐熱性のレンガが並んでいます。 原料、または電荷の混合物は、高炉の上部に入ります。 炉の底で、非常に熱気はtuye’res.Theのコークスの焼跡と呼出されるノズルを通して、吹かれるか、または発破を掛けられます熱気の前で。 空気中の酸素はコークス中の炭素と反応して一酸化炭素を形成する。 一酸化炭素
その後、鉄鉱石と反応して二酸化炭素と純鉄を形成します。
スラグから鉄を分離する
- 2溶融した鉄は炉の底に沈む。 石灰岩は鉱石の石そして他の不純物と鉄より軽く、上で浮かぶスラグを形作るために結合します。 充満の容積が減ると同時に、多くは炉の上で絶えず加えられます。 鉄とスラグは、炉の底部とは別に引き出されます。 溶かされた鉄は、さらに合金化プロセスに移行するか、または豚と呼ばれるインゴットに鋳造される可能性があります。 スラグは処分のために持ち去られる。
ガスの処理
- 3化学反応で生成された高温ガスは、上部で引き出され、ガス洗浄プラントに送られ、そこで洗浄またはスクラブされ、炉に送
高炉は、通常、数年間、昼と夜を実行します。 最終的にレンガの裏地が崩れ始め、炉はメンテナンスのためにシャットダウンされます。
品質管理
高炉の操作は高度に計装され、継続的に監視されます。 時間と温度がチェックされ、記録されます。 さまざまな鉱山から受け取った鉄鉱石の化学内容は点検され、鉱石は他の鉄鉱石と望ましい充満を達成するために混ぜられます。 サンプルは各注ぐから取られ、強さおよび硬度のような化学内容そして機械特性があるように点検されます。
副産物/廃棄物
鉄産業からの非常に多くの可能な環境影響があります。 最初の最も明白なのは、オープンピットマイニングのプロセスです。 巨大な土地は裸の岩に剥がされています。 今日では、枯渇した採掘現場は埋立地として一般的に使用され、その後覆われ、手入れされています。 これらの埋立地のいくつかは、最近の過去には、土壌や水に浸出した毒性の高い物質の処分に使用されていたため、環境問題になっています。
鉱石から鉄を抽出するプロセスは、有毒で腐食性のガスを大量に生成します。 実際には、これらのガスはごしごし洗われ、リサイクルされます。 しかし、必然的に、少量の有毒ガスが大気に放出されます。
鉄精製の副産物はスラグであり、これは膨大な量で生成される。 この材料は主に不活性であるが、依然として埋立地に処分されなければならない。
製鉄は膨大な量の石炭を使用しています。 石炭は直接使用されませんが、最初にほぼ純粋な炭素からなるコークスに還元されます。 コークスの多くの化学的副産物はほとんどすべて毒性がありますが、商業的にも有用です。 これらの製品には、膨大な数の製品に使用されているアンモニアが含まれています; プラスチック、切削油、防腐剤を作るために使用されるフェノール、除草剤、農薬、医薬品、写真化学物質に入るクレゾール、溶剤や爆発物などの多くの複雑な化学製品の成分であるトルエン。
スクラップ鉄と鋼—古い車、家電製品、さらには鋼製の建物全体の形で-も環境上の懸念です。 しかし、鉄鋼スクラップは製鋼に不可欠な資源であるため、この材料のほとんどはリサイクルされています。 リサイクルされていないスクラップは、最終的に酸化鉄、または錆に変わり、地面に戻ります。
将来
表面には、鉄生産の将来—特に米国では—困って表示されます。 高品質の鉱石の埋蔵量は、経済的に抽出できる地域ではかなり枯渇しています。 多くの長い間の製鉄所が閉鎖されました。 しかし、これらの外観は欺いています。
しかし、これらの外観は欺かれています。 新しい鉱石濃縮技術は、低品位の鉱石の使用をはるかに魅力的にし、その鉱石の広大な供給があります。 ここ数十年で多くの製鉄所が閉鎖されていますが、これは主に必要なものが少ないためです。 高炉単独の効率は著しく改善した。 今世紀の初めに、米国最大の高炉は1日に644トンの銑鉄を生産しました。 すぐに単一の炉の可能な生産は一日あたり4,000トンに達すると考えられています。 これらのより近代的な工場の多くは海外に建設されているので、実際には古い米国の工場で生産するよりも海を渡って鋼を出荷する方が経済的に
詳細を学ぶ場所
本
Lambert、Mark。 鉄と鋼のスポットライト。 1988年、ローク-エンタープライズ（Rourke Enterprises）に入社。
ハートリー、エドワードN.世界の鉄と鋼の作品。 国際出版、1987年。
ルイス、W.デビッド。 アメリカの鉄と鋼。 ハグレー美術館、1986年。
ウォーカー、R.D.現代の製鉄方法。 ガウアー出版、1986年。
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