Żelazo to pierwiastek znany każdemu człowiekowi na naszej planecie. I nie ma w tym nic dziwnego. Rzeczywiście, pod względem zawartości w skorupie ziemskiej (do 5%), ten składnik jest najczęstszy. Jednak tylko czterdziesta z tych rezerw znajduje się w złożach nadających się do zagospodarowania. Główne minerały rudy żelaza to syderyt, ruda brązowa, hematyt i magnetyt.
Pochodzenie nazwy
Dlaczego żelazo ma taką nazwę? Jeśli weźmiemy pod uwagę tabelę pierwiastków chemicznych, to w niej ten składnik jest oznaczony jako „żelazo”. W skrócie Fe.
Według wielu etymologów słowo „żelazo” przyszło do nas z języka prasłowiańskiego, w którym brzmiało jak zelezo. A ta nazwa pochodzi z leksykonu starożytnych Greków. Nazwali tak sławny dziś metal "żelazem".
Istnieje inna wersja. Według niej nazwa „żelazo” przyszła do nas z łaciny, gdzieoznaczało „gwiaździsty”. Wytłumaczeniem tego jest fakt, że pierwsze odkryte przez ludzi próbki tego pierwiastka były pochodzenia meteorytowego.
Używanie żelaza
W historii ludzkości był okres, kiedy ludzie cenili żelazo bardziej niż złoto. Fakt ten jest odnotowany w Odysei Homera, która mówi, że zwycięzcy igrzysk zaaranżowanych przez Achillesa otrzymali oprócz złota kawałek żelaza. Ten metal był niezbędny dla prawie wszystkich rzemieślników, rolników i wojowników. I to właśnie ogromne zapotrzebowanie stało się najlepszym silnikiem do produkcji tego materiału, a także dalszy postęp techniczny w jego produkcji.
9-7 cm3. PNE. uważał epokę żelaza w historii ludzkości. W tym okresie wiele plemion i ludów Azji i Europy zaczęło rozwijać metalurgię. Jednak żelazo jest nadal bardzo poszukiwane. W końcu jest to nadal główny materiał używany do produkcji narzędzi.
Produkt serowy
Jaka jest technologia produkcji żelaza, które ludzkość zaczęła wydobywać na początku rozwoju metalurgii? Pierwsza metoda wymyślona przez ludzkość została nazwana serowarstwem. Co więcej, był użytkowany przez 3000 lat, nie zmieniając się od końca epoki brązu do okresu aż do XIII wieku. Wielki piec nie został wynaleziony w Europie. Ta metoda została nazwana surową. Rogi dla niego zbudowano z kamienia lub gliny. Czasami kawałki żużlu działały jako materiał na ich ściany. Ostatnia wersja kuźni od wewnątrz byłapokryte gliną ogniotrwałą, do której dodano piasek lub pokruszony róg w celu poprawy jakości.
Co sprawia, że żelazko błyskowe? Przygotowane doły wypełniono „surową” rudą łąkową lub bagienną. Przestrzeń topienia takich pieców wypełniana była węglem drzewnym, który następnie był gruntownie podgrzewany. Na dnie wykopu znajdował się otwór do doprowadzania powietrza. Początkowo dmuchany był mieszkami ręcznymi, które później zostały zastąpione mieszkami mechanicznymi.
W pierwszych kuźniach zorganizowano ciąg naturalny. Odbywało się to przez specjalne otwory - dysze, które znajdowały się na ścianach dolnej części pieca. Często starożytni metalurdzy zapewniali dopływ powietrza za pomocą konstrukcji, która umożliwiała uzyskanie efektu rury. Stworzyli wysoką i jednocześnie wąską przestrzeń wewnętrzną. Bardzo często takie piece budowano u podnóża wzgórz. Miejsca te charakteryzowały się największym naturalnym naporem wiatru, który wykorzystano do zwiększenia przyczepności.
W wyniku trwającego procesu ruda została przekształcona w metal. W tym samym czasie pusta skała stopniowo spływała. Ziarna żelaza uformowane na dnie pieca. Trzymali się razem, zamieniając się w tak zwany „pełzanie”. Jest to luźna gąbczasta masa impregnowana żużlem. W piekarniku krakers był rozpalony do białości. W tym stanie wyjęli go i szybko podrobili. Kawałki żużla właśnie odpadły. Następnie powstały materiał zespawano w monolityczny element. Rezultatem było efektowne żelazo. Produkt końcowy miał kształt płaskiego chleba.
Co byłoskład żelaza rozkwitającego? Był to stop Fe i węgla, który w produkcie końcowym był bardzo mały (jeśli weźmiemy pod uwagę procent, to nie więcej niż setne).
Jednakże kwitnienie żelaza, które ludzie otrzymywali w surowym piecu, nie było zbyt twarde i trwałe. Dlatego produkty wykonane z takiego materiału szybko zawiodły. Włócznie, siekiery i noże były wygięte i nie pozostawały ostre przez długi czas.
Stal
Przy produkcji żelaza w kuźniach, obok jego miękkich brył, były też takie, które miały wyższą twardość. Były to kawałki rudy, które podczas wytapiania miały bliski kontakt z węglem drzewnym. Mężczyzna zauważył ten wzór i zaczął celowo zwiększać obszar kontaktu z węglem. Umożliwiło to nawęglanie żelaza. Powstały metal zaczął zaspokajać potrzeby rzemieślników i tych, którzy używali produktów z niego wykonanych.
Tym materiałem była stal. Do dziś jest używany w produkcji ogromnej liczby konstrukcji i produktów. Stal wytapiana przez starożytnych metalurgów to żelazo typu flash, które zawiera do 2% węgla.
Było też coś takiego jak stal miękka. Było to żelazo flash, które zawierało mniej niż 0,25% węgla. Jeśli weźmiemy pod uwagę historię hutnictwa, to na początkowym etapie produkcji sera produkowano stal miękką. Jaka jest inna nazwa lampy błyskowej? Istnieje również trzecia odmiana. Gdy zawiera więcej niż 2% węgla, wtedyto żeliwo.
Wynalezienie wielkiego pieca
Metoda kwitnienia pozyskiwania żelaza za pomocą kuźni surowej krwi była silnie uzależniona od pogody. Wszak dla takiej technologii ważne było, aby wiatr wiał w wytworzoną tubę. To chęć ucieczki od kaprysów pogody skłoniła człowieka do tworzenia futer. Były to urządzenia potrzebne do rozpalenia ognia w piecu surowym.
Po pojawieniu się miechów, kuźnie do produkcji metalu nie były już budowane na zboczach wzgórz. Zaczęto używać nowego typu pieców, zwanych „wilczymi dołami”. Były to budowle, z których jedna część znajdowała się w ziemi, a druga (domy) górowała nad nią w formie konstrukcji wykonanej z kamieni połączonych gliną. U podstawy takiego pieca znajdował się otwór, do którego wkładano rurkę miecha, aby podsycać ogień. Węgiel ułożony w domu został spalony, po czym można było zdobyć krakersa. Została wyciągnięta przez otwór, który powstał po usunięciu kilku kamieni z dolnej części konstrukcji. Następnie ściana została odrestaurowana, a palenisko napełniono rudą i węglem, aby zacząć od nowa.
Produkcja jasnego żelaza jest stale ulepszana. Z biegiem czasu domy zaczęto budować większe. Wymagało to zwiększenia produktywności mechów. W rezultacie węgiel zaczął się szybciej palić, nasycając żelazo węglem.
Żeliwo
Jak nazywa się wysokowęglowa lampa błyskowa? Tak jak byłowspomniano powyżej, jest to żeliwo, które jest dziś tak powszechne. Jego cechą wyróżniającą jest zdolność topienia się w stosunkowo niskich temperaturach.
Żeliwo ceglane - żeliwo w postaci stałej - nie dało się podrobić. Dlatego starożytni metalurdzy początkowo nie zwracali na niego uwagi. Od jednego uderzenia młotkiem ten materiał po prostu rozpadł się na kawałki. W związku z tym żeliwo, a także żużel, były początkowo uważane za produkt odpadowy. W Anglii ten metal był nawet nazywany „surówką”. I dopiero z czasem ludzie zdali sobie sprawę, że ten produkt, gdy jest w postaci płynnej, można wlewać do foremek, aby uzyskać różne produkty, na przykład kule armatnie. Dzięki temu odkryciu w XIV-XV wieku. w przemyśle zaczęto budować wielkie piece do produkcji surówki. Wysokość takich konstrukcji sięgała 3 metrów lub więcej. Z ich pomocą wytopiono żelazo odlewnicze do produkcji nie tylko kul armatnich, ale także samych armat.
Rozwój produkcji wielkopiecowej
Prawdziwa rewolucja w branży metalurgicznej nastąpiła w latach 80. XVIII wieku. Wtedy to jeden z urzędników Demidowa zdecydował, że dla większej wydajności pracy wielkich pieców powietrze powinno być dostarczane do nich nie przez jedną, ale przez dwie dysze, które powinny znajdować się po obu stronach paleniska. Stopniowo rosła liczba takich dysz. Umożliwiło to ujednolicenie procesu rozdmuchu, zwiększenie średnicy paleniska i zwiększenie wydajności pieców.
Rozwojowi produkcji wielkopiecowej sprzyjała również wymiana węgla drzewnego,dla których wycięto lasy, dla koksu. W 1829 roku w Szkocji, w zakładzie Clayde, do wielkiego pieca wdmuchano po raz pierwszy gorące powietrze. Taka innowacja znacznie zwiększyła wydajność pieca i zmniejszyła zużycie paliwa. Obecnie proces wielkopiecowy został ulepszony poprzez zastąpienie części koksu gazem ziemnym, co ma jeszcze niższy koszt.
Bułat
Jak nazywa się żelazko błyskowe, które ma unikalne właściwości, które były używane w produkcji broni? Znamy ten materiał jako stal adamaszkową. Ten metal, podobnie jak stal damasceńska, jest stopem żelaza i węgla. Jednak w przeciwieństwie do innych gatunków jest krzykliwym żelazem o dobrych właściwościach. Jest sprężysty i twardy, a także zapewnia wyjątkową ostrość ostrza.
Od ponad wieku metalurdzy z wielu krajów próbują rozwikłać tajemnicę produkcji stali adamaszkowej. Zaproponowano wiele receptur i metod, które obejmowały dodawanie do żelaza kości słoniowej, kamieni szlachetnych, złota i srebra. Jednak tajemnicę stali adamaszkowej odkrył dopiero w pierwszej połowie XX wieku wybitny rosyjski metalurg P. P. Anosow. Zabrali kwitnące żelazo, które zostało złożone w piecu z węglem drzewnym, gdzie palił się otwarty ogień. Metal stopiony, nasycony węglem. W tym czasie pokryty był krystalicznym żużlem dolomitowym, niekiedy z dodatkiem najczystszej zgorzeliny żelaznej. Pod taką warstwą metal był bardzo intensywnie uwalniany od krzemu, fosforu, siarki i tlenu. To jednak nie wszystko. Powstałą stal trzeba było maksymalnie schłodzićwolniej i spokojniej. Umożliwiło to powstanie przede wszystkim dużych kryształów o strukturze rozgałęzionej (dendrytów). Takie chłodzenie odbywało się bezpośrednio w palenisku wypełnionym rozżarzonym węglem. W kolejnym etapie przeprowadzono umiejętne kucie, podczas którego powstała konstrukcja nie powinna się zawalić.
Unikalne właściwości stali adamaszkowej znalazły następnie wyjaśnienie w pracach innego rosyjskiego metalurga D. K. Czernowa. Wyjaśnił, że dendryty to ogniotrwała, ale stosunkowo miękka stal. Przestrzeń między ich „gałęziami” w procesie krzepnięcia żelaza wypełniana jest bardziej nasyconym węglem. Oznacza to, że miękka stal jest otoczona twardszą stalą. Tłumaczy to właściwości stali adamaszkowej, zawarte w jej lepkości i jednocześnie wysokiej wytrzymałości. Taka stalowa hybryda podczas topienia zachowuje swoją drzewiastą strukturę, zmieniając ją tylko z linii prostej w zygzakowatą. Specyfika powstałego wzoru w dużej mierze zależy od kierunku ciosów, siły, a także umiejętności kowala.
Stal damasceńska
W czasach starożytnych ten metal był tą samą stalą adamaszkową. Jednak nieco później stal damasceńską zaczęto nazywać materiałem otrzymywanym przez spawanie kuźnicze z dużej liczby drutów lub taśm. Elementy te zostały wykonane ze stali. Ponadto każdy z nich charakteryzował się inną zawartością węgla.
Sztuka wytwarzania takiego metalu osiągnęła swój największy rozwój w średniowieczu. Na przykład w strukturze znanego japońskiego ostrza naukowcy odkryliokoło 4 milionów nici stalowych o mikroskopijnej grubości. Ten skład sprawił, że proces wytwarzania broni był bardzo pracochłonny.
Produkcja w nowoczesnych warunkach
Starożytni metalurdzy pozostawili próbkę swoich umiejętności nie tylko w broni. Najbardziej uderzającym przykładem czystego majka jest słynna kolumna znajdująca się w pobliżu stolicy Indii. Archeolodzy określili wiek tego zabytku sztuki metalurgicznej. Okazało się, że kolumnę zbudowano kolejne 1,5 tysiąca lat temu. Ale najbardziej zaskakujące jest to, że dziś na jego powierzchni nie da się wykryć nawet niewielkich śladów korozji. Materiał kolumny został dokładnie zbadany. Okazało się, że jest to czyste żelazo flash, które zawiera tylko 0,28% zanieczyszczeń. Takie odkrycie zdumiało nawet współczesnych metalurgów.
Z biegiem czasu krzykliwe żelazo stopniowo traciło na popularności. Największym zainteresowaniem zaczął cieszyć się metal wytapiany w piecu martenowskim lub wielkim. Jednak stosując te metody otrzymuje się produkt o niedostatecznej czystości. Dlatego najstarsza metoda wytwarzania tego materiału doczekała się w ostatnim czasie drugiego życia, co pozwala na produkcję metalu o najwyższych parametrach jakościowych.
Jak nazywa się dziś żelazko flash? Jest nam znany jako metal do bezpośredniej redukcji. Oczywiście dzisiejsze żelazko dymowe nie jest produkowane w taki sam sposób, jak w czasach starożytnych. Do jego produkcji wykorzystywane są najnowocześniejsze technologie. Umożliwiają produkcję metalu, który praktycznie nie maobce zanieczyszczenia. Do produkcji wykorzystywane są obrotowe piece rurowe. Takie elementy konstrukcyjne są wykorzystywane do wypalania różnych materiałów sypkich przy użyciu wysokich temperatur w przemyśle chemicznym, cementowym i wielu innych.
Jak nazywa się teraz żelazko flash? Jest uważany za czysty i jest używany do uzyskiwania metody, która zasadniczo nie różni się zbytnio od tej, która istniała w czasach starożytnych. Wciąż jednak metalurdzy wykorzystują rudę żelaza, która jest podgrzewana w procesie otrzymywania produktu końcowego. Jednak dzisiaj surowce są początkowo poddawane dodatkowej obróbce. Jest wzbogacony, tworząc rodzaj koncentratu.
Współczesny przemysł wykorzystuje dwie metody. Oba pozwalają uzyskać szybkie żelazko z koncentratu.
Pierwsza z tych metod polega na doprowadzeniu surowców do wymaganej temperatury przy użyciu paliwa stałego. Taki proces jest bardzo podobny do tego, który przeprowadzali starożytni metalurdzy. Zamiast paliwa stałego można zastosować gaz, będący połączeniem wodoru i tlenku węgla.
Co poprzedza otrzymanie tego materiału? Jak nazywa się dziś żelazko flash? Po podgrzaniu koncentratu rudy żelaza w piecu pozostają pelety. To z nich następnie wytwarzany jest czysty metal.
Druga metoda wykorzystywana do przywracania żelaza jest bardzo podobna technologicznie do pierwszej. Jedyna różnica polega na tym, że metalurdzy stosują czysty wodór jako paliwo do ogrzewania koncentratu. Dzięki tej metodzie żelazo uzyskuje się znacznie szybciej. Dokładnie takdlatego wyróżnia się wyższą jakością, ponieważ w procesie oddziaływania wodoru ze wzbogaconą rudą uzyskuje się tylko dwie substancje. Pierwszym z nich jest czyste żelazo, a drugim woda. Można przypuszczać, że metoda ta jest bardzo popularna we współczesnej metalurgii. Jednak dziś jest używany rzadko i z reguły tylko do produkcji proszku żelaza. Tłumaczy się to tym, że uzyskanie czystego wodoru jest dość trudne, zarówno pod względem rozwiązywania problemów technicznych, jak i trudności ekonomicznych. Magazynowanie otrzymanego paliwa to również trudne zadanie.
Stosunkowo niedawno naukowcy opracowali kolejną, trzecią metodę produkcji zredukowanego żelaza. Polega na pozyskiwaniu metalu z koncentratu rudy, bez przechodzenia przez etap jego przemiany w grudki. Badania wykazały, że tą metodą czyste żelazo można wyprodukować znacznie szybciej. Jednak metoda ta nie została jeszcze wdrożona w przemyśle, gdyż wymaga znacznych zmian technologicznych oraz zmiany wyposażenia przedsiębiorstw hutniczych.
Jak nazywa się dziś lampa błyskowa? Ten materiał jest nam znany jako metal do bezpośredniej redukcji, czasami nazywany jest również gąbczastym. Jest to ekonomiczny, wysokiej jakości, przyjazny dla środowiska materiał, który nie zawiera zanieczyszczeń fosforu i siarki. Ze względu na swoje właściwości, żeliwo dymowe znajduje zastosowanie w przemyśle maszynowym (lotnictwo, przemysł stoczniowy i oprzyrządowanie).
Fechral
Jak widać, dzisiaj podczas używanianajnowocześniejsze technologie wykorzystują taki materiał jak kwitnące żelazo. Fechral jest również poszukiwanym stopem. Oprócz żelaza zawiera składniki takie jak chrom i aluminium. W jego strukturze występuje również nikiel, ale nie więcej niż 0,6%.
Fechral ma dobrą oporność elektryczną, wysoką twardość, świetnie współpracuje z ceramiką o wysokiej zawartości tlenku glinu, nie ma tendencji do powstawania wżerów i jest odporny na ciepło w atmosferze zawierającej siarkę i jej związki, wodór i węgiel. Ale obecność żelaza w stopie sprawia, że jest on dość kruchy, co utrudnia przetwarzanie materiału przy wytwarzaniu różnych produktów.
Fechral jest używany do produkcji elementów grzejnych do pieców laboratoryjnych i przemysłowych, których maksymalna temperatura pracy wynosi 1400 stopni. Czasami części z tego stopu są wykorzystywane do innych celów. Umieszcza się je w domowych urządzeniach grzewczych, a także w urządzeniach elektrycznych o działaniu termicznym. Fechral jest szeroko stosowany w produkcji papierosów elektronicznych. Poszukiwany jest również stop żelaza, aluminium i chromu w dziedzinie wytwarzania elementów rezystancyjnych. Mogą to być np. rezystory rozruchowo-hamujące lokomotyw elektrycznych.
Fechral jest używany do produkcji drutu, a także nici i wstążki. Czasami uzyskuje się z niego koła i pręty. Wszystkie te produkty są wykorzystywane do produkcji różnych form grzałek do piekarników elektrycznych.
