Željezo je element koji je poznat svakoj osobi na našoj planeti. I nema ništa iznenađujuće u tome. Doista, u smislu sadržaja u zemljinoj kori (do 5%), ova komponenta je najčešća. Međutim, samo četrdesetak tih rezervi nalazi se u ležištima pogodnim za razradu. Glavni rudni minerali željeza su siderit, smeđa željezna ruda, hematit i magnetit.
Porijeklo imena
Zašto željezo ima ovo ime? Ako uzmemo u obzir tablicu kemijskih elemenata, tada je u njoj ova komponenta označena kao "ferrum". Skraćeno je kao Fe.
Prema mnogim etimolozima, riječ "željezo" došla je do nas iz praslavenskog jezika, u kojem je zvučala kao zelezo. A ovo je ime došlo iz leksikona starih Grka. Danas tako poznati metal zvali su "željezo".
Postoji još jedna verzija. Prema njenim riječima, naziv "željezo" došao nam je iz latinskog, gdjeznačilo "zvjezdano". Objašnjenje za to leži u činjenici da su prvi uzorci ovog elementa koje su otkrili ljudi bili meteoritskog podrijetla.
Upotreba željeza
U povijesti čovječanstva postojalo je razdoblje kada su ljudi više cijenili željezo od zlata. Ta činjenica je zabilježena u Homerovoj Odiseji, koja kaže da su pobjednici igara koje je priređivao Ahilej, osim zlata, davan i komad željeza. Ovaj metal je bio neophodan za gotovo sve zanatlije, poljoprivrednike i ratnike. I upravo je ogromna potreba za njim postala najbolji motor za proizvodnju ovog materijala, kao i daljnji tehnički napredak u njegovoj proizvodnji.
9-7 cc. PRIJE KRISTA. smatra željeznim dobom u ljudskoj povijesti. U tom su razdoblju mnoga plemena i narodi Azije i Europe počela razvijati metalurgiju. Međutim, željezo je i danas u velikoj potražnji. Uostalom, to je još uvijek glavni materijal koji se koristi za izradu alata.
proizvod od sira
Koja je tehnologija za proizvodnju cvjetnog željeza, koju je čovječanstvo počelo vaditi u zoru razvoja metalurgije? Prva metoda koju je čovječanstvo izmislilo zvala se proizvodnja sira. Štoviše, korišten je 3000 godina, ne mijenjajući se od kraja brončanog doba do razdoblja do 13. stoljeća. Visoka peć nije izumljena u Europi. Ova metoda je nazvana sirova. Rogovi su za njega bili građeni od kamena ili gline. Ponekad su komadići troske služili kao materijal za njihove zidove. Posljednja verzija kovačnice iznutra bila jepremazan vatrostalnom glinom, kojoj je dodan pijesak ili drobljeni rog radi poboljšanja kvalitete.
Što čini flash željezo? Pripremljene jame punile su se “sirovom” livadskom ili močvarnom rudom. Prostor za taljenje takvih peći bio je ispunjen drvenim ugljenom, koji je zatim temeljito zagrijan. Na dnu jame bila je rupa za dovod zraka. Isprva se puhalo ručnim mijehom, koji su kasnije zamijenjeni mehaničkim.
U prvim kovačnicama organiziran je prirodni gaz. Provedeno je kroz posebne rupe - mlaznice, koje su se nalazile na zidovima donjeg dijela peći. Često su drevni metalurzi osiguravali dovod zraka korištenjem dizajna koji je omogućio postizanje učinka cijevi. Stvorili su visok i istodobno uzak unutarnji prostor. Vrlo često su se takve peći gradile u podnožju brežuljaka. Ta su mjesta imala najveći prirodni tlak vjetra, koji je korišten za povećanje vučne sile.
Kao rezultat procesa koji je u tijeku, ruda je pretvorena u metal. Istodobno se prazna stijena postupno slijevala. Na dnu peći nastala su zrna željeza. Zalijepili su se jedno s drugim, pretvarajući se u takozvanu "puzanje". Ovo je labava spužvasta masa impregnirana troskom. U pećnici je kreker bio užaren. U takvom stanju su ga izvadili i brzo iskovali. Komadi troske su samo otpali. Zatim je dobiveni materijal zavaren u monolitni komad. Rezultat je bilo blještavo željezo. Konačni proizvod je bio oblikovan kao somun.
Što je bilosastav cvjetnog željeza? Bila je to legura Fe i ugljika, koja je u konačnom proizvodu bila vrlo mala (ako uzmemo u obzir postotak, onda ne više od stotinki).
Međutim, rascvjetano željezo koje su ljudi dobivali u sirovoj peći nije bilo jako tvrdo i izdržljivo. Zato su proizvodi izrađeni od takvog materijala brzo propali. Koplja, sjekire i noževi bili su savijeni i nisu dugo ostali oštri.
čelik
U proizvodnji željeza u kovačnicama, uz njegove meke grudve, bilo je i onih koje su imale veću tvrdoću. To su bili komadi rude koji su tijekom procesa taljenja bili u bliskom kontaktu s drvenim ugljenom. Čovjek je primijetio ovaj obrazac i počeo namjerno povećavati površinu u kontaktu s ugljenom. To je omogućilo ugljičenje željeza. Nastali metal počeo je zadovoljavati potrebe obrtnika i onih koji su koristili proizvode od njega.
Ovaj materijal je bio čelik. I danas se koristi u proizvodnji ogromnog broja struktura i proizvoda. Čelik, topljen od strane drevnih metalurga, je brzo željezo, koje sadrži do 2% ugljika.
Postojala je i nešto poput mekog čelika. Bilo je to fleš željezo, koje je sadržavalo manje od 0,25% ugljika. Ako uzmemo u obzir povijest metalurgije, tada se u početnoj fazi proizvodnje sira proizvodio blagi čelik. Koji je drugi naziv za flash željezo? Postoji i treća sorta. Kada sadrži više od 2% ugljika, ondato je lijevano željezo.
Izum visoke peći
Cvjetna metoda dobivanja željeza pomoću kovačnica sirove krvi uvelike je ovisila o vremenskim prilikama. Uostalom, za takvu tehnologiju bilo je važno da vjetar mora puhati u proizvedenu cijev. Želja da se pobjegne od vremenskih nepogoda navela je osobu na stvaranje krzna. To su bili uređaji potrebni za raspirivanje vatre u sirovoj peći.
Nakon pojave mijehova, kovačnice za proizvodnju metala više se nisu gradile na obroncima. Ljudi su počeli koristiti novu vrstu peći, nazvane "vučje jame". Bile su to građevine od kojih je jedan dio bio u zemlji, a drugi (kuće) se nadvijao iznad njega u obliku građevine od kamena koje je spojila glina. U podnožju takve peći nalazila se rupa u koju je bila umetnuta cijev s mijehom za raspirivanje vatre. Ugljen položen u kući je spaljen, nakon čega je bilo moguće dobiti kreker. Izvučena je kroz rupu koja je nastala nakon uklanjanja nekoliko kamenja iz donjeg dijela konstrukcije. Zatim je zid obnovljen i peć je napunjena rudom i ugljenom da se počne ispočetka.
Proizvodnja svijetlog željeza stalno se poboljšavala. S vremenom su se kuće počele graditi veće. To je zahtijevalo povećanje produktivnosti mehanizama. Kao rezultat toga, ugljen je počeo brže gorjeti, zasićujući željezo ugljikom.
Ljevano željezo
Kako se zove glačalo s visokim udjelom ugljika? Kao što je bilogore spomenuto, ovo je lijevano željezo koje je danas tako uobičajeno. Njegova prepoznatljiva karakteristika je sposobnost topljenja na relativno niskim temperaturama.
Željezo od opeke - lijevano željezo u čvrstom obliku - bilo ga je nemoguće kovati. Zato se antički metalurzi isprva nisu obazirali na njega. Od jednog udarca čekićem, ovaj materijal se jednostavno raspao u komadiće. S tim u vezi, lijevano željezo, kao i troska, u početku se smatralo otpadnim proizvodom. U Engleskoj su ovaj metal čak nazivali i "sirovo željezo". I tek su s vremenom ljudi shvatili da se ovaj proizvod, iako je u tekućem obliku, može izliti u kalupe kako bi se dobili razni proizvodi, na primjer, topovske kugle. Zahvaljujući ovom otkriću u 14-15 st. u industriji počela graditi visoke peći za proizvodnju sirovog željeza. Visina takvih struktura dosegla je 3 metra ili više. Uz njihovu pomoć lijevano je željezo za proizvodnju ne samo topovskih kugli, već i samih topova.
Razvoj proizvodnje visokih peći
Prava revolucija u metalurškom poslu dogodila se 80-ih godina 18. stoljeća. Tada je jedan od Demidovljevih službenika odlučio da im se za veću učinkovitost u radu visokih peći zrak treba dovoditi ne kroz jednu, već kroz dvije mlaznice, koje bi se trebale nalaziti s obje strane ognjišta. Postupno je broj takvih mlaznica rastao. To je omogućilo da se proces puhanja učini ujednačenijim, poveća promjer ložišta i poveća produktivnost peći.
Razvoj proizvodnje visokih peći također je olakšana zamjenom drvenog ugljena,za koje su posječene šume, za koks. Godine 1829. u Škotskoj je u tvornici Clayde prvi put u visoku peć upuhan vrući zrak. Takva inovacija značajno je povećala produktivnost peći i smanjila potrošnju goriva. Danas je proces visoke peći poboljšan zamjenom dijela koksa prirodnim plinom, koji ima još nižu cijenu.
Bulat
Kako se zove bljeskalica, koja ima jedinstvena svojstva koja su korištena u proizvodnji oružja? Ovaj materijal poznajemo kao damast čelik. Ovaj metal, poput čelika iz Damaska, legura je željeza i ugljika. Međutim, za razliku od svojih drugih vrsta, to je blještavo željezo s dobrim kvalitetama. Otporan je i tvrd, a također može proizvesti iznimnu oštrinu u oštrici.
Metalurzi mnogih zemalja pokušavaju otkriti tajnu proizvodnje damast čelika više od jednog stoljeća. Predložen je veliki broj recepata i metoda koji su uključivali dodavanje slonovače, dragog kamenja, zlata i srebra u željezo. Međutim, tajnu damast čelika otkrio je tek u prvoj polovici 20. stoljeća izvanredni ruski metalurg P. P. Anosov. Uzeli su rascvjetalo željezo, koje je bilo položeno u peć s drvenim ugljenom, gdje je gorjela otvorena vatra. Metal se rastopio, zasićen ugljikom. Tada je bio prekriven kristalnom dolomitnom troskom, ponekad uz dodatak najčišće željezne ljuske. Pod takvim slojem metal se vrlo intenzivno oslobađao od silicija, fosfora, sumpora i kisika. Međutim, to nije bilo sve. Dobiveni čelik je morao biti što je moguće više ohlađensporije i mirnije. To je omogućilo stvaranje, prije svega, velikih kristala razgranate strukture (dendrita). Takvo hlađenje odvijalo se izravno u ognjištu koje je bilo ispunjeno vrućim ugljenom. U sljedećoj fazi izvedeno je vješto kovanje, tijekom kojeg se nastala struktura ne bi smjela srušiti.
Jedinstvena svojstva damast čelika naknadno su našla objašnjenje u djelima drugog ruskog metalurga D. K. Černova. Objasnio je da su dendriti vatrostalni, ali relativno mekani čelik. Prostor između njihovih "grana" u procesu skrućivanja željeza ispunjen je zasićenijim ugljikom. To jest, meki čelik je okružen tvrđim čelikom. To objašnjava svojstva damast čelika, sadržana u njegovoj viskoznosti i istodobno visokoj čvrstoći. Takav hibrid čelika tijekom taljenja zadržava strukturu stabla, pretvarajući je samo iz ravne u cik-cak. Osobitost rezultirajućeg uzorka u velikoj mjeri ovisi o smjeru udaraca, snazi, kao i vještini kovača.
Damask čelik
U stara vremena, ovaj metal je bio isti damast čelik. Međutim, nešto kasnije, čelik iz Damaska počeo se nazivati materijalom dobivenim kovačkim zavarivanjem iz velikog broja žica ili traka. Ovi elementi su izrađeni od čelika. Štoviše, svaki od njih karakteriziran je drugačijim sadržajem ugljika.
Umjetnost izrade takvog metala dosegla je svoj najveći razvoj u srednjem vijeku. Na primjer, u strukturi dobro poznate japanske oštrice, otkrili su istraživačioko 4 milijuna čeličnih niti mikroskopske debljine. Ova kompozicija je učinila proces izrade oružja vrlo napornim.
Proizvodnja u modernim uvjetima
Drevni metalurzi ostavili su uzorak svoje vještine ne samo u oružju. Najupečatljiviji primjer čistog rascvjetanog željeza je poznati stup koji se nalazi u blizini glavnog grada Indije. Arheolozi su utvrdili starost ovog spomenika metalurške umjetnosti. Ispostavilo se da je stup izgrađen prije 1,5 tisuća godina. Ali ono što najviše iznenađuje leži u činjenici da je danas nemoguće otkriti čak i male tragove korozije na njegovoj površini. Materijal stupca podvrgnut je pažljivom ispitivanju. Pokazalo se da je riječ o čistom fleš željezu, koje sadrži samo 0,28% nečistoća. Takvo otkriće zaprepastilo je čak i moderne metalurge.
S vremenom je blještavo željezo postupno gubilo svoju popularnost. Metal topljen na otvorenom ložištu ili u visokoj peći počeo je uživati najveću potražnju. Međutim, primjenom ovih metoda dobiva se proizvod nedovoljne čistoće. Zato je najstarija metoda proizvodnje ovog materijala nedavno dobila svoj drugi život, što omogućuje proizvodnju metala najkvalitetnijih karakteristika.
Kako se danas zove fleš željezo? Poznat nam je kao metal za izravnu redukciju. Naravno, rascvjetano željezo danas se ne proizvodi na isti način kao u antičko doba. Za njegovu proizvodnju koriste se najsuvremenije tehnologije. Omogućuju proizvodnju metala koji praktički nemastrane nečistoće. U proizvodnji se koriste rotacijske cijevne peći. Takvi strukturni elementi koriste se za pečenje raznih rasutih materijala korištenjem visokih temperatura u kemijskoj, cementnoj i mnogim drugim industrijama.
Kako se sada zove fleš željezo? Smatra se čistim i koristi se za dobivanje metode koja se u biti ne razlikuje mnogo od one koja je postojala u antičko doba. Ipak, metalurzi koriste željeznu rudu, koja se zagrijava u procesu dobivanja konačnog proizvoda. Međutim, danas se sirovine u početku podvrgavaju dodatnoj preradi. Obogaćuje se stvarajući svojevrsni koncentrat.
Moderna industrija koristi dvije metode. Oba vam omogućuju da dobijete brzo željezo iz koncentrata.
Prva od ovih metoda temelji se na dovođenju sirovina na potrebnu temperaturu pomoću krutog goriva. Takav je proces vrlo sličan onom koji su provodili drevni metalurzi. Umjesto krutog goriva može se koristiti plin, koji je kombinacija vodika i ugljičnog monoksida.
Što prethodi dobivanju ovog materijala? Kako se danas zove flash željezo? Nakon zagrijavanja koncentrata željezne rude, peleti ostaju u peći. Od njih se naknadno proizvodi čisti metal.
Druga metoda koja se koristi za obnavljanje željeza vrlo je slična tehnologiji prvoj. Jedina razlika je u tome što metalurzi koriste čisti vodik kao gorivo za zagrijavanje koncentrata. Ovom metodom željezo se dobiva mnogo brže. Točnostoga se odlikuje višom kakvoćom, jer se u procesu interakcije vodika s obogaćenom rudom dobivaju samo dvije tvari. Prvi od njih je čisto željezo, a drugi je voda. Može se pretpostaviti da je ova metoda vrlo popularna u modernoj metalurgiji. Međutim, danas se koristi rijetko, i to u pravilu samo za proizvodnju željeznog praha. To se objašnjava činjenicom da je prilično teško dobiti čisti vodik, kako u smislu rješavanja tehničkih problema, tako i zbog ekonomskih poteškoća. Skladištenje primljenog goriva također je težak zadatak.
Relativno nedavno, znanstvenici su razvili još jednu, treću metodu za proizvodnju smanjenog željeza. Podrazumijeva dobivanje metala iz koncentrata rude, bez prolaska kroz fazu njegove transformacije u pelete. Istraživanja su pokazala da se ovom metodom čisto željezo može proizvesti mnogo brže. Međutim, ova metoda još nije implementirana u industriji, jer zahtijeva značajne tehnološke promjene i promjenu opreme metalurških poduzeća.
Kako se danas zove flash željezo? Ovaj materijal nam je poznat kao metal za izravnu redukciju, ponekad se naziva i spužvastim. Ovo je isplativ, kvalitetan, ekološki prihvatljiv materijal koji nema nečistoće fosfora i sumpora. Zbog svojih karakteristika, željezo se koristi u inženjerskim industrijama (avijacija, brodogradnja i instrumentacija).
Fechral
Kao što vidite, danas kada koristitenajsuvremenije tehnologije koriste takav materijal kao što je rascvjetano željezo. Fechral je također tražena legura. Osim željeza, sadrži komponente kao što su krom i aluminij. Nikl je također prisutan u njegovoj strukturi, ali ne više od 0,6%.
Fechral ima dobru električnu otpornost, visoku tvrdoću, odlično radi s keramikom s visokim sadržajem glinice, nema sklonost ka pittingu i otporan je na toplinu u atmosferi koja sadrži sumpor i njegove spojeve, vodik i ugljik. Ali prisutnost željeza u leguri čini je prilično krhkom, što otežava obradu materijala u proizvodnji raznih proizvoda.
Fechral se koristi u proizvodnji grijaćih elemenata za laboratorijske i industrijske peći, čija je maksimalna radna temperatura 1400 stupnjeva. Ponekad se dijelovi iz ove legure koriste u druge svrhe. Postavljaju se u kućanske uređaje za grijanje, kao i u električne uređaje toplinskog djelovanja. Fechral se naširoko koristi u proizvodnji elektroničkih cigareta. Također, u području proizvodnje otpornih elemenata tražena je legura željeza, aluminija i kroma. To mogu biti, na primjer, otpornici za pokretanje i kočenje električnih lokomotiva.
Fechral se koristi za proizvodnju žice, kao i konca i vrpce. Ponekad se iz njega dobivaju krugovi i šipke. Svi ovi proizvodi koriste se u proizvodnji raznih oblika grijača za električne pećnice.
