Желязото е елемент, който е познат на всеки човек на нашата планета. И в това няма нищо изненадващо. Всъщност, по отношение на съдържанието му в земната кора (до 5%), този компонент е най-често срещаният. Но само една четиридесета от тези запаси могат да бъдат намерени в находища, подходящи за разработка. Основните рудни минерали на желязо са сидерит, кафява желязна руда, хематит и магнетит.
Произход на името
Защо желязото има това име? Ако разгледаме таблицата на химичните елементи, тогава в нея този компонент е маркиран като "ферум". Съкращава се като Fe.
Според много етимолози думата "желязо" дойде при нас от праславянския език, в който звучеше като zelezo. И това име идва от лексикона на древните гърци. Те наричаха така известния днес метал "желязо".
Има друга версия. Според нея името "желязо" дойде при нас от латински, откъдетоозначаваше "звезден". Обяснението за това се крие във факта, че първите проби от този елемент, открити от хората, са от метеоритен произход.
Използване на желязо
В историята на човечеството е имало период, когато хората са ценили желязото повече от златото. Този факт е записан в Одисеята на Омир, където се казва, че победителите в игрите, организирани от Ахил, са получили освен злато и парче желязо. Този метал е бил от съществено значение за почти всички занаятчии, фермери и воини. И именно огромната нужда от него стана най-добрият двигател за производството на този материал, както и по-нататъшният технически напредък в производството му.
9-7 куб.см. пр.н.е. счита се за желязната епоха в човешката история. През този период много племена и народи от Азия и Европа започват да развиват металургията. Въпреки това желязото все още е в голямо търсене днес. В крайна сметка той все още е основният материал, използван за производството на инструменти.
Продукт за сирене
Каква е технологията за производство на цъфтящо желязо, което човечеството започна да добива в зората на развитието на металургията? Първият метод, изобретен от човечеството, се нарича сирене. Освен това, той е бил използван в продължение на 3000 години, без да се променя от времето на края на бронзовата епоха до периода до 13-ти век. Доменната пещ не е изобретена в Европа. Този метод се нарича суров. Рогата за него били изградени от камък или глина. Понякога парчета шлака са действали като материал за стените им. Последната версия на ковачницата отвътре бешепокрити с огнеупорна глина, към която е добавен пясък или натрошен рог за подобряване на качеството.
Какво прави флаш желязо? Подготвените ями се пълнят със „сурова” ливадна или блатна руда. Пространството за топене на такива пещи се запълва с дървени въглища, които след това се нагряват добре. На дъното на ямата имаше дупка за подаване на въздух. Първоначално тя беше духана с ръчни духали, които по-късно бяха заменени с механични.
В първите ковачници беше организирана естествена тяга. Извършваше се през специални отвори - дюзи, които бяха разположени по стените на долната част на пещта. Често древните металурзи осигуряват подаване на въздух чрез използване на дизайн, който позволява да се получи ефектът на тръба. Те създадоха високо и в същото време тясно вътрешно пространство. Много често такива пещи са били строени в подножието на хълмовете. Тези места са имали най-голямото естествено налягане на вятъра, което е било използвано за увеличаване на сцеплението.
В резултат на продължаващия процес рудата е превърната в метал. В същото време празната скала постепенно се стичаше надолу. Железни зърна, образувани на дъното на пещта. Те се залепват един с друг, превръщайки се в така нареченото "пълзене". Това е рохкава гъбеста маса, импрегнирана с шлаки. Във фурната крекерът беше нажежен до бяло. В това състояние го извадиха и бързо го изковаха. Парчетата шлака просто паднаха. След това полученият материал беше заварен в монолитно парче. Резултатът беше блестящо желязо. Крайният продукт беше оформен като плосък хляб.
Какво бешесъстав на цъфтящо желязо? Това беше сплав от Fe и въглерод, която беше много малка в крайния продукт (ако вземем предвид процента, тогава не повече от стотни).
Въпреки това, цъфтящото желязо, което хората получаваха в суровата пещ, не беше много твърдо и издръжливо. Ето защо продуктите, изработени от такъв материал, бързо се провалиха. Копия, брадви и ножове бяха огънати и не останаха остри за дълго.
Стомана
При производството на желязо в ковачките, наред с меките му буци, имаше и такива, които имаха по-висока твърдост. Това са парчета руда, които са били в близък контакт с дървени въглища по време на процеса на топене. Един мъж забеляза този модел и започна умишлено да увеличава площта в контакт с въглища. Това направи възможно карбуризирането на желязото. Полученият метал започна да отговаря на нуждите на занаятчиите и тези, които използваха продукти, направени от него.
Този материал беше стомана. Той все още се използва и до днес при производството на огромен брой конструкции и продукти. Стоманата, изтопена от древни металурзи, е флаш желязо, което съдържа до 2% въглерод.
Имаше и такова нещо като мека стомана. Беше флаш желязо, което съдържаше по-малко от 0,25% въглерод. Ако разгледаме историята на металургията, тогава в началния етап на производството на сирене се произвежда мека стомана. Какво е другото име за флаш желязо? Има и трети сорт. Когато съдържа повече от 2% въглерод, тогаватова е чугун.
Изобретението на доменната пещ
Методът на цъфтеж за получаване на желязо с помощта на ковачници със сурова кръв беше силно зависим от времето. В крайна сметка за такава технология беше важно вятърът да духа в произведената тръба. Именно желанието да се измъкне от капризите на времето накара човек да създаде кожи. Това бяха устройствата, необходими за раздухване на огъня в суровата пещ.
След появата на меховете, ковачниците за производство на метал вече не се строят по склонове. Хората започнаха да използват нов тип печки, наречени "вълчи ями". Те представлявали постройки, едната част от които била в земята, а втората (къщи) се извисявала над нея под формата на конструкция от камъни, закрепени заедно от глина. В основата на такава пещ е имало дупка, в която е била вкарана тръба от мехово, за да раздухва огъня. Въглищата, положени в къщата, бяха изгорени, след което беше възможно да се получи крекерът. Тя е извадена през дупката, която се е образувала след отстраняването на няколко камъка от долната част на конструкцията. След това стената беше възстановена и пещта беше напълнена с руда и въглища, за да започне отначало.
Производството на ярко желязо непрекъснато се подобрява. С течение на времето къщите започнаха да се строят по-големи. Това наложи повишаване на производителността на меховете. В резултат на това въглищата започнаха да горят по-бързо, насищайки желязото с въглерод.
чугун
Как се нарича ютията с високо съдържание на въглерод? Както си бешеспоменато по-горе, това е чугун, който е толкова разпространен днес. Неговата отличителна черта е способността да се топи при относително ниски температури.
Тухлено желязо - чугун в твърда форма - беше невъзможно да се изкова. Ето защо древните металурзи в началото не му обърнаха никакво внимание. От един удар с чук този материал просто се разбива на парчета. В тази връзка чугунът, както и шлаката, първоначално се смятаха за отпадъчен продукт. В Англия този метал дори е наричан "суров желязо". И едва с течение на времето хората разбраха, че този продукт, докато е в течна форма, може да се излее във форми за получаване на различни продукти, например гюлета. Благодарение на това откритие през 14-15 век. в промишлеността започва да се строят доменни пещи за производство на чугун. Височината на такива конструкции достига 3 метра или повече. С тяхна помощ се топи леярско желязо за производството не само на гюлла, но и на самите оръдия.
Развитие на доменното производство
Истинска революция в металургичния бизнес настъпва през 80-те години на 18-ти век. Тогава един от чиновниците на Демидов реши, че за по-голяма ефективност при работата на доменните пещи въздухът трябва да се подава към тях не през една, а през две дюзи, които трябва да бъдат разположени от двете страни на огнището. Постепенно броят на такива дюзи нараства. Това направи възможно процеса на продухване да се направи по-равномерен, да се увеличи диаметърът на огнището и да се увеличи производителността на пещите.
Развитието на доменното производство също беше улеснено от замяната на дървените въглища,за които са изсечени гори, за кокс. През 1829 г. в Шотландия, в завода в Клейд, горещ въздух е вдухван в доменната пещ за първи път. Такава иновация значително увеличи производителността на пещта и намали разхода на гориво. В днешно време процесът на доменната пещ е подобрен чрез замяна на част от кокса с природен газ, който има още по-ниска цена.
Bulat
Как се казва флаш ютията, която има уникални свойства, използвани при производството на оръжия? Познаваме този материал като дамаска стомана. Този метал, подобно на дамаската стомана, е сплав от желязо и въглерод. Въпреки това, за разлика от другите си видове, това е крещящо желязо с добри качества. Той е устойчив и твърд, а също така способен да създаде изключителна острота на острието.
Металурзи от много страни се опитват да разкрият тайната на производството на дамаска стомана повече от един век. Предложени бяха голям брой рецепти и методи, които включват добавяне на слонова кост, скъпоценни камъни, злато и сребро към желязо. Тайната на дамаската обаче е разкрита едва през първата половина на 20 век от забележителния руски металург П. П. Аносов. Те взеха цъфтящо желязо, което беше положено в пещ с дървени въглища, където гореше открит огън. Металът се стопи, наситен с въглерод. По това време тя е покрита с кристална доломитна шлака, понякога с добавка на най-чиста желязна люспа. Под такъв слой металът много интензивно се освобождава от силиций, фосфор, сяра и кислород. Това обаче не беше всичко. Получената стомана трябваше да се охлади колкото е възможно повечепо-бавно и по-спокойно. Това даде възможност да се образуват преди всичко големи кристали с разклонена структура (дендрити). Такова охлаждане става директно в огнището, което се пълни с горещи въглища. На следващия етап беше извършено умело коване, по време на което получената конструкция не трябва да се срутва.
Уникалните свойства на дамаската стомана впоследствие намират обяснение в трудовете на друг руски металург Д. К. Чернов. Той обясни, че дендритите са огнеупорни, но относително мека стомана. Пространството между техните "клони" в процеса на втвърдяване на желязото се запълва с по-наситен въглерод. Тоест меката стомана е заобиколена от по-твърда стомана. Това обяснява свойствата на дамаската стомана, съдържащи се в нейния вискозитет и в същото време висока якост. Такъв стоманен хибрид по време на топене запазва дървесната си структура, превръщайки я само от права в зигзагообразна. Особеността на получения модел до голяма степен зависи от посоката на ударите, силата, както и умението на ковача.
Дамаска стомана
В древни времена този метал е бил същата дамаска стомана. Въпреки това, малко по-късно, дамаската стомана започва да се нарича материал, получен чрез ковашко заваряване от голям брой проводници или ленти. Тези елементи бяха изработени от стомана. Освен това всеки от тях се характеризира с различно съдържание на въглерод.
Изкуството да се прави такъв метал достига най-голямото си развитие през Средновековието. Например, в структурата на добре познатото японско острие, откриха изследователитеоколо 4 милиона стоманени нишки с микроскопична дебелина. Тази композиция направи процеса на изработване на оръжия много трудоемък.
Производство в съвременни условия
Древните металурзи оставиха проба от своите умения не само в оръжията. Най-яркият пример за чисто цъфтящо желязо е известната колона, разположена близо до столицата на Индия. Археолозите определят възрастта на този паметник на металургичното изкуство. Оказа се, че колоната е построена още преди 1,5 хиляди години. Но най-изненадващо се крие във факта, че днес е невъзможно да се открият дори малки следи от корозия по повърхността му. Материалът на колоната е подложен на внимателно изследване. Оказа се, че това е чисто флаш желязо, което съдържа само 0,28% примеси. Подобно откритие изуми дори съвременните металурзи.
С течение на времето крещящото желязо постепенно губи своята популярност. Металът, изтопен в мартенова или доменна пещ, започва да се радва на най-голямо търсене. При прилагането на тези методи обаче се получава продукт с недостатъчна чистота. Ето защо най-старият метод за производство на този материал наскоро получи втория си живот, което позволява производството на метал с най-висококачествени характеристики.
Как се нарича флаш желязо днес? Познат ни е като метал за директна редукция. Разбира се, цъфтящото желязо днес не се произвежда по същия начин, както в древни времена. За производството му се използват най-модерните технологии. Те правят възможно производството на метал, който практически нямачужди примеси. В производството се използват ротационни тръбни пещи. Такива структурни елементи се използват за изпичане на различни насипни материали при използване на високи температури в химическата, циментовата и много други индустрии.
Как се нарича флаш желязо? Счита се за чист и се използва за получаване на метод, който по същество не се различава много от този, който е съществувал в древни времена. Все пак металурзите използват желязна руда, която се нагрява в процеса на получаване на крайния продукт. Въпреки това, днес суровините първоначално се подлагат на допълнителна обработка. Обогатен е, създавайки един вид концентрат.
Модерната индустрия използва два метода. И двете ви позволяват да получите флаш желязо от концентрат.
Първият от тези методи се основава на привеждане на суровините до необходимата температура с помощта на твърдо гориво. Такъв процес е много подобен на този, извършван от древните металурзи. Вместо твърдо гориво може да се използва газ, който е комбинация от водород и въглероден оксид.
Какво предшества получаването на този материал? Как се нарича флаш желязо днес? След нагряване на концентрата на желязна руда, пелетите остават в пещта. Именно от тях впоследствие се произвежда чист метал.
Вторият метод, използван за възстановяване на желязото, е много подобен по технология на първия. Единствената разлика е, че металурзите използват чист водород като гориво за нагряване на концентрата. С този метод желязото се получава много по-бързо. Точнопоради това се отличава с по-високо качество, тъй като в процеса на взаимодействие на водорода с обогатена руда се получават само две вещества. Първият от тях е чисто желязо, а вторият е вода. Може да се предположи, че този метод е много популярен в съвременната металургия. Днес обаче се използва рядко и като правило само за производството на железен прах. Това се обяснява с факта, че е доста трудно да се получи чист водород, както по отношение на решаването на технически проблеми, така и поради икономически трудности. Съхранението на полученото гориво също е трудна задача.
Сравнително наскоро учените разработиха друг, трети метод за производство на намалено желязо. Тя включва получаване на метал от руден концентрат, без преминаване през етапа на превръщането му в пелети. Проучванията показват, че с този метод чистото желязо може да се произведе много по-бързо. Този метод обаче все още не е внедрен в индустрията, тъй като изисква значителни технологични промени и промяна в оборудването на металургичните предприятия.
Какво е името на флаш ютията днес? Този материал ни е познат като метал за директна редукция, понякога се нарича още гъбест. Това е рентабилен, висококачествен, екологичен материал, който не съдържа примеси от фосфор и сяра. Поради своите характеристики, цъфтящото желязо се използва в инженерните индустрии (авиация, корабостроене и приборостроене).
Fechral
Както можете да видите, днес при използваненай-модерните технологии използват такъв материал като цъфтящо желязо. Fechral също е търсена сплав. В допълнение към желязото, той съдържа компоненти като хром и алуминий. Никел също присъства в неговата структура, но не повече от 0,6%.
Fechral има добро електрическо съпротивление, висока твърдост, работи чудесно с керамика с високо съдържание на алуминиев триоксид, няма склонност към образуване на дупки и е топлоустойчив в атмосфера, съдържаща сяра и нейните съединения, водород и въглерод. Но наличието на желязо в сплавта я прави доста крехка, което затруднява обработката на материала при производството на различни продукти.
Fechral се използва при производството на нагревателни елементи за лабораторни и промишлени пещи, чиято максимална работна температура е 1400 градуса. Понякога части от тази сплав се използват за други цели. Те се поставят в домакински отоплителни уреди, както и в електрически устройства с термично действие. Fechral се използва широко в производството на електронни цигари. Също така, сплав от желязо, алуминий и хром е търсена в областта на производството на резистивни елементи. Това могат да бъдат например пусково-спирачни резистори на електрически локомотиви.
Fechral се използва за производство на тел, както и конци и панделки. Понякога от него се получават кръгове и пръчки. Всички тези продукти се използват при производството на различни форми на нагреватели за електрически фурни.
