Кричное железо - это что такое? Современое название, получение. Как древние добывали железо

Как в средние века добывали железо. Этапы производства железа.

Выдающуюся роль в средневековом развитии городов, расширении торговли, разделении труда и росте городского ремесла сыграло развитие металлургии. Особенно это было заметно в Центральной Европе: Каринтии, Штирии, Австрии, Венгрии, Чехии, Германии. Первоначально добыча железа была примитивной, однако впоследствии появлялись целые производства, направленные на получение железа.

Как искали железную руду

В средине века металлические изделия ценились весьма высоко, их берегли, а также передавали по наследству. Путь становления котла или топора в те времена был очень долгим и длинным: следовало найти железо, а затем обработать.

Дело начиналось с поиска мест, где залегали металлические руды. В поиске помогал, опыт, который люди накопили в течение многих столетий. Прежде всего, это месторождения, выходящие на поверхность земли.

По всей Европе железо находили в виде комков руды:

1. зеленоватых - на дне озер;

2. рыжеватых - под дерном;

3. красноватых - в лесных болотах.

Дно прозрачных озер просматривали с лодок, либо ныряли в мутную воду в поисках кусочков руды, которые выгребали черпаками. Железную руду также обнаруживали по бурой растительности. Луговой дерн разрезали, сдирали болотные пласты, а рудное гнездо доставали лопатами. Иногда такой луг покрывался тысячами ям.

Чуть позже руду стали добывать в шахтах, которые достигали глубины до 500 метров. Железную руду поднимали из шахт подъемными механизмами, а подземные воды откачивали ручными насосами.

Этапы железоделательного производства

Шахтерская работа в средние века выглядела примерно так:

1. Рудокоп в узком забое долбил породу, лежа на спине или на боку, со всех сторон веяло холодом и ползла сырость, ежеминутно грозил обвал.

2. В руду вгрызались, применяя кайла и кирки, буравы и зубила, лопаты и распорные клинья, молоты. Чтобы вызвать трещины в глыбах, их жгли огнем, травили кислотой. В трещины вставляли клин из дерева, после чего поливали его водой: клин разбухал, раскалывая породу.

3. Для безопасности свод подпирали бревнами.

4. Носильщики нагружали породой мешки, бадьи, корзины, волокли их к выходу.

5. Поднятую руду везли в отвал тачками, где разбивали на крупные куски.

6. Затем в каменных ступах их вручную дробили пестами.

7. Потом два месяца сушили, для очистки обжигали, мельчили на сите и промывали в запрудах. Затем сушили и просеивали. В результате получался концентрат, который был без примесей.

8. Для металлургии железа применялся горн – небольшая печь из плит известняка. Для создания необходимой температуры в огонь нагнетался воздух при помощи кожаных мехов. В результате концентрат плавился, и получалось железное «тесто».

9. Из полученной заготовки кузнецы ковали различные изделия.

С 12 столетия начали возводить домницы из кирпичей - горны трехметровой высоты. С 14 века появилась домна - печь пятиметровой высоты. Домна могла выдавать тонну отличного железа в сутки или 1,5 т чугуна. Жидкий металл в домне выливался в ковши.

Реконструкция древнего способа выплавки железа « Саровский краевед

Автор: Михайлов Леонид

11 класс

 Руководители:

 А.М. Подурец

В.Ф. Кузнецова

2011

Введение

Нас давно интересовала история развития металлургии в нашем крае, эта история связана, в основном, с братьями Баташовыми, которые владели заводами в нашем округе. В предыдущие годы мы занимались исследованием их заводов в Илёве [1], Сноведи [2], а также в Рязанской и Владимирской областях [3]. Известно, что на заводах Баташовых существовал полный металлургический цикл: от добычи руды до изготовления железных изделий. В процессе изучения истории заводов нас очень интересовал вопрос о развитии технологии металлургии, и данную работу мы посвятили древнему процессу получения железа.

Развитие металлургии железа

Первые известные археологам железные предметы относятся к 10 веку до н.э. Первое железо ценилось очень дорого и не сразу использовалось для изготовления орудий труда. Самым древним способом получения железа из руды был, так называемый, сыродутный способ, при котором в горн или печь загружают железную руду и уголь, при горении которого происходит частичное восстановление железа из руды. В горн нагнетали «сырой», не подогретый воздух, откуда и произошло название самой техники. Плавление в горне измельченной железной руды в смеси с древесным углем происходило при высокой температуре. По мере выгорания угля твердые зерна железа, восстановленные из руды, опускались в низ печи и, свариваясь, образовывали губчатый сгусток, называемый крицей. Для уплотнения металла вынутую из горна застывшую крицу многократно проковывали, получая монолитный кусок железа весом до 5-6 кг. Товарным крицам металлургии придавали округлую лепешкообразную форму.

Впоследствии, при производстве железа примитивные кричные горны были заменены доменными печами: эти печи имеют больший размер, производительность, а также в них достигается большая температура. Продукцией домны является чугун (железо с высоким содержанием углерода), который потом перерабатывается в железо или сталь [4-6].

Цели и задачи работы

Цель работы: реконструировать сыродутный способ получения железа в современных условиях.

Задачи:

1) Найти руду, необходимую для выплавки железа.

2) Соорудить печь, максимально соответствующую древним образцам.

3) Провести процесс плавки.

4) Проанализировать полученные образцы.

Описание получения железа в литературе

Одним из источников по которому мы восстанавливали древний способ получения железа была книга Жюля Верна “Таинственный остров” [7]. В книге описывается, как несколько людей попали на необитаемый остров в одной одежде и постепенно сами создавали себе разные удобства, в том числе они выплавляли железо для собственных нужд.

Их способ выплавки назывался “каталонским”. Он заключался в следующем. ”Каталонский способ в собственном смысле требует постройки печей и тиглей, в которые укладываются пластами руда и уголь.” Но герой книги инженер Сайрес Смит предполагал обойтись без этих конструкций. Он возвёл «кубическое сооружение из угля и руды и направил в центр него струю воздуха». “Каменный уголь, так же как и руду, удалось без труда собрать поблизости прямо с поверхности земли. Сначала руду искрошили на мелкие куски и очистили руками от грязи. Затем уголь и руду слой за слоем сложили в кучу, как делает угольщик с деревом, которое он хочет обжечь. Таким образом, под действием воздуха, нагнетаемого мехами, уголь должен был превратиться в углекислоту и затем в окись углерода, которой предстояло восстановить магнитный железняк, то есть отнять от него кислород”. Воздушное дутьё было организовано с помощью мехов из тюленьих шкур.

Железо было получено, но “это оказалось трудным делом. Понадобилось всё терпение, вся изобретательность колонистов, чтобы успешно его осуществить. В конце концов, оно удалось, и была получена железная болванка в губчатом состоянии, которую надо было ещё ковать, чтобы выгнать из неё жидкий шлак. Таким образом, был получен грубый, но годный к употреблению металл”.

Мы пытались воплотить в реальность то, что было описано Жюлем Верном. Основным отличием нашего способа являлось то, что мы использовали печь.

Процесс получения железа

Добыча руды

3 июня 2010 года мы поехали исследовать окрестности села Елизарьева, где, как нам было известно, находились дудки-шахты по добыче железной руды. От Сарова мы добрались до места примерно за 20 минут. Добравшись до места, мы пошли на поиск руды, которая должна была располагаться в области старых шахт. Больше всего руды мы нашли там, где не было травы и был снят (траншея антипожарная) или утрамбован (дорога) слой грунта. Именно в траншее мы и нашли большинство руды разных размеров, вплоть до 15*10*10 см (приблизительно). В основном руда была серого и бурого цвета. Преобладает руда бурого цвета. Мы набрали ведро руды. Также мы увидели около десятка остатков дудок, которые засыпаны и уже заросли травой.

Старая дудка вблизи села Елизарьева

Железная руда

Измельчение руды

Мы решили дробить руду до размеров не более 1см3 , чтобы её было легче расплавить. Мы раздробили всю руду, находящуюся в ведре и получили примерно 3/5 ведра дроблёной руды.

Процесс измельчения руды автором работы

 Кладка печи

Для печи были использованы обломки силикатных кирпичей. Кладка печи осуществлялась с помощью смеси цемента с песком. Мы намесили раствор и ряд за рядом складывали кирпичи в печь, скрепляя их раствором.

Приготовление раствора

Наша печь

 Плавка

Печь предварительно нагрели, сжигая в ней дрова в течение полутора часов.

В прогретую печь мы засыпали руду, а затем древесный уголь, приобретённый в магазине, слоями. Нам надо было добиться температуры в 900 градусов по Цельсию, поэтому помимо условий, предоставленных нам природой, нам пришлось использовать пылесосы для дутья (имитация мехов). Пылесосов было два и включались они поочерёдно, работая по 30 минут без перерыва. Но уже через час плавки печь начала трескаться, так как силикатный кирпич не выдерживал столь высокой температуры. Но при том, что она трескалась, за 2ч30мин плавки не рассыпалась. В процессе плавки мы измеряли температуру внутри печи с помощью специального прибора. Она колебалась от 800 до 1300 градусов по Цельсию. Весь процесс с подготовкой занял 4ч.

Воздушное дутьё. На фото — Валентина Фёдоровна Кузнецова — хозяйка пылесоса

Загрузка руды и угля

Измерение температуры при помощи пирометра проводит Алексей Ковалёв

 Результат плавки

После разборки печи на следующий день мы извлекли из неё серые кусочки со слабо выраженным металлическим блеском.

Разборка печи

Образцы полученного металла

Видимо, металлургическая реакция имела место (до и после)

Попытка проковать полученный металл

Следуя способу, описанному Жюлем Верном, образцы полученного металла следовало проковать. Для этого мы их отнесли в кузницу, там кузнец раскалил их в горне, но под его молотком наш металл рассыпался. Экспертиза, проделанная в одной из лабораторий ВНИИЭФ, показала, что полученное вещество состоит на 20% из железа, а остальное — оксиды железа.

Заключение

Металл мы получили, но он оказался не годным для изготовления каких-либо изделий.

В чём же была наша возможная ошибка? Мы разместили описание нашего опыта в интернете и получили множество комментариев [8], некоторые из которых оказались ценными.

В частности, пользователь с ником 3meys подсказал нам:

“При кричной плавке из руды температура должна быть ~900 градусов и как можно меньше не сгоревшего кислорода, чтоб он не окислял обратно металл”.

Из этого мы делаем вывод, что у нас была температура несколько выше необходимой, и восстановленное железо окислилось, что объясняет хрупкость и пористость полученных нами образцов.

Тем не менее, мы считаем, что добились поставленных целей — провели плавку, в результате которой был осуществлён металлургический процесс. С помощью нашего эксперимента мы приблизились к пониманию древнего металлургического производства.

Благодарности

            Автор и руководители благодарят сотрудников Института Физики Взрыва РФЯЦ-ВНИИЭФ Алексея Евгеньевича Ковалёва за измерения температуры при помощи пирометра и Михаила Игоревича Ткаченко за проведение рентгеноструктурного анализа руды и металла.

Список литературы

1. Колоярцева Н. (руководитель В.Ф. Кузнецова). Село Илёв. История, отлитая в чугуне. Доклад на VII конференции ЦВР «Открытие родной земли». Саров, 2004.
2. Михайлов Л. (руководители А.М. Подурец, В.Ф. Кузнецова). История Сноведского металлургического завода. Доклад на городской эколого-краеведческой конференции, Саров, 2008.
3. Михайлов Л. (руководители А.М. Подурец, В.Ф. Кузнецова). Унженские заводы Баташёвых. Доклад на Школьных Харитоновских чтениях, Саров, 2010.
4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. Москва, 2002.
5. http://erzya.ru/culture/57-krichniki.html
6. http://termist.com/bibliot/popular/mezenin/mezenin_018.htm
7. Верн Ж. Таинственный остров. Минск, 1984.
8. http://leprosorium.ru/comments/948169.

Приложение

Сравнение технологии сегодня, в XVII — XVIII веках (вчера) и нашей

Добыча руды:

Измельчение руды:

Получение угля:

Печи:

Плавка:

Дутьё:

Результат:

sarpust.ru

История металлургии железа

История металлургии железа

Железо... Недра нашей планеты богаты этим металлом, который по праву называют «фундаментом цивилизации». Словно для того чтобы не расставаться со своими сокровищами, природа, прочно связав железо с другими элементами (главным образом с кислородом), спрятала его в разнообразных рудных минералах. Но уже в глубокой древности — во втором тысячелетии до нашей эры — человек научился извлекать нужный ему металл.

В историческом плане производство черных металлов развивалось по следующим этапам:

1. Сыродутный процесс  ( 1500 лет до н. э. ). Производительность процесса очень низкая, получали за 1 час всего до    0,5… 0,6 кг  железа. В кузнечных   горнах железо восстанавливалось из руды углём  при продувке воздухом  с помощью кузнечных мехов. Сначала при горении древесного угля образовывалась окись углерода,  которая и восстанавливала чистое железо из руды.

В  результате   длительной продувки воздухом из кусочков руды получались практически без примесей кусочки чистого железа, которые сваривались между собой кузнечным способом в полосу, которые далее использовались для производства необходимых человеку изделий. Это технически чистое железо содержало очень мало углерода и мало примесей (чистый древесный уголь и  хорошая руда), поэтому оно хорошо ковалось и сваривалось и практически не корродировало. Процесс шел при относительно невысокой температуре  (до 1100…1350 oС), металл не плавился, т. е. восстановление металла шло  в твердой  фазе. В результате получалось ковкое (кричное) железо. Просуществовал этот способ  до XIV  века, а в несколько усовершенствованном виде до начала XX века, но  был постепенно вытеснен кричным переделом.

Отсюда следует, что  исторически самым первым сварщиком металлов был  кузнец, а самый первый способ сварки - это кузнечная сварка.

2. С увеличением размеров сыродутных горнов и интенсификацией процесса возрастало содержание углерода в железе, температура плавления этого сплава (чугуна)  оказывалась ниже, чем у более чистого железа и получалась часть металла в виде расплавленного чугуна, который как отход производства вытекал из горна вместе со шлаком. В XIV век  в Европе был разработан двухступенчатый способ получения железа (маленькая домна, далее кричной процесс). Производительность увеличилась до 40 …50 кг/час  железа. Использовалось  водяное колесо для подачи воздуха. Кричный передел - это  процесс рафинирования чугуна (снижение количества  C, Si, Mn) с целью получения из чугуна кричного (сварочного) железа.

3. В конце  XVIII века в Европе начали использовать минеральное топливо в доменном процессе и в пудлинговом процессе. При пудлинговом процессе каменный уголь сгорает в топке, газ проходит через ванну, расплавляет и очищает металл. В Китае даже раньше, в X-ом  веке,  выплавляли чугун, а  далее получали  сталь процессом пудлингования. Пудлингование- это очистка чугуна в пламенной печи. При очистке железные зерна собираются в комья. Пудлиновщик ломом много раз переворачивает массу и делит ее на 3…5 частей – криц. В кузнице или  прокатной машине свариваются зерна и получают полосы и другие заготовки. Используются уже паровые машины вместо водяного колеса. Производительность возрастает до 140 кг сварочного железа в час.

4. В конце XIX века — почти одновременно внедряются три  новых процесса получения стали:  бессемеровский, мартеновский и томасовский. Производительность плавки стали возрастает  резко (до 6 тн/час).

5. В середине  XX века: внедряются  кислородное дутье, автоматизация процесса и  непрерывная разливка стали.

6. При сыродутном, кричном и пудлинговом процессах железо не плавилось (технический уровень того времени не давал возможность обеспечить температуру его плавления). Продувка кислородом расплавленного металла в бессемеровском конверторе из-за  резкого увеличения поверхности соприкосновения металла с окислителем (кислородом) в тысячу раз ускоряет химические реакции по сравнению с  пудлинговой печью.

7. В сыродутном и кричном процессах получали одностадийным методом ковкое, сварочное железо (малоуглеродистую сталь), причём  имеющее небольшое количество примесей, поэтому весьма стойкое к коррозии. Сейчас в стадии развития находится одностадийный процесс производства стали: обогащение руд (получение окатышей, содержащих  90… 95 % железа) и выплавка стали в  электропечи.

Вся история металлургии железа, со времени появления первых плавильных, ям вплоть до наших дней,—это непрекращающееся совершенствование способов его получения. Несколько столетий назад появилась доменная печь — высокопроизводительный агрегат, в котором железная руда превращается в чугун — исходный продукт для выплавки стали. С. той пори доменный процесс стал основным звеном технологии производства стали.

Процесс извлечения железа из руды в горне вошел в историю металлургии под названием «сыродутный», поскольку в горн вдувался неподогретый — сырой — воздух (горячее дутье появилось на металлургических заводах лишь в XIX веке). Получавшееся в сыродутном горне железо порой оказывалось недостаточно прочным и твердым, а изделия из него — ножи, топоры, копья — недолго оставались острыми, гнулись, быстро выходили из строя.

На дне горна наряду со сравнительно мягкими комками железа попадались и более твердые — те, что вплотную соприкасались с древесным углем. Подметив эту закономерность, человек начал сознательно увеличивать зону контакта с углем и тем самым науглероживать железо. Теперь металл уже мог удовлетворить самого взыскательного мастера. Это была сталь — важнейший сплав железа, который и по сей день служит основным конструкционным материалом.

Спрос на сталь всегда и почти повсеместно опережал ее производство, а примитивная металлургическая техника долго отставала от требований жизни. Как ни удивительно, но на протяжении почти трех тысячелетий металлургия железа никаких принципиальных изменений не претерпела — в основе получения железа и стали лежал все тот же сыродутный процесс. Правда, постепенно увеличивались размеры горнов, совершенствовалась их форма, повышалась мощность дутья, но технология оставалась малопроизводительной.

В средние века сыродутный горн обрел вид шахтной печи, достигавшей в высоту нескольких метров. В России эти печи называли домницами — от древнерусского слова «дмение», означавшего «дутье». В них загружалось уже солидное количество шихтовых материалов — железной руды и древесного угля, да и воздуха требовалось во много раз больше, чем для примитивных сыродутных горнов. Теперь печи «дышали» с помощью энергии воды: воздуходувные мехи приводились в движение сначала специальными водяными трубами, а позже огромными водяными колесами.

В шахтной печи в единицу времени сгорало больше топлива, чем в горне и, естественно, больше выделялось тепла. Именно высокие температуры в печи и привели к тому, что часть восстановленного железа, освободившегося от кислорода, но зато сильно насыщенного углеродом, расплавлялась и вытекала из печи. Застывая, такой железоуглеродистый сплав, содержащий в несколько раз больше углерода, чем сталь, становился очень твердым, но и очень хрупким. Это был чугун.

Роль его в развитии металлургии очень важна, но несколько столетий назад мастера железных дел придерживались совсем иного мнения; ведь под ударами молота такой металл разлетался на куски, и сделать из него оружие или инструмент было просто невозможно. В то же время из-за этого ни на что не пригодного сплава количество добротного продукта — железной крицы — резко сокращалось.

Каких только прозвищ не давали средневековые металлурги новому сплаву. В странах Центральной Европы его называли диким камнем, гусем, в Англии — свинским железом (по-английски чугун так называется и сейчас), да и русское слово чушка, то есть чугунный слиток, имеет то же происхождение.

Поскольку никакого применения чугун не находил, его обычно выбрасывали на свалку. Но вот в Х1У веке кому-то пришла счастливая мысль загрузить чугун снова в печь и переплавить вместе с рудой. Эта попытка знаменовала собой настоящий переворот в металлургии железа. Оказалось, что такой способ позволяет сравнительно легко получать нужную сталь, притом в больших количествах. Увы, история не сохранила для нас имя этого средневекового изобретателя.

Нововведение привело к четкому разделению «труда»: в домницах, ставших уже к тому времени более совершенными доменными печами, из руды выплавлялся чугун, а в кричных горнах из него удалялся лишний углерод, то есть осуществлялся процесс превращения чугуна в сталь — «кричный передел». Так возник двухстадийный способ получения стали из железной руды: руда — чугун, чугун — сталь.

Теперь спрос на чугун, прежде всего как на полупродукт, превращаемый затем в сталь, резко увеличился. И доменные печи вырастали повсюду, как грибы после дождя. Но поскольку для доменной плавки требовалось много древесного угля, вскоре в тех странах, которые не были богаты лесами, начал остро ощущаться его недостаток, и металлургия, лишившись топлива, пошла здесь на убыль. Такое произошло, например, в Англии, долгое время занимавшей главенствующие позиции в железоделательном производстве.

Тяжелое положение, в котором оказалась в связи с этим английская промышленность, вынудила металлургов искать замену древесному углю. Прежде всего их внимание привлек каменный уголь, которым природа, не скупясь, одарила Британские острова. Однако все попытки выплавить на нем чугун кончались неудачей: уголь в процессе нагрева измельчался, а это сильно затрудняло дутье. Но вот наконец в 1735 году англичанину Абрахаму Дерби удалось осуществить доменный процесс на коксе — топливе, полученном из коксующегося каменного угля при его нагревании без доступа воздуха до высоких температур (950—1050°С), при этом уголь не измельчался, а спекался в куски. Сегодня без кокса немыслимы ни доменная плавка, ни ряд других металлургических процессов.

XVIII и XIX века внесли немало нового в конструкцию доменной печи: были изобретены первые воздуходувные машины, а рядом с домной вырос «почетный караул» — огромные тупоносые сигары воздухонагревателей, благодаря которым в печь теперь подается горячий воздух.

Древний горн для получения железной крицы. Горн с воздушным дутьем (XVI век). Доменная печь (конец XVIII века)

Большие перемены произошли и на второй стадии металлургического производства. Сначала кричный горн уступил место более совершенной печи — пудлинговой. Здесь расплавленный чугун перемешивали (отсюда и название печи — от английского слова puddle — перемешивать) вместе с железистыми шлаками и в результате получали крицы малоуглеродистого железа. А во второй половине прошлого века были созданы более производительные сталеплавильные агрегаты — конвертер и мартеновская печь. В них чугун превращался уже не в тестообразную массу — крицу, а в жидкую сталь.

Затем в историю металлургии была вписана еще одна важная страница: сконструирована дуговая сталеплавильная печь, позволявшая получать металл высокого качества. У пламени, тысячелетиями монопольно владевшего всеми правами на плавку металлов, появился серьезный конкурент — электрический ток.

В последние десятилетия в металлургии наблюдается своеобразная «акселерация»: размеры всевозможных печей растут из года в год. Давно ли домны объемом в две тысячи кубометров считались чуть ли не чудом света, а сегодня в мире действуют значительно более внушительные колоссы — «четырехтысячники» и даже «пятитысячники».

В течение еще длительного периода домны, несомненно, сохранят свое значение. Тем не менее судьбу их вряд ли можно считать безоблачной. В отличие от примитивного древнего горна, в котором наши предки получали железо непосредственно из руды, современное исполинское сооружение — доменная печь — производит в основном не тот металл, который непосредственно требуется технике, а лишь передельный продукт, превращаемый затем на следующем этапе в нужную нам сталь (исключение составляет литейный чугун, идущий на производство отливок; его доля в общем объеме выплавляемого чугуна не превышает 15 процентов). Иными словами, в стремлении достичь высоких количественных показателей металлурги вынуждены идти как бы окольными путями.

Вопрос об изменении технологического маршрута в производстве стали давно занимает ученых. И дело здесь не в праздном желании выпрямить пути-дороги черной металлургии. Причина в другом.

У доменной печи есть серьезный недостаток. Суть его в том, хотя это и может показаться на первый взгляд странным, что непременное «блюдо» в ее рационе — кокс. Тот самый кокс, изобретение которого стало заметной вехой в развитии металлургии железа. Ведь именно благодаря коксу вот уже два с половиной столетия домна получает отличное высококалорийное «питание». Но постепенно на доменном небосклоне начали появляться тучи, которые с полным основанием можно назвать коксовыми.

В чем же дело?

В природе кокса, как известно, нет. Его получают из каменных углей. Но не из любых. А лишь из тех, что имеют склонность к коксованию (спеканию). Таких углей в мире не очень много, поэтому год от года они становятся все дефицитнее и дороже. Да и уголь еще нужно превратить в кокс. Процесс этот довольно сложный и трудоемкий, сопровождающийся выделением вредных побочных продуктов с отнюдь не парфюмерными ароматами. Чтобы по возможности избавить от них атмосферу, воду, почву, приходится сооружать дорогостоящие очистные устройства.

Удорожание кокса привело к тому, что он оказался самой солидной статьей в себестоимости чугуна: на его долю приходится примерно половина всех затрат. Вот почему доменщики постоянно стремятся сократить расход кокса, частично заменяя его природным газом, пылевидным углем, мазутом, и здесь уже достигнуты немалые успехи. Так, может быть, развивая наступление на кокс, доменщикам постепенно удастся полностью от него избавиться? Но тогда придется избавляться и от самой домны: ведь без кокса она, что печка без дров.

Проблемами бескоксовой металлургии занимался еще основоположник современного металловедения Д. К, Чернов. В конце прошлого века он предложил оригинальную конструкцию шахтной печи, которая выплавляла бы не чугун, а железо и сталь. К сожалению, его идее не суждено было воплотиться в жизнь. Спустя примерно полтора десятилетия после того, как Чернов представил свой проект, он с горечью писал: «Вследствие обычной косности наших частных заводов я обратился в министерство торговли и промышленности в надежде получить возможность осуществить предлагаемый способ в упрощенном виде на одном из казенных горных заводов. Однако несмотря на двукратно выраженное тогдашним министром желание помочь производству такого опыта, вопрос этот встретил неодолимые препятствия среди шкафов и коридоров министерства».

Сторонником бездоменного производства был и Д. И. Менделеев. «Я полагаю,— писал он на рубеже столетий,— что придет со временем опять пора искать способы прямого получения железа и стали из руд, минуя чугун».

Десятки лет ученые и инженеры разных стран стремились найти приемлемую технологию прямого восстановления железа. Были выданы сотни патентов, предложены и созданы разнообразные агрегаты, установки, печи. Однако даже самые, казалось бы, многообещающие идеи долгое время не удавалось воплотить в жизнь.

Первая сравнительно удачная промышленная установка для прямого получения железа была сооружена в 1911 году в Швеции по проекту инженера Э. Сьерина. Достоинством этой технологии было то. что восстановителем, отбирающим у железа кислород, служили отходы угольного и коксового производства (каменноугольная пыль и мелкие фракции кокса), а сама печь отапливалась дешевыми сортами угля. К тому же весьма высоким было качество выплавляемого металла, чем всегда славилась Швеция. Тем не менее эта технология не получила широкого распространения, поскольку процесс длился несколько суток. Конкурировать с хорошо к тому времени сработавшимися «дуэтами» домна — мартен или домна — конвертер шведская установка не могла.

Важный шаг в развитии технологии прямого получения железа был сделан в 1918 году, когда шведский инженер М. Виберг предложил вести процесс восстановления в шахтной печи используя для этой цели горючий газ содержащий окись углерода и водород. Способ позволял превращать руду в 95-процентное железо. Но (и здесь не обошлось без «но») у этого способа был существенный недостаток: исходным сырьем для получения восстановительного газа служил все тот же кокс, а для его газификации нужны были сложные и дорогие устройства - электрогазогенераторы.

В нашей стране большим энтузиастом бездоменной технологии был доцент Сибирского металлургического института В. П. Ремин. Еще в конце 30-х годов он разработал конструкцию электропечи, в которой руда должна была расплавляться, сползая по наклонной подине, как лед в горах (поэтому печь назвали глетчерной), а затем из расплава предполагалось восстанавливать железо. Вероломное нападение на нашу страну гитлеровской Германии поставило перед металлургами много трудных задач, и эти эксперименты пришлось отложить до лучших времен.

Доменная печь: 1 — скип; 2 — приемная воронка: 3 — распределитель шихты: 4 — воздушная фурма; 5 — чугунная лётка: 6 — шлаковая лётка.

Но и когда они настали, оказалось, что у специалистов нет единой точки зрения. Одни безоговорочно ратовали за испытанную веками домну, другим же виделись бездоменные и бескоксовые перспективы. В 1958 году академик И. П. Бардин, высказываясь по поводу прямого получения железа из руды, заметил, что «известный американский металлург Смит, который называл доменную печь жерновом повешенным на шею металлургии в наказание за ее грехи в области научных исследований вынужден был при рассмотрении конкретных процессов вернуться к доменной печи как единственному в настоящее время агрегату, на котором может базироваться металлургия».

В те годы металлургия и впрямь не имела заслуживающей внимания альтернативы доменной печи. Несмотря на многочисленные попытки разработать способы получения железа непосредственно из руды, найти решение, которое бы безоговорочно удовлетворило металлургов, долго не удавалось. Либо несовершенной была технологическая схема, либо ненадежным или малопроизводительным оказывалось оборудование, либо оставляло желать лучшего качество получаемого металла. Кроме того, предлагавшиеся варианты часто не оправдывались экономически: металл получался очень дорогим. Трудной задачей оставался и выбор восстановителя. Поиски зашли в тупик, хотя в Швеции, СССР, США. Мексике, Венесуэле, ФРГ и Японии действовало несколько небольших установок для прямого получения железа из руд.

В том, что именно эти страны раньше других начали внедрять новую технологию, не было ничего удивительного. Например металлургия Швеции издавна специализируется на производстве высококачественной стали, а, как показала практика, путь прямого восстановления — это и путь прямого улучшения качества металла. Что же касается Мексики и Венесуэлы, то они стали лидерами поневоле — в этих странах нет коксующихся углей, зато есть большие запасы природного газа, поэтому развивать черную металлургию на традиционной основе, то есть сооружая доменные печи, они при всем желании не могли.

К концу 50-х годов металлурги пришли к твердому убеждению, что в роли восстановителя в процессах прямого получения железа должен выступать газ. Это означало, что дальнейшие поиски следовало вести в направлении, предложенном Вибергом. Вскоре в ряде стран были найдены удачные решения. Так, достоинством одной из предложенных технологий было то, что восстановитель оказывался практически бесплатным: изобретатели предложили использовать отходящий газ электросталеплавильных цехов, который прежде выбрасывался в атмосферу. Оригинальным было и другое решение. Из шахтной печи, где происходило восстановление железа, горячий газ направлялся не в небеса, а в рекуператор и отдавал свое тепло поступающему туда газ-восстановителю.

studfiles.net

История освоения железа человеком

Проблема происхождения черной металлургии начала проясняться лишь в последнее время. Известно определённое число фактов, свидетельствующих о том, что железо было знакомо людям почти с каменного века. Это было метеоритное железо, содержащее много никеля и поддающееся обработке в холодном состоянии.

По мнению английского ученого А. Снодграсса, в развитии технологии железа, выделяется три стадии. На первой стадии железо встречается нерегулярно, его нельзя еще считать "рабочим", оно является в большей мере церемониальным материалом. На второй стадии железо употребляется в производственной сфере, но в меньшем масштабе, чем бронза. На третьей стадии железо становится доминирующим материалом.

Наиболее ранние находки железных предметов из метеоритного железа отмечены в Иране (VI–IV тыс. до н. э), Ираке (V тыс. до н.э.) и Египте (IV тыс. до н.э). В Северной Африке и на Переднем Востоке знакомство с новым металлом также начиналось с самородного железа примерно в III-II тыс. до н.э. Например, в Месопотамии оно было известно в раннединастическое время (III  тыс. до н.э), о чем свидетельствуют находки в Уре.

Изделия из метеоритного железа известны в различных культурах Евразии: в ямной (III тыс. до н.э) на Южном Урале и в афанасьевской (III тыс. до н.э.) в Южной Сибири. Его знали эскимосы и индейцы северо-запада Северной Америки, и население Чжоусского Китая.

Предлагалось немало различных теорий происхождения железа в человеческой практике. Наиболее убедительно мнение о том, что древнейшее рудное железо могло быть получено ненамеренно, как вторичный продукт сложной бронзолитейной технологии, в которой как флюс использовалась железная руда.

По-видимому, долго не удавалось получить железо в достаточных количествах, и когда это произошло, железо стали считать даром богов, небесным металлом. На первых порах оно было очень дорогим, ценилось весьма высоко и использовалось преимущественно в престижно-социальной сфере.

Ранние находки железа, полученного из руды, связаны с памятниками второй половины III тыс. до н.э. Месопотамии, Анатолии и Египта. Они происходят либо из погребений, либо из кладов или храмов. Железные предметы вооружения, как правило, украшены золотом, что свидетельствует об их использовании в ритуальной практике. Как показывают анализы, в данный период метеоритное и выплавленное железо было в употреблении одновременно.

Долгое время считалось, что в Египте железо появилось очень рано, так как оно упоминалось в некоторых текстах, в частности, в Амарнском архиве. Железо было преподнесено фараону Аменхотепу в качестве подарка от племен хеттов из страны Миттани, которая находилась на востоке Малой Азии. Однако наиболее ранние железные изделия ограничивались мелкими предметами: бусами, булавками. Оказалось, что некоторые вещи попали в гробницы позже.

Куски железа встречены в слоях II тыс. до н.э. в Ассирии и Вавилоне. Сначала и там железо ценилось так же, как золото, и вывозилось как добыча из Сирии. В текстах XIX-XVIII вв. до н.э., обнаруженных в руинах староассирийской торговой колонии Кюльтепе в Центральной Анатолии, упоминается очень дорогой материал (в 8 раз дороже золота), который продается в небольших количествах. Во дворце, построенном в 1714 г. до н.э. ассирийским царем Саргоном, были найдены таблички с надписями о его основании. В них, помимо прочего, говорится о различных дарах, в том числе, о металлах, присланных в честь этого события. Но железо уже не упоминается как ценный металл, хотя в одной их комнат дворца был обнаружен целый склад железных криц. Есть находки железа, датированные началом II тыс. до н.э. на Кипре и Крите. В памятниках позднего бронзового века Ближнего Востока железа уже гораздо больше.

Однако повсеместное развитие новой технологии началось лишь тогда, когда люди научились добывать железо из руды. Согласно общераспространенному мнению, самое раннее железоделательное производство зафиксировано в северных районах Анатолии. Традиционно считается, что первыми освоили это дело племена хеттов, которые снабжали округу предметами роскоши, но долго хранили технологию в секрете.

Однако этот вывод постоянно вызывает споры среди специалистов, так как он не подтверждается точными текстуальными и полноценными археологическими свидетельствами. На территории Анатолии известно много железных изделий, но местного ли они производства, установить трудно. О выплавке железа упоминается в письме хеттского царя Хаттуссили III (1250 г. до н.э.) ассирийскому царю Салмансару I относительно поставок металла. В нем говорится, что для производства железа "сейчас неподходящее время и его нет в царских хранилищах в данный момент, но оно, конечно, будет получено". В качестве сатисфакции, хеттский царь шлет ассирийскому коллеге железный кинжал. По-видимому, производство железа действительно было известно хеттам, но размеры этого производства были достаточно скромным, хотя и позволяли им торговать.

С XIII в. до н.э. железо стало распространяться гораздо быстрее. К примеру, уже в XII в. до н.э. оно было известно в Сирии и Палестине, а к IX в. оно почти полностью вытеснило бронзу из широкого употребления и очень быстро стало предметом широкой торговли. Экспорт железа шел через Ефратскую долину и горы Северо-Сирийского союза на юг и на север – через понтийские колонии. Этот путь назывался железным.

По современным данным, технология науглероживания и закаливания железа была изобретена в Западном Средиземноморье, на Кипре или в Палестине около XII-XII вв. до н.э.

Армения также считается одним из районов раннего появления железа, которое там вошло в постоянный обиход в IX в. до н.э., хотя в Закавказье первые железные изделия относятся еще к XV-XIV вв. до н.э. Они найдены в комплексах погребений могильников Самтавро и Тли. Население Урарту широко использовало железные предметы. Следы черной металлургии обнаружены в Тайшебаини.

Как уже отмечалось выше, куски кричного железа встречены на Крите и датированы XIX в. до н.э. Но местное производство железа на Эгейских островах начинается примерно в начале I тыс. до н.э. По свидетельству Б. В. Гракова, греческая традиция отмечает восточную часть Малой Азии (южный берег Черного моря), как местность, где жили племена халибов или халифов, что в переводе означает "сталь". Этот район может считаться еще одним центром возникновения черной металлургии, Возможно, от них – халибов – греки получили сведения о железе. Б. В. Граков полагает, что, несмотря на то, что в разных странах знакомство с метеоритным железом произошло довольно рано, овладение процессом получения железа произошло благодаря хеттам, митани и халибам. Однако, как мы знаем, это предположение в настоящее время не считается столь обоснованными, как ранее.

Распространение железа в Греции совпало по времени с эпохой Гомеровского эпоса (IX-VI вв.до н.э). "Илиада" содержит всего два упоминания об этом металле, тогда как в "Одиссее" оно упоминается много чаще, но все еще вместе с бронзой.

Допускается, что в Европу железо попало с востока различными путями: через Грецию – Балканы, или через Грецию – Италию – северные Балканы, или через Кавказ – Южную Россию – Карпатский бассейн. Ранние находки железа здесь концентрируются в основном в Западных Балканах и в Нижнем Придунавье и относятся к периоду со второй половины II тыс. до н.э. (редкие) до VIII в. до н.э.

В Средней Европе железо появилось в VII в до н.э. Железоделательное производство было хорошо освоено кельтами к V в. до н.э., они поставляли железо римлянам и даже обучали их кузнечному ремеслу, они умели соединять мягкое железо и твердую сталь в одном предмете, получая тем самым ковкую пластину, легко поддающуюся обработке, но имеющую острый режущий край.

В Скандинавии соперничество бронзы с железом продолжалось до начала н.э., а в Британии – до V в. н.э. По свидетельству Тацита, германцы редко употребляли железо.

На территории Восточной Европы в курганах ямной культуры III тыс. до н.э. встречены изделия из метеоритного железа, полученные методом холодной ковки. Шлаки и руда попадаются иногда в памятниках срубной и абашевской культур на Дону. Они отмечены в комплексах катакомбной, белогрудовской культур в Приднепровье.

Население Восточной Европы осваивало технологию добычи и обработки железа до рубежа IX-VIII вв. до н.э. В лесной полосе этот процесс проходил, главным образом, в VIII в. до н.э. Первые предметы довольно просты: шилья, долота, ножи, но в их обработке уже применялись такие операции как сварка и ковка. Уже в VIII в. до н.э. в Восточной Европе произошел перелом в металлургии. Это отмечается распространением сложных биметаллических предметов, в частности, мечей, у которых навершия отливались из бронзы по индивидуальным моделям. В это же время восточноевропейские племена рано освоили процесс цементации и получение стали. Предполагается, что биметаллические предметы изготовлялись одним человеком, знавшим обе технологии. Это косвенно указывает на то, что черная металлургия зародилась в недрах цветной.

Таким образом, переход к производству железа в Старом Свете произошел в конце II тыс. до н.э., массовым же оно стало позже – в I тыс. до н.э. В Восточном Средиземноморье, где довольно рано был открыт процесс науглероживания, началось производство стали. Здесь железо успешно конкурировало с бронзой сразу после своего появления.

В Сибири, богатой медной рудой и оловом, внедрение железа запоздало, здесь сравнительно долго сохранялась цветная металлургия. Например, в Западной Сибири переход к железному веку осуществлялся в период VIII-V вв. до н.э. Но лишь с III в. до н.э. она вступила в истинный железный век, когда сырьевое преобладание перешло к железу. Те же сроки можно указать для Алтая и Минусинской котловины. В лесной полосе Западной Сибири только в конце I тыс. до н.э. началось настоящее знакомство с железом.

В Юго-Восточной Азии изделия из кричного железа появились в середине I тыс. до н.э., а во второй половине этого тысячелетия они уже широко применялись в хозяйстве. Вначале были популярны биметаллические вещи, позже – изготовленные полностью из железа.

В конце II тыс. до н.э. в Китае также были известны биметаллические предметы, железо в них имело метеоритное происхождение. Первые известия о нем относятся к VIII в. до н.э. Настоящее же производство железа началось примерно в середине I тыс. до н.э. Но в отличие от европейских очагов, в Китае очень рано научились получать высокие температуры и отливать железо в формах, т.е. получать чугун.

В Африке первичным продуктом стала сталь. Здесь же изобрели высокий цилиндрический горн и предварительное подогревание подаваемого в него воздуха. Эти вещи не были известны на других территориях. Некоторые исследователи полагают, что в Африке производство железа было освоено самостоятельно без какого-либо влияния. Другие считают, что происхождение черной металлургии здесь связано с первоначальным импульсом, а далее она развивалась самостоятельно. В Нубии, Судане, Ливии железо появилось около VI в. до н.э. В Южном Заире обработка меди и железа стала известна одновременно. Некоторые племена перешли к железу сразу из каменного века. В целом, переход к железу на африканской территории охватил вторую половину I тыс. до н.э. (VI–I вв. до н.э.). Интересно, что в Южной Африке, в Великой Саванне бассейна р. Конго, где есть богатейшие залежи меди, медное производство было освоено позже железоделательного. Причем, если железо шло на изготовление орудий труда, то медь – на украшения.

Америка характеризуется своими особенностями. Здесь выделяется несколько очагов раннего появления металла. В Андах, известных своими богатейшими запасами металлических руд, первым известным металлом стало золото, причем, зарождение металлургического и керамического производств происходило там одновременно, но независимо. С XVIII в. до н.э. и во второй половине II тыс. до н.э. здесь употреблялись золотые и серебряные вещи. В Перу первым был получен сплав меди серебра (тумбага), который высоко ценился населением Американских цивилизаций. Интересно, что медь вначале получали кузнечным способом и лишь позже стали ее отливать. В Мезоамерике металл стал известен в I тыс. до н.э., когда его начали ввозить. Лишь в VII-VIII вв. н.э. племена майя освоили металлургию. К этому времени их древнейшая государственность приходила в упадок.

В Северной Америке первым металлом стала медь. Железо появилось в 1 тыс. до н.э. – вначале в западных районах у населения берингоморской культуры. На первых порах употреблялось метеоритное, затем кричное железо. В Австралии, как и в Америке, черная металлургия появилась в эпоху Великих географических открытий.

www.protown.ru

Кричное железо - это что такое? Современое название, получение

Железо – элемент, который знаком каждому человеку на нашей планете. И в этом нет ничего удивительного. Ведь по своему содержанию в земной коре (до 5%) этот компонент является самым распространенным. Однако всего сороковую часть из этих запасов можно найти в месторождениях, пригодных для разработки. Основными рудными минералами железа являются сидерит, бурый железняк, гематит и магнетит.

Происхождение названия

Почему железо носит именно такое название? Если рассматривать таблицу химических элементов, то в ней этот компонент отмечен как «феррум». Сокращенно он обозначается Fe.

По мнению многих этимологов, слово «железо» пришло к нам из праславянского языка, в котором оно звучало как zelezo. А это наименование перешло из лексикона древних греков. Они и называли столь известный на сегодняшний день металл «железом».

Существует и еще одна версия. Согласно ей название «железо» пришло к нам из латыни, где означало «звездный». Объяснение этому кроется в том, что первые образцы данного элемента, обнаруженного людьми, имели метеоритное происхождение.

Использование железа

В истории человечества имел место такой период, когда железо люди ценили дороже золота. Данный факт зафиксирован в «Одиссее» Гомера, где говорится о том, что победителям игр, устраиваемых Ахиллесом, давали помимо золота еще и кусок железа. Этот металл был крайне необходим практически всем ремесленникам, землепашцам и воинам. И именно огромная потребность в нем стала лучшим двигателем производства данного материала, а также дальнейшего технического прогресса его изготовления.

9-7 вв. до н.э. считаются железным веком в истории человечества. В этот период многие племена и народы Азии и Европы начали развивать металлургию. Однако в железе и сегодня сохраняется высокая потребность. Ведь до сих пор оно является главным материалом, применяющимся для изготовления орудий труда.

Сыродутный продукт

Какова технология получения кричного железа, которое человечество начало добывать еще на заре развития металлургии? Самый первый способ, изобретенный человечеством, назывался сыродутным. Причем использовался он на протяжении 3000 лет, не меняясь от времен окончания бронзового века и до того периода, пока в 13 в. в Европе не была изобретена доменная печь. Назывался такой способ сыродутным. Горны для него сооружали из камня или из глины. Порой материалом для их стен выступали куски шлака. Последний вариант горна изнутри был обмазан огнеупорной глиной, в которую для улучшения качества добавляли песок или измельченный рог.

Из чего получается кричное железо? В подготовленные ямы закладывалась «сырая» луговая или болотная руда. Плавильное пространство таких горнов заполнялось древесным углем, который затем хорошенько разогревался. В нижней части ямы находилось отверстие для подачи воздуха. Вначале его вдували ручными мехами, которые позже были заменены механическими.

В самых первых горнах была организована естественная тяга. Она осуществлялась через специальные отверстия – сопла, которые располагались на стенах нижней части печи. Нередко подачу воздуха древние металлурги обеспечивали за счет применения конструкции, позволяющей получить эффект трубы. Они создавали высокое и в то же время узкое внутреннее пространство. Очень часто такие печи строились у подножий холмов. В этих местах было самое большое естественное давление ветра, которое и использовалось для увеличения тяги.

В результате осуществляемого процесса происходило превращение руды в металл. При этом пустая порода постепенно стекала вниз. На дне печи образовывались зерна железа. Они слипались между собой, превращаясь в так называемую «крицу». Это рыхлая губчатая масса, пропитанная шлаками. В печи крица была раскалена добела. Именно в таком состоянии ее вынимали и быстро проковывали. Куски шлака при этом просто отваливались. Далее полученный материал сваривали в монолитный кусок. В результате получалось кричное железо. Конечный продукт своей формой внешне напоминал лепешку.

Что представлял собой состав кричного железа? Это был сплав Fe с углеродом, которого в конечном продукте было очень мало (если рассматривать процентное соотношение, то не более сотых долей).

Однако кричное железо, которое люди получали в сыродутном горне, было не очень твердым и прочным. Именно поэтому выполненные из такого материала изделия быстро выходили из строя. Копья, топоры и ножи гнулись и совсем недолго оставались острыми.

Сталь

При производстве железа в горнах, вместе с мягкими его комками, попадались и те, которые имели более высокую твердость. Это были кусочки руды, вплотную соприкасавшиеся с древесным углем вовремя процесса выплавки. Человек подметил эту закономерность и начал специально увеличивать зону, контактирующую с углем. Это позволило науглероживать железо. Полученный металл стал удовлетворять потребностям мастеров и тех, кто пользовался изготовленными из него изделиями.

Этим материалом и была сталь. Ее и по сей день используют при изготовлении огромного числа конструкций и изделий. Сталь, выплавляемая древними металлургами, это кричное железо, в составе которого содержится до 2% углерода.

Существовало и такое понятие, как мягкая сталь. Это было кричное железо, в составе которого находилось менее 0,25 % углерода. Если рассматривать историю металлургии, то именно мягкую сталь и производили на начальном этапе сыродутного производства. Как по-другому называется кричное железо? Существует и его третья разновидность. Когда в его составе содержится более 2 % углерода, то это чугун.

Изобретение домны

Кричный способ получения железа с использованием сыродутных горнов находился в большой зависимости от погоды. Ведь для такой технологии было важно, чтобы в изготовленную трубку обязательно задувал ветер. Именно желание уйти от капризов погоды и привело человека к созданию мехов. Это были приспособления, необходимые для того, чтобы раздувать в сыродутной печи огонь.

После появления мехов горны для производства металла перестали сооружать на склонах холмов. Люди стали пользоваться печами нового типа, получившими название «волчьи ямы». Они представляли собой конструкции, одна часть которых находилась в земле, а вторая (домницы) возвышалась над ней в виде сооружения из камней, скрепленных между собой глиной. У основания такой печи имелось отверстие, в которое вставлялась трубка мехов для раздувания огня. Заложенный в домницу уголь сгорал, после чего можно было доставать крицу. Ее вытаскивали наружу через отверстие, которое образовывалось после удаления нескольких камней из нижней части сооружения. Далее стенку восстанавливали и заполняли печь рудой и углем, чтобы начать все сначала.

Кричное производство железа постоянно совершенствовалось. С течением времени домницы стали строить большего размера. Это вызвало необходимость в увеличении производительности мехов. В результате уголь начал сгорать быстрее, насыщая железо углеродом.

Чугун

Как называется кричное железо с высоким содержанием углерода? Как уже было упомянуто выше, это столь распространенный на сегодняшний день чугун. Его отличительной особенностью является способность плавиться при сравнительно низких температурах.

Кричное железо - чугун в твердом виде - невозможно было ковать. Именно поэтому древние металлурги вначале не обращали на него никакого внимания. От одного лишь удара молотком этот материал просто разлетался на куски. В связи с этим чугун, так же, как и шлак, вначале считали отходом производства. В Англии этот металл даже называли «свинским железом». И только с течением времени люди поняли, что данный продукт, пока он находится в жидком виде, можно залить в формы для получения различных изделий, например, пушечных ядер. Именно благодаря этому открытию в 14-15 вв. в промышленности стали возводить доменные печи для производства чугуна. Высота таких сооружений достигала 3 и более метров. С их помощью выплавлялся литейный чугун для производства уже не только ядер, но и самих пушек.

Развитие доменного производства

Настоящий переворот в металлургическом деле произошел в 80-х годах 18 в. Именно тогда один из демидовских приказчиков решил, что для большей эффективности работы доменных печей воздух в них следует подавать не через одно, а через два сопла, которые должны быть расположены с обеих сторон горна. Постепенно число таких сопел росло. Это позволило сделать более равномерным процесс дутья, увеличить диаметр горна и повысить производительность печей.

Развитию доменного производства также содействовала замена древесного угля, ради которого вырубались леса, на кокс. В 1829 г. в Шотландии на заводе Клейд было впервые применено вдувание в домну горячего воздуха. Подобное нововведение значительно повысило производительность печи и снизило расход топлива. В наше время доменный процесс усовершенствовали, заменив часть кокса природным газом, имеющим еще более низкую стоимость.

Булат

Как называется кричное железо, обладающее уникальными свойствами, которые использовались при изготовлении оружия? Этот материал мы знаем как булат. Данный металл, так же, как и дамасская сталь, представляют собой сплав железа с углеродом. Однако, в отличие от других свои видов, это кричное железо, обладающее хорошими качествами. Оно упругое и твердое, а также способно в лезвии давать исключительную остроту.

Секрет производства булата пытались разгадать металлурги многих стран на протяжении не одного века. Предлагалось большое количество рецептов и способов, которые предусматривали добавление в железо слоновой кости, драгоценных камней, золота и серебра. Однако секрет булата был раскрыт лишь в первой половине 20 века замечательным русским металлургом П. П. Аносовым. Им было взято кричное железо, которое закладывалось в горн с древесным углем, где горел открытый огонь. Металл плавился, насыщаясь при этом углеродом. В это время он покрывался шлаком из кристаллического доломита, порой с добавкой чистейшей железной окалины. Под таким слоем металл весьма интенсивно освобождался от кремния, фосфора, серы и кислорода. Однако и это было еще не все. Полученная сталь должна была быть охлаждена как можно медленнее и спокойнее. Это позволяло образовываться в первую очередь крупным кристаллам, имеющим разветвленную структуру (дендритам). Шло такое охлаждение непосредственно в горне, который был заполнен раскаленным углем. На следующем этапе производилась искусная ковка, при которой не должна была разрушиться образовавшаяся структура.

Уникальные свойства булата впоследствии нашли объяснение в трудах другого русского металлурга Д. К. Чернова. Он разъяснил, что дендриты – это тугоплавкая, но относительно мягкая сталь. Пространство же между их «ветвями» в процессе застывания железа заполняется более насыщенным углеродом. То есть мягкую сталь окружает более твердая. Это и объясняет свойства булата, заключенные в его вязкости и одновременно высокой прочности. Такой стальной гибрид во время плавки сохраняет свою древовидную структуру, превращая ее лишь из прямолинейной в зигзагообразную. Особенность полученного рисунка в большой степени зависит от направления ударов, силы, а также мастерства кузнеца.

Дамасская сталь

В древности этот металл представлял собой тот же булат. Однако несколько позже дамасской сталью стали называть материал, полученный посредством кузнечной сварки из большого количества проволочек или полос. Данные элементы делали из стали. Причем для каждого из них было характерно различное содержание углерода.

Искусство изготовления такого металла своего наибольшего развития достигло в средние века. Например, в структуре широко известного японского клинка исследователи обнаружили порядка 4 млн стальных нитей микроскопической толщины. Такой состав делал процесс изготовления оружия весьма трудоемким.

Производство в современных условиях

Древние металлурги оставили образец своего мастерства не только в оружейных изделиях. Самым ярким примером чистого кричного железа является находящаяся около столицы Индии знаменитая колонна. Археологами был определен возраст этого памятника металлургического искусства. Оказалось, что колонну соорудили еще 1,5 тысячи лет назад. Но самое удивительное кроется в том, что на сегодняшний день на ее поверхности невозможно обнаружить даже небольших следов коррозии. Материал колонны был подвержен тщательному исследованию. Оказалось, что это чистое кричное железо, в котором находится всего лишь 0,28 % посторонних примесей. Подобное открытие привело в изумление даже современных металлургов.

С течением времени кричное железо постепенно потеряло свою популярность. Наибольшим спросом стал пользоваться металл, выплавленный в мартеновской или доменной печи. Однако при применении этих методов получается продукт недостаточной чистоты. Именно поэтому в последнее время получил свою вторую жизнь древнейший способ производства этого материала, который позволяет выпустить металл с высочайшими качественными характеристиками.

Как сегодня называется кричное железо? Оно знакомо нам как металл прямого восстановления. Разумеется, кричное железо сегодня получают не так, как в древности. Для его производства используются самые современные технологии. Они и позволяют выпустить металл, практически не имеющий посторонних примесей. В производстве применяют трубчатые печи вращающегося типа. Подобные конструктивные элементы задействуются для обжига различных сыпучих материалов с использованием высоких температур в химической, цементной и многих других отраслях промышленности.

Как сейчас называется кричное железо? Его считают чистым и применяют при получении метод, по своей сути мало чем отличающийся от того, который существовал в древние времена. Все так же металлурги используют железную руду, разогреваемую в процессе получения конечного продукта. Однако на сегодняшний день сырье изначально подвергают дополнительной обработке. Его обогащают, создавая своеобразный концентрат.

Современная промышленность применяет два способа. Оба они позволяют получить кричное железо из концентрата.

В основе первого из этих методов лежит доведение сырья до необходимой температуры с применением твердого топлива. Такой процесс весьма схож с тем, который проводили древние металлурги. Вместо твердого топлива может быть использован газ, представляющий собой сочетание водорода и угарного газа.

Что предшествует получению этого материала? Как называется кричное железо сегодня? После нагрева концентрата железной руды в печи остаются окатыши. Именно из них впоследствии и производят чистый металл.

Второй метод, используемый для восстановления железа, очень похож по своей технологии на первый. Отличие состоит лишь в том, что в качестве топлива для разогрева концентрата металлурги применяют чистый водород. При таком методе железо получается гораздо быстрее. Именно поэтому его отличает более высокое качество, ведь в процессе взаимодействия водорода с обогащенной рудой получается всего два вещества. Первое из них - это чистое железо, а второе - вода. Можно было бы предположить, что данный метод пользуется в современной металлургии большой популярностью. Однако на сегодняшний день его применяют нечасто, и, как правило, только для выпуска железного порошка. Это объясняется тем, что получить чистый водород довольно сложно как с точки зрения решения технических вопросов, так и из-за экономических трудностей. Непростой задачей является и хранение полученного топлива.

Сравнительно недавно учеными был разработан еще один, третий способ производства восстановленного железа. Он предполагает получение металла из концентрата руды, без прохождения стадии ее превращения в окатыши. Исследования показали, что при таком способе чистое железо можно произвести намного быстрее. Однако в промышленности данный метод пока не внедрен, так как требует значительных технологических изменений и смены оснащения предприятий металлургии.

Как называется кричное железо сегодня? Этот материал знаком нам как металл прямого восстановления, порой его называют еще и губчатым. Это экономически выгодный, высококачественный, экологически чистый материал, не имеющий примесей фосфора и серы. Благодаря своим характеристикам кричное железо используется в машиностроительных отраслях (авиа-, судо- и приборостроении).

Фехраль

Как видим, на сегодняшний день при использовании самых современных технологий применяют такой материал, как кричное железо. Фехраль также является востребованным сплавом. В его составе, помимо железа, находятся такие компоненты, как хром и алюминий. Присутствует в его структуре и никель, но не более чем 0,6%.

Фехраль обладает хорошим электрическим сопротивлением, высокой твердостью, замечательно работает с высокоглиноземистой керамикой, не имеет склонности к язвенной коррозии и жаростоек в атмосфере, в которой находится сера и ее соединения, водород и углерод. А вот присутствие в сплаве железа делает его достаточно хрупким, затрудняя обработку материала при изготовлении различных изделий.

Фехраль находит свое применение при изготовлении нагревательных элементов для лабораторных и промышленных печей, максимальная рабочая температура которых составляет 1400 градусов. Порой детали из данного сплава используются и для другого назначения. Их ставят в бытовые нагревательные приборы, а также в электрические аппараты теплового действия. Широкое применение фехраль получил при производстве электронных сигарет. Также сплав железа, алюминия и хрома востребован в сфере изготовления резистивных элементов. Это могут быть, например, пуско-тормозные резисторы электровозов.

Из фехраля выпускают проволоку, а также нить и ленту. Порой из него получают круги и прутки. Всю эту продукцию используют при производстве различных форм нагревателей для электрических печей.

fb.ru

Технологи получения железа

Технология получения железа в древности

Для получения железа из руды, сначала нужно получить крицу. Для этого сначала использовалась окисленная железная руда, которая чаще всего залегает у поверхности. После открытия ее свойств такие залежи быстро истощились в результате их интенсивной разработки.

Болотные руды распространены гораздо шире. Они образовались в субатлантическом периоде, когда в процессе заболачивания железная руда оседала на дно водоемов. Все средневековье черная металлургия использовала болотные руды. Ими даже платили повинности. Получение железа из руды в относительно большом количестве стало возможным после изобретения сыродутного горна. Это название появилось после изобретения дутья подогретым воздухом в доменных печах. В древности же металлурги подавали в горн сырой (холодный) воздух. При температуре 900o с помощью углекислого газа, отнимающего у окиси железа кислород, происходит восстановление железа из руды и получается тесто или бесформенный, пропитанный шлаком пористый кусок – крица. Для осуществления этого процесса был необходим древесный уголь как источник углекислого газа. Крица после этого проковывалась, для того чтобы удалить из нее шлак. Сыродутный способ, иногда называемый варкой железа, неэкономичен, но он долгое время оставался единственным и неизменным способом получения черного металла.

Сначала железо выплавляли в обычных, закрытых сверху ямах, позднее стали строить глиняные печи-горны. В рабочее пространство горна слоями загружали измельченную руду и уголь, все это поджигалось, и через отверстия-сопла специальными (кожаными) мехами нагнетался воздух. Каменная порода оседает в шлак при температуре 1300-1400o, при которой получается сталь – железо, содержащее от 0.3 до 1.2%. углерода. При остывании оно становится очень твердым. Чтобы получить чугун – плавкое железо с содержанием углерода 1.5-5%, – нужна более сложная конструкция горна с большим рабочим пространством. При этом температура плавления железа оказывалась ниже, и оно частично вытекало из горна вместе со шлаком. При остывании оно становилось хрупким, и его поначалу выбрасывали, но потом научились использовать. Чтобы получить из чугуна ковкое железо, нужно удалить из него углерод.

Первым устройством для получения железа из руды была одноразовая сыродутная печь. При огромном количестве недостатков, долгое время это был единственный способ получить металл из руды.

Древние люди долгое время жили богато и счастливо — каменные топоры делали из яшмы, а для получения меди пережигали малахит, но все хорошее имеет тенденцию кончаться. Одной из причин краха античной цивилизации Средиземноморья стало истощение минеральных ресурсов. Золото кончилось не в казне, а в недрах, олово иссякло даже на «Оловянных островах». Хотя медь и добывается на Синае и Кипре до сих пор, но те месторождения, которые разрабатываются сейчас, римлянам доступны не были. Среди прочего, кончилась и пригодная для сыродутной обработки руда. Только свинца ещё было много.

Впрочем, варварские племена, заселившие ставшую бесхозной Европу, долгое время не знали, что недра её истощены предшественниками. Учитывая громадное падение объёма производства металлов, тех ресурсов, которыми римляне побрезговали, долгое время хватало. Позже, металлургия стала возрождаться в первую очередь в Германии и Чехии — то есть, там, куда римляне не добрались с кирками и тачками.

Более высокую ступень в развитии чёрной металлургии представляли собой постоянные высокие печи называемые в Европе штукофенами. Это действительно была высокая печь — с четырёхметровой трубой для усиления тяги. Мехи штукофена качались уже несколькими людьми, а иногда и водяным двигателем. Штукофен имел дверцы, через которые раз в сутки извлекалась крица.

Изобретены штукофены были в Индии в начале первого тысячелетия до новой эры. В начале нашей эры они попали в Китай, а в VII веке вместе с «арабскими» цифрами арабы заимствовали из Индии и эту технологию. В конце XIII века штукофены стали появляться в Германии и Чехии (а ещё до того были на юге Испании) и в течение следующего века распространились по всей Европе.

Производительность штукофена была несравненно выше, чем сыродутной печи — в день он давал до 250 кг железа, а температура плавления в нем оказывалась достаточна для науглероживания части железа до состояния чугуна. Однако штукофенный чугун при остановке печи застывал на её дне, смешиваясь со шлаками, а очищать металл от шлаков умели тогда только ковкой, но как раз ей-то чугун и не поддавался. Его приходилось выбрасывать.

Иногда, впрочем, штукофенному чугуну пытались найти какое-то применение. Например, древние индусы отливали из грязного чугуна гробы, а турки в начале XIX века — пушечные ядра. Трудно судить, как гробы, но ядра из него получались — так себе.

Ядра для пушек из железистых шлаков в Европе отливали еще в конце XVI в. Из литой брусчатки делались дороги. В Нижнем Тагиле до сих пор сохранились здания с фундаментами из литых шлаковых блоков.

Металлурги давно заметили связь между температурой плавления и выходом продукта — чем выше она была, тем большую часть содержащегося в руде железа удавалось восстановить. Потому рано или поздно им приходила мысль форсировать штукофен предварительным подогревом воздуха и увеличением высоты трубы. В середине XV века в Европе появились печи нового типа — блауофены, которые сразу преподнесли сталеварам неприятный сюрприз.

Более высокая температура плавления действительно значительно повысила выход железа из руды, но она же повысила и долю железа науглероживающегося до состояния чугуна. Теперь уже не 10 %, как в штукофене, а 30 % выхода составлял чугун — «свиное железо», ни к какому делу не годное. В итоге, выигрыш часто не окупал модернизации.

Блауофенный чугун, как и штукофенный, застывал на дне печи, смешиваясь со шлаками. Он выходил несколько лучшим, так как его самого было больше, следовательно, относительное содержание шлаков выходило меньше, но продолжал оставаться малопригодным для литья. Чугун получаемый из блауофенов оказывался уже достаточно прочен, но оставался ещё очень неоднородным — из него выходили только предметы простые и грубые — кувалды, наковальни. Уже прилично выходили пушечные ядра.

Кроме того, если в сыродутных печах могло быть получено только железо, которое потом науглероживалось, то в штукофенах и блауофенах внешние слои крицы оказывались состоящими из стали. В блауофенных крицах стали было даже больше, чем железа. С одной стороны, это казалось хорошо, но, вот, разделить-то сталь и железо оказывалось весьма затруднительно. Содержание углерода становилось трудно контролировать. Только долгой ковкой можно было добиться однородности его распределения.

В своё время, столкнувшись с этими затруднениями, индусы не стали двигаться дальше, а занялись тонким усовершенствованием технологии и пришли к получению булата. Но, индусов в ту пору интересовало не количество, а качество продукта. Европейцы, экспериментируя с чугуном, скоро открыли передельный процесс, поднимающий металлургию железа на качественно новый уровень.

Следующим этапом в развитии металлургии стало появление доменных печей. За счёт увеличения размера, предварительного подогрева воздуха и механического дутья, в такой печи все железо из руды превращалось в чугун, который расплавлялся и периодически выпускался наружу. Производство стало непрерывным — печь работала круглосуточно и не остывала. За день она выдавала до полутора тонн чугуна. Перегнать же чугун в железо в горнах было значительно проще, чем выколачивать его из крицы, хотя ковка все равно требовалась — но теперь уже выколачивали шлаки из железа, а не железо из шлаков.

Доменные печи впервые были применены на рубеже XV-XVI веков в Европе. На Ближнем Востоке и в Индии эта технология появилась только в XIX веке (в значительной степени, вероятно, потому, что водяной двигатель из-за характерного дефицита воды на Ближнем Востоке не употреблялся). Наличие в Европе доменных печей позволило ей обогнать в XVI веке Турцию если не по качеству металла, то по валу. Это оказало несомненное влияние на исход борьбы, особенно когда оказалось, что из чугуна можно лить пушки.

С начала XVII века европейской кузницей стала Швеция, производившая половину железа в Европе. В середине XVIII века её роль в этом отношении стала стремительно падать в связи с очередным изобретением — применением в металлургии каменного угля.

Прежде всего надо сказать, что до XVIII века включительно каменный уголь в металлургии практически не использовался — из-за высокого содержания вредных для качества продукта примесей, в первую очередь — серы. С XVII века в Англии каменный уголь, правда, начали применять в пудлинговочных печах для отжига чугуна, но это позволяло достичь лишь небольшой экономии древесного угля — большая часть топлива расходовалась на плавку, где исключить контакт угля с рудой было невозможно.

Среди многих металлургических профессий того времени, пожалуй, самой тяжелой была профессия пудлинговщика. Пудлингование было основным способом получения железа почти на протяжении всего XIX в. Это был очень тяжелый и трудоемкий процесс. Работа при нем шла так: На подину пламенной печи загружались чушки чугуна; их расплавляли. По мере выгорания из металла углерода и других примесей температура плавления металла повышалась и из жидкого расплава начинали «вымораживаться» кристаллы довольно чистого железа. На подине печи собирался комок слипшейся тестообразной массы. Рабочие-пудлинговщики приступали к операции накатывания крицы при помощи железного лома. Перемешивая ломом массу металла, они старались собрать вокруг лома комок, или крицу, железа. Такой комок весил до 50 - 80 кг и более. Крицу вытаскивали из печи и подавали сразу под молот - для проковки с целью удаления частиц шлака и уплотнения металла.

Устранять серу коксованием научились в Англии в 1735 году, после чего возможность использовать для выплавки железа большие запасы каменного угля. Но за пределами Англии эта технология распространилась только в XIX веке.

Потребление же топлива в металлургии уже тогда было огромно — домна пожирала воз угля в час. Древесный уголь превратился в стратегический ресурс. Именно изобилие дерева в самой Швеции и принадлежащей ей Финляндии позволило шведам развернуть производство таких масштабов. Англичане, имевшие меньше лесов (да и те были зарезервированы для нужд флота), вынуждены были покупать железо в Швеции до тех пор, пока не научились использовать каменный уголь.

Электрический и индукционный способы выплавки железа

Разнообразие составов сталей очень затрудняет их выплавку. Ведь в мартеновской печи и конвертере атмосфера окислительная, и такие элементы, как хром, легко окисляются и переходят в шлак, т.е. теряются. Значит, чтобы получить сталь с содержанием хрома 18%, в печь надо дать гораздо больше хрома, чем 180 кг на тонну стали. А хром – металл дорогой. Как найти выход из этого положения?

Выход был найден в начале XX в. Для выплавки металла было предложено использовать тепло электрической дуги. В печь круглого сечения загружали металлолом, заливали чугун и опускали угольные или графитовые электроды. Между ними и металлом в печи («ванне») возникала электрическая дуга с температурой около 4000°C. Металл легко и быстро расплавлялся. А в такой закрытой электропечи можно создавать любую атмосферу – окислительную, восстановительную или совершенно нейтральную. Иными словами, можно предотвратить выгорание ценных элементов. Так была создана металлургия качественных сталей.

Позднее был предложен еще один способ электроплавки – индукционный. Из физики известно, что если металлический проводник поместить в катушку, по которой проходит ток высокой частоты, то в нем индуцируется ток и проводник нагревается. Этого тепла хватает, чтобы за определенное время расплавить металл. Индукционная печь состоит из тигля, в футеровку которого вделана спираль. По спирали пропускают ток высокой частоты, и металл в тигле расплавляется. В такой печи тоже можно создать любую атмосферу.

В электрических дуговых печах процесс плавки идет обычно в несколько стадий. Сначала из металла выжигают ненужные примеси, окисляя их (окислительный период). Затем из печи убирают (скачивают) шлак, содержащий окислы этих элементов, и загружают ферросплавы – сплавы железа с элементами, которые нужно ввести в металл. Печь закрывают и продолжают плавку без доступа воздуха (восстановительный период). В результате сталь насыщается требуемыми элементами в заданном количестве. Готовый металл выпускают в ковш и разливают.

Химические реакции при получении железа

В современной промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).

Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.

Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.

В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха:

2C + O2 → 2CO↑.

В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды:

3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2↑.

Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы.

Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашёная известь):

CaCO3 → CaO + CO2↑.

Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак:

CaO + SiO2 → CaSiO3.

Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности, и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.

Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.

Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

www.protown.ru

История железа. :: ТОЧМЕХ

Железо — один из наиболее распространенных элементов: земная кора содержит около 5% железа. Однако лишь сороковая часть этих запасов сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки. Основные рудные минералы железа — магнетит, гематит, бурый железняк и сидерит. Само слово «железо» произошло, как полагают одни ученые, от санскритского «джальжа» — металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия лежит другой санскритский корень — «жель», означающий «блестеть», «пылать».

Метеоритное железо

Первое железо, попавшее в руки человека, было не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, падающих на Землю. Поэтому шумеры называли его «небесной медью», а древние копты — «небесным камнем». В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). Египтяне всегда изображали железные предметы синими — цвета неба. В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н. э.) о нем говорится как о металле небесного изготовления.

Самый крупный железный метеорит был найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. Это метеорит «Гоба», весящий 60 т. 

О том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют распространенные у некоторых народов мифы о богах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, — плуги, топоры. Метеоритное железо подвергается ковке в холодном состоянии, поэтому люди начали изготавливать из него простейшие орудия. Метеоритное железо обрабатывали так же, как и медь. При холодной ковке оно приобретает нужную форму и одновременно становится прочнее и тверже, а отжиг в огне снова делает кованый металл мягким.

«Сыродутное» железо

Несмотря на повсеместное использование железа на земле после бронзового века, способ получения его непосредственно из руды не менялся на протяжении 3000 лет, до тех пор, пока в Европе в XIII в. не изобрели доменную печь. Способ этот назывался «сыродутным», так как «сырую» болотную или луговую руду закладывали в обмазанную глиной яму вместе с древесным углем, а затем через отверстие в нижней части ямы дули ручными, а позднее механическими мехами. В результате этого, окись железа превращалась в металл, а пустая порода стекала вниз, а на самом дне печи скапливались зерна железа, которые, слипаясь, образовывали «крицу», то есть рыхлую губчатую массу, пропитанную шлаками. Раскаленную добела крицу вынимали, быстро проковывали, отжимая из нее шлак, и сваривали в монолитный кусок железа лепешкообразной формы.

Само по себе кричное железо являлось сплавом с углеродом, процентное содержание которого не превышало сотых долей. В наше время название железоуглеродистого сплава зависит от пропорций углерода к металлу: если в железе до 2 % углерода, то оно называется сталью. Стоит отметить, что если углерода меньше 0,25 %, то сплав носит название мягкой стали (малоуглеродистой), а по старой терминологии именно она называлась железом. Когда углерода более 2 %, то железный сплав называют чугуном.

Загадка древней колонны

В Дели стоит знаменитая Кутубская колонна весом около 6,5 т, ее высота 7,5 м, диаметр 42 см у основания и до 30 см у верха. Изготовлена она почти из чистого железа (99,72%), чем и объясняется ее долголетие. До сих пор на ней не обнаружено ржавчины. Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью, у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание.

Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудную колонну, перед которой бессильно время? Древняя Индия издавна славилась искусством своих металлургов. О выплавке железа в Индии говорится в Ригведах — священных книгах, относящихся примерно к XIII-XII вв. до н. э. Таким образом, ко времени создания колонны металлургия Индии имела, по крайней мере, полуторатысячелетнюю историю, и железо уже стало применяться для изготовления плугов.

По вопросу о способе изготовления замечательной колонны до сих пор нет единого мнения. Некоторые авторы считают, что колонна изготовлена методом сварки отдельных криц массой по 36 кг и последующей их ковкой. По мнению других специалистов, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое — сейчас это называется методом порошковой металлургии.

Непревзойденный в литье

При доменном процессе получаются три вида чугуна:

• литейный (серый),
• передельный (белый),
• специальный чугун (ферросплавы).

Литье из серого литейного чугуна хорошо работает на сжатие, в два раза слабее на изгиб и в три-четыре раза хуже на растяжение, — эти свойства необходимо учитывать при проектировании художественных изделий, предназначенных под отливку. Серый чугун, благодаря своей высокой коррозийной стойкости, чрезвычайно широко применяется в изготовлении изделий экстерьерного характера: парковых декоративных скульптур, ваз и фонтанов, садовых оград, ворот, надгробных плит и решеток. А долговечность и прочность на истирание делают его незаменимым материалом для ступеней и ограждений лестниц.

Наконец, исключительно высокие литейные свойства позволяют отливать тончайшие ажурные предметы с красивым черно-коричневым цветом. Превосходно получаются из чугуна и мелкие бытовые предметы: пепельницы, дверные ручки, туалетные принадлежности и даже цепочки для часов.

Во кузнице

Сталь — самый распространенный сплав из «семейства» железоуглеродистых. С глубокой древности кузнецы научились получать из железной руды не только мягкое железо, но и высокоуглеродистую сталь. В Древней Руси, например, она вместе с железом шла на изготовление сложноузорчатых сварных клинков мечей, кинжалов и ножей. Технология производства данных видов изделий была невероятно сложной и трудоемкой. Не случайно древнерусские кузнецы почитались как особое привилегированное сословие. А в раннюю языческую эпоху их считали самыми могучими, мудрыми и незаменимыми людьми, ибо сам бог грома и молнии Перун был их покровителем и советчиком.

В древнерусских письменных источниках сталь именуют специальными терминами: «Оцел», «Харолуг» и «Уклад». Говоря о железе и стали, невозможно не упомянуть об еще раз об Индии. Из записей одного арабского географа XII в. можно узнать, что в то время Индия славилась производством железа и стали. Оказывается, сталь эта служила непосредственным сырьем для получения из нее тех сортов булата, которые впоследствии использовали кузнецы Персии, Сирии, и Египта при изготовлении клинков мечей и сабель. И получается, что родиной дамасской стали являлся отнюдь не Дамаск, а Индия.

Металл драгоценнее золота

На Ближнем Востоке и в Китае железо было известно уже за 2400 лет до н. э., а в Египте еще раньше. В Центральной Европе ранний железный век приходится примерно на 1000-450 гг до н. э. Эту эпоху называют гольштаттской по названию города в Австрии, в окрестностях которого археологи нашли много железных предметов.

Одними из первых железо из руды стали получать халибры — легендарный народ, живший в Закавказье около 1500 г. до н. э. В сыродутных горнах железную руду восстанавливали древесным углем и получали ковкое, так называемое кричное железо. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе.

В Древнем Риме из железа изготавливали даже обручальные кольца. Дошедшие до нас документы рассказывают, что один из египетских фараонов обратился к царю хеттов с просьбой прислать ему железо в обмен на любое количество золота. В египетских гробницах, наряду с другими ценностями, было найдено ожерелье, в котором железные бусы чередовались с золотыми.

Разноцветный металл с узором

Нет ничего необычного в том, что любой из известных нам металлов, подвергаясь какой-либо обработке, может менять цвет. «Палитра» того или иного металла зависит и от степени нагрева, и от самой обработки, и от химических свойств. Но невозможно представить голубое золото или красное серебро. Напротив, железо, а соответственно сталь и чугун во всех своих «ипостасях», имеет несравнимую ни с каким другим металлом цветовую растяжку.

В холодном состоянии оно может быть серым, черным, почти белым, голубым, и синим, золотистым и красноватым. Более того, железо является единственным металлом, который может сам себя украшать декоративным орнаментом, проступающим как бы изнутри. Варианты этого фактурного орнамента бесконечны, и их нельзя причислить ни к одному из общеизвестных, так как этот рисунок рождается самим металлом.

Другие статьи по сходной тематике

tochmeh.ru

• 
  История древней философии трубецкой
• 
  Старец в древней руси
• 
  Древнее погребение история 5
• 
  Америка на древних картах
• 
  Наука изучающая древние письменности
• 
  Корифей в древней греции
• 
  Учебные заведения древней греции
• 
  Историческое кино древняя русь
• 
  Древняя греция занятие жителей
• 
  Астрономия в древние времена
• 
  Древние книги о демонах