Gvožđe je element koji je poznat svakoj osobi na našoj planeti. I nema ništa iznenađujuće u tome. Zaista, po svom sadržaju u zemljinoj kori (do 5%), ova komponenta je najčešća. Međutim, samo četrdesetak ovih rezervi može se naći u ležištima pogodnim za razvoj. Glavni rudni minerali željeza su siderit, smeđa željezna ruda, hematit i magnetit.
Porijeklo imena
Zašto gvožđe ima ovo ime? Ako uzmemo u obzir tablicu kemijskih elemenata, onda je u njoj ova komponenta označena kao "ferrum". Skraćeno je kao Fe.
Prema mnogim etimolozima, riječ "gvožđe" došla je do nas iz praslovenskog jezika, u kojem je zvučala kao zelezo. A ovo ime dolazi iz leksikona starih Grka. Zvali su danas tako poznat metal "gvožđe".
Postoji još jedna verzija. Prema njenim riječima, naziv "gvožđe" došao nam je iz latinskog, odakleznačilo "zvjezdano". Objašnjenje za ovo leži u činjenici da su prvi uzorci ovog elementa koje su ljudi otkrili bili meteoritskog porijekla.
Upotreba gvožđa
U istoriji čovečanstva postojao je period kada su ljudi više cenili gvožđe nego zlato. Ova činjenica je zabeležena u Homerovoj Odiseji, koja kaže da su pobednici igara koje je priređivao Ahilej, pored zlata, davan i komad gvožđa. Ovaj metal je bio neophodan za gotovo sve zanatlije, poljoprivrednike i ratnike. I upravo je ogromna potreba za njim postala najbolji motor za proizvodnju ovog materijala, kao i dalji tehnički napredak u njegovoj proizvodnji.
9-7 cc. BC. smatra gvozdenim dobom u ljudskoj istoriji. U tom periodu mnoga plemena i narodi Azije i Evrope počela su razvijati metalurgiju. Međutim, željezo je i danas u velikoj potražnji. Uostalom, to je još uvijek glavni materijal koji se koristi za proizvodnju alata.
Proizvod od sira
Koja je tehnologija proizvodnje gvožđa u cvetu, koje je čovečanstvo počelo da vadi u zoru razvoja metalurgije? Prva metoda koju je čovječanstvo izmislilo zvala se pravljenje sira. Štaviše, korišćen je 3000 godina, ne menjajući se od kraja bronzanog doba do perioda do 13. veka. Visoka peć nije izmišljena u Evropi. Ova metoda je nazvana sirova. Rogovi su za njega bili građeni od kamena ili gline. Ponekad su komadi šljake služili kao materijal za njihove zidove. Poslednja verzija kovačnice iznutra je bilapremazan vatrostalnom glinom, kojoj je dodat pijesak ili drobljeni rog radi poboljšanja kvaliteta.
Šta čini fleš gvožđe? Pripremljene jame punile su se „sirovom“livadskom ili močvarnom rudom. Prostor za topljenje takvih peći bio je ispunjen drvenim ugljem, koji je zatim temeljno zagrijan. Na dnu jame bila je rupa za dovod zraka. Isprva se puhalo ručnim mijehom, koji su kasnije zamijenjeni mehaničkim.
U prvim kovačnicama organiziran je prirodni gaz. Izvedeno je kroz posebne rupe - mlaznice, koje su se nalazile na zidovima donjeg dijela peći. Često su drevni metalurzi osiguravali dovod zraka korištenjem dizajna koji je omogućio postizanje efekta cijevi. Stvorili su visok i istovremeno uzak unutrašnji prostor. Vrlo često su se takve peći gradile u podnožju brda. Ova mjesta su imala najveći prirodni pritisak vjetra, koji je korišten za povećanje vučne sile.
Kao rezultat tekućeg procesa, ruda je pretvorena u metal. Istovremeno, prazna stijena se postepeno slijevala. Zrnca željeza nastala su na dnu peći. Zalijepili su se jedno za drugo, pretvarajući se u takozvanu "puzavu". Ovo je rastresita spužvasta masa impregnirana šljakom. U rerni je kreker bio usijan. U takvom stanju su ga izvadili i brzo kovali. Komadi šljake su samo otpali. Zatim je dobiveni materijal zavaren u monolitni komad. Rezultat je bilo blještavo željezo. Konačni proizvod je bio oblikovan kao somun.
Šta je bilosastav bloom gvožđa? Bila je to legura Fe i ugljika, koja je bila vrlo mala u konačnom proizvodu (ako uzmemo u obzir postotak, onda ne više od stotih dijelova).
Međutim, cvjetalo gvožđe koje su ljudi dobijali u sirovoj peći nije bilo jako tvrdo i izdržljivo. Zbog toga su proizvodi napravljeni od takvog materijala brzo propali. Koplja, sjekire i noževi su bili savijeni i nisu dugo ostali oštri.
Čelik
U proizvodnji gvožđa u kovačnicama, uz njegove meke grudve, bilo je i onih koje su imale veću tvrdoću. To su bili komadi rude koji su bili u bliskom kontaktu sa drvenim ugljem tokom procesa topljenja. Čovjek je primijetio ovaj obrazac i počeo namjerno povećavati površinu u kontaktu s ugljem. To je omogućilo naugljičenje željeza. Nastali metal je počeo da zadovoljava potrebe zanatlija i onih koji su koristili proizvode napravljene od njega.
Ovaj materijal je bio čelik. I danas se koristi u proizvodnji ogromnog broja struktura i proizvoda. Čelik, koji su istopili drevni metalurzi, je fleš gvožđe, koje sadrži do 2% ugljenika.
Postojala je i nešto poput mekog čelika. Bilo je to fleš gvožđe, koje je sadržalo manje od 0,25% ugljenika. Ako uzmemo u obzir povijest metalurgije, onda je u početnoj fazi proizvodnje sira proizveden meki čelik. Koji je drugi naziv za fleš gvožđe? Postoji i treća sorta. Kada sadrži više od 2% ugljika, ondato je liveno gvožđe.
Izum visoke peći
Cvjetna metoda dobivanja željeza korištenjem kovačnica sirove krvi uvelike je ovisila o vremenskim prilikama. Uostalom, za takvu tehnologiju bilo je važno da vjetar mora duvati u proizvedenu cijev. Upravo je želja da se pobjegne od vremenskih nepogoda navela osobu da kreira krzna. Ovo su bili uređaji potrebni za raspirivanje vatre u sirovoj peći.
Nakon pojave mijehova, kovačnice za proizvodnju metala više se nisu gradile na obroncima. Ljudi su počeli koristiti novu vrstu peći, nazvanu "vučje jame". Bile su to građevine od kojih je jedan dio bio u zemlji, a drugi (kuće) nadvisivao se u obliku građevine od kamena spojenog glinom. U podnožju takve peći nalazila se rupa u koju je umetnuta cijev mijeha za raspirivanje vatre. Ugalj položen u kući je spaljen, nakon čega se moglo doći do krekera. Izvučena je kroz rupu koja je nastala nakon uklanjanja nekoliko kamenčića iz donjeg dijela konstrukcije. Zatim je zid obnovljen i peć je napunjena rudom i ugljem da bi se počelo ispočetka.
Proizvodnja svijetlog gvožđa je stalno unapređena. Vremenom su se kuće počele graditi veće. To je zahtijevalo povećanje produktivnosti mehanizama. Kao rezultat toga, ugalj je počeo brže da gori, zasićujući željezo ugljikom.
Ljevano željezo
Kako se zove fleš pegla sa visokim sadržajem ugljenika? Kao što je bilogore pomenuto, ovo je liveno gvožđe koje je danas tako uobičajeno. Njegova prepoznatljiva karakteristika je sposobnost topljenja na relativno niskim temperaturama.
Gvožđe od cigle - liveno gvožđe u čvrstom obliku - bilo je nemoguće kovati. Zato drevni metalurzi isprva nisu obraćali pažnju na njega. Od jednog udarca čekićem, ovaj materijal se jednostavno raspao u komade. S tim u vezi, liveno gvožđe, kao i šljaka, u početku se smatralo otpadnim proizvodom. U Engleskoj su ovaj metal čak nazivali i "sirovo gvožđe". I tek su s vremenom ljudi shvatili da se ovaj proizvod, dok je u tekućem obliku, može sipati u kalupe za dobijanje raznih proizvoda, na primjer, topovskih kugli. Zahvaljujući ovom otkriću u 14-15 vijeku. u industriji su počele graditi visoke peći za proizvodnju sirovog željeza. Visina takvih konstrukcija dostigla je 3 metra ili više. Uz njihovu pomoć istopljeno je ljevačko željezo za proizvodnju ne samo topovskih kugli, već i samih topova.
Razvoj proizvodnje visokih peći
Prava revolucija u metalurškom biznisu dogodila se 80-ih godina 18. vijeka. Tada je jedan od Demidovljevih službenika odlučio da im se za veću efikasnost u radu visokih peći dovodi zrak ne kroz jednu, već kroz dvije mlaznice, koje bi trebale biti smještene s obje strane ognjišta. Postepeno je broj takvih mlaznica rastao. To je omogućilo da se proces puhanja učini ujednačenijim, poveća prečnik ložišta i poveća produktivnost peći.
Razvoj proizvodnje visokih peći je također olakšana zamjenom drvenog uglja,za koje su posječene šume, za koks. Godine 1829. u Škotskoj, u fabrici Clayde, po prvi put je u visoku peć upuhan vrući zrak. Takva inovacija značajno je povećala produktivnost peći i smanjila potrošnju goriva. Danas je proces visoke peći poboljšan zamjenom dijela koksa prirodnim plinom, koji ima još nižu cijenu.
Bulat
Kako se zove fleš pegla, koja ima jedinstvena svojstva koja su korišćena u proizvodnji oružja? Ovaj materijal poznajemo kao damast čelik. Ovaj metal, kao i čelik iz Damaska, je legura željeza i ugljika. Međutim, za razliku od drugih vrsta, to je blještavo željezo dobrih kvaliteta. Otporan je i tvrd, a također može proizvesti izuzetnu oštrinu u oštrici.
Metalurzi mnogih zemalja pokušavaju da razotkriju tajnu proizvodnje damast čelika više od jednog veka. Predložen je veliki broj recepata i metoda koji su uključivali dodavanje slonovače, dragog kamenja, zlata i srebra u željezo. Međutim, tajnu damast čelika otkrio je tek u prvoj polovini 20. stoljeća izuzetni ruski metalurg P. P. Anosov. Uzeli su rascvjetalo željezo, koje je bilo položeno u peć sa ćumurom, gdje je gorjela otvorena vatra. Metal se rastopio, zasićen ugljikom. U to vrijeme bila je prekrivena kristalnom dolomitnom troskom, ponekad uz dodatak najčistije željezne ljuske. Pod takvim slojem metal se vrlo intenzivno oslobađao od silicija, fosfora, sumpora i kiseonika. Međutim, to nije bilo sve. Dobiveni čelik je morao biti ohlađen što je više mogućesporije i mirnije. To je omogućilo formiranje, prije svega, velikih kristala razgranate strukture (dendrita). Takvo hlađenje se odvijalo direktno u ognjištu koje je bilo napunjeno vrelim ugljem. U sljedećoj fazi izvedeno je vješto kovanje, tokom kojeg se nastala konstrukcija ne bi smjela srušiti.
Jedinstvena svojstva damast čelika naknadno su našla objašnjenje u radovima drugog ruskog metalurga D. K. Černova. Objasnio je da su dendriti vatrostalni, ali relativno meki čelik. Prostor između njihovih "grana" u procesu skrućivanja željeza ispunjen je zasićenijim ugljikom. To jest, meki čelik je okružen tvrđim čelikom. To objašnjava svojstva damast čelika, sadržana u njegovoj viskoznosti i istovremeno visokoj čvrstoći. Takav hibrid čelika tokom taljenja zadržava strukturu drveta, pretvarajući je samo iz ravne u cik-cak. Posebnost rezultujuće šare u velikoj meri zavisi od smera udaraca, jačine, kao i od veštine kovača.
Damask čelik
U drevnim vremenima, ovaj metal je bio isti damast čelik. Međutim, nešto kasnije, čelik iz Damaska počeo se nazivati materijalom dobivenim kovačkim zavarivanjem iz velikog broja žica ili traka. Ovi elementi su napravljeni od čelika. Štaviše, svaki od njih je karakteriziran različitim sadržajem ugljika.
Umjetnost izrade takvog metala dostigla je svoj najveći razvoj u srednjem vijeku. Na primjer, u strukturi dobro poznate japanske oštrice, otkrili su istraživačioko 4 miliona čeličnih niti mikroskopske debljine. Ova kompozicija je učinila proces pravljenja oružja veoma mukotrpnim.
Proizvodnja u savremenim uslovima
Drevni metalurzi ostavili su uzorak svoje vještine ne samo u oružju. Najupečatljiviji primjer čistog rascvjetanog željeza je čuveni stup koji se nalazi u blizini glavnog grada Indije. Arheolozi su utvrdili starost ovog spomenika metalurške umjetnosti. Ispostavilo se da je stup izgrađen prije 1,5 hiljada godina. Ali ono što najviše iznenađuje leži u činjenici da je danas nemoguće otkriti čak i male tragove korozije na njegovoj površini. Materijal kolone je podvrgnut pažljivom ispitivanju. Ispostavilo se da se radi o čistom fleš gvožđu, koje sadrži samo 0,28% nečistoća. Takvo otkriće zaprepastilo je čak i moderne metalurge.
Vremenom je blještavo željezo postepeno gubilo svoju popularnost. Metal topljen na otvorenom ložištu ili u visokoj peći počeo je uživati najveću potražnju. Međutim, primjenom ovih metoda dobija se proizvod nedovoljne čistoće. Zato je najstariji način proizvodnje ovog materijala nedavno dobio svoj drugi život, što omogućava proizvodnju metala najkvalitetnijih karakteristika.
Kako se danas zove fleš gvožđe? Poznat nam je kao metal za direktnu redukciju. Naravno, rascvjetano željezo se danas ne proizvodi na isti način kao u antičko doba. Za njegovu proizvodnju koriste se najsavremenije tehnologije. Omogućavaju proizvodnju metala koji praktično nemastrane nečistoće. U proizvodnji se koriste rotacione cevne peći. Takvi strukturni elementi se koriste za pečenje različitih rasutih materijala uz korištenje visokih temperatura u kemijskoj, cementnoj i mnogim drugim industrijama.
Kako se sada zove fleš gvožđe? Smatra se čistim i koristi se za dobijanje metode koja se u suštini ne razlikuje mnogo od one koja je postojala u drevnim vremenima. Ipak, metalurzi koriste željeznu rudu koja se zagrijava u procesu dobivanja konačnog proizvoda. Međutim, danas se sirovine u početku podvrgavaju dodatnoj preradi. Obogaćuje se stvarajući svojevrsni koncentrat.
Moderna industrija koristi dvije metode. Oba vam omogućavaju da dobijete fleš gvožđe iz koncentrata.
Prva od ovih metoda zasniva se na dovođenju sirovina na potrebnu temperaturu pomoću čvrstog goriva. Takav proces je vrlo sličan onom koji su izvodili drevni metalurzi. Umjesto čvrstog goriva može se koristiti plin, koji je kombinacija vodonika i ugljičnog monoksida.
Šta prethodi dobijanju ovog materijala? Kako se danas zove fleš gvožđe? Nakon zagrijavanja koncentrata željezne rude, peleti ostaju u peći. Od njih se naknadno proizvodi čisti metal.
Druga metoda koja se koristi za obnavljanje željeza je vrlo slična tehnologiji prvoj. Jedina razlika je u tome što metalurzi koriste čisti vodonik kao gorivo za zagrijavanje koncentrata. Ovom metodom željezo se dobija mnogo brže. Upravostoga se odlikuje većim kvalitetom, jer se u procesu interakcije vodika sa obogaćenom rudom dobijaju samo dvije supstance. Prvi od njih je čisto gvožđe, a drugi voda. Može se pretpostaviti da je ova metoda veoma popularna u savremenoj metalurgiji. Međutim, danas se koristi rijetko, i to u pravilu samo za proizvodnju željeznog praha. To se objašnjava činjenicom da je prilično teško dobiti čisti vodonik, kako u smislu rješavanja tehničkih pitanja, tako i zbog ekonomskih poteškoća. Skladištenje primljenog goriva je također težak zadatak.
Relativno nedavno, naučnici su razvili još jednu, treću metodu za proizvodnju redukovanog gvožđa. Podrazumijeva dobivanje metala iz koncentrata rude, bez prolaska kroz fazu njegove transformacije u pelete. Istraživanja su pokazala da se ovom metodom čisto željezo može proizvesti mnogo brže. Međutim, ova metoda još uvijek nije implementirana u industriji, jer zahtijeva značajne tehnološke promjene i promjenu opreme metalurških preduzeća.
Kako se danas zove fleš pegla? Ovaj materijal nam je poznat kao metal za direktnu redukciju, ponekad se naziva i spužvastim. Ovo je isplativ, kvalitetan, ekološki prihvatljiv materijal koji nema nečistoće fosfora i sumpora. Zbog svojih karakteristika, gvožđe se koristi u inženjerskim industrijama (avijacija, brodogradnja i instrumentacija).
Fechral
Kao što vidite, danas kada koristitenajsavremenije tehnologije koriste materijal kao što je gvožđe. Fechral je također tražena legura. Pored gvožđa, sadrži komponente kao što su hrom i aluminijum. Nikl je takođe prisutan u njegovoj strukturi, ali ne više od 0,6%.
Fechral ima dobru električnu otpornost, visoku tvrdoću, odlično radi sa keramikom sa visokim sadržajem aluminijuma, nema tendenciju ka pittingu i otporan je na toplotu u atmosferi koja sadrži sumpor i njegova jedinjenja, vodonik i ugljenik. Ali prisustvo gvožđa u leguri čini je prilično krhkom, što otežava obradu materijala u proizvodnji raznih proizvoda.
Fechral se koristi u proizvodnji grijaćih elemenata za laboratorijske i industrijske peći, čija je maksimalna radna temperatura 1400 stepeni. Ponekad se dijelovi od ove legure koriste u druge svrhe. Postavljaju se u kućne uređaje za grijanje, kao i u električne uređaje termičkog djelovanja. Fechral se široko koristi u proizvodnji elektronskih cigareta. Takođe, u oblasti proizvodnje otpornih elemenata tražena je legura gvožđa, aluminijuma i hroma. To mogu biti, na primjer, otpornici za pokretanje i kočenje električnih lokomotiva.
Fechral se koristi za proizvodnju žice, kao i konca i trake. Ponekad se iz njega dobivaju krugovi i šipke. Svi ovi proizvodi se koriste u proizvodnji raznih oblika grijača za električne pećnice.
