Železo je element, ki ga pozna vsak človek na našem planetu. In v tem ni nič presenetljivega. Dejansko je ta komponenta glede na vsebnost v zemeljski skorji (do 5%) najpogostejša. Vendar pa je le štiridesetino teh rezerv najdemo v nahajališčih, primernih za razvoj. Glavni rudni minerali železa so siderit, rjava železova ruda, hematit in magnetit.
Izvor imena
Zakaj ima železo to ime? Če upoštevamo tabelo kemičnih elementov, je v njej ta komponenta označena kot "ferrum". Skrajšano je kot Fe.
Po mnenju mnogih etimologov je beseda "železo" prišla k nam iz praslovanskega jezika, v katerem je zvenela kot zelezo. In to ime je prišlo iz leksikona starih Grkov. Danes tako znano kovino so imenovali "železo".
Obstaja še ena različica. Po njenih besedah je ime "železo" prišlo k nam iz latinščine, kjerpomenilo "zvezdano". Razlaga za to je v dejstvu, da so bili prvi vzorci tega elementa, ki so jih odkrili ljudje, meteoritskega izvora.
uporaba železa
V zgodovini človeštva je bilo obdobje, ko so ljudje železo cenili bolj kot zlato. To dejstvo je zapisano v Homerjevi Odiseji, ki pravi, da so zmagovalci iger, ki jih je priredil Ahil, poleg zlata prejeli tudi kos železa. Ta kovina je bila nujna za skoraj vse obrtnike, kmete in bojevnike. In prav velika potreba po njem je postala najboljši motor za proizvodnjo tega materiala, pa tudi nadaljnji tehnični napredek pri njegovi izdelavi.
9-7 cc. pr. velja za železno dobo v človeški zgodovini. V tem obdobju so mnoga plemena in ljudstva Azije in Evrope začela razvijati metalurgijo. Vendar pa je po železu še danes veliko povpraševanje. Konec koncev je še vedno glavni material, ki se uporablja za izdelavo orodij.
sirni izdelek
Kakšna je tehnologija za proizvodnjo cvetnega železa, ki jo je človeštvo začelo pridobivati ob zori razvoja metalurgije? Prva metoda, ki jo je izumilo človeštvo, se je imenovala izdelava sira. Poleg tega so ga uporabljali 3000 let in se od konca bronaste dobe do obdobja do 13. stoletja niso spreminjali. Plavž ni bil izumljen v Evropi. Ta metoda se je imenovala surova. Rogovi so bili zanj zgrajeni iz kamna ali gline. Včasih so kosi žlindre služili kot material za njihove stene. Zadnja različica kovačnice od znotraj je bilaprevlečen z ognjevzdržno glino, ki ji je bil za izboljšanje kakovosti dodan pesek ali zdrobljen rog.
Kaj naredi bliskovno železo? Pripravljene jame smo napolnili s “surovo” travniško ali močvirsko rudo. Talilni prostor takšnih peči je bil napolnjen z ogljem, ki smo ga nato temeljito segreli. Na dnu jame je bila luknja za dovod zraka. Sprva je pihalo z ročnimi mehi, ki so jih kasneje zamenjali z mehanskimi.
V prvih kovačnicah je bil organiziran naravni vlek. Izvedeno je bilo skozi posebne luknje - šobe, ki so bile nameščene na stenah spodnjega dela peči. Starodavni metalurgi so pogosto zagotavljali dovod zraka z uporabo zasnove, ki je omogočila učinek cevi. Ustvarili so visok in hkrati ozek notranji prostor. Zelo pogosto so bile takšne peči zgrajene ob vznožju hribov. Ti kraji so imeli največji naravni pritisk vetra, ki je bil uporabljen za povečanje oprijema.
Zaradi tekočega procesa se je ruda pretvorila v kovino. Hkrati je prazna skala postopoma tekla navzdol. Na dnu peči so nastala zrna železa. Zlepili so se drug z drugim in se spremenili v tako imenovano "plazenje". To je ohlapna gobasta masa, prepojena z žlindro. V pečici je bil kreker belo vroč. V tem stanju so ga vzeli ven in ga hitro kovali. Kosi žlindre so kar odpadli. Nato je bil nastali material varjen v monoliten kos. Rezultat je bilo bleščeče železo. Končni izdelek je bil oblikovan kot ploščati kruh.
Kaj je bilosestava cvetnega železa? To je bila zlitina Fe in ogljika, ki je bila v končnem izdelku zelo majhna (če upoštevamo odstotek, potem ne več kot stotinke).
Vendar cvetoče železo, ki so ga ljudje prejemali v surovi peči, ni bilo zelo trdo in vzdržljivo. Zato so izdelki iz takšnega materiala hitro propadli. Sulice, sekire in noži so bili upognjeni in niso dolgo ostali ostri.
Jeklo
Pri izdelavi železa v kovačnicah so se poleg njegovih mehkih grudic pojavljala tudi tista, ki so imela večjo trdoto. To so bili kosi rude, ki so bili med postopkom taljenja v tesnem stiku z ogljem. Človek je opazil ta vzorec in začel namerno povečevati območje v stiku s premogom. To je omogočilo naogljičenje železa. Nastala kovina je začela zadovoljevati potrebe obrtnikov in tistih, ki so uporabljali izdelke iz nje.
Ta material je bilo jeklo. Še danes se uporablja pri izdelavi ogromnega števila struktur in izdelkov. Jeklo, ki so ga talili starodavni metalurgi, je bliskovno železo, ki vsebuje do 2 % ogljika.
Bilo je tudi blago jeklo. Šlo je za bliskovno železo, ki je vsebovalo manj kot 0,25 % ogljika. Če upoštevamo zgodovino metalurgije, je bilo to blago jeklo, ki je bilo proizvedeno v začetni fazi proizvodnje sira. Kakšno je drugo ime za bliskovno železo? Obstaja tudi tretja sorta. Ko vsebuje več kot 2 % ogljika, potemto je lito železo.
Izum plavža
Cvetna metoda pridobivanja železa s surovokrvnimi kovačnicami je bila močno odvisna od vremena. Konec koncev je bilo za takšno tehnologijo pomembno, da mora veter pihati v izdelano cev. Želja, da bi se izognili vremenskim neprilikam, je človeka pripeljala do ustvarjanja krzna. To so bile naprave, potrebne za razpihovanje ognja v surovi peči.
Po pojavu meha na pobočjih niso več gradili kovačnic za proizvodnjo kovin. Ljudje so začeli uporabljati novo vrsto peči, imenovane "volčje jame". Bile so zgradbe, od katerih je bil en del v tleh, drugi (hiše) pa se je dvigal nad njim v obliki konstrukcije iz kamnov, ki jih je združila glina. Na dnu takšne peči je bila luknja, v katero je bila vstavljena cev meha za razpihovanje ognja. Premog, položen v hišo, je bil zažgan, nato pa je bilo mogoče dobiti kreker. Izvlekli so jo skozi luknjo, ki je nastala po odstranitvi več kamnov iz spodnjega dela konstrukcije. Nato je bil zid obnovljen in peč je bila napolnjena z rudo in premogom, da bi začeli znova.
Proizvodnja svetlega železa se nenehno izboljšuje. Sčasoma so se hiše začele graditi večje. To je zahtevalo povečanje produktivnosti mehanizmov. Posledično je premog začel goreti hitreje in je železo nasičil z ogljikom.
lito železo
Kako se imenuje visokoogljični likalnik? Kot je bilozgoraj omenjeno je lito železo, ki je danes tako pogosto. Njegova značilnost je sposobnost topljenja pri relativno nizkih temperaturah.
Opekano železo - lito železo v trdni obliki - ni bilo mogoče kovati. Zato mu starodavni metalurgi sprva niso posvečali pozornosti. Od enega samega udarca s kladivom se je ta material preprosto razbil na koščke. V zvezi s tem je lito železo, pa tudi žlindra, sprva veljalo za odpadni proizvod. V Angliji so to kovino celo imenovali "sudovo železo". In šele sčasoma so ljudje spoznali, da je ta izdelek, čeprav je v tekoči obliki, mogoče vliti v kalupe, da dobimo različne izdelke, na primer topovske krogle. Zahvaljujoč temu odkritju v 14-15 stoletjih. v industriji začeli graditi plavže za proizvodnjo surovega železa. Višina takšnih struktur je dosegla 3 metre ali več. Z njihovo pomočjo so talili livarsko železo za proizvodnjo ne samo topovskih krogel, ampak tudi samih topov.
Razvoj plavžne proizvodnje
Prava revolucija v metalurškem poslu se je zgodila v 80. letih 18. stoletja. Takrat se je eden od uslužbencev Demidova odločil, da jim je treba za večjo učinkovitost pri delovanju plavžev dovajati zrak ne skozi eno, ampak skozi dve šobi, ki bi morali biti nameščeni na obeh straneh ognjišča. Postopoma je število takšnih šob raslo. To je omogočilo bolj enoten postopek pihanja, povečanje premera ognjišča in povečanje produktivnosti peči.
Razvoj plavžerske proizvodnje je olajšala tudi zamenjava oglja,za katere so posekali gozdove, za koks. Leta 1829 je bil na Škotskem v tovarni Clayde prvič vpihnjen vroč zrak v plavž. Takšna inovacija je znatno povečala produktivnost peči in zmanjšala porabo goriva. Dandanes so plavžni proces izboljšali z zamenjavo nekaj koksa z zemeljskim plinom, ki ima še nižjo ceno.
Bulat
Kako se imenuje bliskovni likalnik, ki ima edinstvene lastnosti, ki so jih uporabljali pri izdelavi orožja? Ta material poznamo kot damast jeklo. Ta kovina, tako kot jeklo iz Damaska, je zlitina železa in ogljika. Vendar je za razliko od drugih vrst bleščeče železo z dobrimi lastnostmi. Je odporen in trd ter sposoben ustvariti izjemno ostrino rezila.
Metalurgi mnogih držav poskušajo razkriti skrivnost proizvodnje damastnega jekla že več kot eno stoletje. Predlagano je bilo veliko receptov in metod, ki so vključevale dodajanje slonovine, dragih kamnov, zlata in srebra železu. Vendar je skrivnost damastnega jekla razkril izjemen ruski metalurg P. P. Anosov šele v prvi polovici 20. stoletja. Vzeli so cvetoče železo, ki je bilo položeno v peč z ogljem, kjer je gorel odprt ogenj. Kovina se je stopila, nasičena z ogljikom. Takrat je bila prekrita s kristalno dolomitno žlindro, včasih z dodatkom najčistejše železove luske. Pod tako plastjo se je kovina zelo intenzivno sproščala iz silicija, fosforja, žvepla in kisika. Vendar to ni bilo vse. Nastalo jeklo je bilo treba čim bolj ohladitipočasnejši in mirnejši. To je omogočilo oblikovanje predvsem velikih kristalov z razvejano strukturo (dendriti). Takšno hlajenje je potekalo neposredno v kurišču, ki je bilo napolnjeno z vročim premogom. Na naslednji stopnji je bilo izvedeno spretno kovanje, med katerim se nastala struktura ne bi smela zrušiti.
Edinstvene lastnosti damastnega jekla so kasneje našle razlago v delih drugega ruskega metalurga D. K. Černova. Pojasnil je, da so dendriti ognjevzdržno, a razmeroma mehko jeklo. Prostor med njihovimi "vejami" v procesu strjevanja železa je napolnjen z bolj nasičenim ogljikom. Se pravi, mehko jeklo obdaja trše jeklo. To pojasnjuje lastnosti damastnega jekla, ki jih vsebuje njegova viskoznost in hkrati visoka trdnost. Tak jekleni hibrid med taljenjem ohrani svojo drevesno strukturo in jo le iz ravne črte spremeni v cikcak. Posebnost nastalega vzorca je v veliki meri odvisna od smeri udarcev, moči, pa tudi od spretnosti kovača.
damaško jeklo
V starih časih je bila ta kovina isto damast jeklo. Vendar pa se je malo kasneje damaško jeklo začelo imenovati material, pridobljen s kovaškim varjenjem iz velikega števila žic ali trakov. Ti elementi so bili izdelani iz jekla. Poleg tega je bila za vsakega od njih značilna drugačna vsebnost ogljika.
Umetnost izdelave takšne kovine je svoj največji razvoj dosegla v srednjem veku. Na primer, v strukturi dobro znanega japonskega rezila, so ugotovili raziskovalcipribližno 4 milijone jeklenih niti mikroskopske debeline. Ta sestava je naredila postopek izdelave orožja zelo naporen.
Proizvodnja v sodobnih razmerah
Starodavni metalurgi so pustili vzorec svoje spretnosti ne le v orožju. Najbolj presenetljiv primer čistega cvetočega železa je znameniti steber, ki se nahaja v bližini glavnega mesta Indije. Arheologi so določili starost tega spomenika metalurške umetnosti. Izkazalo se je, da je bil stolpec zgrajen še pred 1,5 tisoč leti. Toda najbolj presenetljivo je, da je danes na njeni površini nemogoče zaznati niti majhne sledi korozije. Material kolone je bil natančno pregledan. Izkazalo se je, da je to čisto bliskovno železo, ki vsebuje le 0,28% nečistoč. Takšno odkritje je osupnilo celo sodobne metalurge.
Sčasoma je bliskovito železo postopoma izgubilo svojo priljubljenost. Največ povpraševanja je začela uživati kovina, topljena v ognjiščih ali plavžu. Vendar pri uporabi teh metod dobimo produkt nezadostne čistosti. Zato je najstarejši način izdelave tega materiala pred kratkim dobil svojo drugo življenjsko dobo, ki omogoča izdelavo kovine z najvišjo kakovostjo.
Kako se danes imenuje bliskovno železo? Poznamo jo kot kovino za neposredno redukcijo. Seveda se danes cvetoče železo ne proizvaja na enak način kot v starih časih. Za njegovo proizvodnjo se uporabljajo najsodobnejše tehnologije. Omogočajo proizvodnjo kovine, ki praktično nimatuje nečistoče. V proizvodnji se uporabljajo rotacijske cevne peči. Takšni strukturni elementi se uporabljajo za žganje različnih razsutih materialov z uporabo visokih temperatur v kemični, cementni in mnogih drugih industrijah.
Kako se zdaj imenuje bliskovno železo? Šteje se za čisto in se uporablja pri pridobivanju metode, ki se v bistvu ne razlikuje veliko od tiste, ki je obstajala v starih časih. Še vedno pa metalurgi uporabljajo železovo rudo, ki jo segrevajo v procesu pridobivanja končnega izdelka. Vendar pa so danes surovine sprva podvržene dodatni predelavi. Obogaten je in ustvari nekakšen koncentrat.
Sodobna industrija uporablja dve metodi. Oba omogočata pridobivanje železa iz koncentrata.
Prva od teh metod temelji na segrevanju surovin na zahtevano temperaturo z uporabo trdnega goriva. Takšen postopek je zelo podoben tistemu, ki so ga izvajali starodavni metalurgi. Namesto trdega goriva se lahko uporabi plin, ki je kombinacija vodika in ogljikovega monoksida.
Kaj je pred pridobitvijo tega materiala? Kako se danes imenuje bliskovni likalnik? Po segrevanju koncentrata železove rude ostanejo peleti v peči. Iz njih se kasneje proizvaja čista kovina.
Druga metoda, ki se uporablja za obnavljanje železa, je po tehnologiji zelo podobna prvi. Edina razlika je v tem, da metalurgi kot gorivo za ogrevanje koncentrata uporabljajo čisti vodik. S to metodo se železo pridobi veliko hitreje. Točno takozato ga odlikuje višja kakovost, saj v procesu interakcije vodika z obogateno rudo dobimo le dve snovi. Prvo od teh je čisto železo, drugo pa voda. Lahko bi domnevali, da je ta metoda zelo priljubljena v sodobni metalurgiji. Vendar se danes uporablja redko in praviloma le za proizvodnjo železovega prahu. To je razloženo z dejstvom, da je precej težko dobiti čisti vodik, tako z vidika reševanja tehničnih vprašanj kot zaradi gospodarskih težav. Težka naloga je tudi skladiščenje prejetega goriva.
Relativno nedavno so znanstveniki razvili še eno, tretjo metodo za proizvodnjo zmanjšanega železa. Vključuje pridobivanje kovine iz koncentrata rude, ne da bi šli skozi fazo njegove pretvorbe v pelete. Študije so pokazale, da je s to metodo čisto železo mogoče proizvesti veliko hitreje. Vendar ta metoda še ni uveljavljena v industriji, saj zahteva bistvene tehnološke spremembe in spremembo opreme metalurških podjetij.
Kako se danes imenuje bliskovni likalnik? Ta material nam je znan kot kovina za neposredno redukcijo, včasih se imenuje tudi gobast. To je stroškovno učinkovit, visokokakovosten, okolju prijazen material, ki ne vsebuje nečistoč fosforja in žvepla. Zaradi svojih lastnosti se cvetno železo uporablja v inženirski industriji (letalstvo, ladjedelništvo in instrumenti).
Fechral
Kot vidite, danes ob uporabinajsodobnejše tehnologije uporabljajo material, kot je cvetoče železo. Fechral je tudi iskana zlitina. Poleg železa vsebuje sestavine, kot sta krom in aluminij. V njegovi strukturi je prisoten tudi nikelj, vendar ne več kot 0,6%.
Fechral ima dobro električno upornost, visoko trdoto, odlično deluje s keramiko z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida, nima nagnjenosti k luknjanju in je toplotno odporen v atmosferi, ki vsebuje žveplo in njegove spojine, vodik in ogljik. Toda zaradi prisotnosti železa v zlitini je precej krhka, kar otežuje obdelavo materiala pri izdelavi različnih izdelkov.
Fechral se uporablja pri izdelavi grelnih elementov za laboratorijske in industrijske peči, katerih najvišja delovna temperatura je 1400 stopinj. Včasih se deli iz te zlitine uporabljajo za druge namene. Postavljeni so v gospodinjske grelne naprave, pa tudi v električne naprave toplotnega delovanja. Fechral se pogosto uporablja pri proizvodnji elektronskih cigaret. Tudi na področju izdelave uporovnih elementov je povpraševanje po zlitini železa, aluminija in kroma. To so lahko na primer zagonski zavorni upori električnih lokomotiv.
Fechral se uporablja za proizvodnjo žice, niti in traku. Včasih se iz njega dobijo krogi in palice. Vsi ti izdelki se uporabljajo pri izdelavi različnih oblik grelnikov za električne pečice.
