Železo je prvek, který zná každý člověk na naší planetě. A v tomto není nic překvapivého. Z hlediska obsahu v zemské kůře (do 5 %) je totiž tato složka nejčastější. Pouze čtyřicetina těchto zásob se však nachází v ložiskách vhodných pro zástavbu. Hlavními rudnými minerály železa jsou siderit, hnědá železná ruda, hematit a magnetit.
Původ jména
Proč má železo tento název? Pokud vezmeme v úvahu tabulku chemických prvků, pak je v ní tato složka označena jako "ferrum". Je zkráceno jako Fe.
Podle mnoha etymologů k nám slovo „železo“přišlo z praslovanského jazyka, ve kterém znělo jako zelezo. A toto jméno pochází z lexikonu starých Řeků. Dnes tak slavný kov nazývali „železem“.
Existuje další verze. Název „železo“k nám podle ní přišel z latiny, kdeznamenalo "hvězdný". Vysvětlení pro to spočívá ve skutečnosti, že první vzorky tohoto prvku objevené lidmi byly meteoritového původu.
Použití železa
V historii lidstva bylo období, kdy si lidé cenili železa více než zlata. Tato skutečnost je zaznamenána v Homérově Odyssey, která říká, že vítězové her pořádaných Achillem dostali kromě zlata i kus železa. Tento kov byl nezbytný pro téměř všechny řemeslníky, farmáře a válečníky. A právě jeho obrovská potřeba se stala nejlepším motorem pro výrobu tohoto materiálu, stejně jako další technický pokrok při jeho výrobě.
9–7 ccm PŘED NAŠÍM LETOPOČTEM. považován za dobu železnou v historii lidstva. Během tohoto období začalo mnoho kmenů a národů Asie a Evropy rozvíjet metalurgii. Železo je však i dnes velmi žádané. Koneckonců je to stále hlavní materiál používaný pro výrobu nástrojů.
Sýrový výrobek
Jaká je technologie výroby blokového železa, které lidstvo začalo těžit na úsvitu rozvoje metalurgie? Úplně první metoda vynalezená lidstvem se jmenovala výroba sýra. Navíc byl používán 3000 let, beze změny od konce doby bronzové až do období do 13. století. Vysoká pec nebyla vynalezena v Evropě. Tato metoda se nazývala raw. Rohy pro něj byly postaveny z kamene nebo hlíny. Někdy kusy strusky fungovaly jako materiál na jejich stěny. Poslední verze kovárny zevnitř bylapotaženo žáruvzdornou hlínou, do které byl pro zlepšení kvality přidán písek nebo drcená rohovina.
Co dělá flash iron? Připravené jámy byly naplněny „surovou“luční nebo bažinnou rudou. Tavicí prostor takových pecí byl naplněn dřevěným uhlím, které bylo následně důkladně zahřáto. Na dně jámy byl otvor pro přívod vzduchu. Nejprve se foukalo ručními měchy, které byly později nahrazeny mechanickými.
V úplně prvních kovárnách byl organizován přirozený tah. Provádělo se to speciálními otvory - tryskami, které byly umístěny na stěnách spodní části pece. Starověcí metalurgové často poskytovali přívod vzduchu pomocí konstrukce, která umožňovala získat efekt potrubí. Vytvořili vysoký a zároveň úzký vnitřní prostor. Velmi často se takové pece stavěly na úpatí kopců. Tato místa měla největší přirozený tlak větru, který byl využit ke zvýšení trakce.
V důsledku probíhajícího procesu byla ruda přeměněna na kov. Prázdná skála přitom postupně stékala dolů. Na dně pece se vytvořila železná zrna. Vzájemně se přilepily a proměnily se v tzv. „creep“. Jedná se o sypkou houbovitou hmotu impregnovanou struskou. V troubě byla sušenka rozpálená do běla. V tomto stavu ho vyndali a rychle zfalšovali. Prostě odpadávaly kusy strusky. Následně byl výsledný materiál svařen do monolitického kusu. Výsledkem bylo honosné železo. Konečný produkt měl tvar plochého chleba.
Co bylosložení výkvětového železa? Jednalo se o slitinu Fe a uhlíku, která byla v konečném produktu velmi malá (pokud vezmeme v úvahu procenta, pak ne více než setiny).
Kvetové železo, které lidé dostávali v surové peci, však nebylo příliš tvrdé a odolné. Proto výrobky z takového materiálu rychle selhaly. Kopí, sekery a nože byly ohnuté a nezůstaly dlouho ostré.
Ocel
Při výrobě železa v kovárnách se spolu s jeho měkkými hrudkami vyskytovaly i takové, které měly vyšší tvrdost. Jednalo se o kusy rudy, které byly během procesu tavby v těsném kontaktu s dřevěným uhlím. Muž si všiml tohoto vzoru a začal záměrně zvětšovat plochu kontaktu s uhlím. To umožnilo nauhličit železo. Výsledný kov začal vyhovovat potřebám řemeslníků a těch, kteří používali výrobky z něj vyrobené.
Tento materiál byla ocel. Dodnes se používá při výrobě velkého množství konstrukcí a výrobků. Ocel, tavená starověkými metalurgy, je bleskové železo, které obsahuje až 2 % uhlíku.
Existovalo také něco jako měkká ocel. Jednalo se o bleskové železo, které obsahovalo méně než 0,25 % uhlíku. Pokud vezmeme v úvahu historii metalurgie, pak to byla měkká ocel, která se vyráběla v počáteční fázi výroby sýrů. Jaký je jiný název pro bleskové železo? Existuje také třetí odrůda. Pokud obsahuje více než 2 % uhlíku, pakje to litina.
Vynález vysoké pece
Rozkvětová metoda získávání železa pomocí kováren se surovou krví byla velmi závislá na počasí. Ostatně pro takovou technologii bylo důležité, že do vyrobené trubky musí foukat vítr. Právě touha dostat se pryč od rozmarů počasí přivedla člověka k tvorbě kožešin. Toto byla zařízení potřebná k rozdmýchání ohně v surové peci.
Po objevení měchů se kovárny pro kovovýrobu již nestavěly na svazích. Lidé začali používat nový typ kamen, kterým se říkalo „vlčí jámy“. Byly to stavby, z nichž jedna část byla v zemi a druhá (domy) se tyčila nad ní v podobě stavby z kamenů, které držela pohromadě hlína. U základny takové pece byl otvor, do kterého byla vložena trubka měchu, aby se oheň rozdmýchal. Uhlí položené v domě bylo spáleno, po kterém bylo možné získat cracker. Byla vytažena otvorem, který vznikl po odstranění několika kamenů ze spodní části konstrukce. Poté byla zeď obnovena a pec byla naplněna rudou a uhlím, aby se začalo znovu.
Výroba světlého železa se neustále zlepšuje. Postupem času se domy začaly stavět větší. To si vyžádalo zvýšení produktivity strojů. Výsledkem bylo, že uhlí začalo hořet rychleji a nasycovalo železo uhlíkem.
Litina
Jak se nazývá žehlička s vysokým obsahem uhlíku? Tak jak to bylovýše zmíněná litina, která je dnes tak běžná. Jeho charakteristickým rysem je schopnost tát při relativně nízkých teplotách.
Cihlina - litina v pevné formě - nebylo možné vykovat. Staří hutníci mu proto zpočátku nevěnovali pozornost. Jediným úderem kladiva se tento materiál jednoduše roztříštil na kusy. V tomto ohledu byla litina, stejně jako struska, zpočátku považována za odpad. V Anglii se tomuto kovu dokonce říkalo „surové železo“. A teprve postupem času si lidé uvědomili, že tento produkt, i když je v tekuté formě, lze nalít do forem a získat různé produkty, například dělové koule. Díky tomuto objevu ve 14-15 století. v průmyslu se začaly stavět vysoké pece na výrobu surového železa. Výška takových konstrukcí dosáhla 3 metry nebo více. S jejich pomocí bylo vytaveno slévárenské železo pro výrobu nejen dělových koulí, ale i děl samotných.
Rozvoj vysokopecní výroby
Skutečná revoluce v hutnickém podnikání nastala v 80. letech 18. století. Tehdy se jeden z Demidovových úředníků rozhodl, že pro větší efektivitu provozu vysokých pecí by k nim měl být vzduch přiváděn nikoli jednou, ale dvěma tryskami, které by měly být umístěny po obou stranách topeniště. Postupně počet takových trysek rostl. To umožnilo učinit proces foukání jednotnějším, zvětšit průměr nístěje a zvýšit produktivitu pecí.
Rozvoj vysokopecní výroby usnadnila také náhrada dřevěného uhlí,pro které se kácely lesy, na koks. V roce 1829 byl ve Skotsku v továrně Clayde poprvé vháněn horký vzduch do vysoké pece. Taková inovace výrazně zvýšila produktivitu pece a snížila spotřebu paliva. V současnosti byl proces ve vysokých pecích vylepšen nahrazením části koksu zemním plynem, který má ještě nižší náklady.
Bulat
Jak se jmenuje blesková žehlička, která má jedinečné vlastnosti, které se používaly při výrobě zbraní? Tento materiál známe jako damašková ocel. Tento kov, stejně jako damašková ocel, je slitinou železa a uhlíku. Na rozdíl od svých ostatních druhů je to však honosné železo s dobrými vlastnostmi. Je odolný a tvrdý a také je schopen produkovat výjimečnou ostrost čepele.
Metalurgové z mnoha zemí se již více než jedno století snaží odhalit tajemství výroby damaškové oceli. Bylo navrženo velké množství receptů a metod, které zahrnovaly přidání slonoviny, drahých kamenů, zlata a stříbra do železa. Tajemství damaškové oceli však odhalil až v první polovině 20. století pozoruhodný ruský metalurg P. P. Anosov. Vzali kvetoucí železo, které se položilo do pece s dřevěným uhlím, kde hořel otevřený oheň. Kov se roztavil, nasycen uhlíkem. V té době byla pokryta krystalickou dolomitovou struskou, někdy s příměsí nejčistšího železitého okují. Pod takovou vrstvou se kov velmi intenzivně uvolňoval z křemíku, fosforu, síry a kyslíku. To však nebylo vše. Výsledná ocel se musela co nejvíce ochladitpomalejší a klidnější. To umožnilo vytvořit především velké krystaly s rozvětvenou strukturou (dendrity). Takové chlazení probíhalo přímo v ohništi, které bylo naplněno žhavým uhlím. V další fázi bylo provedeno zručné kování, během kterého by se výsledná konstrukce neměla zhroutit.
Jedinečné vlastnosti damaškové oceli následně našly vysvětlení v dílech dalšího ruského metalurga D. K. Černova. Vysvětlil, že dendrity jsou žáruvzdorná, ale relativně měkká ocel. Prostor mezi jejich „větvemi“v procesu tuhnutí železa je vyplněn více nasyceným uhlíkem. To znamená, že měkká ocel je obklopena tvrdší ocelí. To vysvětluje vlastnosti damaškové oceli, obsažené v její viskozitě a zároveň vysoké pevnosti. Takový ocelový hybrid si během tavení zachovává svou stromovou strukturu a otáčí ji pouze z přímky na klikatou. Zvláštnost výsledného vzoru do značné míry závisí na směru úderů, síle a také zručnosti kováře.
Damašková ocel
V dávných dobách byl tímto kovem stejná damašková ocel. Damašková ocel se však o něco později začala nazývat materiálem získaným kovářským svařováním z velkého množství drátů nebo pásů. Tyto prvky byly vyrobeny z oceli. Navíc se každý z nich vyznačoval jiným obsahem uhlíku.
Umění výroby takového kovu dosáhlo největšího rozvoje ve středověku. Vědci našli například ve struktuře známé japonské čepeleasi 4 miliony ocelových nití mikroskopické tloušťky. Díky této kompozici byl proces výroby zbraní velmi pracný.
Výroba v moderních podmínkách
Starověcí metalurgové zanechali ukázku svých dovedností nejen ve zbraních. Nejnápadnějším příkladem čistého kvetoucího železa je slavný sloup poblíž hlavního města Indie. Archeologové určili stáří této památky hutnického umění. Ukázalo se, že sloup byl postaven před dalšími 1,5 tisíci lety. Nejpřekvapivější ale spočívá v tom, že dnes na jeho povrchu nelze odhalit ani malé stopy koroze. Materiál kolony byl podroben pečlivému zkoumání. Ukázalo se, že se jedná o čisté flash železo, které obsahuje pouze 0,28 % nečistot. Takový objev ohromil i moderní metalurgy.
Postupem času třpytivé železo postupně ztrácelo na popularitě. Největší poptávce se začal těšit kov tavený v otevřeném ohni nebo vysoké peci. Při použití těchto metod se však získá produkt s nedostatečnou čistotou. To je důvod, proč nejstarší způsob výroby tohoto materiálu nedávno dostal svůj druhý život, který umožňuje vyrábět kov s nejvyššími kvalitativními charakteristikami.
Jak se dnes nazývá flash iron? Je nám známý jako kov přímé redukce. V dnešní době se samozřejmě nevyrábí výkvětové železo stejným způsobem jako v dávných dobách. K jeho výrobě jsou použity nejmodernější technologie. Umožňují vyrábět kov, který prakticky nemácizí nečistoty. Při výrobě se používají rotační trubkové pece. Takové konstrukční prvky se používají pro vypalování různých sypkých materiálů za vysokých teplot v chemickém, cementářském a mnoha dalších průmyslových odvětvích.
Jak se nyní nazývá flash iron? Je považován za čistý a používá se při získávání metody, která se v podstatě příliš neliší od té, která existovala ve starověku. Přesto metalurgové používají železnou rudu, která se zahřívá v procesu získávání konečného produktu. Dnes jsou však suroviny zpočátku podrobeny dodatečnému zpracování. Je obohacen a vytváří jakýsi koncentrát.
Moderní průmysl používá dvě metody. Oba vám umožňují získat bleskové železo z koncentrátu.
První z těchto metod je založeno na přivedení surovin na požadovanou teplotu pomocí pevného paliva. Takový proces je velmi podobný tomu, který prováděli starověcí metalurgové. Místo pevného paliva lze použít plyn, který je kombinací vodíku a oxidu uhelnatého.
Co předchází získání tohoto materiálu? Jak se dnes nazývá flash iron? Po zahřátí koncentrátu železné rudy zůstávají pelety v peci. Právě z nich se následně vyrábí čistý kov.
Druhá metoda používaná k obnově železa je v technologii velmi podobná té první. Jediný rozdíl je v tom, že metalurgové používají jako palivo pro ohřev koncentrátu čistý vodík. Touto metodou se železo získává mnohem rychleji. Přesně takproto se vyznačuje vyšší kvalitou, protože v procesu interakce vodíku s obohacenou rudou se získávají pouze dvě látky. Prvním z nich je čisté železo a druhým voda. Dalo by se předpokládat, že tato metoda je v moderní metalurgii velmi oblíbená. Dnes se však používá zřídka a zpravidla pouze pro výrobu železného prášku. To se vysvětluje skutečností, že je poměrně obtížné získat čistý vodík, a to jak z hlediska řešení technických problémů, tak z důvodu ekonomických potíží. Skladování přijatého paliva je také obtížný úkol.
Relativně nedávno vědci vyvinuli další, třetí metodu výroby redukovaného železa. Zahrnuje získávání kovu z rudného koncentrátu, aniž by procházel fází jeho přeměny na pelety. Studie ukázaly, že touto metodou lze čisté železo vyrobit mnohem rychleji. Tato metoda však dosud nebyla v průmyslu zavedena, protože vyžaduje výrazné technologické změny a změnu vybavení hutnických podniků.
Jak se dnes jmenuje flash iron? Tento materiál je nám známý jako kov přímé redukce, někdy se mu také říká houbovitá. Jedná se o cenově výhodný, vysoce kvalitní, ekologický materiál, který neobsahuje nečistoty fosforu a síry. Díky svým vlastnostem se výkvětové železo používá ve strojírenském průmyslu (letectví, stavba lodí a přístrojové vybavení).
Fechral
Jak můžete vidět, dnes při používánínejmodernější technologie používají takový materiál, jako je kvetoucí železo. Fechral je také žádanou slitinou. Kromě železa obsahuje složky jako chrom a hliník. Nikl je také přítomen v jeho struktuře, ale ne více než 0,6 %.
Fechral má dobrý elektrický odpor, vysokou tvrdost, funguje skvěle s keramikou s vysokým obsahem oxidu hlinitého, nemá sklon k důlkové korozi a je odolný vůči teplu v atmosféře obsahující síru a její sloučeniny, vodík a uhlík. Přítomnost železa ve slitině ji však činí poměrně křehkou, což ztěžuje zpracování materiálu při výrobě různých produktů.
Fechral se používá při výrobě topných těles pro laboratorní a průmyslové pece, jejichž maximální provozní teplota je 1400 stupňů. Někdy se díly z této slitiny používají pro jiné účely. Jsou umístěny v domácích topných spotřebičích, stejně jako v elektrických zařízeních tepelného působení. Fechral byl široce používán při výrobě elektronických cigaret. Také slitina železa, hliníku a chrómu je žádaná v oblasti výroby odporových prvků. Mohou to být například rozjezdové-brzdové odpory elektrických lokomotiv.
Fechral se používá k výrobě drátu, stejně jako nití a stuh. Někdy se z něj získávají kruhy a tyče. Všechny tyto produkty se používají při výrobě různých forem ohřívačů pro elektrické trouby.
