Fierul este un element familiar oricărei persoane de pe planeta noastră. Și nu este nimic surprinzător în asta. Într-adevăr, în ceea ce privește conținutul său în scoarța terestră (până la 5%), această componentă este cea mai comună. Cu toate acestea, doar o patruzecime din aceste rezerve pot fi găsite în zăcăminte adecvate pentru dezvoltare. Principalele minerale ale fierului sunt siderita, minereul de fier brun, hematitul și magnetitul.
Originea numelui
De ce fierul are acest nume? Dacă luăm în considerare tabelul elementelor chimice, atunci în el această componentă este marcată ca „ferrum”. Este prescurtat ca Fe.
După mulți etimologi, cuvântul „fier” ne-a venit din limba proto-slavă, în care suna ca zelezo. Și acest nume provine din lexiconul grecilor antici. Ei au numit metalul atât de faimos astăzi „fier”.
Există o altă versiune. Potrivit ei, numele „fier” ne-a venit din latină, undeînsemna „înstelat”. Explicația pentru aceasta constă în faptul că primele mostre ale acestui element descoperite de oameni au fost de origine meteoritică.
Utilizarea fierului
În istoria omenirii, a existat o perioadă în care oamenii prețuiau mai mult fierul decât aurul. Acest fapt este consemnat în Odiseea lui Homer, care spune că câștigătorilor jocurilor aranjate de Ahile li s-a oferit, pe lângă aur, și o bucată de fier. Acest metal a fost esențial pentru aproape toți artizanii, fermierii și războinicii. Și nevoia uriașă a acestuia a devenit cel mai bun motor pentru producerea acestui material, precum și progresul tehnic în continuare în fabricarea acestuia.
9-7 cc. î. Hr. considerată epoca fierului în istoria omenirii. În această perioadă, multe triburi și popoare din Asia și Europa au început să dezvolte metalurgia. Cu toate acestea, fierul este încă la mare căutare astăzi. La urma urmei, este încă principalul material folosit pentru fabricarea uneltelor.
Produs cu brânză
Care este tehnologia de producere a fierului de flori, pe care omenirea a început să-l extragă în zorii dezvoltării metalurgiei? Prima metodă inventată de omenire a fost numită fabricarea brânzei. Mai mult, a fost folosit timp de 3000 de ani, neschimbându-se de la sfârșitul epocii bronzului până în perioada până în secolul al XIII-lea. Furnalul nu a fost inventat în Europa. Această metodă a fost numită brută. Coarnele pentru el erau construite din piatră sau lut. Uneori bucăți de zgură acționau ca material pentru pereții lor. Ultima versiune a forjei din interior a fostacoperit cu argilă refractară, la care s-a adăugat nisip sau corn zdrobit pentru a îmbunătăți calitatea.
De ce face fierul de călcat? Gropile pregătite au fost umplute cu minereu „brut” de pajiște sau de mlaștină. Spațiul de topire al unor astfel de cuptoare a fost umplut cu cărbune, care a fost apoi încălzit bine. În fundul gropii era o gaură pentru alimentarea cu aer. La început, a fost suflat cu burdufuri de mână, care ulterior au fost înlocuiți cu unul mecanic.
În primele forje s-a organizat tirajul natural. A fost efectuat prin găuri speciale - duze, care erau amplasate pe pereții părții inferioare a cuptorului. Adesea, metalurgiștii antici asigurau alimentarea cu aer prin utilizarea unui design care făcea posibilă obținerea efectului unei țevi. Au creat un spațiu interior în alt și în același timp îngust. Foarte des astfel de cuptoare erau construite la poalele dealurilor. Aceste locuri au avut cea mai mare presiune naturală a vântului, care a fost folosită pentru a crește tracțiunea.
Ca urmare a procesului în curs, minereul a fost transformat în metal. În același timp, stânca goală s-a scurs treptat în jos. Boabele de fier s-au format la fundul cuptorului. S-au lipit unul de altul, transformându-se în așa-numitul „fârâtor”. Aceasta este o masă spongioasă liberă, impregnată cu zgură. În cuptor, biscuitul era alb încins. În această stare l-au scos și au falsificat-o rapid. Bucăți de zgură tocmai au căzut. Apoi, materialul rezultat a fost sudat într-o bucată monolitică. Rezultatul a fost fierul strălucitor. Produsul final a avut forma unei pâine plate.
Ce a fostcompoziția fierului de flori? Era un aliaj de Fe și carbon, care era foarte mic în produsul final (dacă luăm în considerare procentul, atunci nu mai mult de sutimi).
Totuși, fierul înflorit pe care oamenii îl primeau în cuptorul brut nu era foarte dur și durabil. De aceea produsele realizate dintr-un astfel de material au eșuat rapid. Sulițele, topoarele și cuțitele au fost îndoite și nu au rămas ascuțite mult timp.
Oțel
În producția de fier în forje, alături de bulgări moi, au existat și cele care aveau o duritate mai mare. Acestea erau bucăți de minereu care erau în contact strâns cu cărbunele în timpul procesului de topire. Un bărbat a observat acest model și a început să mărească în mod deliberat suprafața în contact cu cărbunele. Acest lucru a făcut posibilă cementarea fierului. Metalul rezultat a început să răspundă nevoilor meșterilor și celor care foloseau produse fabricate din acesta.
Acest material era oțel. Este încă folosit până în zilele noastre la fabricarea unui număr mare de structuri și produse. Oțelul, topit de metalurgiștii antici, este fier flash, care conține până la 2% carbon.
A existat, de asemenea, otelul moale. Era fierul flash, care conținea mai puțin de 0,25% carbon. Dacă luăm în considerare istoria metalurgiei, atunci oțelul moale a fost produs în etapa inițială a producției de brânzeturi. Care este un alt nume pentru flash de călcat? Există și o a treia varietate. Atunci când conține mai mult de 2% carbon, atuncieste fontă.
Invenția furnalului
Metoda de înflorire de obținere a fierului folosind forje cu sânge crud a fost foarte dependentă de vreme. La urma urmei, pentru o astfel de tehnologie era important ca vântul să sufle în tubul fabricat. Dorința de a scăpa de capriciile vremii a determinat o persoană să creeze blănuri. Acestea erau dispozitivele necesare pentru a avânta focul în cuptorul brut.
După apariția burdufurilor, forjele pentru producția de metal nu s-au mai construit pe versanții dealurilor. Oamenii au început să folosească un nou tip de sobe, numite „gropi pentru lup”. Erau structuri, dintre care o parte era în pământ, iar a doua (case) se înălța deasupra ei sub forma unei structuri făcute din pietre ținute împreună de lut. La baza unui astfel de cuptor era o gaură în care se introducea un tub de burduf pentru a avânta focul. Cărbunele pus în casă a fost ars, după care s-a putut obține biscuitul. Ea a fost scoasă prin gaura, care s-a format după îndepărtarea mai multor pietre din partea inferioară a structurii. Apoi, zidul a fost restaurat și cuptorul a fost umplut cu minereu și cărbune pentru a începe de la capăt.
Producția de fier strălucitor a fost îmbunătățită constant. Cu timpul, casele au început să fie mai mari. Acest lucru a necesitat o creștere a productivității mecanicilor. Drept urmare, cărbunele a început să ardă mai repede, saturând fierul cu carbon.
Fontă
Cum se numește fierul de călcat cu conținut ridicat de carbon? Așa cum a fostmenționat mai sus, aceasta este fontă care este atât de comună astăzi. Caracteristica sa distinctivă este capacitatea de a se topi la temperaturi relativ scăzute.
Fier de cărămidă - fontă în formă solidă - era imposibil de falsificat. De aceea, vechii metalurgiști nu i-au acordat nicio atenție la început. Dintr-o singură lovitură cu un ciocan, acest material sa spart pur și simplu în bucăți. În acest sens, fonta, precum și zgura, a fost considerată inițial un deșeu. În Anglia, acest metal a fost chiar numit „fontă”. Și numai în timp, oamenii și-au dat seama că acest produs, deși este sub formă lichidă, poate fi turnat în forme pentru a obține diverse produse, de exemplu, ghiulea. Datorită acestei descoperiri în secolele 14-15. în industrie a început să construiască furnale pentru producerea fontei. Înălțimea unor astfel de structuri a ajuns la 3 metri sau mai mult. Cu ajutorul lor, fierul de turnătorie a fost topit pentru producerea nu numai a ghiulelor, ci și a tunurilor în sine.
Dezvoltarea producției de furnal
O adevărată revoluție în afacerile metalurgice a avut loc în anii 80 ai secolului al XVIII-lea. Atunci unul dintre funcționarii lui Demidov a decis că, pentru o eficiență mai mare în funcționarea furnalelor, aerul ar trebui să le fie furnizat nu printr-una, ci prin două duze, care ar trebui să fie amplasate pe ambele părți ale focarului. Treptat, numărul de astfel de duze a crescut. Acest lucru a făcut posibilă uniformizarea procesului de suflare, creșterea diametrului focarului și creșterea productivității cuptoarelor.
Dezvoltarea producției de furnal a fost facilitată și de înlocuirea cărbunelui,pentru care s-au tăiat păduri, pentru cocs. În 1829, în Scoția, la uzina Clayde, aer cald a fost suflat pentru prima dată în furnal. O astfel de inovație a crescut semnificativ productivitatea cuptorului și a redus consumul de combustibil. În zilele noastre, procesul furnalului a fost îmbunătățit prin înlocuirea unei părți din cocs cu gaz natural, care are un cost și mai mic.
Bulat
Care se numește fierul de călcat flash, care are proprietăți unice care au fost folosite la fabricarea armelor? Cunoaștem acest material ca oțel damasc. Acest metal, ca și oțelul Damasc, este un aliaj de fier și carbon. Cu toate acestea, spre deosebire de celel alte specii ale sale, este un fier de călcat strălucitor, cu calități bune. Este rezistent și dur și, de asemenea, capabil să producă o ascuțire excepțională în lamă.
Metalurgiștii din multe țări încearcă să dezvăluie secretul producției de oțel damasc de mai bine de un secol. Au fost propuse un număr mare de rețete și metode care includ adăugarea de fildeș, pietre prețioase, aur și argint la fier. Cu toate acestea, secretul oțelului damasc a fost dezvăluit abia în prima jumătate a secolului al XX-lea de remarcabilul metalurgist rus P. P. Anosov. Au luat fier înflorit, care a fost pus într-un cuptor cu cărbune, unde ardea un foc deschis. Metalul s-a topit, saturat cu carbon. La acea vreme, era acoperită cu zgură cristalină de dolomită, uneori cu adăugarea celui mai pur solzi de fier. Sub un astfel de strat, metalul a fost eliberat foarte intens din siliciu, fosfor, sulf și oxigen. Cu toate acestea, asta nu a fost tot. Oțelul rezultat a trebuit să fie răcit cât mai mult posibilmai încet și mai calm. Acest lucru a făcut posibilă formarea, în primul rând, de cristale mari având o structură ramificată (dendrite). O astfel de răcire avea loc direct în vatră, care era umplută cu cărbune încins. În următoarea etapă, a fost efectuată forjare pricepută, timp în care structura rezultată nu ar trebui să se prăbușească.
Proprietățile unice ale oțelului damasc au găsit ulterior o explicație în lucrările unui alt metalurgist rus D. K. Chernov. El a explicat că dendritele sunt oțel refractar, dar relativ moale. Spațiul dintre „ramurile” lor în procesul de solidificare a fierului este umplut cu mai mult carbon saturat. Adică, oțelul moale este înconjurat de oțel mai dur. Așa se explică proprietățile oțelului damasc, conținute în vâscozitatea și în același timp rezistența ridicată. Un astfel de hibrid de oțel în timpul topirii își păstrează structura arborelui, transformându-l doar de la o linie dreaptă la una în zig-zag. Particularitatea modelului rezultat depinde în mare măsură de direcția loviturilor, de puterea, precum și de priceperea fierarului.
Oțel Damasc
În antichitate, acest metal era același oțel de damasc. Cu toate acestea, puțin mai târziu, oțelul Damasc a început să fie numit material obținut prin sudarea forjată dintr-un număr mare de fire sau benzi. Aceste elemente au fost realizate din oțel. Mai mult, fiecare dintre ele a fost caracterizat de un conținut diferit de carbon.
Arta de a face un astfel de metal a ajuns la cea mai mare dezvoltare în Evul Mediu. De exemplu, în structura binecunoscutei lame japoneze, au descoperit cercetătoriiaproximativ 4 milioane de fire de oțel de grosime microscopică. Această compoziție a făcut ca procesul de fabricare a armelor să fie foarte laborios.
Producție în condiții moderne
Metalurgiștii antici au lăsat o mostră din îndemânarea lor nu numai în arme. Cel mai izbitor exemplu de fier înflorit pur este celebra coloană situată lângă capitala Indiei. Arheologii au determinat vechimea acestui monument de artă metalurgică. S-a dovedit că coloana a fost construită cu încă 1,5 mii de ani în urmă. Dar cel mai surprinzător lucru constă în faptul că astăzi este imposibil de detectat chiar și mici urme de coroziune pe suprafața sa. Materialul coloanei a fost supus unei examinări atente. S-a dovedit că acesta este fier flash pur, care conține doar 0,28% impurități. O astfel de descoperire i-a uimit chiar și pe metalurgiștii moderni.
De-a lungul timpului, fierul de călcat și-a pierdut treptat din popularitate. Metalul topit într-un focar deschis sau furnal a început să se bucure de cea mai mare cerere. Cu toate acestea, la aplicarea acestor metode, se obține un produs de puritate insuficientă. De aceea, cea mai veche metodă de producere a acestui material a primit recent a doua viață, ceea ce permite producerea de metal cu caracteristici de cea mai în altă calitate.
Cum se numește fierul flash astăzi? Ne este familiar ca metal de reducere directă. Desigur, fierul înflorit astăzi nu este produs în același mod ca în cele mai vechi timpuri. Pentru producerea sa se folosesc cele mai moderne tehnologii. Ele fac posibilă producerea metalului care are practic nuimpurități străine. În producție se folosesc cuptoare cu tuburi rotative. Astfel de elemente structurale sunt folosite pentru arderea diferitelor materiale în vrac folosind temperaturi ridicate în industria chimică, a cimentului și în multe alte industrii.
Cum se numește acum Flash Iron? Este considerat pur și este folosit în obținerea unei metode care, în esență, nu este mult diferită de cea care exista în vremurile străvechi. Totuși, metalurgiștii folosesc minereul de fier, care este încălzit în procesul de obținere a produsului final. Cu toate acestea, astăzi materiile prime sunt inițial supuse unei prelucrări suplimentare. Este îmbogățit, creând un fel de concentrat.
Industria modernă folosește două metode. Ambele vă permit să obțineți fier de călcat din concentrat.
Prima dintre aceste metode se bazează pe aducerea materiilor prime la temperatura necesară folosind combustibil solid. Un astfel de proces este foarte asemănător cu cel efectuat de metalurgiștii antici. În loc de combustibil solid, se poate folosi gaz, care este o combinație de hidrogen și monoxid de carbon.
Ce precede obținerea acestui material? Cum se numește flash-ul de călcat astăzi? După încălzirea concentratului de minereu de fier, peleții rămân în cuptor. Din ele se produce ulterior metalul pur.
A doua metodă folosită pentru refacerea fierului este foarte asemănătoare în tehnologie cu prima. Singura diferență este că metalurgiștii folosesc hidrogen pur ca combustibil pentru încălzirea concentratului. Prin această metodă, fierul se obține mult mai rapid. Exactprin urmare, se distinge printr-o calitate superioară, deoarece în procesul de interacțiune a hidrogenului cu minereul îmbogățit se obțin doar două substanțe. Primul dintre acestea este fier pur, iar al doilea este apa. S-ar putea presupune că această metodă este foarte populară în metalurgia modernă. Cu toate acestea, astăzi este folosit rar și, de regulă, numai pentru producerea de pulbere de fier. Acest lucru se explică prin faptul că este destul de dificil să se obțină hidrogen pur, atât în ceea ce privește rezolvarea problemelor tehnice, cât și din cauza dificultăților economice. De asemenea, depozitarea combustibilului primit este o sarcină dificilă.
Relativ recent, oamenii de știință au dezvoltat o altă, a treia metodă pentru producerea de fier redus. Constă în obținerea metalului din concentratul de minereu, fără a trece prin etapa transformării acestuia în pelete. Studiile au arătat că prin această metodă, fierul pur poate fi produs mult mai rapid. Cu toate acestea, această metodă nu a fost încă implementată în industrie, deoarece necesită schimbări tehnologice semnificative și o schimbare a echipamentelor întreprinderilor metalurgice.
Care se numește azi fierul de călcat flash? Acest material ne este familiar ca metal de reducere directă, uneori este numit și spongios. Acesta este un material rentabil, de în altă calitate, ecologic, care nu conține impurități de fosfor și sulf. Datorită caracteristicilor sale, fierul înflorit este folosit în industriile de inginerie (aviație, construcții navale și instrumente).
Fechral
După cum puteți vedea, astăzi când utilizațicele mai moderne tehnologii folosesc materiale precum fierul înflorit. Fechral este, de asemenea, un aliaj căutat. Pe lângă fier, conține componente precum crom și aluminiu. Nichelul este prezent și în structura sa, dar nu mai mult de 0,6%.
Fechral are o rezistență electrică bună, duritate ridicată, funcționează excelent cu ceramica cu conținut ridicat de alumină, nu are tendință de pitting și este rezistent la căldură într-o atmosferă care conține sulf și compușii săi, hidrogen și carbon. Dar prezența fierului în aliaj îl face destul de fragil, ceea ce face dificilă prelucrarea materialului la fabricarea diferitelor produse.
Fechral este utilizat la fabricarea elementelor de încălzire pentru cuptoare de laborator și industriale, a căror temperatură maximă de funcționare este de 1400 de grade. Uneori, piesele din acest aliaj sunt folosite în alte scopuri. Sunt amplasate în aparatele de încălzire de uz casnic, precum și în dispozitivele electrice cu acțiune termică. Fechral a fost utilizat pe scară largă în producția de țigări electronice. De asemenea, un aliaj de fier, aluminiu și crom este solicitat în domeniul fabricării elementelor rezistive. Acestea pot fi, de exemplu, rezistențe de pornire-frânare ale locomotivelor electrice.
Fechral este folosit pentru a produce sârmă, precum și ață și panglică. Uneori din el se obțin cercuri și tije. Toate aceste produse sunt folosite la fabricarea diferitelor forme de încălzitoare pentru cuptoare electrice.
