Jern er et element som er kjent for alle mennesker på planeten vår. Og det er ikke noe overraskende i dette. Faktisk, når det gjelder innholdet i jordskorpen (opptil 5%), er denne komponenten den vanligste. Imidlertid kan bare en førtidel av disse reservene finnes i forekomster egnet for utbygging. De viktigste malmmineralene i jern er sideritt, brun jernmalm, hematitt og magnetitt.
Opprinnelsen til navnet
Hvorfor har jern dette navnet? Hvis vi vurderer tabellen over kjemiske elementer, er denne komponenten i den merket som "ferrum". Det er forkortet til Fe.
I følge mange etymologer kom ordet "jern" til oss fra det protoslaviske språket, der det hørtes ut som zelezo. Og dette navnet kom fra leksikonet til de gamle grekerne. De k alte metallet som er så kjent i dag "jern".
Det finnes en annen versjon. Ifølge henne kom navnet "jern" til oss fra latin, hvorbetydde "stjerneklar". Forklaringen på dette ligger i det faktum at de første prøvene av dette elementet oppdaget av mennesker var av meteorittopprinnelse.
jernbruk
I menneskehetens historie var det en periode da folk verdsatte jern mer enn gull. Dette faktum er nedtegnet i Homers Odyssey, som sier at vinnerne av spillene arrangert av Achilles ble gitt, i tillegg til gull, et stykke jern. Dette metallet var essensielt for nesten alle håndverkere, bønder og krigere. Og det var det enorme behovet for det som ble den beste motoren for produksjonen av dette materialet, samt ytterligere teknisk fremgang i produksjonen.
9-7 cc. f. Kr. betraktet som jernalderen i menneskets historie. I løpet av denne perioden begynte mange stammer og folk i Asia og Europa å utvikle metallurgi. Imidlertid er jern fortsatt etterspurt i dag. Tross alt er det fortsatt hovedmaterialet som brukes til fremstilling av verktøy.
Osteprodukt
Hva er teknologien for å produsere blomstrende jern, som menneskeheten begynte å utvinne ved begynnelsen av utviklingen av metallurgi? Den aller første metoden oppfunnet av menneskeheten ble k alt osteproduksjon. Dessuten ble den brukt i 3000 år, og endret seg ikke fra slutten av bronsealderen til perioden frem til 1200-tallet. Masovnen ble ikke oppfunnet i Europa. Denne metoden ble k alt rå. Horn for ham ble bygget av stein eller leire. Noen ganger fungerte slaggbiter som materiale for veggene deres. Den siste versjonen av smia fra innsiden varbelagt med ildfast leire, tilsatt sand eller knust horn for å forbedre kvaliteten.
Hva gjør blitzjern? De tilberedte gropene ble fylt med "rå" eng eller sumpmalm. Smelterommet til slike ovner ble fylt med trekull, som deretter ble grundig oppvarmet. I bunnen av gropen var det et hull for lufttilførsel. Først ble det blåst med håndbelger, som senere ble erstattet av mekaniske.
I de aller første smiene ble det organisert naturlig trekk. Det ble utført gjennom spesielle hull - dyser, som var plassert på veggene i den nedre delen av ovnen. Ofte ga gamle metallurger lufttilførsel gjennom bruk av et design som gjorde det mulig å oppnå effekten av et rør. De skapte et høyt og samtidig sm alt innvendig rom. Svært ofte ble slike ovner bygget ved foten av åsene. Disse stedene hadde det største naturlige vindtrykket, som ble brukt til å øke trekkraften.
Som et resultat av den pågående prosessen ble malm omdannet til metall. Samtidig rant den tomme steinen gradvis ned. Jernkorn dannet seg i bunnen av ovnen. De holdt sammen med hverandre, og ble til den såk alte "krypningen". Dette er en løs svampaktig masse impregnert med slagger. I ovnen var kjeksen hvitglødende. Det var i denne tilstanden de tok den ut og forfalsket den raskt. Slaggbiter f alt bare av. Deretter ble det resulterende materialet sveiset til et monolittisk stykke. Resultatet ble prangende jern. Sluttproduktet ble formet som et flatbrød.
Hva varsammensetning av bloom jern? Det var en legering av Fe og karbon, som var svært liten i sluttproduktet (hvis vi vurderer prosenten, så ikke mer enn hundredeler).
Det blomstrende jernet som folk fikk i råovnen var imidlertid ikke veldig hardt og holdbart. Det er grunnen til at produkter laget av slikt materiale raskt mislyktes. Spyd, økser og kniver ble bøyd og holdt seg ikke skarpe lenge.
Stål
I produksjonen av jern i smier, sammen med de myke klumper, var det også de som hadde høyere hardhet. Dette var malmbiter som var i nærkontakt med trekull under smelteprosessen. En mann la merke til dette mønsteret og begynte bevisst å øke området i kontakt med kull. Dette gjorde det mulig å karburisere jernet. Det resulterende metallet begynte å møte behovene til håndverkere og de som brukte produkter laget av det.
Dette materialet var stål. Den brukes fortsatt til i dag i produksjonen av et stort antall strukturer og produkter. Stål, smeltet av eldgamle metallurger, er hurtigjern, som inneholder opptil 2 % karbon.
Det var også noe slikt som bløtt stål. Det var flashjern, som inneholdt mindre enn 0,25 % karbon. Hvis vi tar i betraktning metallurgiens historie, var det bløtt stål som ble produsert i den innledende fasen av osteproduksjonen. Hva er et annet navn for blitzjern? Det er også en tredje variant. Når den inneholder mer enn 2 % karbon, dadet er støpejern.
Oppfinnelsen av masovnen
Blommingsmetoden for å skaffe jern ved bruk av råblodssmier var svært væravhengig. For en slik teknologi var det tross alt viktig at vinden måtte blåse inn i det produserte røret. Det var ønsket om å komme vekk fra værets luner som førte til at en person laget pelsverk. Dette var enhetene som trengs for å blåse opp ilden i råovnen.
Etter at belg dukket opp, ble det ikke lenger bygget smier for metallproduksjon i åssidene. Folk begynte å bruke en ny type ovner, k alt "ulvegroper". De var strukturer, hvorav den ene delen var i bakken, og den andre (husene) ruvet over den i form av en struktur laget av steiner holdt sammen av leire. Ved bunnen av en slik ovn var det et hull der et rør med belg ble satt inn for å blåse opp bålet. Kullet som ble lagt i huset ble brent, hvoretter det var mulig å få kjeksen. Hun ble trukket ut gjennom hullet, som ble dannet etter fjerning av flere steiner fra den nedre delen av strukturen. Deretter ble veggen restaurert og ovnen ble fylt med malm og kull for å starte på nytt.
Bright jernproduksjon har blitt stadig forbedret. Over tid begynte husene å bygges større. Dette nødvendiggjorde en økning i produktiviteten til mekanene. Som et resultat begynte kull å brenne raskere, og mettet jernet med karbon.
Støpejern
Hva heter høykarbonflashjernet? Som det varnevnt ovenfor, dette er støpejern som er så vanlig i dag. Dens kjennetegn er evnen til å smelte ved relativt lave temperaturer.
Tegljern - støpejern i fast form - det var umulig å smi. Det er grunnen til at de gamle metallurgene ikke ga ham oppmerksomhet til å begynne med. Fra et enkelt slag med en hammer knuste dette materialet ganske enkelt i stykker. I denne forbindelse ble støpejern, så vel som slagg, opprinnelig ansett som et avfallsprodukt. I England ble dette metallet til og med k alt «pig iron». Og bare over tid innså folk at dette produktet, mens det er i flytende form, kan helles i former for å få forskjellige produkter, for eksempel kanonkuler. Takket være denne oppdagelsen i 14-15 århundrer. i industrien begynte å bygge masovner for produksjon av råjern. Høyden på slike strukturer nådde 3 meter eller mer. Med deres hjelp ble støpejern smeltet for produksjon av ikke bare kanonkuler, men også selve kanonene.
Utvikling av masovnsproduksjon
En reell revolusjon i metallurgisk virksomhet skjedde på 80-tallet av 1700-tallet. Det var da en av Demidovs funksjonærer bestemte at for større effektivitet i driften av masovner, skulle luft tilføres dem ikke gjennom en, men gjennom to dyser, som skulle være plassert på begge sider av ildstedet. Gradvis vokste antallet slike dyser. Dette gjorde det mulig å gjøre blåseprosessen mer jevn, øke diameteren på ildstedet og øke produktiviteten til ovnene.
Utviklingen av masovnsproduksjon ble også tilrettelagt ved utskifting av trekull,for hvilke skoger ble hugget, for koks. I 1829, i Skottland, ved Clayde-anlegget, ble varm luft blåst inn i masovnen for første gang. En slik innovasjon økte produktiviteten til ovnen betydelig og reduserte drivstofforbruket. I dag har masovnsprosessen blitt forbedret ved å erstatte noe av koksen med naturgass, som har en enda lavere kostnad.
Bulat
Hva heter blitzjernet, som har unike egenskaper som ble brukt i produksjonen av våpen? Vi kjenner dette materialet som damaskstål. Dette metallet, som Damaskus-stål, er en legering av jern og karbon. I motsetning til de andre artene er det imidlertid et prangende jern med gode egenskaper. Den er spenstig og hard, og også i stand til å produsere eksepsjonell skarphet i bladet.
Metallurger fra mange land har forsøkt å avdekke hemmeligheten bak produksjonen av damaskstål i mer enn ett århundre. Et stort antall oppskrifter og metoder ble foreslått som inkluderte tilsetning av elfenben, edelstener, gull og sølv til jern. Hemmeligheten bak damaskstål ble imidlertid avslørt først i første halvdel av 1900-tallet av den bemerkelsesverdige russiske metallurgen P. P. Anosov. De tok blomstrende jern, som ble lagt i en ovn med trekull, der en åpen ild brant. Metallet smeltet, mettet med karbon. På den tiden var den dekket med krystallinsk dolomittslagg, noen ganger med tilsetning av den reneste jernskalaen. Under et slikt lag ble metallet svært intensivt frigjort fra silisium, fosfor, svovel og oksygen. Det var imidlertid ikke alt. Det resulterende stålet måtte avkjøles så mye som muligtregere og roligere. Dette gjorde det mulig å danne først og fremst store krystaller med en forgrenet struktur (dendritter). Slik avkjøling skjedde direkte i ildstedet, som var fylt med varmt kull. På neste trinn ble det utført dyktig smiing, hvor den resulterende strukturen ikke skulle kollapse.
De unike egenskapene til damaskstål fant senere en forklaring i arbeidene til en annen russisk metallurg D. K. Chernov. Han forklarte at dendritter er ildfaste, men relativt mykt stål. Rommet mellom deres "grener" i prosessen med størkning av jern er fylt med mer mettet karbon. Det vil si at mykt stål er omgitt av hardere stål. Dette forklarer egenskapene til damaskstål, inneholdt i dets viskositet og samtidig høy styrke. En slik stålhybrid under smelting beholder sin trestruktur, og snur den bare fra en rett linje til en sikksakk-linje. Egenheten til det resulterende mønsteret avhenger i stor grad av slagretningen, styrken, samt smedens dyktighet.
Damascus steel
I oldtiden var dette metallet det samme damaskstålet. Men litt senere begynte Damaskus-stål å bli k alt et materiale oppnådd ved å smi sveising fra et stort antall ledninger eller strimler. Disse elementene var laget av stål. Dessuten var hver av dem preget av forskjellig karboninnhold.
Kunsten å lage et slikt metall nådde sin største utvikling i middelalderen. For eksempel, i strukturen til det velkjente japanske bladet, fant forskerneca. 4 millioner ståltråder med mikroskopisk tykkelse. Denne sammensetningen gjorde prosessen med å lage våpen svært arbeidskrevende.
Produksjon under moderne forhold
Gamle metallurger la igjen et utvalg av deres ferdigheter, ikke bare innen våpen. Det mest slående eksemplet på rent blomstrende jern er den berømte søylen som ligger nær hovedstaden i India. Arkeologer bestemte alderen til dette monumentet av metallurgisk kunst. Det viste seg at søylen ble bygget for ytterligere 1,5 tusen år siden. Men det mest overraskende ligger i det faktum at det i dag er umulig å oppdage selv små spor av korrosjon på overflaten. Materialet i kolonnen ble utsatt for nøye undersøkelse. Det viste seg at dette er rent flashjern, som inneholder kun 0,28 % urenheter. En slik oppdagelse forbløffet selv moderne metallurger.
Over tid mistet prangende jern gradvis sin popularitet. Metallet som ble smeltet i en åpen ildsted eller masovn begynte å nyte den største etterspørselen. Ved anvendelse av disse metodene oppnås imidlertid et produkt med utilstrekkelig renhet. Det er grunnen til at den eldste metoden for å produsere dette materialet nylig har fått sitt andre liv, som gjør det mulig å produsere metall med de høyeste kvalitetsegenskaper.
Hva heter blitzjern i dag? Det er kjent for oss som et direkte reduksjonsmetall. Selvfølgelig produseres ikke blomstrende jern i dag på samme måte som i gamle tider. For produksjonen brukes de mest moderne teknologiene. De gjør det mulig å produsere metall som har praktisk t alt ingenfremmede urenheter. Roterende rørovner brukes i produksjonen. Slike strukturelle elementer brukes til å fyre forskjellige bulkmaterialer ved bruk av høye temperaturer i kjemisk industri, sement og mange andre industrier.
Hva heter blitzjern nå? Den regnes som ren og brukes til å oppnå en metode som i hovedsak ikke er mye forskjellig fra den som eksisterte i antikken. Fremdeles bruker metallurger jernmalm, som varmes opp i prosessen med å oppnå sluttproduktet. Men i dag blir råvarer i utgangspunktet utsatt for ytterligere bearbeiding. Det er beriket, og skaper et slags konsentrat.
Moderne industri bruker to metoder. Begge lar deg få jern fra kraftfôr.
Den første av disse metodene er basert på å bringe råvarer til ønsket temperatur ved å bruke fast brensel. En slik prosess er veldig lik den som ble utført av de gamle metallurgene. I stedet for fast brensel kan det brukes gass, som er en kombinasjon av hydrogen og karbonmonoksid.
Hva går før du får dette materialet? Hva heter blitzjern i dag? Etter oppvarming av jernmalmkonsentratet forblir pellets i ovnen. Det er fra dem rent metall deretter produseres.
Den andre metoden som brukes til å gjenopprette jern, er veldig lik den første i teknologi. Den eneste forskjellen er at metallurger bruker rent hydrogen som drivstoff for oppvarming av konsentratet. Med denne metoden oppnås jern mye raskere. Nøyaktigderfor kjennetegnes det av en høyere kvalitet, fordi i prosessen med interaksjon av hydrogen med anriket malm, oppnås bare to stoffer. Den første av disse er rent jern, og den andre er vann. Det kan antas at denne metoden er veldig populær i moderne metallurgi. Imidlertid brukes det i dag sjelden, og som regel bare for produksjon av jernpulver. Dette forklares med det faktum at det er ganske vanskelig å få tak i rent hydrogen, både når det gjelder å løse tekniske problemer og på grunn av økonomiske vanskeligheter. Lagring av det mottatte drivstoffet er også en vanskelig oppgave.
Relativt nylig har forskere utviklet en annen, tredje metode for produksjon av redusert jern. Det innebærer å skaffe metall fra malmkonsentrat, uten å gå gjennom stadiet av dets transformasjon til pellets. Studier har vist at med denne metoden kan rent jern produseres mye raskere. Denne metoden har imidlertid ennå ikke blitt implementert i industrien, da den krever betydelige teknologiske endringer og en endring i utstyret til metallurgibedrifter.
Hva heter blitzjern i dag? Dette materialet er kjent for oss som et direkte reduksjonsmetall, noen ganger kalles det også svampaktig. Dette er et kostnadseffektivt, høykvalitets, miljøvennlig materiale som ikke har urenheter av fosfor og svovel. På grunn av sine egenskaper brukes blomstrende jern i verkstedindustrien (luftfart, skipsbygging og instrumentering).
Fechral
Som du kan se, i dag når du brukerde mest moderne teknologiene bruker slikt materiale som blomstrende jern. Fechral er også en ettertraktet legering. I tillegg til jern inneholder det komponenter som krom og aluminium. Nikkel er også tilstede i strukturen, men ikke mer enn 0,6%.
Fechral har god elektrisk motstand, høy hardhet, fungerer utmerket med høy alumina keramikk, har ingen tendens til gropdannelse og er varmebestandig i en atmosfære som inneholder svovel og dets forbindelser, hydrogen og karbon. Men tilstedeværelsen av jern i legeringen gjør den ganske sprø, noe som gjør det vanskelig å behandle materialet ved fremstilling av ulike produkter.
Fechral brukes til produksjon av varmeelementer til laboratorie- og industriovner, hvor maksimal driftstemperatur er 1400 grader. Noen ganger brukes deler fra denne legeringen til andre formål. De er plassert i husholdningsoppvarmingsapparater, så vel som i elektriske enheter med termisk virkning. Fechral har vært mye brukt i produksjonen av elektroniske sigaretter. Også en legering av jern, aluminium og krom er etterspurt innen produksjon av resistive elementer. Dette kan for eksempel være start-bremsemotstander til elektriske lokomotiver.
Fechral brukes til å produsere tråd, samt tråd og bånd. Noen ganger oppnås sirkler og stenger fra den. Alle disse produktene brukes til fremstilling av ulike former for varmeovner for elektriske ovner.
