Jern er et element, der er kendt for alle mennesker på vores planet. Og der er ikke noget overraskende i dette. Faktisk, hvad angår dets indhold i jordskorpen (op til 5%), er denne komponent den mest almindelige. Imidlertid kan kun en fyrretydedel af disse reserver findes i forekomster, der er egnede til udvikling. De vigtigste malmmineraler i jern er siderit, brun jernmalm, hæmatit og magnetit.
Oprindelse af navnet
Hvorfor har jern dette navn? Hvis vi betragter tabellen over kemiske elementer, så er denne komponent markeret som "ferrum". Det er forkortet som Fe.
Ifølge mange etymologer kom ordet "jern" til os fra det protoslaviske sprog, hvor det lød som zelezo. Og dette navn kom fra de gamle grækeres leksikon. De kaldte det metal, der er så berømt i dag, "jern".
Der er en anden version. Ifølge hende kom navnet "jern" til os fra latin, hvorbetød "stjerneklar". Forklaringen på dette ligger i, at de første prøver af dette grundstof, som blev opdaget af mennesker, var af meteoritoprindelse.
Jernbrug
I menneskehedens historie var der en periode, hvor folk værdsatte jern mere end guld. Denne kendsgerning er registreret i Homers Odyssey, som siger, at vinderne af spillene arrangeret af Achilleus fik udover guld et stykke jern. Dette metal var essentielt for næsten alle håndværkere, bønder og krigere. Og det var det enorme behov for det, der blev den bedste motor til fremstilling af dette materiale, såvel som yderligere tekniske fremskridt i fremstillingen.
9-7 cc. f. Kr. betragtes som jernalderen i menneskehedens historie. I denne periode begyndte mange stammer og folk i Asien og Europa at udvikle metallurgi. Jern er dog stadig i høj efterspørgsel i dag. Det er trods alt stadig det vigtigste materiale, der bruges til fremstilling af værktøj.
Osteprodukt
Hvad er teknologien til fremstilling af blomstrende jern, som menneskeheden begyndte at udvinde ved begyndelsen af udviklingen af metallurgi? Den allerførste metode, som menneskeheden opfandt, blev kaldt ostefremstilling. Desuden blev den brugt i 3000 år og ændrede sig ikke fra tidspunktet for slutningen af bronzealderen til perioden frem til det 13. århundrede. Højovnen er ikke opfundet i Europa. Denne metode blev kaldt rå. Horn for ham blev bygget af sten eller ler. Nogle gange fungerede slaggestykker som materiale til deres vægge. Den sidste version af smedjen indefra varbelagt med ildfast ler, hvortil der blev tilføjet sand eller knust horn for at forbedre kvaliteten.
Hvad gør blitzjern? De forberedte gruber blev fyldt med "rå" eng eller sumpmalm. Smelterummet i sådanne ovne var fyldt med trækul, som derefter blev grundigt opvarmet. I bunden af brønden var der et hul til lufttilførsel. Først blev den blæst med håndbælge, som senere blev erstattet af mekaniske.
I de allerførste smedjer blev der organiseret naturligt træk. Det blev udført gennem specielle huller - dyser, som var placeret på væggene i den nederste del af ovnen. Ofte leverede gamle metallurger luftforsyning gennem brug af et design, der gjorde det muligt at opnå effekten af et rør. De skabte et højt og samtidig sm alt indvendigt rum. Meget ofte blev sådanne ovne bygget ved foden af bakkerne. Disse steder havde det største naturlige vindtryk, som blev brugt til at øge trækkraften.
Som et resultat af den igangværende proces blev malm omdannet til metal. Samtidig flød den tomme sten gradvist ned. Jernkorn dannet i bunden af ovnen. De holdt sammen med hinanden og blev til det såkaldte "kryb". Dette er en løs svampet masse imprægneret med slagger. I ovnen var kiksen hvidglødende. Det var i denne tilstand, de tog det ud og hurtigt smedede det. Stykker af slagger faldt lige af. Derefter blev det resulterende materiale svejset til et monolitisk stykke. Resultatet blev prangende jern. Det endelige produkt var formet som et fladbrød.
Hvad varsammensætning af bloom jern? Det var en legering af Fe og kulstof, som var meget lille i slutproduktet (hvis vi betragter procentdelen, så ikke mere end hundrededele).
Det blomstrende jern, som folk modtog i råovnen, var dog ikke særlig hårdt og holdbart. Derfor mislykkedes produkter lavet af sådant materiale hurtigt. Spyd, økser og knive var bøjet og holdt sig ikke skarpe længe.
Stål
Ved fremstillingen af jern i smeder, sammen med dets bløde klumper, var der også dem, der havde en højere hårdhed. Det var malmstykker, der var i tæt kontakt med trækul under smeltningsprocessen. En mand bemærkede dette mønster og begyndte bevidst at øge området i kontakt med kul. Dette gjorde det muligt at karburisere jernet. Det resulterende metal begyndte at opfylde behovene hos håndværkere og dem, der brugte produkter fremstillet af det.
Dette materiale var stål. Det bruges stadig den dag i dag til fremstilling af et stort antal strukturer og produkter. Stål, smeltet af gamle metallurger, er flashjern, som indeholder op til 2 % kulstof.
Der var også sådan noget som blødt stål. Det var flashjern, som indeholdt mindre end 0,25 % kulstof. Hvis vi betragter metallurgiens historie, så var det blødt stål, der blev produceret i den indledende fase af osteproduktionen. Hvad er et andet navn for blitzjern? Der er også en tredje sort. Når det indeholder mere end 2% kulstof, sådet er støbejern.
Opfindelsen af højovnen
Den blomstrende metode til at skaffe jern ved hjælp af råblodede smeder var meget afhængig af vejret. For en sådan teknologi var det trods alt vigtigt, at vinden skulle blæse ind i det fremstillede rør. Det var ønsket om at komme væk fra vejrets luner, der fik en person til at skabe pelse. Det var de enheder, der var nødvendige for at blæse ilden i råovnen.
Efter fremkomsten af bælg blev smederne til metalproduktion ikke længere bygget på bjergskråninger. Folk begyndte at bruge en ny type ovne, kaldet "ulvegrave". De var strukturer, hvoraf den ene del var i jorden, og den anden (huse) ragede over det i form af en struktur lavet af sten holdt sammen af ler. I bunden af en sådan ovn var der et hul, hvori et rør af bælg blev indsat for at blæse ilden. Kullet, der blev lagt i huset, blev brændt, hvorefter det var muligt at få kikset. Hun blev trukket ud gennem hullet, som blev dannet efter fjernelse af flere sten fra den nederste del af strukturen. Derefter blev væggen restaureret, og ovnen blev fyldt med malm og kul for at starte forfra.
Bright jernproduktion er blevet konstant forbedret. Med tiden begyndte man at bygge huse større. Dette nødvendiggjorde en stigning i mekanernes produktivitet. Som et resultat begyndte kul at brænde hurtigere og mættede jernet med kulstof.
Støbejern
Hvad hedder flashjernet med højt kulstofindhold? Som det varnævnt ovenfor, er dette støbejern, der er så almindeligt i dag. Dens kendetegn er evnen til at smelte ved relativt lave temperaturer.
Tegljern - støbejern i fast form - det var umuligt at smede. Derfor var de gamle metallurger ikke opmærksomme på ham i starten. Fra et enkelt slag med en hammer knuste dette materiale simpelthen i stykker. I denne henseende blev støbejern såvel som slagger oprindeligt betragtet som et affaldsprodukt. I England blev dette metal endda kaldt "spisejern". Og først over tid indså folk, at dette produkt, mens det er i flydende form, kan hældes i forme for at opnå forskellige produkter, for eksempel kanonkugler. Takket være denne opdagelse i 14-15 århundreder. i industrien begyndte at bygge højovne til fremstilling af råjern. Højden af sådanne strukturer nåede 3 meter eller mere. Med deres hjælp blev støbejern smeltet til fremstilling af ikke kun kanonkugler, men også selve kanonerne.
Udvikling af højovnsproduktion
En reel revolution i den metallurgiske virksomhed fandt sted i 80'erne af det 18. århundrede. Det var på det tidspunkt, at en af Demidovs kontorister besluttede, at for større effektivitet i driften af højovne skulle luft tilføres dem ikke gennem en, men gennem to dyser, som skulle være placeret på begge sider af ildstedet. Gradvist voksede antallet af sådanne dyser. Dette gjorde det muligt at gøre blæseprocessen mere ensartet, øge ildstedets diameter og øge ovnenes produktivitet.
Udviklingen af højovnsproduktion blev også lettet af udskiftningen af trækul,for hvilke der blev fældet skove, for koks. I 1829, i Skotland, på Clayde-værket, blev varm luft blæst ind i højovnen for første gang. En sådan innovation øgede ovnens produktivitet betydeligt og reducerede brændstofforbruget. I dag er højovnsprocessen blevet forbedret ved at erstatte noget af koksen med naturgas, hvilket har en endnu lavere pris.
Bulat
Hvad hedder flashjernet, som har unikke egenskaber, der blev brugt til fremstilling af våben? Vi kender dette materiale som damaskstål. Dette metal er ligesom Damaskus-stål en legering af jern og kulstof. Men i modsætning til sine andre arter er det et prangende jern med gode kvaliteter. Den er spændstig og hård og også i stand til at producere enestående skarphed i klingen.
Metallurger i mange lande har forsøgt at opklare hemmeligheden bag produktionen af damaskstål i mere end et århundrede. Et stort antal opskrifter og metoder blev foreslået, som omfattede tilføjelse af elfenben, ædelsten, guld og sølv til jern. Hemmeligheden bag damaskstål blev dog først afsløret i første halvdel af det 20. århundrede af den bemærkelsesværdige russiske metallurg P. P. Anosov. De tog blomstrende jern, som blev lagt i en ovn med trækul, hvor en åben ild brændte. Metallet smeltede, mættet med kulstof. Dengang var den dækket af krystallinsk dolomitslagge, nogle gange med tilsætning af den reneste jernskala. Under et sådant lag blev metallet meget intensivt frigivet fra silicium, fosfor, svovl og ilt. Det var dog ikke alt. Det resulterende stål skulle afkøles så meget som muligtlangsommere og roligere. Dette gjorde det muligt først og fremmest at danne store krystaller med en forgrenet struktur (dendritter). En sådan afkøling fandt sted direkte i ildstedet, som var fyldt med varmt kul. På næste trin blev der udført dygtig smedning, hvor den resulterende struktur ikke skulle falde sammen.
De unikke egenskaber ved damaskstål fandt efterfølgende en forklaring i en anden russisk metallurg D. K. Chernovs værker. Han forklarede, at dendritter er ildfaste, men relativt bløde stål. Mellemrummet mellem deres "grene" i processen med størkning af jern er fyldt med mere mættet kulstof. Det vil sige, at blødt stål er omgivet af hårdere stål. Dette forklarer egenskaberne af damaskstål, indeholdt i dets viskositet og samtidig høj styrke. En sådan stålhybrid bevarer under smeltning sin træstruktur og vender den kun fra en lige linje til en zigzag-linje. Det særlige ved det resulterende mønster afhænger i høj grad af slagretningen, styrken samt smedens dygtighed.
Damascus stål
I oldtiden var dette metal det samme damaskstål. Men lidt senere begyndte Damaskus-stål at blive kaldt et materiale opnået ved smedsvejsning fra et stort antal ledninger eller strimler. Disse elementer var lavet af stål. Desuden var hver af dem karakteriseret ved et forskelligt kulstofindhold.
Kunsten at fremstille et sådant metal nåede sin største udvikling i middelalderen. For eksempel i strukturen af den velkendte japanske klinge, fandt forskerneomkring 4 millioner ståltråde af mikroskopisk tykkelse. Denne sammensætning gjorde processen med at fremstille våben meget besværlig.
Produktion under moderne forhold
Gamle metallurger efterlod en prøve af deres evner, ikke kun inden for våben. Det mest slående eksempel på rent blomstrende jern er den berømte søjle beliggende nær Indiens hovedstad. Arkæologer bestemte alderen på dette monument af metallurgisk kunst. Det viste sig, at søjlen blev bygget for yderligere 1,5 tusind år siden. Men det mest overraskende ligger i det faktum, at det i dag er umuligt at opdage selv små spor af korrosion på overfladen. Søjlens materiale blev underkastet omhyggelig undersøgelse. Det viste sig, at der er tale om rent flash-jern, som kun indeholder 0,28 % urenheder. Sådan en opdagelse forbløffede selv moderne metallurger.
Med tiden mistede prangende jern gradvist sin popularitet. Metallet smeltet i en åben ild eller højovn begyndte at nyde den største efterspørgsel. Ved anvendelse af disse metoder opnås imidlertid et produkt med utilstrækkelig renhed. Det er grunden til, at den ældste metode til fremstilling af dette materiale for nylig har fået sit andet liv, hvilket gør det muligt at fremstille metal med de højeste kvalitetsegenskaber.
Hvad hedder flashjern i dag? Det er kendt for os som et direkte reduktionsmetal. Naturligvis fremstilles blomstrende jern i dag ikke på samme måde som i oldtiden. Til dens produktion bruges de mest moderne teknologier. De gør det muligt at producere metal, der har praktisk t alt ingenfremmede urenheder. Roterende rørovne bruges i produktionen. Sådanne strukturelle elementer bruges til at brænde forskellige bulkmaterialer ved hjælp af høje temperaturer i den kemiske industri, cement og mange andre industrier.
Hvad hedder flashjern nu? Det anses for at være rent og bruges til at opnå en metode, der i det væsentlige ikke er meget forskellig fra den, der eksisterede i oldtiden. Alligevel bruger metallurger jernmalm, som opvarmes i processen med at opnå det endelige produkt. Men i dag bliver råvarer i første omgang udsat for yderligere forarbejdning. Det er beriget og skaber en slags koncentrat.
Moderne industri bruger to metoder. Begge giver dig mulighed for at få lynstrygejern fra koncentrat.
Den første af disse metoder er baseret på at bringe råmaterialer til den nødvendige temperatur ved hjælp af fast brændsel. En sådan proces ligner meget den, der blev udført af de gamle metallurger. I stedet for fast brændsel kan der bruges gas, som er en kombination af brint og kulilte.
Hvad går forud for at få dette materiale? Hvad hedder flashjern i dag? Efter opvarmning af jernmalmkoncentratet forbliver pellets i ovnen. Det er fra dem, der efterfølgende fremstilles rent metal.
Den anden metode, der bruges til at genoprette jern, ligner meget i teknologien den første. Den eneste forskel er, at metallurger bruger ren brint som brændstof til opvarmning af koncentratet. Med denne metode opnås jern meget hurtigere. Nemligderfor er det kendetegnet ved en højere kvalitet, fordi i processen med interaktion af brint med beriget malm opnås kun to stoffer. Den første af disse er rent jern, og den anden er vand. Det kan antages, at denne metode er meget populær i moderne metallurgi. Men i dag bruges det sjældent, og som regel kun til fremstilling af jernpulver. Dette forklares med, at det er ret vanskeligt at opnå ren brint, både med hensyn til at løse tekniske problemer og på grund af økonomiske vanskeligheder. Opbevaring af det modtagne brændstof er også en vanskelig opgave.
Relativt for nylig har forskere udviklet en anden, tredje metode til fremstilling af reduceret jern. Det indebærer at opnå metal fra malmkoncentrat uden at gå gennem stadiet af dets omdannelse til pellets. Undersøgelser har vist, at med denne metode kan rent jern fremstilles meget hurtigere. Denne metode er dog endnu ikke blevet implementeret i industrien, da den kræver betydelige teknologiske ændringer og en ændring i metalindustriens udstyr.
Hvad hedder flashjern i dag? Dette materiale er kendt for os som et direkte reduktionsmetal, nogle gange kaldes det også svampet. Dette er et omkostningseffektivt, højkvalitets, miljøvenligt materiale, der ikke har urenheder af fosfor og svovl. På grund af dets egenskaber bruges blomstrende jern i ingeniørindustrien (luftfart, skibsbygning og instrumentering).
Fechral
Som du kan se, i dag, når du brugerde mest moderne teknologier bruger sådant materiale som blomstrende jern. Fechral er også en eftertragtet legering. Ud over jern indeholder det komponenter som chrom og aluminium. Nikkel er også til stede i sin struktur, men ikke mere end 0,6%.
Fechral har god elektrisk modstand, høj hårdhed, fungerer godt sammen med keramik med højt aluminiumoxidindhold, har ingen tendens til gruber og er varmebestandig i en atmosfære, der indeholder svovl og dets forbindelser, brint og kul. Men tilstedeværelsen af jern i legeringen gør den ret skør, hvilket gør det vanskeligt at behandle materialet ved fremstilling af forskellige produkter.
Fechral bruges til fremstilling af varmeelementer til laboratorie- og industriovne, hvis maksimale driftstemperatur er 1400 grader. Nogle gange bruges dele fra denne legering til andre formål. De placeres i husholdningsvarmeapparater såvel som i elektriske enheder med termisk virkning. Fechral har været meget brugt i produktionen af elektroniske cigaretter. Også en legering af jern, aluminium og krom er efterspurgt inden for fremstilling af resistive elementer. Disse kan for eksempel være start-bremsemodstande på elektriske lokomotiver.
Fechral bruges til at producere tråd, såvel som tråd og bånd. Nogle gange opnås cirkler og stænger fra det. Alle disse produkter bruges til fremstilling af forskellige former for varmeapparater til elektriske ovne.
