Järn är ett element som är bekant för alla människor på vår planet. Och det finns inget förvånande i detta. När det gäller dess innehåll i jordskorpan (upp till 5%) är denna komponent den vanligaste. Men bara en fyrtiondel av dessa reserver kan hittas i fyndigheter som är lämpliga för utveckling. De huvudsakliga malmmineralerna i järn är siderit, brun järnmalm, hematit och magnetit.
Ursprunget till namnet
Varför har järn det här namnet? Om vi betraktar tabellen över kemiska element, är den här komponenten märkt som "ferrum". Det förkortas till Fe.
Enligt många etymologer kom ordet "järn" till oss från det protoslaviska språket, där det lät som zelezo. Och detta namn kom från de gamla grekernas lexikon. De kallade metallen som är så känd idag för "järn".
Det finns en annan version. Enligt henne kom namnet "järn" till oss från latin, därbetydde "stjärnklar". Förklaringen till detta ligger i det faktum att de första proverna av detta element som upptäcktes av människor var av meteoritursprung.
Järnanvändning
I mänsklighetens historia fanns det en period då människor värderade järn mer än guld. Detta faktum är nedtecknat i Homers Odyssey, som säger att vinnarna av spelen arrangerade av Achilles fick, förutom guld, en bit järn. Denna metall var nödvändig för nästan alla hantverkare, bönder och krigare. Och det var det enorma behovet av det som blev den bästa motorn för tillverkningen av detta material, såväl som ytterligare tekniska framsteg i tillverkningen.
9-7 cc. FÖRE KRISTUS. anses vara järnåldern i mänsklighetens historia. Under denna period började många stammar och folk i Asien och Europa att utveckla metallurgi. Järn är dock fortfarande i hög efterfrågan idag. Det är trots allt fortfarande det huvudsakliga materialet som används för tillverkning av verktyg.
Ostprodukt
Vilken är tekniken för att producera blomstrande järn, som mänskligheten började utvinna i början av metallurgins utveckling? Den allra första metoden som uppfanns av mänskligheten kallades osttillverkning. Dessutom användes den i 3000 år, och ändrades inte från tiden för slutet av bronsåldern fram till perioden fram till 1200-talet. Masugnen uppfanns inte i Europa. Denna metod kallades rå. Horn för honom byggdes av sten eller lera. Ibland fungerade slaggbitar som material för deras väggar. Den sista versionen av smedjan från insidan varbelagd med eldfast lera, till vilken sand eller krossat horn tillsattes för att förbättra kvaliteten.
Vad gör blixtjärn? De förberedda groparna fylldes med "rå" ängs- eller sumpmalm. Smältutrymmet för sådana ugnar fylldes med träkol, som sedan värmdes ordentligt. I botten av gropen fanns ett hål för lufttillförsel. Till en början blåstes den med handbälgar, som senare ersattes av mekaniska.
I de allra första smedjorna organiserades naturligt drag. Det utfördes genom speciella hål - munstycken, som var placerade på väggarna i den nedre delen av ugnen. Ofta tillhandahöll gamla metallurger lufttillförsel genom att använda en design som gjorde det möjligt att få effekten av ett rör. De skapade ett högt och samtidigt sm alt innerutrymme. Mycket ofta byggdes sådana ugnar vid foten av kullarna. Dessa platser hade det största naturliga vindtrycket, vilket användes för att öka dragkraften.
Som ett resultat av den pågående processen omvandlades malm till metall. Samtidigt rann den tomma stenen gradvis ner. Järnkorn bildades i botten av ugnen. De höll ihop med varandra och förvandlades till den så kallade "krypningen". Detta är en lös svampig massa impregnerad med slagg. I ugnen var knäcken vitglödig. Det var i detta tillstånd som de tog ut den och snabbt förfalskade den. Slaggbitar ramlade bara av. Därefter svetsades det resulterande materialet till ett monolitiskt stycke. Resultatet blev flashigt järn. Slutprodukten var formad som ett tunnbröd.
Vad varsammansättning av blomjärn? Det var en legering av Fe och kol, som var mycket liten i slutprodukten (om vi tar hänsyn till procenten, då inte mer än hundradelar).
Det blommande järnet som folk fick i råugnen var dock inte särskilt hårt och hållbart. Det är därför produkter gjorda av sådant material snabbt misslyckades. Spjut, yxor och knivar böjdes och höll sig inte vassa länge.
Stål
Vid tillverkning av järn i smedjor, tillsammans med dess mjuka klumpar, fanns det också de som hade högre hårdhet. Det var malmbitar som var i nära kontakt med träkol under smältningsprocessen. En man märkte detta mönster och började medvetet öka området i kontakt med kol. Detta gjorde det möjligt att kola järnet. Den resulterande metallen började möta behoven hos hantverkare och de som använde produkter gjorda av den.
Detta material var stål. Det används fortfarande i dag för tillverkning av ett stort antal strukturer och produkter. Stål, smält av forntida metallurger, är snabbjärn, som innehåller upp till 2 % kol.
Det fanns också något sådant som mjukt stål. Det var snabbjärn, som innehöll mindre än 0,25 % kol. Om vi betraktar metallurgins historia, så var det mjukt stål som producerades i det inledande skedet av ostproduktion. Vad är ett annat namn för blixtjärn? Det finns också en tredje sort. När den innehåller mer än 2% kol, alltsådet är gjutjärn.
Uppfinnandet av masugnen
Den blommande metoden att få fram järn med råblodiga smedjor var mycket beroende av vädret. För en sådan teknik var det trots allt viktigt att vinden måste blåsa in i det tillverkade röret. Det var önskan att komma bort från vädrets nycker som fick en person att skapa pälsar. Det här var enheterna som behövdes för att fläkta elden i den råa ugnen.
Efter bälgens uppkomst byggdes inte längre smedjor för metalltillverkning på sluttningar. Man började använda en ny typ av kaminer, kallade "varggropar". De var strukturer, varav en del låg i marken och den andra (husen) tornar upp sig ovanför den i form av en struktur gjord av stenar som hålls samman av lera. Vid botten av en sådan ugn fanns ett hål i vilket ett bälgrör fördes in för att fläkta elden. Kolet som lagts i huset brändes, varefter det gick att få fram knäcket. Hon drogs ut genom hålet, som bildades efter att flera stenar avlägsnats från den nedre delen av strukturen. Därefter restaurerades väggen och ugnen fylldes med malm och kol för att börja om.
Bright järnproduktion har ständigt förbättrats. Med tiden började husen byggas större. Detta krävde en ökning av mekarnas produktivitet. Som ett resultat började kol brinna snabbare och mättade järnet med kol.
Gjutjärn
Vad heter det kolh altiga blixtjärnet? Som det varnämnt ovan, detta är gjutjärn som är så vanligt idag. Dess utmärkande drag är förmågan att smälta vid relativt låga temperaturer.
Tegeljärn - gjutjärn i fast form - det var omöjligt att smida. Det var därför de gamla metallurgerna inte uppmärksammade honom först. Från ett enda slag med en hammare splittrades detta material helt enkelt i bitar. I detta avseende ansågs gjutjärn, såväl som slagg, från början vara en avfallsprodukt. I England kallades denna metall till och med "grisjärn". Och först med tiden insåg folk att denna produkt, medan den är i flytande form, kan hällas i formar för att få olika produkter, till exempel kanonkulor. Tack vare denna upptäckt på 14-15 århundraden. inom industrin började bygga masugnar för tillverkning av tackjärn. Höjden på sådana strukturer nådde 3 meter eller mer. Med deras hjälp smältes gjuterijärn för tillverkning av inte bara kanonkulor, utan även själva kanonerna.
Utveckling av masugnsproduktion
En verklig revolution inom den metallurgiska verksamheten inträffade på 80-talet av 1700-talet. Det var då som en av Demidovs kontorister beslutade att för ökad effektivitet i driften av masugnar skulle luft tillföras dem inte genom ett, utan genom två munstycken, som skulle placeras på båda sidor av härden. Gradvis växte antalet sådana munstycken. Detta gjorde det möjligt att göra blåsningsprocessen mer enhetlig, öka diametern på härden och öka ugnarnas produktivitet.
Utvecklingen av masugnsproduktion underlättades också genom ersättning av träkol,för vilka skogar huggits, för koks. 1829, i Skottland, vid Clayde-fabriken, blåstes varm luft in i masugnen för första gången. En sådan innovation ökade avsevärt ugnens produktivitet och minskade bränsleförbrukningen. Nuförtiden har masugnsprocessen förbättrats genom att en del av koksen ersatts med naturgas, vilket har en ännu lägre kostnad.
Bulat
Vad heter blixtjärnet, som har unika egenskaper som användes vid tillverkning av vapen? Vi känner till detta material som damaststål. Denna metall, som Damaskus-stål, är en legering av järn och kol. Men till skillnad från sina andra arter är det ett flashigt järn med goda egenskaper. Den är spänstig och hård och kan även ge exceptionell skärpa i bladet.
Metallurger i många länder har försökt reda ut hemligheten bakom tillverkningen av damaskstål i mer än ett sekel. Ett stort antal recept och metoder föreslogs som inkluderade tillsats av elfenben, ädelstenar, guld och silver till järn. Hemligheten med damaskstål avslöjades dock först under första hälften av 1900-talet av den anmärkningsvärda ryske metallurgen P. P. Anosov. De tog blommande järn, som lades i en ugn med kol, där en öppen eld brann. Metallen smälte, mättad med kol. På den tiden var den täckt med kristallin dolomitslagg, ibland med tillsats av den renaste järnfjällen. Under ett sådant skikt frigjordes metallen mycket intensivt från kisel, fosfor, svavel och syre. Det var dock inte allt. Det resulterande stålet måste kylas så mycket som möjligtlångsammare och lugnare. Detta gjorde det möjligt att först och främst bilda stora kristaller med en grenad struktur (dendriter). Sådan kylning skedde direkt i härden, som var fylld med hett kol. I nästa steg utfördes skickligt smide, under vilket den resulterande strukturen inte skulle kollapsa.
De unika egenskaperna hos damaskstål hittade sedan en förklaring i en annan rysk metallurg D. K. Chernovs verk. Han förklarade att dendriter är eldfasta men relativt mjukt stål. Utrymmet mellan deras "grenar" i processen för stelning av järn är fyllt med mer mättat kol. Det vill säga mjukt stål är omgivet av hårdare stål. Detta förklarar egenskaperna hos damaststål, som finns i dess viskositet och samtidigt höga hållfasthet. En sådan stålhybrid under smältning behåller sin trädstruktur och förvandlar den bara från en rak linje till en sicksack. Det speciella med det resulterande mönstret beror till stor del på slagens riktning, styrkan och smedens skicklighet.
Damascus steel
I gamla tider var denna metall samma damaskstål. Men lite senare började Damaskus-stål kallas ett material som erhållits genom smidsvetsning från ett stort antal trådar eller remsor. Dessa element var gjorda av stål. Dessutom kännetecknades var och en av dem av olika kolinnehåll.
Konsten att tillverka en sådan metall nådde sin största utveckling under medeltiden. Till exempel, i strukturen av det välkända japanska bladet, fann forskarnacirka 4 miljoner ståltrådar av mikroskopisk tjocklek. Denna sammansättning gjorde processen att tillverka vapen mycket mödosam.
Produktion i moderna förhållanden
Forntida metallurger lämnade ett prov på sin skicklighet, inte bara vad gäller vapen. Det mest slående exemplet på rent blomstrande järn är den berömda kolonnen som ligger nära Indiens huvudstad. Arkeologer bestämde åldern på detta monument av metallurgisk konst. Det visade sig att kolonnen byggdes för ytterligare 1,5 tusen år sedan. Men det mest överraskande ligger i det faktum att det idag är omöjligt att upptäcka ens små spår av korrosion på dess yta. Kolonnens material underkastades noggrann undersökning. Det visade sig att detta är rent flashjärn, som bara innehåller 0,28% föroreningar. En sådan upptäckt förvånade även moderna metallurger.
Med tiden tappade flashigt järn gradvis sin popularitet. Den metall som smälts i en öppen härd eller masugn började åtnjuta den största efterfrågan. Vid tillämpning av dessa metoder erhålls emellertid en produkt med otillräcklig renhet. Det är därför som den äldsta metoden för att tillverka detta material nyligen har fått sitt andra liv, vilket gör det möjligt att producera metall med högsta kvalitetsegenskaper.
Vad heter blixtjärn idag? Den är bekant för oss som en direkt reduktionsmetall. Naturligtvis framställs inte blomstrande järn idag på samma sätt som i forna tider. För dess produktion används de mest moderna teknikerna. De gör det möjligt att tillverka metall som har praktiskt taget nrfrämmande föroreningar. Roterande rörugnar används i produktionen. Sådana strukturella element används för eldning av olika bulkmaterial med höga temperaturer inom kemi-, cement- och många andra industrier.
Vad heter blixtjärn nu? Den anses vara ren och används för att erhålla en metod som i huvudsak inte skiljer sig mycket från den som fanns i antiken. Ändå använder metallurger järnmalm, som värms upp i processen för att erhålla den slutliga produkten. Men idag utsätts råvaror initi alt för ytterligare bearbetning. Det berikas och skapar ett slags koncentrat.
Modern industri använder två metoder. Båda gör att du kan få snabbjärn från koncentrat.
Den första av dessa metoder är baserad på att få råvaror till den temperatur som krävs med hjälp av fast bränsle. En sådan process är mycket lik den som utfördes av de gamla metallurgerna. Istället för fast bränsle kan gas användas, som är en kombination av väte och kolmonoxid.
Vad föregår att få det här materialet? Vad heter blixtjärn idag? Efter uppvärmning av järnmalmskoncentratet finns pellets kvar i ugnen. Det är från dem som ren metall sedan framställs.
Den andra metoden som används för att återställa järn är mycket lik den första tekniken. Den enda skillnaden är att metallurger använder rent väte som bränsle för att värma koncentratet. Med denna metod erhålls järn mycket snabbare. Exaktdärför kännetecknas det av en högre kvalitet, eftersom i processen för interaktion av väte med anrikad malm erhålls endast två ämnen. Den första av dessa är rent järn, och den andra är vatten. Det kan antas att denna metod är mycket populär inom modern metallurgi. Men idag används det sällan, och som regel endast för framställning av järnpulver. Detta förklaras av det faktum att det är ganska svårt att få rent väte, både när det gäller att lösa tekniska problem och på grund av ekonomiska svårigheter. Lagring av det mottagna bränslet är också en svår uppgift.
Relativt nyligen har forskare utvecklat en annan, tredje metod för produktion av reducerat järn. Det handlar om att erhålla metall från malmkoncentrat, utan att gå igenom stadiet av dess omvandling till pellets. Studier har visat att med denna metod kan rent järn produceras mycket snabbare. Denna metod har dock ännu inte implementerats i industrin, eftersom den kräver betydande tekniska förändringar och en förändring av utrustningen hos metallurgiföretag.
Vad heter blixtjärn idag? Detta material är bekant för oss som en direkt reduktionsmetall, ibland kallas det också svampigt. Detta är ett kostnadseffektivt, högkvalitativt, miljövänligt material som inte innehåller föroreningar av fosfor och svavel. På grund av dess egenskaper används blomstrande järn inom verkstadsindustrin (flyg, skeppsbyggnad och instrumentering).
Fechral
Som du kan se, idag när du använderden mest moderna tekniken använder sådant material som blommande järn. Fechral är också en eftertraktad legering. Förutom järn innehåller det komponenter som krom och aluminium. Nickel finns också i sin struktur, men inte mer än 0,6%.
Fechral har bra elektriskt motstånd, hög hårdhet, fungerar utmärkt med keramik med hög aluminiumoxid, har ingen tendens till gropbildning och är värmebeständig i en atmosfär som innehåller svavel och dess föreningar, väte och kol. Men närvaron av järn i legeringen gör den ganska spröd, vilket gör det svårt att bearbeta materialet vid tillverkning av olika produkter.
Fechral används vid tillverkning av värmeelement för laboratorie- och industriugnar, vars maximala driftstemperatur är 1400 grader. Ibland används delar från denna legering för andra ändamål. De placeras i hushållsvärmeapparater, såväl som i elektriska apparater med termisk verkan. Fechral har använts i stor utsträckning vid tillverkning av elektroniska cigaretter. Dessutom efterfrågas en legering av järn, aluminium och krom inom området för tillverkning av resistiva element. Dessa kan till exempel vara start-bromsmotstånd på ellok.
Fechral används för att tillverka tråd, såväl som tråd och band. Ibland erhålls cirklar och stavar från det. Alla dessa produkter används vid tillverkning av olika former av värmare för elektriska ugnar.
