Dzelzs ir elements, kas ir pazīstams ikvienam mūsu planētas cilvēkam. Un šajā ziņā nav nekā pārsteidzoša. Patiešām, tā satura ziņā zemes garozā (līdz 5%) šī sastāvdaļa ir visizplatītākā. Taču tikai četrdesmitā daļa no šīm rezervēm atrodama attīstībai piemērotos noguldījumos. Galvenie dzelzs rūdas minerāli ir siderīts, brūnā dzelzsrūda, hematīts un magnetīts.
Nosaukuma izcelsme
Kāpēc dzelzs ir šāds nosaukums? Ja mēs uzskatām ķīmisko elementu tabulu, tad tajā šis komponents ir atzīmēts kā "ferrum". Tas ir saīsināts kā Fe.
Pēc daudzu etimologu domām, vārds "dzelzs" pie mums nāca no protoslāvu valodas, kurā tas skanēja kā zelezo. Un šis nosaukums cēlies no seno grieķu leksikas. Mūsdienās tik slaveno metālu viņi sauca par dzelzi.
Ir arī cita versija. Pēc viņas teiktā, nosaukums "dzelzs" nāca pie mums no latīņu valodas, kurnozīmē "zvaigžņots". Izskaidrojums tam ir fakts, ka pirmie cilvēku atklātie šī elementa paraugi bija meteorītu izcelsmes.
Dzelzs izmantošana
Cilvēces vēsturē bija periods, kad cilvēki dzelzi novērtēja vairāk nekā zeltu. Šis fakts ir ierakstīts Homēra Odisijā, kurā teikts, ka Ahileja sarīkoto spēļu uzvarētājiem papildus zeltam tika dots arī dzelzs gabals. Šis metāls bija būtisks gandrīz visiem amatniekiem, zemniekiem un karotājiem. Un tieši milzīgā vajadzība pēc tā kļuva par labāko dzinēju šī materiāla ražošanai, kā arī turpmāko tehnisko progresu tā ražošanā.
9-7 cc. BC. cilvēces vēsturē uzskatīts par dzelzs laikmetu. Šajā periodā daudzas Āzijas un Eiropas ciltis un tautas sāka attīstīt metalurģiju. Tomēr dzelzs joprojām ir ļoti pieprasīts šodien. Galu galā tas joprojām ir galvenais instrumentu ražošanā izmantotais materiāls.
Siera produkts
Kāda ir blūžu dzelzs ražošanas tehnoloģija, ko cilvēce sāka iegūt metalurģijas attīstības rītausmā? Pati pirmā cilvēces izgudrotā metode tika saukta par siera gatavošanu. Turklāt tas tika izmantots 3000 gadus, nemainot no bronzas laikmeta beigām līdz 13. gadsimtam. Domnas krāsns netika izgudrota Eiropā. Šo metodi sauca par neapstrādātu. Ragi viņam tika būvēti no akmens vai māla. Dažreiz izdedžu gabali darbojās kā materiāls to sienām. Pēdējā kaluma versija no iekšpuses bijapārklāts ar ugunsizturīgu mālu, kuram kvalitātes uzlabošanai tika pievienotas smiltis vai drupināts rags.
Kas padara zibspuldzi? Sagatavotās bedres aizpildīja ar “jēlu” pļavu vai purva rūdu. Šādu krāšņu kušanas telpa tika piepildīta ar kokogli, kas pēc tam tika rūpīgi uzsildīta. Bedres apakšā bija caurums gaisa padevei. Sākumā to pūta ar rokas plēšām, kuras vēlāk nomainīja mehāniskās.
Pašos pirmajos kalumos tika organizēta dabiskā iegrime. Tas tika veikts caur īpašiem caurumiem - sprauslām, kas atradās uz krāsns apakšējās daļas sienām. Bieži senie metalurgi nodrošināja gaisa padevi, izmantojot konstrukciju, kas ļāva iegūt caurules efektu. Viņi radīja augstu un tajā pašā laikā šauru iekšējo telpu. Ļoti bieži šādas krāsnis tika uzceltas kalnu pakājē. Šajās vietās bija vislielākais dabiskais vēja spiediens, kas tika izmantots, lai palielinātu saķeri.
Notiekošā procesa rezultātā rūda tika pārvērsta metālā. Tajā pašā laikā tukšais akmens pamazām plūda lejā. Dzelzs graudi veidojās krāsns apakšā. Viņi salipa viens ar otru, pārvēršoties tā sauktajā "rāpojumā". Šī ir irdena, poraina masa, kas piesūcināta ar sārņiem. Cepeškrāsnī krekers bija b alti karsts. Tieši tādā stāvoklī viņi to izņēma un ātri viltoja. Tikko nokrita izdedžu gabali. Tālāk iegūtais materiāls tika metināts monolītā gabalā. Rezultāts bija spilgts dzelzs. Galaprodukts tika veidots kā plātsmaize.
Kas bijaziedu dzelzs sastāvs? Tas bija Fe un oglekļa sakausējums, kas galaproduktā bija ļoti mazs (ja ņemam vērā procentuālo daļu, tad ne vairāk kā simtdaļas).
Tomēr ziedošais dzelzs, ko cilvēki saņēma neapstrādātā krāsnī, nebija īpaši ciets un izturīgs. Tāpēc produkti, kas izgatavoti no šāda materiāla, ātri cieta neveiksmi. Šķēpi, cirvji un naži bija saliekti un ilgi nepalika asi.
Tērauds
Dzelzs ražošanā kalumos līdzās mīkstajiem kunkuļiem bija arī tādi, kuriem bija lielāka cietība. Tie bija rūdas gabali, kas kausēšanas procesā bija ciešā saskarē ar kokogli. Kāds vīrietis pamanīja šo modeli un sāka apzināti palielināt zonu, kas saskaras ar oglēm. Tas ļāva karburizēt dzelzi. Iegūtais metāls sāka apmierināt amatnieku un no tā izgatavoto izstrādājumu lietotāju vajadzības.
Šis materiāls bija tērauds. To joprojām izmanto daudzu konstrukciju un izstrādājumu ražošanā. Tērauds, ko kausēja senie metalurgi, ir dzelzs, kas satur līdz 2% oglekļa.
Bija arī tāda lieta kā vieglais tērauds. Tas bija gludeklis, kas saturēja mazāk nekā 0,25% oglekļa. Ja ņemam vērā metalurģijas vēsturi, tad siera ražošanas sākumposmā tika ražots vieglais tērauds. Kāds ir cits zibspuldzes gludekļa nosaukums? Ir arī trešā šķirne. Kad tas satur vairāk nekā 2% oglekļa, tadtas ir čuguns.
Domnas izgudrojums
Ziedēšanas metode dzelzs iegūšanai, izmantojot jēlasiņu kalumus, bija ļoti atkarīga no laikapstākļiem. Galu galā šādai tehnoloģijai bija svarīgi, lai vējš iepūstu izgatavotajā caurulē. Tieši vēlme atrauties no laikapstākļu kaprīzēm lika cilvēkam radīt kažokādas. Šīs bija ierīces, kas bija nepieciešamas, lai uzpūstu uguni jēlkrāsnī.
Pēc silfonu parādīšanās kalnu nogāzēs vairs nebūvēja metāla ražošanas kalumus. Cilvēki sāka izmantot jauna veida krāsnis, ko sauca par "vilku bedrēm". Tās bija konstrukcijas, no kurām viena daļa atradās zemē, bet otra (mājas) pacēlās virs tās no akmeņiem veidotas konstrukcijas veidā, ko kopā saturēja māls. Šādas krāsns pamatnē bija bedre, kurā tika ievietota silfona caurule, lai uzpūstu uguni. Mājā ieliktās ogles tika sadedzinātas, pēc kā varēja dabūt krekeri. Viņa tika izvilkta caur caurumu, kas izveidojās pēc vairāku akmeņu noņemšanas no konstrukcijas apakšējās daļas. Pēc tam siena tika atjaunota un krāsns tika piepildīta ar rūdu un oglēm, lai sāktu no jauna.
Spilgtās dzelzs ražošana ir pastāvīgi uzlabota. Laika gaitā mājas sāka būvēt lielākas. Tas radīja nepieciešamību palielināt mehānisma produktivitāti. Tā rezultātā ogles sāka degt ātrāk, piesātinot dzelzi ar oglekli.
Čuguns
Kā sauc gludekli ar augstu oglekļa saturu? Kā tas bijaminēts iepriekš, tas ir mūsdienās tik izplatīts čuguns. Tā atšķirīgā iezīme ir spēja kust salīdzinoši zemā temperatūrā.
Ķieģeļu čuguns - čuguns cietā veidā - nebija iespējams k alt. Tāpēc senie metalurgi sākumā viņam nepievērsa nekādu uzmanību. No viena sitiena ar āmuru šis materiāls vienkārši sadalījās gabalos. Šajā sakarā čuguns, kā arī izdedži sākotnēji tika uzskatīti par atkritumu produktu. Anglijā šo metālu pat sauca par "čugunu". Un tikai laika gaitā cilvēki saprata, ka šo produktu, kamēr tas ir šķidrā veidā, var liet veidnēs, lai iegūtu dažādus produktus, piemēram, lielgabala lodes. Pateicoties šim atklājumam 14-15 gs. rūpniecībā sāka būvēt domnas čuguna ražošanai. Šādu konstrukciju augstums sasniedza 3 metrus vai vairāk. Ar viņu palīdzību tika kausēta liešanas dzelzs ne tikai lielgabalu ložu, bet arī pašu lielgabalu ražošanai.
Domnas ražošanas attīstība
Īsta revolūcija metalurģijas biznesā notika 18. gadsimta 80. gados. Toreiz viens no Demidova klerkiem nolēma, ka lielākai domnu darbības efektivitātei viņiem gaiss jāpiegādā nevis caur vienu, bet pa divām sprauslām, kurām jāatrodas abās pavarda pusēs. Pamazām šādu sprauslu skaits pieauga. Tas ļāva padarīt pūšanas procesu vienmērīgāku, palielināt pavarda diametru un palielināt krāšņu produktivitāti.
Domnu ražošanas attīstību veicināja arī kokogļu nomaiņa,par ko tika izcirsti meži, par koksu. 1829. gadā Skotijā, Clayde rūpnīcā, pirmo reizi domnā tika iepūsts karsts gaiss. Šāds jauninājums ievērojami palielināja krāsns produktivitāti un samazināja degvielas patēriņu. Mūsdienās domnas process ir uzlabots, daļu koksa aizstājot ar dabasgāzi, kuras izmaksas ir vēl zemākas.
Bulat
Kā sauc zibspuldzi, kurai ir unikālas īpašības, kas tika izmantotas ieroču ražošanā? Mēs zinām šo materiālu kā damaskas tēraudu. Šis metāls, tāpat kā Damaskas tērauds, ir dzelzs un oglekļa sakausējums. Tomēr atšķirībā no citām sugām tas ir spilgts dzelzs ar labām īpašībām. Tas ir elastīgs un ciets, kā arī spēj radīt izcilu asumu asmenī.
Daudzu valstu metalurgi jau vairāk nekā gadsimtu ir mēģinājuši atklāt damastas tērauda ražošanas noslēpumu. Tika ierosināts liels skaits recepšu un metožu, kas ietvēra ziloņkaula, dārgakmeņu, zelta un sudraba pievienošanu dzelzs. Taču damaskas tērauda noslēpumu tikai 20. gadsimta pirmajā pusē atklāja ievērojamais krievu metalurgs P. P. Anosovs. Viņi paņēma ziedošu dzelzi, kas tika ielikta krāsnī ar oglēm, kur dega atklāta uguns. Metāls izkusis, piesātināts ar oglekli. Toreiz to klāja ar kristāliskiem dolomīta izdedžiem, dažkārt pievienojot tīrākās dzelzs skalas. Zem šāda slāņa metāls ļoti intensīvi atbrīvojās no silīcija, fosfora, sēra un skābekļa. Tomēr tas nebija viss. Iegūtais tērauds bija pēc iespējas vairāk jāatdzesēlēnāk un mierīgāk. Tas ļāva veidot, pirmkārt, lielus kristālus ar sazarotu struktūru (dendrītus). Šāda dzesēšana notika tieši pavardā, kas tika piepildīta ar karstām oglēm. Nākamajā posmā tika veikta prasmīga kalšana, kuras laikā iegūtajai struktūrai nevajadzētu sabrukt.
Damaskas tērauda unikālās īpašības vēlāk tika izskaidrotas cita Krievijas metalurga D. K. Černova darbos. Viņš paskaidroja, ka dendrīti ir ugunsizturīgs, bet salīdzinoši mīksts tērauds. Telpa starp to "zariem" dzelzs sacietēšanas procesā ir piepildīta ar piesātinātu oglekli. Tas ir, mīksto tēraudu ieskauj cietāks tērauds. Tas izskaidro damaskas tērauda īpašības, ko satur tā viskozitāte un vienlaikus augsta izturība. Šāds tērauda hibrīds kušanas laikā saglabā savu koka struktūru, pārvēršot to tikai no taisnas līnijas uz zigzaga līniju. Iegūtā raksta īpatnība lielā mērā ir atkarīga no sitienu virziena, spēka, kā arī no kalēja prasmes.
Damaskas tērauds
Senos laikos šis metāls bija tas pats damaskas tērauds. Tomēr nedaudz vēlāk Damaskas tēraudu sāka saukt par materiālu, kas iegūts ar k altu metināšanu no liela skaita stiepļu vai sloksņu. Šie elementi bija izgatavoti no tērauda. Turklāt katram no tiem bija atšķirīgs oglekļa saturs.
Šāda metāla izgatavošanas māksla savu lielāko attīstību sasniedza viduslaikos. Piemēram, labi zināmā japāņu asmens struktūrā pētnieki atklājaapmēram 4 miljoni mikroskopiska biezuma tērauda diegu. Šis sastāvs padarīja ieroču izgatavošanas procesu ļoti darbietilpīgu.
Ražošana mūsdienu apstākļos
Senie metalurgi atstāja savu prasmju paraugu ne tikai ieroču jomā. Visspilgtākais tīras ziedēšanas dzelzs piemērs ir slavenā kolonna, kas atrodas netālu no Indijas galvaspilsētas. Arheologi noteica šī metalurģijas mākslas pieminekļa vecumu. Izrādījās, ka kolonna celta vēl pirms 1,5 tūkstošiem gadu. Bet pats pārsteidzošākais ir fakts, ka šodien uz tās virsmas nav iespējams atklāt pat nelielas korozijas pēdas. Kolonnas materiāls tika rūpīgi pārbaudīts. Izrādījās, ka tas ir tīrs dzelzis, kas satur tikai 0,28% piemaisījumu. Šāds atklājums pārsteidza pat mūsdienu metalurgus.
Laika gaitā spilgtais dzelzs pakāpeniski zaudēja savu popularitāti. Vislielāko pieprasījumu sāka baudīt martenā vai domnā kausētais metāls. Tomēr, pielietojot šīs metodes, tiek iegūts nepietiekamas tīrības produkts. Tieši tāpēc senākā šī materiāla ražošanas metode nesen ir ieguvusi savu otro mūžu, kas ļauj ražot metālu ar visaugstākajām kvalitātes īpašībām.
Kā mūsdienās sauc gludekli? Tas mums ir pazīstams kā tiešās reducēšanas metāls. Protams, mūsdienās zeltniekzelzi ražo ne tāpat kā senos laikos. Tās ražošanai tiek izmantotas vismodernākās tehnoloģijas. Tie ļauj ražot metālu, kuram praktiski navsvešzemju piemaisījumiem. Ražošanā tiek izmantotas rotācijas cauruļu krāsnis. Šādi konstrukcijas elementi tiek izmantoti dažādu beztaras materiālu apdedzināšanai, izmantojot augstu temperatūru ķīmiskajā, cementa un daudzās citās nozarēs.
Kā tagad sauc gludekli? To uzskata par tīru un izmanto, lai iegūtu metodi, kas būtībā daudz neatšķiras no tās, kas pastāvēja senos laikos. Joprojām metalurgi izmanto dzelzsrūdu, ko galaprodukta iegūšanas procesā karsē. Tomēr šodien izejvielas sākotnēji tiek pakļautas papildu apstrādei. Tas ir bagātināts, radot sava veida koncentrātu.
Mūsdienu rūpniecība izmanto divas metodes. Abas no tām ļauj iegūt dzelzi no koncentrāta.
Pirmā no šīm metodēm ir balstīta uz izejvielu sasildīšanu līdz vajadzīgajai temperatūrai, izmantojot cieto kurināmo. Šāds process ir ļoti līdzīgs tam, ko veica senie metalurgi. Cietā kurināmā vietā var izmantot gāzi, kas ir ūdeņraža un oglekļa monoksīda kombinācija.
Kas notiek pirms šī materiāla iegūšanas? Kā mūsdienās sauc zibspuldzi? Pēc dzelzsrūdas koncentrāta karsēšanas granulas paliek krāsnī. No tiem vēlāk tiek ražots tīrs metāls.
Otrā dzelzs atjaunošanas metode pēc tehnoloģijas ir ļoti līdzīga pirmajai. Vienīgā atšķirība ir tā, ka metalurgi koncentrāta karsēšanai izmanto tīru ūdeņradi. Ar šo metodi dzelzi iegūst daudz ātrāk. Tieši tātāpēc tas izceļas ar augstāku kvalitāti, jo ūdeņraža mijiedarbības procesā ar bagātinātu rūdu tiek iegūtas tikai divas vielas. Pirmais no tiem ir tīrs dzelzs, bet otrais ir ūdens. Varētu pieņemt, ka šī metode ir ļoti populāra mūsdienu metalurģijā. Tomēr šodien to izmanto reti un, kā likums, tikai dzelzs pulvera ražošanai. Tas izskaidrojams ar to, ka tīru ūdeņradi ir diezgan grūti iegūt gan tehnisko jautājumu risināšanas, gan ekonomisko grūtību dēļ. Sarežģīts uzdevums ir arī saņemtās degvielas uzglabāšana.
Salīdzinoši nesen zinātnieki ir izstrādājuši vēl vienu, trešo metodi samazināta dzelzs iegūšanai. Tas ietver metāla iegūšanu no rūdas koncentrāta, nepārvēršoties granulās. Pētījumi liecina, ka ar šo metodi tīru dzelzi var iegūt daudz ātrāk. Taču šī metode rūpniecībā vēl nav ieviesta, jo prasa būtiskas tehnoloģiskas izmaiņas un metalurģijas uzņēmumu aprīkojuma maiņu.
Kā šodien sauc zibspuldzi? Šis materiāls mums ir pazīstams kā tiešās reducēšanas metāls, dažreiz to sauc arī par porainu. Tas ir ekonomisks, kvalitatīvs, videi draudzīgs materiāls, kas nesatur fosfora un sēra piemaisījumus. Tā īpašību dēļ blūzes dzelzi izmanto mašīnbūves nozarēs (aviācijā, kuģu būvē un instrumentu ražošanā).
Fechral
Kā redzat, šodien, kad lietojatvismodernākās tehnoloģijas izmanto tādu materiālu kā ziedošs dzelzs. Fechral ir arī pieprasīts sakausējums. Papildus dzelzs tas satur tādas sastāvdaļas kā hroms un alumīnijs. Tā struktūrā ir arī niķelis, bet ne vairāk kā 0,6%.
Fechral ir laba elektriskā pretestība, augsta cietība, lieliski darbojas ar keramiku ar augstu alumīnija oksīda oksīdu, tai nav tendences veidoties, un tas ir karstumizturīgs atmosfērā, kas satur sēru un tā savienojumus, ūdeņradi un oglekli. Bet dzelzs klātbūtne sakausējumā padara to diezgan trauslu, apgrūtinot materiāla apstrādi dažādu izstrādājumu ražošanā.
Fechral tiek izmantots sildelementu ražošanā laboratorijas un rūpnieciskajām krāsnīm, kuru maksimālā darba temperatūra ir 1400 grādi. Dažreiz šī sakausējuma daļas tiek izmantotas citiem mērķiem. Tos ievieto mājsaimniecības apkures ierīcēs, kā arī termiskās darbības elektriskās ierīcēs. Fechral ir plaši izmantots elektronisko cigarešu ražošanā. Arī dzelzs, alumīnija un hroma sakausējums ir pieprasīts pretestības elementu ražošanas jomā. Tie var būt, piemēram, elektrisko lokomotīvju palaišanas-bremzēšanas rezistori.
Fechral izmanto stiepļu, kā arī diegu un lentu ražošanai. Dažreiz no tā tiek iegūti apļi un stieņi. Visi šie produkti tiek izmantoti dažādu veidu elektrisko krāsniņu sildītāju ražošanā.
