Geležis yra elementas, pažįstamas kiekvienam mūsų planetos žmogui. Ir tame nėra nieko stebėtino. Iš tiesų, pagal savo kiekį žemės plutoje (iki 5%) šis komponentas yra labiausiai paplitęs. Tačiau plėtrai tinkamuose telkiniuose galima rasti tik keturiasdešimtąją šių atsargų. Pagrindiniai geležies rūdos mineralai yra sideritas, rudoji geležies rūda, hematitas ir magnetitas.
Vardo kilmė
Kodėl geležis turi tokį pavadinimą? Jei atsižvelgsime į cheminių elementų lentelę, tada joje šis komponentas pažymėtas kaip "ferrum". Jis sutrumpintas kaip Fe.
Pasak daugelio etimologų, žodis „geležis“atėjo pas mus iš protoslavų kalbos, kurioje jis skambėjo kaip zelezo. Ir šis pavadinimas kilo iš senovės graikų leksikos. Šiandien taip garsų metalą jie pavadino „geležimi“.
Yra ir kita versija. Anot jos, pavadinimas „geležis“pas mus atėjo iš lotynų kalbos, kurreiškė „žvaigždėtas“. Tai paaiškinama tuo, kad pirmieji žmonių atrasti šio elemento pavyzdžiai buvo meteorito kilmės.
Geležies naudojimas
Žmonijos istorijoje buvo laikotarpis, kai žmonės geležį vertino labiau nei auksą. Šis faktas užfiksuotas Homero „Odisėjoje“, kurioje rašoma, kad Achilo surengtų žaidimų nugalėtojams, be aukso, buvo įteiktas ir geležies gabalas. Šis metalas buvo būtinas beveik visiems amatininkams, ūkininkams ir kariams. Ir būtent didžiulis jos poreikis tapo geriausiu šios medžiagos gamybos varikliu, o taip pat ir tolesne jos gamybos technine pažanga.
9–7 cc. pr. Kr. žmonijos istorijoje laikomas geležies amžiumi. Šiuo laikotarpiu daugelis Azijos ir Europos genčių ir tautų pradėjo plėtoti metalurgiją. Tačiau geležis ir šiandien yra labai paklausi. Juk tai vis dar yra pagrindinė įrankių gamyboje naudojama medžiaga.
Sūrio gaminys
Kokia yra geležies, kurią žmonija pradėjo išgauti metalurgijos vystymosi aušroje, gamybos technologija? Pats pirmasis žmonijos išrastas būdas buvo vadinamas sūrio gaminimu. Be to, jis buvo naudojamas 3000 metų, nesikeičiant nuo bronzos amžiaus pabaigos iki XIII a. Aukštakrosnė nebuvo išrasta Europoje. Šis metodas buvo vadinamas neapdorotu. Ragai jam buvo statomi iš akmens ar molio. Kartais šlako gabalai buvo jų sienų medžiaga. Paskutinė kalvės versija iš vidaus buvopadengtas ugniai atspariu moliu, į kurį, siekiant pagerinti kokybę, buvo pridėta smėlio arba susmulkinto rago.
Kas daro blykstę? Paruoštos duobės buvo užpilamos „žaliava“pievų ar pelkių rūda. Tokių krosnių lydymosi erdvė buvo užpildyta medžio anglimi, kuri vėliau buvo kruopščiai kaitinama. Duobės apačioje buvo skylė oro tiekimui. Iš pradžių jis buvo pučiamas rankinėmis dumplėmis, kurios vėliau buvo pakeistos mechaninėmis.
Pačiose pirmosiose kalvėse buvo organizuota natūrali trauka. Jis buvo atliktas per specialias skylutes - purkštukus, kurie buvo ant apatinės krosnies dalies sienelių. Dažnai senovės metalurgai tiekė orą naudodami konstrukciją, kuri leido išgauti vamzdžio efektą. Jie sukūrė aukštą ir kartu siaurą vidaus erdvę. Labai dažnai tokios krosnys būdavo statomos kalvų papėdėje. Šiose vietose buvo didžiausias natūralus vėjo slėgis, kuris buvo naudojamas sukibimui padidinti.
Dėl vykstančio proceso rūda buvo paversta metalu. Tuo pat metu tuščia uola pamažu tekėjo žemyn. Krosnies dugne susidarė geležies grūdeliai. Jie sulipo vienas su kitu, pavirsdami į vadinamąjį „šliaužimą“. Tai biri, kempinė masė, impregnuota šlakais. Krosnyje krekeris buvo b altai karštas. Būtent tokios būklės jie jį išėmė ir greitai suklastojo. Šlako gabalai tiesiog nukrito. Tada gauta medžiaga buvo suvirinta į monolitinį gabalą. Rezultatas buvo prašmatni geležis. Galutinis produktas buvo suformuotas kaip paplotėlis.
Kas buvožydėjimo geležies sudėtis? Tai buvo Fe ir anglies lydinys, kurio galutiniame produkte buvo labai mažai (jei atsižvelgsime į procentą, tada ne daugiau kaip šimtąsias dalis).
Tačiau žydinti geležis, kurią žmonės gaudavo žaliavinėje krosnyje, nebuvo labai kieta ir patvari. Štai kodėl gaminiai iš tokios medžiagos greitai žlugo. Ietys, kirviai ir peiliai buvo sulenkti ir ilgai neišliko aštrūs.
Plienas
Kalviuose gaminant geležį, kartu su minkštais gumuliais, buvo ir tokių, kurių kietumas buvo didesnis. Tai buvo rūdos gabalai, kurie lydymosi metu glaudžiai liečiasi su medžio anglimi. Vyras pastebėjo šį modelį ir pradėjo sąmoningai didinti sąlyčio su anglimi plotą. Tai leido karbonizuoti geležį. Gautas metalas pradėjo tenkinti amatininkų ir tų, kurie naudojo iš jo pagamintus gaminius, poreikius.
Ši medžiaga buvo plienas. Jis vis dar naudojamas iki šių dienų gaminant daugybę konstrukcijų ir gaminių. Plienas, lydytas senovės metalurgų, yra geležis, kurioje yra iki 2 % anglies.
Buvo ir toks dalykas kaip švelnus plienas. Tai buvo geležis, kurioje buvo mažiau nei 0,25% anglies. Jei atsižvelgsime į metalurgijos istoriją, tai buvo švelnus plienas, kuris buvo gaminamas pradiniame sūrio gamybos etape. Koks kitas blykstės geležies pavadinimas? Yra ir trečia veislė. Kai jame yra daugiau nei 2% anglies, tadatai ketus.
Aukštakrosnės išradimas
Žydėjimo būdas geležies gavimui naudojant žaliavinio kraujo kalves labai priklausė nuo oro sąlygų. Juk tokiai technologijai buvo svarbu, kad į pagamintą vamzdį turi pūsti vėjas. Būtent noras pabėgti nuo oro užgaidų paskatino žmogų kurti kailius. Tai buvo įtaisai, reikalingi ugniai išpūstoje krosnyje.
Pasirodžius silfonams, kalvų šlaituose nebebuvo statomos metalo gamybos kalvės. Žmonės pradėjo naudoti naujo tipo krosnis, vadinamus „vilko duobėmis“. Tai buvo statiniai, kurių viena dalis buvo žemėje, o antroji (namai) iškilo virš jos statinio pavidalu iš akmenų, kuriuos sujungė molis. Tokios krosnies apačioje buvo skylė, į kurią buvo įkištas dumplių vamzdis ugniai kurstyti. Namuose padėtos anglys buvo sudegintos, po to buvo galima gauti krekerį. Ji buvo ištraukta per skylę, kuri susidarė iš apatinės konstrukcijos dalies pašalinus kelis akmenis. Tada siena buvo atstatyta, o krosnis užpildyta rūda ir anglimi, kad būtų galima pradėti iš naujo.
Šviesios geležies gamyba buvo nuolat tobulinama. Laikui bėgant namai buvo pradėti statyti didesni. Dėl to reikėjo padidinti mechanizmų našumą. Dėl to anglys pradėjo degti greičiau, prisotindamos geležį anglies.
Ketus
Kaip vadinasi daug anglies išskiriantis lygintuvas? Kaip tai buvominėta aukščiau, tai šiandien toks įprastas ketus. Jo skiriamasis bruožas – gebėjimas lydytis santykinai žemoje temperatūroje.
Plyta – kieto pavidalo ketus – neįmanoma k alti. Štai kodėl senovės metalurgai iš pradžių nekreipė į jį jokio dėmesio. Nuo vieno smūgio plaktuku ši medžiaga tiesiog subyrėjo į gabalus. Šiuo atžvilgiu ketus, kaip ir šlakas, iš pradžių buvo laikomi atliekomis. Anglijoje šis metalas netgi buvo vadinamas „ketaus ketaus“. Ir tik laikui bėgant žmonės suprato, kad šis produktas, nors yra skysto pavidalo, gali būti pilamas į formas, norint gauti įvairius gaminius, pavyzdžiui, patrankų sviedinius. Šio atradimo dėka 14-15 a. pramonėje pradėjo statyti aukštakrosnes ketaus gamybai. Tokių konstrukcijų aukštis siekė 3 metrus ar daugiau. Jų pagalba buvo išlydyta liejimo geležis, skirta gaminti ne tik patrankų sviedinius, bet ir pačias patrankas.
Aukštakrosnių gamybos plėtra
Tikra revoliucija metalurgijos versle įvyko 18 amžiaus 80-aisiais. Būtent tada vienas iš Demidovo tarnautojų nusprendė, kad aukštakrosnių eksploatavimo efektyvumui užtikrinti oras į jas turi būti tiekiamas ne per vieną, o per du purkštukus, kurie turi būti abiejose židinio pusėse. Palaipsniui tokių purkštukų skaičius augo. Tai leido padaryti pūtimo procesą tolygesnį, padidinti židinio skersmenį ir padidinti krosnių našumą.
Aukštakrosnių gamybos plėtrą taip pat palengvino pakeitus anglis,už kuriuos buvo kertami miškai, už koksą. 1829 metais Škotijoje, Clayde gamykloje, į aukštakrosnę pirmą kartą buvo pučiamas karštas oras. Tokia naujovė žymiai padidino krosnies našumą ir sumažino degalų sąnaudas. Šiais laikais aukštakrosnių procesas buvo patobulintas, dalį kokso pakeitus gamtinėmis dujomis, kurių kaina dar mažesnė.
Bulat
Kaip vadinamas blykstės lygintuvas, turintis unikalių savybių, kurios buvo naudojamos gaminant ginklus? Šią medžiagą žinome kaip damasko plieną. Šis metalas, kaip ir Damasko plienas, yra geležies ir anglies lydinys. Tačiau, skirtingai nuo kitų rūšių, tai prašmatnus geležis, pasižymintis geromis savybėmis. Jis yra elastingas ir kietas, be to, jis gali sukurti išskirtinį ašmenų aštrumą.
Daugelio šalių metalurgai jau ne vieną šimtmetį bando įminti damasko plieno gamybos paslaptį. Buvo pasiūlyta daugybė receptų ir metodų, kurie apėmė dramblio kaulo, brangakmenių, aukso ir sidabro pridėjimą prie geležies. Tačiau damasko plieno paslaptį tik XX amžiaus pirmoje pusėje atskleidė puikus rusų metalurgas P. P. Anosovas. Jie paėmė žydinčią geležį, kuri buvo paguldyta į krosnį su medžio anglimi, kur degė atvira ugnis. Metalas ištirpo, prisotintas anglies. Tuo metu jis buvo padengtas kristaliniu dolomito šlaku, kartais pridedant gryniausios geležies nuosėdų. Po tokiu sluoksniu metalas labai intensyviai išsiskyrė iš silicio, fosforo, sieros ir deguonies. Tačiau tai nebuvo viskas. Gautą plieną reikėjo kiek įmanoma atvėsintilėčiau ir ramiau. Tai leido suformuoti, visų pirma, didelius šakotos struktūros kristalus (dendritus). Toks vėsinimas vyko tiesiai į židinį, kuris buvo pripildytas karštų anglių. Kitame etape buvo atliktas meistriškas kalimas, kurio metu gauta konstrukcija neturėtų sugriūti.
Unikalios damasko plieno savybės vėliau buvo paaiškintos kito Rusijos metalurgo D. K. Černovo darbuose. Jis paaiškino, kad dendritai yra ugniai atsparus, bet gana minkštas plienas. Tarpas tarp jų „šakų“geležies kietėjimo procese užpildomas labiau prisotinta anglimi. Tai yra, minkštas plienas yra apsuptas kietesnio plieno. Tai paaiškina damasko plieno savybes, kurios yra jo klampumas ir kartu didelis stiprumas. Toks plieno hibridas lydymosi metu išlaiko savo medžio struktūrą, paversdamas jį tik iš tiesios linijos į zigzagą. Gauto rašto ypatumai labai priklauso nuo smūgių krypties, stiprumo, taip pat nuo kalvio įgūdžių.
Damasko plienas
Senovėje šis metalas buvo tas pats damasko plienas. Tačiau šiek tiek vėliau Damasko plienu imta vadinti medžiaga, gauta kalimo būdu suvirinant iš daugybės laidų ar juostelių. Šie elementai buvo pagaminti iš plieno. Be to, kiekvienas iš jų pasižymėjo skirtingu anglies kiekiu.
Tokio metalo gamybos menas pasiekė didžiausią plėtrą viduramžiais. Pavyzdžiui, gerai žinomo japoniško peiliuko struktūroje mokslininkai nustatėapie 4 milijonus mikroskopinio storio plieninių siūlų. Dėl šios kompozicijos ginklų gamybos procesas buvo labai sunkus.
Gamyba šiuolaikinėmis sąlygomis
Senovės metalurgai paliko savo įgūdžių ne tik ginklų srityje. Ryškiausias gryno žydėjimo geležies pavyzdys yra garsioji kolona, esanti netoli Indijos sostinės. Archeologai nustatė šio metalurgijos meno paminklo amžių. Paaiškėjo, kad kolona pastatyta dar prieš 1,5 tūkst. Tačiau labiausiai stebina tai, kad šiandien jo paviršiuje neįmanoma aptikti net mažų korozijos pėdsakų. Kolonos medžiaga buvo kruopščiai ištirta. Paaiškėjo, kad tai yra gryna geležis, kurioje yra tik 0,28% priemaišų. Toks atradimas nustebino net šiuolaikinius metalurgus.
Bėgant laikui prašmatni geležis pamažu prarado savo populiarumą. Didžiausią paklausą pradėjo lydyti atvirame židinyje arba aukštakrosnėje lydytas metalas. Tačiau taikant šiuos metodus gaunamas nepakankamo grynumo produktas. Štai kodėl seniausias šios medžiagos gamybos būdas neseniai atgavo antrąjį gyvenimą, leidžiantį gaminti aukščiausios kokybės metalą.
Kaip šiandien vadinama „flash“geležis? Jis mums žinomas kaip tiesioginio redukcijos metalas. Žinoma, žydintis geležis šiandien nėra gaminama taip, kaip senovėje. Jo gamybai naudojamos moderniausios technologijos. Jie leidžia gaminti metalą, kurio praktiškai nėrapašalinių priemaišų. Gamyboje naudojamos rotacinės vamzdinės krosnys. Tokie konstrukciniai elementai naudojami įvairioms birioms medžiagoms deginti naudojant aukštą temperatūrą chemijos, cemento ir daugelyje kitų pramonės šakų.
Kaip dabar vadinama „flash“geležis? Jis laikomas grynu ir naudojamas norint gauti metodą, kuris iš esmės nesiskiria nuo to, kuris egzistavo senovėje. Visgi metalurgai naudoja geležies rūdą, kuri kaitinama galutinio produkto gavimo procese. Tačiau šiandien žaliavos iš pradžių papildomai apdorojamos. Jis yra praturtintas, sukuriant savotišką koncentratą.
Šiuolaikinėje pramonėje naudojami du metodai. Abu jie leidžia gauti geležies iš koncentrato.
Pirmasis iš šių metodų pagrįstas žaliavų pašildymu iki reikiamos temperatūros naudojant kietąjį kurą. Toks procesas labai panašus į tą, kurį vykdė senovės metalurgai. Vietoj kietojo kuro galima naudoti dujas, kurios yra vandenilio ir anglies monoksido derinys.
Kas prieš gaunant šią medžiagą? Kaip šiandien vadinasi blykstė? Kaitinant geležies rūdos koncentratą, krosnyje lieka granulės. Iš jų vėliau gaminamas grynas metalas.
Antrasis geležies atkūrimo metodas savo technologija labai panašus į pirmąjį. Skirtumas tik tas, kad metalurgai kaip kurą koncentratui šildyti naudoja gryną vandenilį. Šiuo metodu geležis gaunama daug greičiau. Būtenttodėl išsiskiria aukštesne kokybe, nes vandenilio sąveikos su prisodrinta rūda procese gaunamos tik dvi medžiagos. Pirmasis iš jų yra gryna geležis, o antrasis - vanduo. Galima daryti prielaidą, kad šis metodas yra labai populiarus šiuolaikinėje metalurgijoje. Tačiau šiandien jis naudojamas retai ir, kaip taisyklė, tik geležies milteliams gaminti. Tai paaiškinama tuo, kad gryno vandenilio gauti gana sunku tiek sprendžiant techninius klausimus, tiek dėl ekonominių sunkumų. Gauto kuro saugojimas taip pat yra sudėtingas uždavinys.
Palyginti neseniai mokslininkai sukūrė kitą, trečią sumažintos geležies gamybos būdą. Tai apima metalo gavimą iš rūdos koncentrato, neperžengiant jo pavertimo granulėmis stadijos. Tyrimai parodė, kad naudojant šį metodą gryna geležis gali būti pagaminta daug greičiau. Tačiau šis metodas pramonėje dar neįdiegtas, nes reikalauja didelių technologinių pokyčių ir metalurgijos įmonių įrangos keitimo.
Kaip šiandien vadinasi blykstės lygintuvas? Ši medžiaga mums pažįstama kaip tiesioginio redukcijos metalas, kartais ji dar vadinama kempinėle. Tai ekonomiška, kokybiška, aplinkai nekenksminga medžiaga, neturinti fosforo ir sieros priemaišų. Dėl savo savybių žydintis geležis naudojamas inžinerijos pramonėje (aviacijoje, laivų statyboje ir prietaisų gamyboje).
Fechral
Kaip matote, šiandien, kai naudojatemoderniausios technologijos naudoja tokią medžiagą kaip žydintis geležis. Fechral taip pat yra geidžiamas lydinys. Be geležies, jame yra tokių komponentų kaip chromas ir aliuminis. Nikelio taip pat yra jo struktūroje, bet ne daugiau kaip 0,6%.
Fechral turi gerą elektrinę varžą, didelį kietumą, puikiai tinka keramikai, kurioje yra daug aliuminio oksido, neturi polinkio į duobes ir yra atsparus karščiui atmosferoje, kurioje yra sieros ir jos junginių, vandenilio ir anglies. Tačiau dėl geležies lydinyje jis yra gana trapus, todėl jį sunku apdoroti gaminant įvairius gaminius.
Fechral naudojamas gaminant laboratorinių ir pramoninių krosnių kaitinimo elementus, kurių maksimali darbinė temperatūra yra 1400 laipsnių. Kartais šio lydinio dalys naudojamos kitiems tikslams. Jie dedami į buitinius šildymo prietaisus, taip pat į elektrinius terminio veikimo įrenginius. Fechral buvo plačiai naudojamas elektroninių cigarečių gamyboje. Taip pat geležies, aliuminio ir chromo lydinys yra paklausus varžinių elementų gamybos srityje. Tai gali būti, pavyzdžiui, elektrinių lokomotyvų paleidimo-stabdymo rezistoriai.
Fechral naudojamas vielai, taip pat siūlams ir juostelėms gaminti. Kartais iš jo gaunami apskritimai ir strypai. Visi šie gaminiai naudojami gaminant įvairių formų elektrinių orkaičių šildytuvus.
