IJzer is een element dat iedereen op onze planeet kent. En hierin is niets verrassends. Inderdaad, in termen van zijn geh alte in de aardkorst (tot 5%), komt dit bestanddeel het meest voor. Slechts een veertigste van deze reserves is echter te vinden in afzettingen die geschikt zijn voor ontwikkeling. De belangrijkste ertsmineralen van ijzer zijn sideriet, bruin ijzererts, hematiet en magnetiet.
Oorsprong van de naam
Waarom heeft ijzer deze naam? Als we de tabel met chemische elementen beschouwen, wordt deze component daarin gemarkeerd als "ferrum". Het wordt afgekort als Fe.
Volgens veel etymologen kwam het woord 'ijzer' tot ons uit de Oerslavische taal, waarin het klonk als zelezo. En deze naam kwam van het lexicon van de oude Grieken. Ze noemden het metaal dat tegenwoordig zo beroemd is "ijzer".
Er is een andere versie. Volgens haar kwam de naam "ijzer" uit het Latijn, waarbetekende "sterren". De verklaring hiervoor ligt in het feit dat de eerste door mensen ontdekte monsters van dit element van meteorieten oorsprong waren.
IJzergebruik
In de geschiedenis van de mensheid was er een periode waarin mensen ijzer meer waardeerden dan goud. Dit feit is vastgelegd in Homerus' Odyssee, die zegt dat de winnaars van de door Achilles georganiseerde spelen, naast goud, een stuk ijzer kregen. Dit metaal was essentieel voor bijna alle ambachtslieden, boeren en krijgers. En het was de enorme behoefte eraan die de beste motor werd voor de productie van dit materiaal, evenals verdere technische vooruitgang bij de vervaardiging ervan.
9-7 cc. v. Chr. beschouwd als de ijzertijd in de menselijke geschiedenis. Tijdens deze periode begonnen veel stammen en volkeren van Azië en Europa metallurgie te ontwikkelen. Er is echter nog steeds veel vraag naar ijzer. Het is tenslotte nog steeds het belangrijkste materiaal dat wordt gebruikt voor de vervaardiging van gereedschappen.
Kaasproduct
Wat is de technologie voor het produceren van bloeiijzer, dat de mensheid begon te extraheren aan het begin van de ontwikkeling van de metallurgie? De allereerste methode die door de mensheid werd uitgevonden, heette het maken van kaas. Bovendien werd het 3000 jaar lang gebruikt en veranderde het niet vanaf het einde van de bronstijd tot de periode tot de 13e eeuw. De hoogoven is niet uitgevonden in Europa. Deze methode werd rauw genoemd. Hoorns werden voor hem gemaakt van steen of klei. Soms dienden stukjes slak als materiaal voor hun muren. De laatste versie van de smederij van binnenuit wasbedekt met vuurvaste klei, waaraan zand of gemalen hoorn is toegevoegd om de kwaliteit te verbeteren.
Wat maakt flitsijzer? De geprepareerde kuilen werden gevuld met "ruwe" weide- of moeraserts. De smeltruimte van dergelijke ovens werd gevuld met houtskool, die vervolgens grondig werd verwarmd. Op de bodem van de put was een gat voor luchttoevoer. Eerst werd er geblazen met handbalgen, die later werden vervangen door mechanische.
In de allereerste smederijen werd natuurlijke trek georganiseerd. Het werd uitgevoerd door speciale gaten - sproeiers, die zich op de wanden van het onderste deel van de oven bevonden. Vaak zorgden oude metallurgen voor luchttoevoer door het gebruik van een ontwerp dat het mogelijk maakte om het effect van een pijp te verkrijgen. Ze creëerden een hoge en tegelijkertijd smalle binnenruimte. Heel vaak werden dergelijke ovens aan de voet van de heuvels gebouwd. Deze plaatsen hadden de grootste natuurlijke winddruk, die werd gebruikt om de tractie te vergroten.
Als resultaat van het lopende proces werd erts omgezet in metaal. Tegelijkertijd stroomde de lege rots geleidelijk naar beneden. IJzerkorrels vormden zich op de bodem van de oven. Ze bleven aan elkaar plakken en veranderden in de zogenaamde "kruip". Dit is een losse sponsachtige massa geïmpregneerd met slakken. In de oven was de cracker witgloeiend. Het was in deze staat dat ze het eruit haalden en het snel vervalsten. Stukken slak vielen er gewoon af. Vervolgens werd het resulterende materiaal tot een monolithisch stuk gelast. Het resultaat was flitsend ijzer. Het eindproduct had de vorm van een flatbread.
Wat wassamenstelling van bloei ijzer? Het was een legering van Fe en koolstof, die erg klein was in het eindproduct (als we naar het percentage kijken, dan niet meer dan honderdsten).
Het bloeiende ijzer dat mensen in de ruwe oven ontvingen, was echter niet erg hard en duurzaam. Dat is de reden waarom producten gemaakt van dergelijk materiaal snel faalden. Speren, bijlen en messen waren verbogen en bleven niet lang scherp.
Staal
Bij de productie van ijzer in smederijen waren er, samen met de zachte brokken, ook die met een hogere hardheid. Dit waren stukken erts die tijdens het smeltproces in nauw contact kwamen met houtskool. Een man merkte dit patroon op en begon opzettelijk het gebied in contact met steenkool te vergroten. Dit maakte het mogelijk om het ijzer te carboniseren. Het resulterende metaal begon te voldoen aan de behoeften van ambachtslieden en degenen die producten gebruikten die ervan waren gemaakt.
Dit materiaal was staal. Het wordt tot op de dag van vandaag nog steeds gebruikt bij de vervaardiging van een groot aantal constructies en producten. Staal, gesmolten door oude metallurgen, is flitsijzer, dat tot 2% koolstof bevat.
Er bestond ook zoiets als zacht staal. Het was flitsijzer, dat minder dan 0,25% koolstof bevatte. Als we kijken naar de geschiedenis van de metallurgie, dan was het zacht staal dat werd geproduceerd in de beginfase van de kaasproductie. Wat is een andere naam voor flitsijzer? Er is ook een derde variëteit. Als het meer dan 2% koolstof bevat, danhet is gietijzer.
Uitvinding van de hoogoven
De bloeimethode om ijzer te verkrijgen met behulp van ruwbloedige smederijen was sterk afhankelijk van het weer. Voor een dergelijke technologie was het immers van belang dat de wind in de vervaardigde buis moest blazen. Het was de wens om weg te komen van de grillen van het weer die een persoon ertoe bracht bont te maken. Dit waren de apparaten die nodig waren om het vuur in de ruwe oven aan te wakkeren.
Na het verschijnen van balgen werden smederijen voor de metaalproductie niet langer op hellingen gebouwd. Mensen begonnen een nieuw type kachel te gebruiken, genaamd "wolf pits". Het waren bouwwerken waarvan een deel in de grond was en het tweede (huizen) erboven torende in de vorm van een bouwwerk gemaakt van stenen die door klei bij elkaar werden gehouden. Aan de voet van zo'n oven was een gat waarin een balgbuis werd gestoken om het vuur aan te wakkeren. De in het huis gelegde kolen werden verbrand, waarna het mogelijk was om de cracker te krijgen. Ze werd naar buiten getrokken door het gat, dat werd gevormd na het verwijderen van verschillende stenen uit het onderste deel van de constructie. Vervolgens werd de muur hersteld en werd de oven gevuld met erts en kolen om opnieuw te beginnen.
Bright ijzerproductie is voortdurend verbeterd. Na verloop van tijd werden huizen groter gebouwd. Dit maakte een verhoging van de productiviteit van de mechs noodzakelijk. Als gevolg hiervan begon steenkool sneller te branden, waardoor het ijzer verzadigd raakte met koolstof.
Gietijzer
Hoe heet het koolstofarme flitsijzer? Zoals het washierboven vermeld, is dit gietijzer dat tegenwoordig zo gewoon is. Het onderscheidende kenmerk is het vermogen om te smelten bij relatief lage temperaturen.
Baksteen - gietijzer in vaste vorm - het was onmogelijk te smeden. Dat is de reden waarom de oude metallurgen aanvankelijk geen aandacht aan hem schonken. Door een enkele slag met een hamer viel dit materiaal eenvoudig in stukken uiteen. In dit opzicht werd gietijzer, evenals slak, aanvankelijk beschouwd als een afvalproduct. In Engeland werd dit metaal zelfs "ruwijzer" genoemd. En pas na verloop van tijd realiseerden mensen zich dat dit product, hoewel het in vloeibare vorm is, in vormen kan worden gegoten om verschillende producten te verkrijgen, bijvoorbeeld kanonskogels. Dankzij deze ontdekking in de 14-15 eeuw. in de industrie begonnen met het bouwen van hoogovens voor de productie van ruwijzer. De hoogte van dergelijke constructies bereikte 3 meter of meer. Met hun hulp werd gietijzer gesmolten voor de productie van niet alleen kanonskogels, maar ook de kanonnen zelf.
Ontwikkeling hoogovenproductie
Een echte revolutie in de metallurgische industrie vond plaats in de jaren 80 van de 18e eeuw. Het was toen dat een van de griffiers van Demidov besloot dat voor een grotere efficiëntie bij de werking van hoogovens, lucht aan hen moest worden toegevoerd, niet via één, maar via twee mondstukken, die zich aan beide zijden van de haard moesten bevinden. Geleidelijk groeide het aantal van dergelijke sproeiers. Dit maakte het mogelijk om het blaasproces uniformer te maken, de diameter van de haard te vergroten en de productiviteit van de ovens te verhogen.
De ontwikkeling van de hoogovenproductie werd ook vergemakkelijkt door de vervanging van houtskool,waarvoor bossen werden gekapt, voor cokes. In 1829 werd in Schotland bij de fabriek in Clayde voor het eerst hete lucht in de hoogoven geblazen. Een dergelijke innovatie verhoogde de productiviteit van de oven aanzienlijk en verminderde het brandstofverbruik. Tegenwoordig is het hoogovenproces verbeterd door een deel van de cokes te vervangen door aardgas, wat nog lagere kosten heeft.
Bulat
Wat is de naam van het flitsijzer, dat unieke eigenschappen heeft die werden gebruikt bij de vervaardiging van wapens? We kennen dit materiaal als damaststaal. Dit metaal is, net als Damascus-staal, een legering van ijzer en koolstof. In tegenstelling tot zijn andere soorten is het echter een flitsend strijkijzer met goede eigenschappen. Het is veerkrachtig en hard, en ook in staat om uitzonderlijke scherpte in het blad te produceren.
Metallurgisten van veel landen proberen al meer dan een eeuw het geheim van de productie van damaststaal te ontrafelen. Er werd een groot aantal recepten en methoden voorgesteld, waaronder de toevoeging van ivoor, edelstenen, goud en zilver aan ijzer. Het geheim van damaststaal werd echter pas in de eerste helft van de 20e eeuw onthuld door de opmerkelijke Russische metallurg P. P. Anosov. Ze namen bloeiend ijzer, dat in een oven met houtskool werd gelegd, waar een open vuur brandde. Het metaal smolt, verzadigd met koolstof. In die tijd was het bedekt met kristallijne dolomietslakken, soms met toevoeging van de zuiverste ijzeraanslag. Onder zo'n laag kwam het metaal zeer intensief vrij uit silicium, fosfor, zwavel en zuurstof. Dat was echter niet alles. Het resulterende staal moest zoveel mogelijk worden gekoeldlangzamer en rustiger. Hierdoor konden in de eerste plaats grote kristallen met een vertakte structuur (dendrieten) worden gevormd. Een dergelijke koeling vond direct plaats in de haard, die gevuld was met hete kolen. In de volgende fase werd vakkundig smeedwerk uitgevoerd, waarbij de resulterende structuur niet mocht instorten.
De unieke eigenschappen van damaststaal vonden vervolgens een verklaring in het werk van een andere Russische metallurg D. K. Chernov. Hij legde uit dat dendrieten vuurvast maar relatief zacht staal zijn. De ruimte tussen hun "takken" tijdens het stollen van ijzer is gevuld met meer verzadigde koolstof. Dat wil zeggen, zacht staal wordt omgeven door harder staal. Dit verklaart de eigenschappen van damaststaal, vervat in zijn viscositeit en tegelijkertijd hoge sterkte. Zo'n staalhybride behoudt tijdens het smelten zijn boomstructuur en verandert alleen van een rechte lijn in een zigzaglijn. De eigenaardigheid van het resulterende patroon hangt in grote mate af van de richting van de slagen, de kracht en de vaardigheid van de smid.
Damascus staal
In de oudheid was dit metaal hetzelfde damaststaal. Even later begon Damascus-staal echter een materiaal te worden genoemd dat werd verkregen door smeedlassen van een groot aantal draden of strips. Deze elementen waren gemaakt van staal. Bovendien werd elk van hen gekenmerkt door een ander koolstofgeh alte.
De kunst om zo'n metaal te maken bereikte zijn grootste ontwikkeling in de middeleeuwen. Zo vonden de onderzoekers in de structuur van het bekende Japanse mes:ongeveer 4 miljoen staaldraden van microscopisch kleine dikte. Deze samenstelling maakte het proces van het maken van wapens erg arbeidsintensief.
Productie in moderne omstandigheden
Metallurgen uit de oudheid lieten een sta altje van hun vaardigheden achter, niet alleen in wapens. Het meest opvallende voorbeeld van zuiver ijzer is de beroemde zuil in de buurt van de hoofdstad van India. Archeologen bepaalden de ouderdom van dit monument van metallurgische kunst. Het bleek dat de kolom nog eens 1,5 duizend jaar geleden was gebouwd. Maar het meest verrassende is dat het vandaag de dag onmogelijk is om zelfs maar kleine sporen van corrosie op het oppervlak te detecteren. Het materiaal van de kolom werd zorgvuldig onderzocht. Het bleek dat dit puur flitsijzer is, dat slechts 0,28% onzuiverheden bevat. Een dergelijke ontdekking verbaasde zelfs moderne metaalbewerkers.
In de loop van de tijd verloor flitsend ijzer geleidelijk aan zijn populariteit. Het metaal dat in een open haard of hoogoven werd gesmolten, begon de grootste vraag te krijgen. Bij toepassing van deze methoden wordt echter een product met onvoldoende zuiverheid verkregen. Dat is de reden waarom de oudste methode om dit materiaal te produceren onlangs een tweede leven heeft gekregen, waardoor metaal met de hoogste kwaliteitskenmerken kan worden geproduceerd.
Hoe heet flitsijzer tegenwoordig? Het is ons bekend als een direct reductiemetaal. Natuurlijk wordt bloeiijzer tegenwoordig niet op dezelfde manier geproduceerd als in de oudheid. Voor de productie worden de modernste technologieën gebruikt. Ze maken het mogelijk om metaal te produceren dat praktisch geenbuitenlandse onzuiverheden. Bij de productie worden roterende buisovens gebruikt. Dergelijke structurele elementen worden gebruikt voor het bakken van verschillende bulkmaterialen met hoge temperaturen in de chemische, cement- en vele andere industrieën.
Hoe heet flitsijzer nu? Het wordt als puur beschouwd en wordt gebruikt om een methode te verkrijgen die in wezen niet veel verschilt van die in de oudheid bestond. Toch gebruiken metallurgen ijzererts, dat wordt verwarmd tijdens het verkrijgen van het eindproduct. Tegenwoordig worden grondstoffen echter in eerste instantie onderworpen aan aanvullende verwerking. Het is verrijkt, waardoor een soort concentraat ontstaat.
De moderne industrie gebruikt twee methoden. Met beide kun je flitsijzer uit concentraat halen.
De eerste van deze methoden is gebaseerd op het met vaste brandstof op de gewenste temperatuur brengen van grondstoffen. Een dergelijk proces lijkt sterk op dat van de oude metallurgen. In plaats van vaste brandstof kan gas worden gebruikt, een combinatie van waterstof en koolmonoxide.
Wat gaat er vooraf aan het verkrijgen van dit materiaal? Wat is de naam van flitsijzer vandaag? Na verhitting van het ijzerertsconcentraat blijven de korrels in de oven. Van hen wordt vervolgens puur metaal geproduceerd.
De tweede methode die wordt gebruikt om ijzer te herstellen, lijkt qua technologie sterk op de eerste. Het enige verschil is dat metaalbewerkers pure waterstof gebruiken als brandstof voor het verwarmen van het concentraat. Met deze methode wordt ijzer veel sneller verkregen. Preciesdaarom onderscheidt het zich door een hogere kwaliteit, omdat in het proces van interactie van waterstof met verrijkt erts slechts twee stoffen worden verkregen. De eerste hiervan is puur ijzer en de tweede is water. Aangenomen mag worden dat deze methode erg populair is in de moderne metallurgie. Tegenwoordig wordt het echter niet vaak gebruikt en in de regel alleen voor de productie van ijzerpoeder. Dit wordt verklaard door het feit dat het vrij moeilijk is om zuivere waterstof te verkrijgen, zowel wat betreft het oplossen van technische problemen als vanwege economische moeilijkheden. Opslag van de ontvangen brandstof is ook een moeilijke taak.
Betrekkelijk recent hebben wetenschappers een andere, derde methode ontwikkeld voor de productie van verminderd ijzer. Het omvat het verkrijgen van metaal uit ertsconcentraat, zonder het stadium van omzetting in pellets te doorlopen. Studies hebben aangetoond dat met deze methode zuiver ijzer veel sneller kan worden geproduceerd. Deze methode is echter nog niet geïmplementeerd in de industrie, omdat het aanzienlijke technologische veranderingen en een verandering in de uitrusting van metallurgiebedrijven vereist.
Wat is de naam van flitsijzer vandaag? Dit materiaal is ons bekend als een direct reductiemetaal, soms wordt het ook wel sponsachtig genoemd. Dit is een kosteneffectief, hoogwaardig, milieuvriendelijk materiaal dat geen onzuiverheden van fosfor en zwavel bevat. Vanwege zijn eigenschappen wordt bloeiijzer gebruikt in de technische industrie (luchtvaart, scheepsbouw en instrumentatie).
Fechral
Zoals je kunt zien, vandaag bij gebruikde modernste technologieën gebruiken materiaal als bloeiend ijzer. Fechral is ook een gewilde legering. Naast ijzer bevat het componenten zoals chroom en aluminium. Nikkel is ook aanwezig in zijn structuur, maar niet meer dan 0,6%.
Fechral heeft een goede elektrische weerstand, een hoge hardheid, werkt uitstekend met keramiek met een hoog aluminiumoxidegeh alte, heeft geen neiging tot pitting en is hittebestendig in een atmosfeer die zwavel en zijn verbindingen, waterstof en koolstof bevat. Maar de aanwezigheid van ijzer in de legering maakt het vrij bros, waardoor het moeilijk is om het materiaal te verwerken bij de vervaardiging van verschillende producten.
Fechral wordt gebruikt bij de vervaardiging van verwarmingselementen voor laboratorium- en industriële ovens, waarvan de maximale bedrijfstemperatuur 1400 graden is. Soms worden onderdelen van deze legering voor andere doeleinden gebruikt. Ze worden geplaatst in huishoudelijke verwarmingstoestellen, evenals in elektrische apparaten met thermische werking. Fechral is op grote schaal gebruikt bij de productie van elektronische sigaretten. Ook is er vraag naar een legering van ijzer, aluminium en chroom op het gebied van de vervaardiging van resistieve elementen. Dit kunnen bijvoorbeeld start-remweerstanden van elektrische locomotieven zijn.
Fechral wordt gebruikt om draad, draad en lint te produceren. Soms worden er cirkels en staven uit verkregen. Al deze producten worden gebruikt bij de vervaardiging van verschillende vormen van verwarmers voor elektrische ovens.
