Ang
Iron ay isang elemento na pamilyar sa bawat tao sa ating planeta. At walang nakakagulat dito. Sa katunayan, sa mga tuntunin ng nilalaman nito sa crust ng lupa (hanggang sa 5%), ang bahaging ito ang pinakakaraniwan. Gayunpaman, ang ikaapatnapung bahagi lamang ng mga reserbang ito ay matatagpuan sa mga deposito na angkop para sa pagpapaunlad. Ang mga pangunahing mineral na mineral ng iron ay siderite, brown iron ore, hematite at magnetite.
Pinagmulan ng pangalan
Bakit may ganitong pangalan ang bakal? Kung isasaalang-alang namin ang talahanayan ng mga elemento ng kemikal, kung gayon ang sangkap na ito ay minarkahan bilang "ferrum". Ito ay dinaglat bilang Fe.
Ayon sa maraming etymologist, ang salitang "bakal" ay dumating sa amin mula sa wikang Proto-Slavic, kung saan ito ay parang zelezo. At ang pangalang ito ay nagmula sa leksikon ng mga sinaunang Griyego. Tinawag nilang "bakal" ang metal.
May isa pang bersyon. Ayon sa kanya, ang pangalang "bakal" ay dumating sa amin mula sa Latin, kung saanang ibig sabihin ay "bituin". Ang paliwanag para dito ay nakasalalay sa katotohanan na ang mga unang sample ng elementong ito na natuklasan ng mga tao ay mula sa meteorite.
Paggamit ng bakal
Sa kasaysayan ng sangkatauhan, may panahon na mas pinahahalagahan ng mga tao ang bakal kaysa ginto. Ang katotohanang ito ay naitala sa Homer's Odyssey, na nagsasabing ang mga nanalo sa mga laro na inayos ni Achilles ay binigyan, bilang karagdagan sa ginto, isang piraso ng bakal. Ang metal na ito ay mahalaga para sa halos lahat ng artisan, magsasaka at mandirigma. At ang malaking pangangailangan para dito ang naging pinakamahusay na makina para sa paggawa ng materyal na ito, pati na rin ang karagdagang teknikal na pag-unlad sa paggawa nito.
9-7 cc. BC. itinuturing na Panahon ng Bakal sa kasaysayan ng tao. Sa panahong ito, maraming tribo at mamamayan ng Asya at Europa ang nagsimulang bumuo ng metalurhiya. Gayunpaman, ang bakal ay mataas pa rin sa pangangailangan ngayon. Pagkatapos ng lahat, ito pa rin ang pangunahing materyal na ginagamit para sa paggawa ng mga tool.
Produktong keso
Ano ang teknolohiya para sa paggawa ng bloom iron, na sinimulang kunin ng sangkatauhan sa simula ng pag-unlad ng metalurhiya? Ang pinakaunang paraan na naimbento ng sangkatauhan ay tinatawag na paggawa ng keso. Bukod dito, ginamit ito sa loob ng 3000 taon, hindi nagbabago mula sa panahon ng pagtatapos ng Panahon ng Tanso hanggang sa panahon hanggang sa ika-13 siglo. Ang blast furnace ay hindi naimbento sa Europa. Ang pamamaraang ito ay tinatawag na raw. Ang mga sungay para sa kanya ay gawa sa bato o putik. Minsan ang mga piraso ng slag ay nagsisilbing materyal para sa kanilang mga dingding. Ang huling bersyon ng forge mula sa loob aypinahiran ng refractory clay, kung saan idinagdag ang buhangin o durog na sungay para mapabuti ang kalidad.
Ano ang gumagawa ng flash iron? Ang mga inihandang hukay ay napuno ng "raw" na parang o swamp ore. Ang natutunaw na espasyo ng gayong mga hurno ay napuno ng uling, na pagkatapos ay lubusang pinainit. Sa ilalim ng hukay ay may butas para sa suplay ng hangin. Sa una, hinipan ito ng mga hand bellow, na kalaunan ay napalitan ng mekanikal.
Sa pinakaunang forges, inayos ang natural draft. Isinasagawa ito sa pamamagitan ng mga espesyal na butas - mga nozzle, na matatagpuan sa mga dingding ng ibabang bahagi ng hurno. Kadalasan, ang mga sinaunang metalurgist ay nagbibigay ng suplay ng hangin sa pamamagitan ng paggamit ng isang disenyo na naging posible upang makuha ang epekto ng isang tubo. Lumikha sila ng isang mataas at sa parehong oras makitid na espasyo sa loob. Kadalasan ang gayong mga hurno ay itinayo sa paanan ng mga burol. Ang mga lugar na ito ay may pinakamalakas na natural na presyon ng hangin, na ginamit upang mapataas ang traksyon.
Bilang resulta ng patuloy na proseso, ang ore ay ginawang metal. Kasabay nito ang unti-unting pag-agos pababa ng walang laman na bato. Ang mga butil ng bakal ay nabuo sa ilalim ng pugon. Nagdikit sila sa isa't isa, nauwi sa tinatawag na "creep". Ito ay isang maluwag na spongy mass na pinapagbinhi ng mga slags. Sa oven, ang cracker ay puting-init. Sa ganitong estado nila ito inilabas at mabilis na pineke. Ang mga piraso ng slag ay nahulog lamang. Susunod, ang nagresultang materyal ay hinangin sa isang piraso ng monolitik. Ang resulta ay flashy iron. Ang huling produkto ay hugis flatbread.
Ano angkomposisyon ng bloom iron? Isa itong haluang metal ng Fe at carbon, na napakaliit sa huling produkto (kung isasaalang-alang namin ang porsyento, hindi hihigit sa isang daan).
Gayunpaman, ang namumulaklak na bakal na natanggap ng mga tao sa raw furnace ay hindi masyadong matigas at matibay. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga produktong gawa sa naturang materyal ay mabilis na nabigo. Ang mga sibat, palakol at kutsilyo ay nakabaluktot at hindi nananatiling matalas nang matagal.
Bakal
Sa paggawa ng bakal sa mga forges, kasama ang malalambot na bukol nito, mayroon ding may mas mataas na tigas. Ang mga ito ay mga piraso ng ore na malapit na nadikit sa uling sa panahon ng proseso ng pagtunaw. Napansin ng isang lalaki ang pattern na ito at nagsimulang sadyang dagdagan ang lugar na nakikipag-ugnayan sa karbon. Ginawa nitong posible na i-carburize ang bakal. Ang resultang metal ay nagsimulang matugunan ang mga pangangailangan ng mga manggagawa at ng mga gumamit ng mga produktong gawa mula rito.
Ang materyal na ito ay bakal. Ito ay ginagamit pa rin hanggang ngayon sa paggawa ng isang malaking bilang ng mga istruktura at produkto. Ang bakal, na tinutunaw ng mga sinaunang metallurgist, ay flash iron, na naglalaman ng hanggang 2% carbon.
Mayroon ding isang bagay tulad ng mild steel. Ito ay flash iron, na naglalaman ng mas mababa sa 0.25% na carbon. Kung isasaalang-alang natin ang kasaysayan ng metalurhiya, kung gayon ito ay banayad na bakal na ginawa sa paunang yugto ng paggawa ng keso. Ano ang isa pang pangalan para sa flash iron? Mayroon ding ikatlong uri. Kapag naglalaman ito ng higit sa 2% na carbon, kung gayonito ay cast iron.
Pag-imbento ng blast furnace
Ang namumulaklak na paraan ng pagkuha ng bakal gamit ang raw-blooded forges ay lubos na nakadepende sa lagay ng panahon. Pagkatapos ng lahat, para sa naturang teknolohiya mahalaga na ang hangin ay dapat pumutok sa manufactured tube. Ito ay ang pagnanais na lumayo mula sa vagaries ng panahon na humantong sa isang tao na lumikha ng mga balahibo. Ito ang mga device na kailangan para magpaypay ng apoy sa raw-furnace.
Pagkatapos ng paglitaw ng mga bellow, ang mga forge para sa paggawa ng metal ay hindi na itinayo sa mga gilid ng burol. Ang mga tao ay nagsimulang gumamit ng bagong uri ng mga kalan, na tinatawag na "wolf pit". Ang mga ito ay mga istruktura, ang isang bahagi nito ay nasa lupa, at ang pangalawa (mga bahay) ay matayog sa itaas nito sa anyo ng isang istraktura na gawa sa mga bato na pinagsama-sama ng luad. Sa base ng naturang hurno ay may isang butas kung saan ang isang tubo ng mga bubulusan ay ipinasok upang magpaypay ng apoy. Ang karbon na inilatag sa bahay ay sinunog, pagkatapos nito ay posible na makuha ang cracker. Siya ay nakuha sa pamamagitan ng butas, na nabuo pagkatapos ng pag-alis ng ilang mga bato mula sa ibabang bahagi ng istraktura. Susunod, ang pader ay naibalik at ang hurno ay napuno ng mineral at karbon upang magsimulang muli.
Bright iron production ay patuloy na napabuti. Sa paglipas ng panahon, nagsimulang magtayo ng mas malalaking bahay. Nangangailangan ito ng pagtaas sa produktibidad ng mga mech. Bilang resulta, nagsimulang magsunog ng mas mabilis ang karbon, na nababad sa bakal ng carbon.
Cast iron
Ano ang tawag sa high-carbon flash iron? Gaya noonnabanggit sa itaas, ito ay cast iron na karaniwan na ngayon. Ang natatanging tampok nito ay ang kakayahang matunaw sa medyo mababang temperatura.
Brick na bakal - cast iron sa solidong anyo - imposibleng mapeke. Kaya naman noong una ay hindi siya pinansin ng mga sinaunang metalurgist. Mula sa isang suntok gamit ang martilyo, ang materyal na ito ay nabasag lang sa mga piraso. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang cast iron, pati na rin ang slag, ay unang itinuturing na isang basurang produkto. Sa Inglatera, tinawag pa ngang "pig iron" ang metal na ito. At sa paglipas ng panahon, napagtanto ng mga tao na ang produktong ito, habang ito ay nasa likidong anyo, ay maaaring ibuhos sa mga hulma upang makakuha ng iba't ibang mga produkto, halimbawa, mga cannonball. Salamat sa pagtuklas na ito sa 14-15 na siglo. sa industriya ay nagsimulang magtayo ng mga blast furnace para sa produksyon ng pig iron. Ang taas ng naturang mga istraktura ay umabot sa 3 metro o higit pa. Sa tulong nila, natunaw ang pandayan para sa paggawa hindi lamang ng mga cannonball, kundi pati na rin ng mga kanyon mismo.
Pagpapaunlad ng paggawa ng blast-furnace
Isang tunay na rebolusyon sa negosyong metalurhiko ang naganap noong dekada 80 ng ika-18 siglo. Noon ay nagpasya ang isa sa mga klerk ni Demidov na para sa higit na kahusayan sa pagpapatakbo ng mga blast furnace, ang hangin ay dapat ibigay sa kanila hindi sa pamamagitan ng isa, ngunit sa pamamagitan ng dalawang nozzle, na dapat na matatagpuan sa magkabilang panig ng apuyan. Unti-unti, lumaki ang bilang ng mga naturang nozzle. Ginawa nitong posible na gawing mas pare-pareho ang proseso ng pag-ihip, pataasin ang diameter ng apuyan at pataasin ang pagiging produktibo ng mga furnace.
Ang pagbuo ng paggawa ng blast-furnace ay pinadali din ng pagpapalit ng uling,kung saan ang mga kagubatan ay pinutol, para sa coke. Noong 1829, sa Scotland, sa planta ng Clayde, ang mainit na hangin ay hinipan sa blast furnace sa unang pagkakataon. Ang ganitong pagbabago ay makabuluhang nadagdagan ang pagiging produktibo ng hurno at nabawasan ang pagkonsumo ng gasolina. Sa ngayon, napabuti ang proseso ng blast furnace sa pamamagitan ng pagpapalit ng ilan sa coke ng natural gas, na may mas mababang halaga.
Bulat
Ano ang pangalan ng flash iron, na may mga natatanging katangian na ginamit sa paggawa ng mga armas? Alam namin ang materyal na ito bilang damask steel. Ang metal na ito, tulad ng Damascus steel, ay isang haluang metal na bakal at carbon. Gayunpaman, hindi tulad ng iba pang mga species nito, ito ay isang marangya na bakal na may magagandang katangian. Ito ay nababanat at matigas, at may kakayahang gumawa ng pambihirang talas sa talim.
Ang mga metalurgist ng maraming bansa ay nagsisikap na buksan ang sikreto ng paggawa ng damask steel sa loob ng mahigit isang siglo. Ang isang malaking bilang ng mga recipe at pamamaraan ay iminungkahi na kasama ang pagdaragdag ng garing, mahalagang bato, ginto at pilak sa bakal. Gayunpaman, ang lihim ng damask steel ay ipinahayag lamang sa unang kalahati ng ika-20 siglo ng kahanga-hangang metallurgist ng Russia na si P. P. Anosov. Kumuha sila ng namumulaklak na bakal, na inilagay sa isang pugon na may uling, kung saan ang isang bukas na apoy ay nasusunog. Ang metal ay natunaw, puspos ng carbon. Sa oras na iyon, natatakpan ito ng mala-kristal na dolomite na slag, kung minsan ay may pagdaragdag ng pinakamadalisay na sukat ng bakal. Sa ilalim ng gayong layer, ang metal ay napakalakas na pinakawalan mula sa silikon, posporus, asupre at oxygen. Gayunpaman, hindi lang iyon. Ang nagresultang bakal ay kailangang palamig hangga't maaarimas mabagal at mas mahinahon. Ginawa nitong posible na bumuo, una sa lahat, malalaking kristal na may branched structure (dendrites). Ang nasabing paglamig ay naganap nang direkta sa apuyan, na puno ng mainit na karbon. Sa susunod na yugto, isinagawa ang mahusay na forging, kung saan hindi dapat gumuho ang resultang istraktura.
Ang mga natatanging katangian ng damask steel ay kasunod na nakahanap ng paliwanag sa mga gawa ng isa pang Russian metallurgist na si D. K. Chernov. Ipinaliwanag niya na ang mga dendrite ay refractory ngunit medyo malambot na bakal. Ang puwang sa pagitan ng kanilang "mga sanga" sa proseso ng solidification ng bakal ay puno ng mas puspos na carbon. Iyon ay, ang malambot na bakal ay napapalibutan ng mas matigas na bakal. Ipinapaliwanag nito ang mga katangian ng damask steel, na nakapaloob sa lagkit nito at sa parehong oras mataas na lakas. Ang gayong hybrid na bakal sa panahon ng pagtunaw ay nagpapanatili ng istraktura ng puno nito, na ginagawa lamang ito mula sa isang tuwid na linya patungo sa isang zigzag. Ang kakaiba ng resultang pattern sa malaking lawak ay nakasalalay sa direksyon ng mga suntok, lakas, pati na rin sa husay ng panday.
Damascus steel
Noong sinaunang panahon, ang metal na ito ay ang parehong damask steel. Gayunpaman, ilang sandali, ang Damascus steel ay nagsimulang tawaging isang materyal na nakuha sa pamamagitan ng forge welding mula sa isang malaking bilang ng mga wire o strips. Ang mga elementong ito ay gawa sa bakal. Bukod dito, ang bawat isa sa kanila ay nailalarawan sa pamamagitan ng ibang carbon content.
Ang sining ng paggawa ng naturang metal ay umabot sa pinakamalaking pag-unlad nito noong Middle Ages. Halimbawa, sa istraktura ng kilalang talim ng Hapon, natagpuan ng mga mananaliksikhumigit-kumulang 4 na milyong bakal na sinulid na may kapal na mikroskopiko. Ginawa ng komposisyong ito ang proseso ng paggawa ng mga armas na napakahirap.
Produksyon sa mga modernong kondisyon
Ang mga sinaunang metallurgist ay nag-iwan ng sample ng kanilang kakayahan hindi lamang sa mga armas. Ang pinaka-kapansin-pansin na halimbawa ng purong bloomery na bakal ay ang sikat na hanay na matatagpuan malapit sa kabisera ng India. Tinukoy ng mga arkeologo ang edad ng monumento ng metalurhikong sining. Ito ay lumabas na ang haligi ay itinayo isa pang 1.5 libong taon na ang nakalilipas. Ngunit ang pinaka-nakakagulat na bagay ay namamalagi sa katotohanan na ngayon imposibleng tuklasin ang kahit na maliliit na bakas ng kaagnasan sa ibabaw nito. Ang materyal ng hanay ay sumailalim sa maingat na pagsusuri. Ito ay lumabas na ito ay purong flash iron, na naglalaman lamang ng 0.28% ng mga impurities. Ang gayong pagtuklas ay ikinamangha maging ng mga modernong metalurgista.
Sa paglipas ng panahon, unti-unting nawala ang kasikatan ng flashy iron. Ang metal na natunaw sa isang open-hearth o blast furnace ay nagsimulang tamasahin ang pinakamalaking pangangailangan. Gayunpaman, kapag inilalapat ang mga pamamaraang ito, ang isang produkto ng hindi sapat na kadalisayan ay nakuha. Kaya naman ang pinakalumang paraan ng paggawa ng materyal na ito ay nakatanggap kamakailan ng pangalawang buhay nito, na nagbibigay-daan sa paggawa ng metal na may pinakamataas na kalidad na mga katangian.
Ano ang tawag sa flash iron ngayon? Ito ay pamilyar sa amin bilang isang direktang pagbabawas ng metal. Siyempre, ang bloomery iron ngayon ay hindi ginawa sa parehong paraan tulad ng noong sinaunang panahon. Para sa paggawa nito, ginagamit ang mga pinaka-modernong teknolohiya. Ginagawa nilang posible na makagawa ng metal na halos walangmga banyagang dumi. Ang mga rotary tube furnace ay ginagamit sa paggawa. Ginagamit ang mga naturang elemento sa istruktura para sa pagpapaputok ng iba't ibang bulk na materyales gamit ang mataas na temperatura sa kemikal, semento at marami pang ibang industriya.
Ano ngayon ang tawag sa flash iron? Ito ay itinuturing na dalisay at ginagamit sa pagkuha ng isang paraan na sa esensya ay hindi gaanong naiiba sa kung ano ang umiiral noong sinaunang panahon. Gayunpaman, ang mga metallurgist ay gumagamit ng iron ore, na pinainit sa proseso ng pagkuha ng pangwakas na produkto. Gayunpaman, ngayon ang mga hilaw na materyales ay unang sumasailalim sa karagdagang pagproseso. Ito ay pinayaman, na lumilikha ng isang uri ng concentrate.
Ang modernong industriya ay gumagamit ng dalawang pamamaraan. Parehong nagbibigay-daan sa iyong kumuha ng flash iron mula sa concentrate.
Ang una sa mga pamamaraang ito ay batay sa pagdadala ng mga hilaw na materyales sa kinakailangang temperatura gamit ang solid fuel. Ang ganitong proseso ay halos kapareho ng isinagawa ng mga sinaunang metalurgist. Sa halip na solid fuel, maaaring gamitin ang gas, na isang kumbinasyon ng hydrogen at carbon monoxide.
Ano ang nauuna sa pagkuha ng materyal na ito? Ano ang pangalan ng flash iron ngayon? Matapos mapainit ang iron ore concentrate, mananatili ang mga pellets sa pugon. Mula sa kanila ang purong metal ay kasunod na ginawa.
Ang pangalawang paraan na ginamit upang maibalik ang bakal ay halos kapareho sa teknolohiya sa una. Ang pagkakaiba lamang ay ang mga metalurgist ay gumagamit ng purong hydrogen bilang gasolina para sa pagpainit ng concentrate. Sa pamamaraang ito, ang bakal ay nakuha nang mas mabilis. Eksaktosamakatuwid, ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang mas mataas na kalidad, dahil sa proseso ng pakikipag-ugnayan ng hydrogen na may enriched ore, dalawang sangkap lamang ang nakuha. Ang una sa mga ito ay purong bakal, at ang pangalawa ay tubig. Maaaring ipagpalagay na ang pamamaraang ito ay napakapopular sa modernong metalurhiya. Gayunpaman, ngayon ito ay ginagamit nang madalang, at, bilang isang patakaran, para lamang sa paggawa ng bakal na pulbos. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na medyo mahirap makakuha ng purong hydrogen, kapwa sa mga tuntunin ng paglutas ng mga teknikal na isyu at dahil sa mga kahirapan sa ekonomiya. Ang pag-iimbak ng natanggap na gasolina ay mahirap ding gawain.
Kamakailan lamang, nakabuo ang mga siyentipiko ng isa pang ikatlong paraan para sa paggawa ng pinababang bakal. Kabilang dito ang pagkuha ng metal mula sa ore concentrate, nang hindi dumaan sa yugto ng pagbabago nito sa mga pellets. Ipinakita ng mga pag-aaral na sa pamamaraang ito, ang purong bakal ay maaaring makagawa ng mas mabilis. Gayunpaman, ang paraang ito ay hindi pa naipapatupad sa industriya, dahil nangangailangan ito ng makabuluhang pagbabago sa teknolohiya at pagbabago sa kagamitan ng mga negosyong metalurhiya.
Ano ang pangalan ng flash iron ngayon? Ang materyal na ito ay pamilyar sa amin bilang isang direktang pagbabawas ng metal, kung minsan ito ay tinatawag ding spongy. Ito ay isang cost-effective, mataas na kalidad, environment friendly na materyal na walang mga impurities ng phosphorus at sulfur. Dahil sa mga katangian nito, ginagamit ang bloomery iron sa mga industriya ng engineering (aviation, paggawa ng barko at instrumentation).
Fechral
Tulad ng nakikita mo, ngayon kapag gumagamitang pinaka-modernong mga teknolohiya ay gumagamit ng naturang materyal bilang namumulaklak na bakal. Ang Fechral ay isa ring hinahangad na haluang metal. Bilang karagdagan sa bakal, naglalaman ito ng mga sangkap tulad ng chromium at aluminyo. Ang nickel ay naroroon din sa istraktura nito, ngunit hindi hihigit sa 0.6%.
Fechral ay may magandang electrical resistance, mataas na tigas, mahusay na gumagana sa mataas na alumina ceramics, walang tendency sa pitting at lumalaban sa init sa isang atmosphere na naglalaman ng sulfur at mga compound nito, hydrogen at carbon. Ngunit ang pagkakaroon ng bakal sa haluang metal ay ginagawa itong medyo malutong, na nagpapahirap sa pagproseso ng materyal sa paggawa ng iba't ibang produkto.
Ang
Fechral ay ginagamit sa paggawa ng mga elemento ng pag-init para sa mga laboratoryo at pang-industriya na hurno, ang pinakamataas na temperatura ng pagpapatakbo na kung saan ay 1400 degrees. Minsan ang mga bahagi mula sa haluang metal na ito ay ginagamit para sa iba pang mga layunin. Ang mga ito ay inilalagay sa mga kagamitan sa pagpainit ng sambahayan, pati na rin sa mga de-koryenteng aparato ng thermal action. Ang Fechral ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga elektronikong sigarilyo. Gayundin, ang isang haluang metal ng bakal, aluminyo at kromo ay hinihiling sa larangan ng paggawa ng mga elemento ng resistive. Ang mga ito ay maaaring, halimbawa, mga panimulang pagpepreno ng mga de-koryenteng mga lokomotibo.
Ang Fechral ay ginagamit upang makagawa ng wire, gayundin ng thread at ribbon. Minsan ang mga bilog at tungkod ay nakuha mula dito. Ang lahat ng produktong ito ay ginagamit sa paggawa ng iba't ibang anyo ng mga heater para sa mga electric oven.
