Vor vielen Jahrtausenden lernten die Völker, die verschiedene Teile unseres Planeten bewohnten, fast gleichzeitig einheimische Metalle kennen. Bekanntschaft mit Eisen gehört einer späteren Zeit an. Einige Nationen haben früher gelernt, es zu empfangen, andere viel später. Tatsache ist, dass natives Eisen in der Natur so gut wie nie vorkommt. Es wird angenommen, dass das erste Eisen, das in menschliche Hände fiel, meteorischen Ursprungs war. Die erste Erwähnung von Eisen erfolgt vor etwa 5.000 Jahren, als es mehr geschätzt wurde als einheimisches Gold, das als Fassung für Eisenprodukte diente.

Historischen Tatsachen zufolge konnten die auf dem Gebiet des modernen Armeniens lebenden Stämme bereits zu Beginn des dritten Jahrtausends v. Chr. Eisen gewinnen. In Ägypten und im antiken Griechenland wurde Eisen im zweiten und in China - in der Mitte des 1. Jahrtausends v. Chr. - gewonnen. e. Die kleinen Reserven dieser Staaten an so einheimischen Metallen wie Kupfer und Zinn dienten als Anstoß für die Suche nach neuen Metallen. Und in Amerika, das reich an den größten Kupfervorkommen ist, wurde Eisen erst mit der Ankunft der Europäer auf dem Kontinent abgebaut. Im Gegensatz dazu traten afrikanische Stämme sofort in die Eisenzeit ein und umgingen die Kupferzeit.

Der Prozess der Eisengewinnung war zwar viel komplizierter als der von Kupfer. Die alten Meister hatten keine Möglichkeit, eine so hohe Temperatur zu erreichen, bei der Eisen zu schmelzen begann. Erst im ersten Jahrtausend v. Chr. tauchte die Roheisen-Reduktionsmethode auf und wurde bei der Herstellung von Waffen, Werkzeugen und verschiedenen Werkzeugen weit verbreitet, da es das stärkste Metall war, das zu dieser Zeit bekannt war. Ursprünglich wurde metallisches Eisen aus Eisenerzen gewonnen, indem sie an gut belüfteten Orten mit Kohle erhitzt wurden. Anfangs war solches Eisen schwammig, spröde und enthielt viel Schlacke. Es wurde festgestellt, dass metallisches Eisen gewonnen werden kann, ohne es auf den Schmelzpunkt zu bringen, nur sollte es mehr Brennstoff geben und es sollte von besserer Qualität sein als beim Schmelzen von Kupfer, aber es sollte sehr „heiß“ sein. All dies erforderte zusätzliche Schmelzbedingungen und ein spezielles Ofendesign.

Ein wichtiger Schritt zur Eisenerzeugung war die Erfindung der Schmiede, die innen mit feuerfesten Materialien ausgekleidet und nach oben offen war. Dank dieser Methode erwies sich Eisen als qualitativ besser. Die weitere Verarbeitung des Metalls erfolgte in der Schmiede, wo das im Ofen erhitzte Metall mit Hammerschlägen behandelt wurde, um die Schlacke zu entfernen, wonach Eisen von zufriedenstellender Qualität erhalten wurde. Schmieden ist seit vielen Jahrhunderten die Hauptart der Metallverarbeitung und Schmieden - eine wichtige Industrie.

Eisen in reiner Form war wegen seiner Weichheit schwierig zu verwenden, praktische Bedeutung erlangte eine Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff. Wenn Eisen bis zu 1,7 % Kohlenstoff enthielt, wurde Stahl erhalten, und Eisen erlangte die Fähigkeit, gehärtet zu werden. Zuerst wurde das Werkzeug rotglühend erhitzt und dann in Wasser getaucht, wonach es sehr hart mit hervorragenden Schnitteigenschaften wurde. Sehr bald drang Eisen als eines der am leichtesten zugänglichen und billigsten Materialien in alle Bereiche der menschlichen Tätigkeit ein und machte eine große Revolution in der Geschichte der menschlichen Entwicklung.

Ab dem Moment, in dem Eisen aktiv genutzt wird, setzt also ein neuer, qualitativer Wendepunkt in der Entwicklung ein, in diesem Fall interessiert uns die Entwicklung des antiken Griechenlands. Ich habe bereits gesagt, dass Eisen wichtige Indikatoren hat.

Der wichtigste Vorteil von Eisen gegenüber Bronze ist, dass es ein billiges Metall ist. Dieses Metall ist sehr verbreitet. Wir haben Ihnen gesagt, dass Bronze eine Legierung aus Kupfer und Zinn ist. Kupfer ist ein ziemlich seltenes Metall. Zinn ist ein noch selteneres Metall. Aber Eisenerze in verschiedenen Formen sind auf der Erde weit verbreitet. Es ist nicht notwendig, an eine Lagerstätte wie die magnetische Kursk-Anomalie oder ähnliches zu denken. Es gab sehr kleine Vorkommen, die sehr schnell erschlossen wurden, aber sie lieferten das notwendige Metall in der historischen Zeit. Dieses Metall ist also in seinem Wesen demokratischer. Bronze ist seit sehr langer Zeit (und wir werden heute darüber sprechen), es ist ein Metall für den Adel. Eisen ist ein Metall für die Menschen, für die aufstrebende Zivilbevölkerung.

Der zweite Punkt ist, dass Eisen eine höhere Qualität als Bronze hat und daher den Fortschritt in verschiedenen Bereichen der Produktion beschleunigt hat. Außerdem allmählich, wenn auch nicht sofort, Entdeckungen auf dem Gebiet des Eisens (die Erfindung des Stahls, die Erfindung des Lötens usw., dies gilt nur für das 7.-6. Jahrhundert, ich wiederhole, nicht alle auf einmal), aber dies bot bereits eine potenzielle Chance für die Entwicklung der Gesellschaft.

Und in vielerlei Hinsicht war es die Verbreitung von Eisen, die in Griechenland zu einem solchen Ergebnis führte, dass wir, wenn wir diese Zeit des Chaos, die Zeit der Regression, haben, wieder eine neue soziale Struktur wiederhergestellt haben, eine neue Gesellschaft auf dem Territorium von Griechenland. Es wird weder dem minoischen kretischen Griechenland noch dem mykenischen Balkangriechenland ähneln. Diese Gesellschaft wird grundlegend neu sein. Wenn wir sagen, dass für die Gesellschaften des 3. bis 2. Jahrtausends der Palast das wichtigste Strukturelement war (wir sagten, dass der Palast eine Art polyfunktionales Phänomen ist und dass der Palasttyp der Organisation von Staat und Gesellschaft ein normaler, allgemeiner ist geschichtlicher Organismus, der für die alten Länder des Ostens und in dieser Hinsicht Europa mit seinem Kreta und seinem Balkangriechenland charakteristisch war, ging er im Grunde mit der Entwicklung der Weltzivilisation einher), jetzt, im ersten Jahrtausend, es wird Gestalt annehmen, allmählich Gestalt annehmen, es wird nicht sofort entstehen, sondern es wird Jahrhunderte dauern, völlig neue Gesellschaften.

Gesellschaften, in denen das Zentrum ein völlig anderes Phänomen sein wird, kein Palast, sondern eine Polis. Die Politik wird nun das wichtigste strukturbildende Element sein. Und deshalb ist es, um zu verstehen, was dieses neue Phänomen ist, zuallererst notwendig, zu bestimmen, was eine Politik ist. Deshalb werde ich zuerst über die Politik sprechen und dann über die nächste historische Periode, über die Zeit, als diese Politik auf dem Territorium Griechenlands gebildet wurde.

Das ist nur die nächste Periode, die besprochen wird - dies ist die Periode des Archaismus (VIII - VI Jahrhunderte v. Chr.), Dies ist die Ära der Bildung der griechischen Politik.

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Eisen ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 26 im Periodensystem, bezeichnet mit dem Symbol Fe (lat. Ferrum), eines der häufigsten Metalle in der Erdkruste. Der einfache Stoff Eisen ist ein silbrig-weißes, formbares Metall mit hoher chemischer Reaktivität: Eisen korrodiert bei hohen Temperaturen oder hoher Luftfeuchtigkeit schnell. Eisen kommt in der Natur selten in reiner Form vor. Es wird vom Menschen häufig verwendet, um Legierungen mit anderen Metallen und mit Kohlenstoff herzustellen, und ist der Hauptbestandteil von Stahl. Das Vorkommen von Eisen in der Erdkruste (4,65 %, Platz 4 nach O, Si, Al) und die Kombination spezifischer Eigenschaften machen es zum „Metall Nr. 1“ an Bedeutung für den Menschen. Es wird auch angenommen, dass Eisen den größten Teil des Erdkerns ausmacht.

Es gibt mehrere Versionen des Ursprungs des slawischen Wortes "Eisen" (belarussisches Zhalez, bulgarisches Zhelyazo, ukrainisches Zalizo, polnisches Żelazo, slowenisches Železo). Eine der Versionen verbindet dieses Wort mit dem Sanskrit "Mitleid", was "Metall, Erz" bedeutet. Eine andere Version sieht im Wort die slawische Wurzel „lez“, die gleiche wie im Wort „Klinge“ (da Eisen hauptsächlich zur Herstellung von Waffen verwendet wurde). Es gibt auch eine Verbindung zwischen dem Wort „Gelee“ und der gallertartigen Konsistenz von „Sumpferz“, aus dem das Metall einige Zeit abgebaut wurde. Der Name des natürlichen Eisenkarbonats (Siderit) kommt von lat. Sidereus - Stern; Tatsächlich war das erste Eisen, das in die Hände der Menschen fiel, meteorischen Ursprungs. Vielleicht ist diese Koinzidenz kein Zufall. Insbesondere das altgriechische Wort sideros für Eisen und das lateinische sidus für „Stern“ dürften einen gemeinsamen Ursprung haben.

Bezüglich der Verbreitung in der Lithosphäre steht Eisen unter allen Elementen an 4. Stelle und unter den Metallen nach Aluminium an 2. Stelle. Sein Massenanteil in der Erdkruste beträgt 4,65 %. Eisen ist Bestandteil von mehr als 300 Mineralien, aber nur Erze mit einem Gehalt von mindestens 16 % Eisen sind von industrieller Bedeutung: Magnetit (magnetisches Eisenerz) - Fe3O4 (72,4 % Fe), Hämatit (Eisenglanz oder rotes Eisenerz) - Fe2O3 (70 % Fe), braunes Eisenerz (Goethit, Limonit usw.) mit einem Eisengehalt von bis zu 66,1 % Fe, häufiger jedoch 30-55 %.

Eisen ist seit langem in der Technik weit verbreitet, nicht so sehr wegen seiner weiten Verbreitung in der Natur, sondern wegen seiner Eigenschaften: Es ist plastisch, lässt sich leicht heiß und kalt schmieden, stanzen und ziehen. Reines Eisen hat jedoch eine geringe Festigkeit und chemische Beständigkeit (es oxidiert in Gegenwart von Feuchtigkeit an der Luft und wird mit unlöslichem braunem losem Rost bedeckt). Aus diesem Grund wird Eisen in seiner reinen Form praktisch nicht verwendet. Was wir früher im Alltag als „Eisen“ und „Eisen“-Produkte bezeichneten, besteht eigentlich aus Gusseisen und Stahl – Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, teilweise unter Zusatz weiterer sogenannter Legierungselemente, die diesen Legierungen besondere Eigenschaften verleihen.

Es gab eine Zeit, in der Eisen auf Erden viel mehr geschätzt wurde als Gold. 1: 160: 1280: 6400. Dies ist das Verhältnis der Werte von Kupfer, Silber, Gold und Eisen bei den alten Hethitern. Wie Homer in der Odyssee bezeugt, wurde der Gewinner der von Achilles arrangierten Spiele mit einem Stück Gold und einem Stück Eisen belohnt.
Eisen war sowohl für den Krieger als auch für den Pflüger gleichermaßen notwendig, und praktische Notwendigkeit ist, wie Sie wissen, der beste Motor für Produktion und technischen Fortschritt. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde der Begriff „Eisenzeit“ in die Wissenschaft eingeführt. Der dänische Archäologe K.Yu. Thomsen. "Offizielle" Grenzen dieser Periode der Menschheitsgeschichte: von IX...VII Jahrhunderten. BC. als sich die Eisenmetallurgie bei vielen Völkern und Stämmen Europas und Asiens zu entwickeln begann, und bis zu der Zeit, als unter diesen Stämmen eine Klassengesellschaft und ein Staat entstanden. Benennt man die Epochen aber nach dem Hauptmaterial der Werkzeuge, so setzt sich die Eisenzeit offensichtlich bis heute fort.

Wie kamen unsere fernen Vorfahren zu Eisen? Erstens das sogenannte Käseherstellungsverfahren. Käseöfen wurden direkt auf dem Boden angeordnet, normalerweise an den Hängen von Schluchten und Gräben. Sie sahen aus wie Rohre. Dieses Rohr wurde mit Holzkohle und Eisenerz gefüllt. Kohle wurde angezündet, und der Wind, der in den Hang der Schlucht wehte, ließ die Kohle brennen. Eisenerz wurde reduziert und ein weicher Schrei wurde erhalten - Eisen mit Schlackeneinschlüssen. Solches Eisen wurde Schweißen genannt; es enthielt etwas Kohlenstoff und Verunreinigungen, die vom Erz übertragen wurden. Critsu wurde geschmiedet. Schlackenstücke fielen ab und Eisen blieb unter dem Hammer, durchbohrt von Schlackenfäden. Daraus wurden verschiedene Werkzeuge geschmiedet. Das Zeitalter des Schmiedeeisens war lang, aber auch andere Eisen waren den Menschen der Antike und des frühen Mittelalters bekannt. Der berühmte Damaststahl (oder Damaststahl) wurde im Orient zur Zeit des Aristoteles (4. Jh. v. Chr.) hergestellt. Aber die Technologie seiner Herstellung sowie der Prozess der Herstellung von Damastklingen wurden geheim gehalten.

Sowohl Damaststahl als auch Damaststahl unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung nicht von gewöhnlichem unlegiertem Stahl. Dies sind Legierungen aus Eisen und Kohlenstoff. Aber im Gegensatz zu gewöhnlichem Kohlenstoffstahl hat Damaststahl eine sehr hohe Härte und Elastizität sowie die Fähigkeit, einer Klinge eine außergewöhnliche Schärfe zu verleihen.
Das Geheimnis des Damaststahls verfolgte die Metallurgen vieler Jahrhunderte und Länder. Was nur Methoden und Rezepte nicht angeboten wurden! Gold, Silber, Edelsteine, Elfenbein wurden dem Eisen hinzugefügt. Die genialsten (und manchmal die schrecklichsten) "Technologien" wurden erfunden. Einer der ältesten Tipps: Tauchen Sie die Klinge zum Härten nicht in Wasser, sondern in den Körper eines muskulösen Sklaven, damit seine Kraft zu Stahl wird.

In der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts gelang es dem bemerkenswerten russischen Metallurgen P. P., das Geheimnis des Damaststahls zu lüften. Anosov. Er nahm das reinste Flash-Eisen und legte es in einen offenen Schmelztiegel in einen Holzkohleofen. Schmelzendes Eisen war mit Kohlenstoff gesättigt, bedeckt mit Schlacke aus kristallinem Dolomit, manchmal unter Zugabe von reinem Eisenzunder. Unter dieser Schlacke wurde sie sehr intensiv von Sauerstoff, Schwefel, Phosphor und Silizium befreit. Aber das war nur die halbe Miete. Außerdem war es notwendig, den Stahl möglichst ruhig und langsam abzukühlen, damit sich während des Kristallisationsprozesses zunächst große Kristalle mit verzweigter Struktur, die sogenannten Dendriten, bilden konnten. Die Kühlung ging direkt in den Herd, gefüllt mit heißer Kohle. Es folgte ein geschicktes Schmieden, das die entstandene Struktur nicht brechen sollte.

Ein weiterer russischer Metallurge - D.K. Chernov erklärte anschließend den Ursprung der einzigartigen Eigenschaften von Bulat und verband sie mit der Struktur. Dendriten bestehen aus feuerfestem, aber relativ weichem Stahl, und der Raum zwischen ihren „Ästen“ wird beim Erstarrungsprozess des Metalls mit stärker kohlenstoffgesättigtem und damit härterem Stahl ausgefüllt. Daher die größere Härte bei gleichzeitig größerer Viskosität. Beim Schmieden wird dieser "Hybrid" aus Stahl nicht zerstört, seine Baumstruktur bleibt erhalten, aber nur aus einer geraden Linie wird eine Zickzacklinie. Die Merkmale der Zeichnung hängen weitgehend von der Stärke und Richtung der Schläge ab, von der Geschicklichkeit des Schmieds.

Damaststahl der Antike ist derselbe Damaststahl, später aber der sogenannte Stahl, der durch Schmiedeschweißen aus zahlreichen Stahldrähten oder -bändern gewonnen wird. Die Drähte wurden aus Stählen mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt hergestellt, daher die gleichen Eigenschaften wie Damaststahl. Im Mittelalter erreichte die Kunst, solchen Stahl herzustellen, ihre größte Entwicklung. Bekannt ist eine japanische Klinge, in deren Struktur etwa 4 Millionen mikroskopisch dünne Stahlfäden gefunden wurden. Natürlich ist die Herstellung von Waffen aus Damaststahl noch mühsamer als die Herstellung von Damastsäbeln.

Der Käseherstellungsprozess war stark vom Wetter abhängig: Es war notwendig, dass der Wind in das „Rohr“ blasen musste. Der Wunsch, die Launen des Wetters loszuwerden, führte zur Schaffung von Bälgen, die das Feuer in einem Rohofen anfachen. Mit dem Aufkommen der Bälge war es nicht mehr nötig, Rohöfen an den Hängen zu bauen. Ein neuer Ofentyp tauchte auf - die sogenannten Wolfsgruben, die in den Boden gegraben wurden, und Hochöfen, die den Boden überragten. Sie wurden aus Steinen hergestellt, die mit Ton zusammengehalten wurden. Ein Blasebalg wurde in das Loch an der Basis der Domnitsa eingeführt und der Ofen begann aufgeblasen zu werden. Kohle brannte aus, und im Herd des Hochofens ertönte bereits ein uns vertrauter Schrei. Um es herauszuziehen, brachen sie normalerweise mehrere Steine ​​​​am Boden des Ofens aus. Dann wurden sie wieder an ihren Platz gelegt, der Hochofen mit Kohle und Erz gefüllt und alles begann von vorne.

Beim Entfernen des Crackers aus dem Ofen wurde auch geschmolzenes Gusseisen ausgegossen - Eisen mit mehr als 2% Kohlenstoff, das bei niedrigeren Temperaturen schmilzt. In fester Form lässt sich Gusseisen nicht schmieden, es zerspringt mit einem Hammerschlag in Stücke. Daher galt Gusseisen zunächst wie Schlacke als Abfallprodukt. Die Briten nannten es sogar "Pig Iron" - Roheisen. Erst später erkannten Metallurgen, dass man flüssiges Eisen in Formen gießen und daraus verschiedene Produkte wie Kanonenkugeln gewinnen konnte. Bis zum XIV ... XV Jahrhundert. Hochöfen, die Roheisen produzierten, hielten Einzug in die Industrie. Ihre Höhe erreichte 3 m mehr, sie erschmolzen Gießeisen, aus dem nicht nur die Kerne, sondern auch die Kanonen selbst gegossen wurden. Die eigentliche Wende vom Hochofen zum Hochofen fand erst in den 80er Jahren des 18. Jahrhunderts statt, als einer von Demidovs Angestellten auf die Idee kam, nicht durch eine Düse, sondern durch zwei in den Hochofen zu blasen und zu platzieren sie auf beiden Seiten des Herdes. Die Anzahl der Düsen oder Lanzen (wie sie heute genannt werden) wuchs, der Wind wurde immer gleichmäßiger, der Durchmesser des Herds nahm zu und die Produktivität der Öfen stieg.

Zwei weitere Entdeckungen haben die Entwicklung der Hochofenproduktion stark beeinflusst. Viele Jahre lang wurden Hochöfen mit Holzkohle befeuert. Es gab eine ganze Industrie, die sich der Verbrennung von Kohle aus Holz widmete. Infolgedessen wurden die Wälder in England in einem solchen Ausmaß abgeholzt, dass ein spezielles Dekret der Königin erlassen wurde, das die Zerstörung des Waldes für die Bedürfnisse der Eisen- und Stahlindustrie verbot. Danach begann die englische Metallurgie rapide zu verfallen. Großbritannien war gezwungen, Roheisen aus dem Ausland, hauptsächlich aus Russland, zu importieren. Dies dauerte bis Mitte des 18. Jahrhunderts, als Abraham Derby einen Weg fand, Koks aus Kohle zu gewinnen, deren Vorräte in England sehr groß sind. Koks wurde zum Hauptbrennstoff für Hochöfen. 1829 wandte J. Nilson im Werk Kleid (Schottland) erstmals das Einblasen von erhitzter Luft in Hochöfen an. Diese Innovation steigerte die Produktivität der Öfen und senkte den Brennstoffverbrauch drastisch. Die letzte wesentliche Verbesserung des Hochofenprozesses ist heute bereits erfolgt. Seine Essenz besteht darin, einen Teil des Kokses durch billiges Erdgas zu ersetzen.

Der Prozess der Stahlerzeugung reduziert sich im Wesentlichen auf das Ausbrennen von Verunreinigungen aus Gusseisen, deren Oxidation mit Luftsauerstoff. Was Metallurgen tun, mag einem gewöhnlichen Chemiker unsinnig erscheinen: Zuerst reduzieren sie Eisenoxid, sättigen gleichzeitig das Metall mit Kohlenstoff, Silizium, Mangan (Eisenproduktion) und versuchen dann, es auszubrennen. Das Ärgerlichste ist, dass der Chemiker völlig recht hat: Metallurgen verwenden eine offensichtlich lächerliche Methode. Aber sie hatten nichts anderes. Die wichtigste metallurgische Umverteilung – die Stahlerzeugung aus Gusseisen – entstand im 14. Jahrhundert. Stahl wurde dann in blühenden Schmieden gewonnen. Über der Luftlanze wurde Gusseisen auf ein Holzkohlebett gelegt. Bei der Verbrennung von Kohle schmolz das Gusseisen und tropfte in Tropfen herunter, wobei es eine sauerstoffreichere Zone passierte - an der Blasform vorbei. Dabei wurde Eisen teilweise von Kohlenstoff und fast vollständig von Silizium und Mangan befreit. Dann landete es am Boden des Herds, bedeckt mit einer Schicht eisenhaltiger Schlacke, die von der vorherigen Verhüttung übrig geblieben war. Die Schlacke oxidiert nach und nach den noch im Metall vorhandenen Kohlenstoff, wodurch der Schmelzpunkt des Metalls ansteigt und es dicker wird. Der resultierende weiche Barren wurde mit einer Brechstange angehoben. In der Zone oberhalb der Blasdüse wurde es erneut umgeschmolzen, während ein Teil des im Eisen enthaltenen Kohlenstoffs oxidiert wurde. Als sich nach dem Umschmelzen am Boden des Ofens ein 50 ... 100 Kilogramm schwerer Schrei bildete, wurde er aus dem Ofen entfernt und sofort zum Schmieden geschickt, dessen Zweck nicht nur darin bestand, das Metall zu verdichten, sondern auch zu geben flüssige Schlacken daraus ab.

Die fortschrittlichste Eisenerzeugungsanlage der Vergangenheit war der Puddelofen, der Ende des 18. Jahrhunderts vom Engländer Henry Cort erfunden wurde. (Übrigens erfand er auch das Walzen von geformtem Eisen auf Rollen mit eingeschnittenen Lehren. Ein rotglühender Metallstreifen, der durch die Lehren hindurchging, nahm ihre Form an.) Korts Puddelofen war mit Gusseisen beladen, und sein Boden (Boden) und seine Wände waren mit Eisenerz ausgekleidet. Sie wurden nach jedem Schmelzen erneuert. Heiße Gase aus dem Ofen schmolzen das Eisen, und dann oxidierten der Sauerstoff in der Luft und der im Erz enthaltene Sauerstoff die Verunreinigungen. Der Pfütze, der neben dem Ofen stand, rührte das Bad mit einem Eisenstab, auf dem sich Kristalle ablagerten, die einen Eisenspieß bildeten. Nach der Erfindung des Pfützenofens tauchte auf diesem Gebiet der Eisenhüttenkunde lange Zeit nichts Neues auf, außer dem vom Engländer Gunstman entwickelten Tiegelverfahren zur Herstellung von hochwertigem Stahl. Aber die Tiegel waren ineffizient, und die Entwicklung von Industrie und Verkehr erforderte immer mehr Stahl.

Henry Bessemer patentierte 1856 ein Verfahren zur Herstellung von Stahl durch Blasen von Luft durch flüssiges Eisen in einem Konverter - einem birnenförmigen Gefäß aus Eisenblech, das von innen mit feuerfestem Quarz ausgekleidet war. Ein feuerfester Boden mit vielen Löchern dient der Sprengung. Der Konverter hat eine Drehvorrichtung innerhalb von 300°. Vor Arbeitsbeginn wird der Konverter „auf den Rücken“ gelegt, Gusseisen hineingegossen, gesprengt und erst dann der Konverter senkrecht aufgestellt. Luftsauerstoff oxidiert Eisen zu FeO. Letzteres löst sich in Gusseisen auf und oxidiert Kohlenstoff, Silizium, Mangan ... Aus Oxiden von Eisen, Mangan und Silizium entstehen Schlacken. Der Rollvorgang wird durchgeführt, bis der Kohlenstoff vollständig ausgebrannt ist. Dann wird der Konverter wieder "auf den Rücken" gelegt, die Explosion abgestellt, die berechnete Menge Ferromangan in das Metall eingebracht - zur Desoxidation. Dadurch entsteht hochwertiger Stahl.
Das Verfahren zur Umwandlung von Roheisen wurde zum ersten Verfahren zur Massenproduktion von Stahlguss.

Die Umverteilung im Bessemer-Konverter hatte, wie sich später herausstellte, auch Nachteile. Insbesondere wurden schädliche Verunreinigungen - Schwefel und Phosphor - aus Gusseisen entfernt. Für die Verarbeitung im Konverter wurde daher hauptsächlich schwefel- und phosphorfreies Gusseisen verwendet. Später lernten sie, Schwefel (teilweise natürlich) loszuwerden, indem sie manganreiches "Spiegel" -Gusseisen zu flüssigem Stahl und später Ferromangan hinzufügten. Bei Phosphor, der im Hochofenprozess nicht entfernt und nicht durch Mangan gebunden wurde, war die Situation komplizierter. Einige phosphorreiche Erze wie etwa Lothringen blieben für die Stahlerzeugung ungeeignet. Die Lösung fand der englische Chemiker S.D. Thomas, der vorschlug, Phosphor mit Kalk zu binden. Der Thomas-Konverter war im Gegensatz zum Bessemer-Konverter mit gebranntem Dolomit und nicht mit Kieselsäure ausgekleidet. Beim Blasen wurde dem Gusseisen Kalk zugesetzt. Es bildete sich eine Kalk-Phosphor-Schlacke, die sich leicht vom Stahl trennen ließ. Anschließend wurde diese Schlacke sogar als Düngemittel verwendet.

Die größte Revolution in der Stahlerzeugung fand 1865 statt, als Vater und Sohn Pierre und Emile Martin einen nach Zeichnungen von W. Siemens gebauten regenerativen Gasofen zur Stahlerzeugung einsetzten. Dabei wurde durch die Erwärmung von Gas und Luft in speziellen Kammern mit feuerfester Düse eine so hohe Temperatur erreicht, dass der Stahl im Ofenbad nicht mehr wie in einem Pfützenofen in eine Paste, sondern in eine Flüssigkeit überging Zustand. Es konnte in Pfannen und Formen gegossen, zu Barren verarbeitet und zu Schienen, Trägern, Bauprofilen, Blechen gewalzt werden... Und das alles im großen Stil! Darüber hinaus wurde es möglich, die über viele Jahre in Hütten- und Maschinenbaubetrieben anfallenden riesigen Mengen an Alteisen zu verwerten. Letzterer Umstand spielte bei der Entwicklung des neuen Verfahrens eine sehr wichtige Rolle. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Herdöfen ersetzten fast vollständig die Bessemer- und Thomas-Konverter, die zwar Schrott verbrauchten, aber in sehr geringen Mengen vorkamen.

Die Konverterproduktion könnte zu einer historischen Rarität werden, genauso wie das Puddeln, wenn nicht das Sauerstoffstrahlen. Die Idee, Stickstoff aus der Luft zu entfernen, der am Prozess nicht beteiligt ist, und Roheisen nur mit Sauerstoff zu blasen, kam vielen prominenten Metallurgen der Vergangenheit; vor allem im 19. Jahrhundert. Der russische Metallurg D.K. Chernov und der Schwede R. Åkerman haben darüber geschrieben. Doch damals war Sauerstoff zu teuer. Erst in den 30er bis 40er Jahren des 20. Jahrhunderts, als billige industrielle Methoden zur Gewinnung von Sauerstoff aus Luft eingeführt wurden, konnten Metallurgen Sauerstoff bei der Stahlherstellung verwenden. Natürlich in Herdöfen. Versuche, Sauerstoff durch das Roheisen in den Konvertern zu blasen, waren nicht erfolgreich; dabei entwickelte sich eine so hohe Temperatur, dass der Boden der Apparatur durchbrannte. Im Ofen mit offenem Herd war alles einfacher: Sauerstoff wurde sowohl dem Brenner zugeführt, um die Temperatur der Flamme zu erhöhen, als auch dem Bad (in flüssiges Metall), um Verunreinigungen auszubrennen. Dies ermöglichte es, die Produktivität von Herdöfen stark zu steigern, erhöhte jedoch gleichzeitig die Temperatur in ihnen so stark, dass feuerfeste Materialien zu schmelzen begannen. Daher wurde auch hier Sauerstoff in moderaten Mengen verwendet.

Im Jahr 1952 begann das Werk Fest im österreichischen Linz erstmals mit der Anwendung eines neuen Verfahrens zur Stahlerzeugung - eines Sauerstoffkonverters. Gusseisen wurde in den Konverter gegossen, dessen Boden keine Löcher zum Blasen hatte, er war taub. Der Oberfläche von flüssigem Eisen wurde Sauerstoff zugeführt. Das Ausbrennen von Verunreinigungen erzeugte eine so hohe Temperatur, dass das flüssige Metall gekühlt werden musste, indem Eisenerz und Schrott in den Konverter gegeben wurden. Und das in ziemlich großen Mengen. Konverter tauchten in Hüttenwerken wieder auf. Die neue Methode der Stahlerzeugung verbreitete sich rasch in allen Industrieländern. Jetzt gilt es als eines der vielversprechendsten in der Stahlerzeugung. Die Vorteile des Konverters sind, dass er weniger Platz benötigt als ein Herdherdofen, seine Konstruktion viel billiger ist und seine Produktivität höher ist. Allerdings wurden zunächst nur kohlenstoffarme Baustähle in Konvertern erschmolzen. In den Folgejahren wurde ein Verfahren zum Schmelzen von kohlenstoffreichen und legierten Stählen in einem Konverter entwickelt.

Die Eigenschaften von Stählen sind vielfältig. Es gibt Stähle, die für einen langen Aufenthalt im Meerwasser ausgelegt sind, Stähle, die hohen Temperaturen und der aggressiven Einwirkung heißer Gase standhalten, Stähle, aus denen weiche Bindedrähte hergestellt werden, und Stähle zur Herstellung elastischer und harter Federn. Eine solche Vielfalt an Eigenschaften ergibt sich aus der Vielfalt der Stahlzusammensetzungen. So werden hochfeste Kugellager aus Stahl hergestellt, der 1 % Kohlenstoff und 1,5 % Chrom enthält; Stahl mit 18 % Chrom und 8 ... 9 % Nickel ist der bekannte „Edelstahl“, und Drehwerkzeuge werden aus Stahl hergestellt, der 18 % Wolfram, 4 % Chrom und 1 % Vanadium enthält. Diese Vielfalt an Stahlzusammensetzungen macht es sehr schwierig, sie zu schmelzen. Tatsächlich oxidiert in einem Ofen mit offenem Herd und einem Konverter die Atmosphäre, und Elemente wie Chrom werden leicht oxidiert und verwandeln sich in Schlacke, d. h. sind verloren. Das heißt, um Stahl mit einem Chromgehalt von 18 % zu erhalten, muss dem Ofen viel mehr Chrom zugeführt werden als 180 kg pro Tonne Stahl. Chrom ist ein teures Metall. Wie findet man einen Ausweg aus dieser Situation?

Anfang des 20. Jahrhunderts wurde ein Ausweg gefunden. Für das Schmelzen von Metall wurde vorgeschlagen, die Wärme eines Lichtbogens zu verwenden. Schrott wurde in einen Rundofen geladen, Gusseisen wurde gegossen und Kohlenstoff- oder Graphitelektroden wurden abgesenkt. Zwischen ihnen und dem Metall im Ofen („Bad“) entstand ein Lichtbogen mit einer Temperatur von etwa 4000 ° C. Das Metall schmolz leicht und schnell. Und in einem solchen geschlossenen Elektroofen können Sie jede Atmosphäre erzeugen - oxidierend, reduzierend oder völlig neutral. Mit anderen Worten, es kann verhindert werden, dass wertvolle Gegenstände ausbrennen. So entstand die Metallurgie hochwertiger Stähle. Später wurde eine andere Methode des elektrischen Schmelzens vorgeschlagen - Induktion. Aus der Physik ist bekannt, dass, wenn ein metallischer Leiter in eine Spule gelegt wird, durch die ein hochfrequenter Strom fließt, darin ein Strom induziert wird und sich der Leiter erwärmt. Diese Hitze reicht aus, um das Metall in einer bestimmten Zeit zu schmelzen. Der Induktionsofen besteht aus einem Tiegel mit einer in die Auskleidung eingebetteten Spirale. Durch die Spirale wird ein Hochfrequenzstrom geleitet und das Metall im Tiegel geschmolzen. In einem solchen Ofen können Sie auch jede Atmosphäre erzeugen.

In Elektrolichtbogenöfen erfolgt der Schmelzprozess meist in mehreren Stufen. Zunächst werden unnötige Verunreinigungen aus dem Metall ausgebrannt und oxidiert (Oxidationsperiode). Dann wird Schlacke, die Oxide dieser Elemente enthält, aus dem Ofen entfernt (heruntergeladen) und Ferrolegierungen geladen - Eisenlegierungen mit Elementen, die in das Metall eingebracht werden müssen. Der Ofen wird geschlossen und das Schmelzen ohne Luftzutritt fortgesetzt (Erholungszeit). Dadurch wird der Stahl mit den erforderlichen Elementen in einer bestimmten Menge gesättigt. Das fertige Metall wird in eine Pfanne gegeben und gegossen.

Besonders hochwertige Stähle erwiesen sich als sehr empfindlich gegenüber dem Gehalt an Verunreinigungen. Schon geringe Mengen an Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel, Phosphor beeinträchtigen ihre Eigenschaften stark - Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit. Diese Verunreinigungen bilden mit Eisen und anderen im Stahl enthaltenen Elementen nichtmetallische Verbindungen, die sich zwischen den Körnern des Metalls verkeilen, dessen Gleichmäßigkeit beeinträchtigen und die Qualität mindern. Mit einem erhöhten Gehalt an Sauerstoff und Stickstoff in Stählen nimmt ihre Festigkeit ab, Wasserstoff verursacht das Auftreten von Flocken - Mikrorisse im Metall, die zu einer unerwarteten Zerstörung von Stahlteilen unter Belastung führen, Phosphor erhöht die Sprödigkeit von Stahl in der Kälte, Schwefel verursacht Rotsprödigkeit - die Zerstörung von Stahl unter Belastung bei hohen Temperaturen. Metallurgen haben lange nach Möglichkeiten gesucht, diese Verunreinigungen zu entfernen. Nach dem Schmelzen in Herdöfen, Konvertern und Elektroöfen wird das Metall desoxidiert - Aluminium, Ferrosilizium (eine Legierung aus Eisen und Silizium) oder Ferromangan werden hinzugefügt. Diese Elemente verbinden sich aktiv mit Sauerstoff, schwimmen in der Schlacke auf und reduzieren den Sauerstoffgehalt im Stahl. Aber Sauerstoff verbleibt im Stahl, und für hochwertige Stähle sind seine Restmengen zu groß. Es war notwendig, andere, effektivere Wege zu finden.

In den 1950er Jahren begannen Metallurgen, Stahl im industriellen Maßstab zu evakuieren. Eine Pfanne mit flüssigem Metall wird in eine Kammer gestellt, aus der Luft abgepumpt wird. Das Metall beginnt heftig zu sieden und es werden Gase freigesetzt. Stellen Sie sich jedoch eine Pfanne mit 300 Tonnen Stahl vor - wie lange dauert es, bis es vollständig kocht, und wie stark kühlt das Metall in dieser Zeit ab? Ihnen wird sofort klar, dass dieses Verfahren nur für geringe Stahlmengen geeignet ist. Daher wurden andere, schnellere und effizientere Vakuumiermethoden entwickelt. Jetzt werden sie in allen entwickelten Ländern verwendet, was die Qualität des Stahls verbessert hat. In den frühen 60er Jahren wurde ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Stahl entwickelt, das sehr bald in vielen Ländern eingesetzt wurde. Diese Methode ist sehr einfach. In ein wassergekühltes Metallgefäß - eine Form - wird ein Metallblock gelegt, der gereinigt und mit Schlacke einer speziellen Zusammensetzung bedeckt werden muss. Dann wird der Barren mit einer Stromquelle verbunden. Am Ende des Barrens entsteht ein Lichtbogen und das Metall beginnt zu schmelzen. Flüssiger Stahl reagiert mit Schlacke und wird nicht nur von Oxiden, sondern auch von Nitriden, Phosphiden und Sulfiden gereinigt. Ein neuer, von schädlichen Verunreinigungen gereinigter Barren erstarrt in der Form. Es wurde auch ein alternatives Verfahren angewendet: Schlacken mit einer speziellen Zusammensetzung zum Reinigen von Metall werden geschmolzen und in eine Pfanne gegossen, und dann wird Metall aus dem Ofen in diese flüssige Schlacke freigesetzt. Die Schlacke vermischt sich mit dem Metall und nimmt Verunreinigungen auf. Diese Methode ist schnell, effizient und erfordert keine großen Mengen an Strom.

Die Gewinnung von Eisen direkt aus dem Erz unter Umgehung des Hochofenprozesses wurde im letzten Jahrhundert betrieben. Damals hieß dieser Vorgang Direktreduktion. Bis vor kurzem hat es jedoch keine weite Verbreitung gefunden. Erstens waren alle vorgeschlagenen Methoden der Direktreduktion ineffizient, und zweitens war das resultierende Produkt - Eisenschwamm - von schlechter Qualität und mit Verunreinigungen kontaminiert. Und doch arbeiteten Enthusiasten weiter in diese Richtung. Seit dem flächendeckenden Einsatz von Erdgas in der Industrie hat sich die Situation grundlegend geändert. Es erwies sich als ideales Mittel zur Gewinnung von Eisenerz. Der Hauptbestandteil von Erdgas, Methan CH4, wird durch Oxidation in Gegenwart eines Katalysators in speziellen Geräten - Reformern gemäß der Reaktion 2CH4 + O2 → 2CO + 2H2 - zersetzt.

Es stellt sich eine Mischung aus reduzierenden Gasen heraus - Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Dieses Gemisch gelangt in den Reaktor, der mit Eisenerz beschickt wird.
Die Formen und Ausführungen von Reaktoren sind sehr vielfältig. Manchmal ist der Reaktor ein Drehrohrofen, wie ein Zementofen, manchmal ein Schachtofen, manchmal eine geschlossene Retorte. Daraus erklärt sich die Namensvielfalt für Direktreduktionsverfahren: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN etc. Die Anzahl der Möglichkeiten hat bereits zwei Dutzend überschritten. Aber ihre Essenz ist normalerweise die gleiche. Reichhaltiges Eisenerz wird durch eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff reduziert. Aus Eisenschwamm ist nicht nur eine gute Axt – ein guter Nagel lässt sich nicht schmieden. Egal wie reich das ursprüngliche Erz ist, reines Eisen wird immer noch nicht herauskommen. Nach den Gesetzen der chemischen Thermodynamik wird es nicht einmal möglich sein, das gesamte im Erz enthaltene Eisen wiederherzustellen; ein Teil davon verbleibt noch in Form von Oxiden im Produkt. Eisenschwamm erweist sich als nahezu idealer Rohstoff für die Elektrometallurgie. Es enthält wenige schädliche Verunreinigungen und schmilzt gut. Der Vorteil des Direktreduktionssystems - des Elektroofens - sind seine geringen Kosten. Direktreduktionsanlagen sind viel billiger und verbrauchen weniger Energie als Hochöfen. Das direkte Umschmelzen ist nicht die einzige Möglichkeit, Eisenschwamm in der Eisenmetallurgie einzusetzen. Es kann auch als Schrottersatz in Herdöfen, Konvertern und Elektrolichtbogenöfen eingesetzt werden.

Die Eisenzeit geht weiter. Etwa 9/10 aller von der Menschheit verwendeten Metalle und Legierungen sind Eisenbasislegierungen. Eisen wird weltweit etwa 50-mal häufiger verhüttet als Aluminium, ganz zu schweigen von anderen Metallen. Kunststoffe? Aber in unserer Zeit spielen sie meistens eine eigenständige Rolle in verschiedenen Designs, und wenn sie traditionell versuchen, sie in den Rang eines „unentbehrlichen Ersatzes“ einzuführen, dann ersetzen sie häufiger Nichteisenmetalle, nicht eisenhaltige. Nur wenige Prozent der Kunststoffe, die wir verbrauchen, ersetzen Stahl. Eisenbasierte Legierungen sind universell, technologisch fortschrittlich, verfügbar und in großen Mengen billig. Auch die Rohstoffbasis dieses Metalls gibt keinen Anlass zur Sorge: Bereits erkundete Vorräte an Eisenerz würden für mindestens zwei Jahrhunderte ausreichen. Eisen ist seit langem die Grundlage der Zivilisation.

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