Auf der Erde wurde es viel mehr geschätzt als Gold. Der sowjetische Historiker G. Areshyan untersuchte den Einfluss von Eisen auf die alte Kultur der Mittelmeerländer.

Er gibt das folgende Verhältnis an: 1:160:1280:6400. Dies ist das Verhältnis der Kosten 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.

Sie 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 e. 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. Aber wenn die Epochen nach dem Hauptmaterial der Werkzeuge benannt werden, dauert die Eisenzeit offensichtlich bis heute an.

Wie haben unsere fernen Vorfahren empfangen? 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 Weicheisen gewonnen - Eisen mit Schlackeneinschlüssen. Solches Eisen wird Schweißen genannt; es enthielt etwas Kohlenstoff und Verunreinigungen, die vom Erz übertragen wurden. Der Hammer war geschmiedet, Schlackenstücke fielen ab, und unter dem Hammer befand sich Eisen, das mit Schlackenfäden durchbohrt war. 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 Osten bereits zur Zeit von Aristoteles (4. Jahrhundert v. Chr.) Hergestellt. Aber die Technologie seiner Herstellung sowie der Prozess der Herstellung von Damastklingen wurden viele Jahrhunderte lang geheim gehalten.

Von Haus zu Haus

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.

Das Wort "domnitsa" selbst kommt vom slawischen Wort "dmuti", was "blasen" bedeutet. Die Wörter "arrogant" (aufgeblasen) und "Rauch" kommen vom selben Wort. Im Englischen wird ein Hochofen wie im Russischen Hochofen genannt. Und auf Französisch und Deutsch heißen diese Öfen hoch (Hochofen auf Deutsch und Haut Fourneau auf Französisch).

Dominica wurde immer mehr. Die Produktivität von Pelzen nahm zu; Kohle brannte heißer und Eisen war mit Kohlenstoff gesättigt.

Als der Cracker aus dem Ofen entfernt wurde, wurde auch geschmolzenes Gusseisen ausgegossen – Eisen, das mehr als 2 % Kohlenstoff enthält und 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 schnell Einzug in die Industrie. Ihre Höhe erreichte 3 m oder mehr, sie erschmolzen Gießeisen, aus dem nicht nur die Kerne gegossen wurden, sondern auch die Kanonen selbst.

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. Down and Out Ärger begann! 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.

Die Erfindung des Koks ist mit der Legende von Dade Dudley verbunden, der das Koks angeblich im 16. Jahrhundert erfunden hat, lange vor Derby. Aber die Holzkohlehersteller fürchteten um ihr Einkommen und töteten den Erfinder, nachdem sie zugestimmt hatten.

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.

Was ist Bulat

Sowohl Damaststahl als auch Damaststahl unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung nicht von gewöhnlichem unlegiertem Stahl. Es ist Eisen mit 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! Edelsteine, Elfenbein wurden 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. Anosov, das Geheimnis des Damaststahls zu lüften. 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 resultierende Struktur nicht hätte stören dürfen. Ein anderer russischer Metallurge, D. K. Chernov, erklärte anschließend den Ursprung der einzigartigen Eigenschaften von Damaststahl und verband sie mit der Struktur. Dendriten bestehen aus feuerfestem, aber relativ weichem Stahl, und der Raum zwischen ihren "Ästen" wird im 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, wurde aber später als Stahl bezeichnet, der durch Schmiedeschweißen aus zahlreichen Stahldrähten oder -bändern gewonnen wurde, wobei die Drähte aus Stählen mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt hergestellt wurden, 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.

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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 erhalten 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.

Eisenlegierungen

Es ist mehr oder weniger bekannt, dass der gemeinhin als Eisen bezeichnete Werkstoff selbst im einfachsten Fall eine Legierung des Eisens selbst als chemisches Element mit Kohlenstoff ist. Bei einer Kohlenstoffkonzentration von weniger als 0,3 % erhält man ein weiches, duktiles Refraktärmetall, hinter dem der Name seines Hauptbestandteils Eisen steht. Eine Vorstellung vom Eisen, mit dem sich unsere Vorfahren beschäftigten, kann man sich heute verschaffen, indem man die mechanischen Eigenschaften des Nagels untersucht.

Bei einer Kohlenstoffkonzentration von mehr als 0,3 %, aber weniger als 2,14 % wird die Legierung als Stahl bezeichnet. In seiner ursprünglichen Form ähnelt Stahl in seinen Eigenschaften Eisen, kann aber im Gegensatz zu diesem gehärtet werden - bei plötzlicher Abkühlung erhält Stahl eine größere Härte - ein bemerkenswerter Vorteil, der jedoch durch die bei derselben Härtung erworbene Sprödigkeit fast vollständig aufgehoben wird.

Schließlich erhalten wir bei einer Kohlenstoffkonzentration über 2,14 % Gusseisen. Spröde, schmelzbar, gut gießbar, aber nicht schmiedebar, Metall.

Der erste Schritt in der aufstrebenden Eisenmetallurgie bestand darin, Eisen durch Reduktion aus Oxid zu gewinnen. Das Erz wurde mit Holzkohle vermischt und in den Ofen gegeben. Bei der durch das Verbrennen von Kohle erzeugten hohen Temperatur begann sich Kohlenstoff nicht nur mit Luftsauerstoff zu verbinden, sondern auch mit dem, der mit Eisenatomen verbunden war.

Nach dem Verbrennen von Kohle im Ofen blieb der sogenannte Kritz zurück - ein Substanzklumpen mit einer Beimischung von reduziertem Eisen. Die Kritsa wurde dann wieder erhitzt und geschmiedet, wobei Eisen aus der Schlacke geschlagen wurde. In der Eisenmetallurgie war das Schmieden lange Zeit das Hauptelement des technologischen Prozesses und darüber hinaus das Letzte, was mit der Formgebung des Produkts verbunden war. Das Material selbst wurde geschmiedet.

Stahl wurde aus fertigem Eisen hergestellt, indem letzteres aufgekohlt wurde. Bei hohen Temperaturen und Sauerstoffmangel, Kohlenstoff, der keine Zeit zum Oxidieren hat, imprägniert Eisen. Je mehr Kohlenstoff vorhanden war, desto härter war der Stahl nach dem Härten.

Wie Sie sehen können, hat keine der oben aufgeführten Legierungen eine Eigenschaft wie Elastizität. Eine Eisenlegierung kann diese Qualität nur erlangen, wenn in ihr eine klare kristalline Struktur auftritt, die beispielsweise beim Erstarrungsprozess aus der Schmelze auftritt. Das Problem der alten Metallurgen war, dass sie Eisen nicht schmelzen konnten. Dazu muss es auf 1540 Grad erhitzt werden, während die Technologien der Antike es ermöglichten, Temperaturen von 1000 bis 1300 Grad zu erreichen. Bis Mitte des 19. Jahrhunderts hielt man es für möglich, Gusseisen nur flüssig zu erschmelzen, da die Schmelzbarkeit von Eisenlegierungen mit zunehmender Kohlenstoffkonzentration zunimmt.

Somit waren weder Eisen noch Stahl allein für die Herstellung von Waffen geeignet. Werkzeuge und Werkzeuge aus reinem Eisen waren zu weich, solche aus reinem Stahl zu spröde. Um beispielsweise ein Schwert herzustellen, musste daher ein Sandwich aus zwei Eisenplatten hergestellt werden, zwischen die eine Stahlplatte gelegt wurde. Beim Schärfen wurde weiches Eisen geschliffen und es entstand eine Stahlschneide.

Solche Waffen, die aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften geschweißt wurden, wurden als geschweißt bezeichnet. Die gemeinsamen Nachteile dieser Technologie waren die übermäßige Massivität und unzureichende Festigkeit der Produkte. Das geschweißte Schwert konnte nicht springen, wodurch es beim Auftreffen auf ein unüberwindbares Hindernis unweigerlich brach oder sich verbogen hatte.

Der Mangel an Elastizität hat die Mängel geschweißter Waffen nicht erschöpft. Neben den genannten Mängeln ließ es sich beispielsweise nicht richtig schärfen. Eisen konnte jede Schärfe verliehen werden (obwohl es mit einer schrecklichen Geschwindigkeit geschliffen wurde), aber die weiche Schneide von Eisen wurde fast sofort stumpf. Stahl wollte nicht schärfen - die Schneide bröckelte. Hier gibt es eine vollständige Analogie zu Bleistiften - es ist einfach, eine weiche Mine sehr scharf zu machen, aber sie wird sofort stumpf und Sie werden sie nicht zu einer harten Mine bringen - sie wird zehnmal brechen. Daher mussten Rasiermesser aus Eisen hergestellt und täglich neu geschärft werden.

Im Allgemeinen übertrafen geschweißte Waffen die Schärfe eines Tafelmessers nicht. Allein dieser Umstand erforderte es, ihn massiv genug zu machen, um zufriedenstellende Schneideigenschaften zu ergeben.

Die einzige Maßnahme, mit der im Rahmen der Schweißtechnik eine Kombination aus Schärfe und Härte erreicht werden konnte, war das Härten des Produktes nach dem Schärfen. Dieses Verfahren wurde anwendbar, wenn die Stahlschneide einfach an einen Eisenstumpf geschweißt wurde und nicht in einem „Sandwich“ aus Eisen eingeschlossen war. Oder es konnten Klingen nach dem Schärfen gehärtet werden, bei denen der Eisenkern außen mit Stahl gebunden wurde.

Der Nachteil dieser Methode war, dass das Schärfen nur einmal möglich war. Wenn eine Stahlklinge gezackt und stumpf wurde, musste die gesamte Klinge neu geschmiedet werden.

Dennoch war es die Entwicklung der Schweißtechnik - trotz aller Mängel - die eine echte Revolution in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit bewirkte und zu einer enormen Steigerung der Produktivkräfte führte. Geschweißte Waffen waren recht funktionsfähig und außerdem öffentlich erhältlich. Erst mit ihrer Verbreitung wurden Steinwerkzeuge endgültig verdrängt und das Zeitalter des Metalls begann.

Eisenwerkzeuge erweiterten die praktischen Möglichkeiten des Menschen entscheidend. Es wurde zum Beispiel möglich, aus Baumstämmen geschnittene Häuser zu bauen - schließlich fällte eine Eisenaxt einen Baum nicht dreimal wie eine Kupferaxt, sondern zehnmal schneller als eine Steinaxt. Behauene Steinkonstruktionen wurden ebenfalls weit verbreitet. Natürlich wurde es auch in der Bronzezeit verwendet, aber der große Verbrauch eines relativ weichen und teuren Metalls schränkte solche Experimente stark ein. Auch die Möglichkeiten der Landwirte haben sich deutlich erweitert.

Erstmals lernten die Völker Anatoliens, Eisen zu verarbeiten. Die altgriechische Tradition betrachtete das Volk der Khalibs als Entdecker des Eisens, für den in der Literatur der stabile Ausdruck "Vater des Eisens" verwendet wurde, und der Name des Volkes stammt vom griechischen Wort Χάλυβας ("Eisen").

Die Eiserne Revolution begann um die Wende des 1. Jahrtausends v. e. in Assyrien. Aus dem 8. Jahrhundert v Das geschweißte Eisen begann sich im 3. Jahrhundert v. Chr. schnell in Europa zu verbreiten. e. verdrängte Bronze in China und Gallien, tauchte im 2. Jahrhundert n. Chr. In Deutschland auf und war im 6. Jahrhundert n. Chr. In Skandinavien und bei den auf dem Territorium des zukünftigen Russlands lebenden Stämmen bereits weit verbreitet. In Japan kam die Eisenzeit erst im 8. Jahrhundert nach Christus.

Metallurgen konnten flüssiges Eisen erst im 19. Jahrhundert sehen, aber schon zu Beginn der Eisenmetallurgie - zu Beginn des 1. Jahrtausends v. Chr. - gelang es indischen Handwerkern, das Problem zu lösen, elastischen Stahl ohne Schmelzen von Eisen zu erhalten. Dieser Stahl wurde Bulat genannt, aber aufgrund der Komplexität der Herstellung und des Mangels an notwendigen Materialien in den meisten Teilen der Welt blieb dieser Stahl lange Zeit ein indisches Geheimnis.

Ein technologischerer Weg zur Gewinnung von elastischem Stahl, der weder besonders reines Erz noch Graphit oder spezielle Öfen erforderte, wurde im 2. Jahrhundert n. Chr. In China gefunden. Stahl wurde viele Male umgeschmiedet, wobei jedes Schmieden den Rohling in zwei Hälften faltete, was zu einem hervorragenden Waffenmaterial namens Damaskus führte, aus dem insbesondere die berühmten japanischen Katanas hergestellt wurden.

Zunächst muss gesagt werden, dass Kohle bis einschließlich 18. Jahrhundert praktisch nicht in der Metallurgie verwendet wurde - aufgrund des hohen Gehalts an Verunreinigungen, die die Qualität des Produkts beeinträchtigen, vor allem Schwefel. Ab dem 11. Jahrhundert in China und ab dem 17. Jahrhundert in England wurde Kohle jedoch in Pfützenöfen zum Glühen von Gusseisen verwendet, wodurch jedoch nur eine geringe Einsparung an Holzkohle erzielt werden konnte - der größte Teil des Brennstoffs wurde verbraucht bei der Verhüttung, wo ein Kontakt zwischen Kohle und Erz nicht ausgeschlossen werden konnte .

Der Brennstoffverbrauch in der Metallurgie war schon damals enorm – der Hochofen verschlang pro Stunde eine Fuhre Kohle. Holzkohle ist zu einer strategischen Ressource geworden. Es war der Holzreichtum in Schweden selbst und dem dazugehörigen Finnland, der es den Schweden ermöglichte, die Produktion in einem solchen Umfang auszuweiten. Die Briten, die weniger Wälder hatten (und selbst diese waren für die Bedürfnisse der Flotte reserviert), waren gezwungen, Eisen in Schweden zu kaufen, bis sie lernten, wie man Kohle verwendet.

Metall Verarbeitung

Die allererste Form der Organisation der Produktion von Eisenprodukten waren Amateurschmiede. Einfache Bauern, die in ihrer Freizeit von der Bewirtschaftung des Landes mit einem solchen Handwerk handelten. Der Schmied dieser Art hat selbst "Erz" (einen rostigen Sumpf oder roten Sand) gefunden, selbst Kohle verbrannt, selbst Eisen geschmolzen, es selbst geschmiedet, es selbst verarbeitet.

Die Geschicklichkeit des Meisters beschränkte sich in dieser Phase naturgemäß auf das Schmieden von Erzeugnissen einfachster Form. Seine Werkzeuge bestanden aus einem Blasebalg, einem Steinhammer und Amboss und einem Schleifstein. Eisenwerkzeuge wurden mit Hilfe von Steinwerkzeugen hergestellt.

Wenn es in der Nähe Erzvorkommen gab, die für den Bergbau geeignet waren, konnte das ganze Dorf mit der Eisenproduktion beschäftigt werden, aber dies war nur möglich, wenn es eine stabile Möglichkeit für eine profitable Vermarktung von Produkten gab, die praktisch nicht unter barbarischen Bedingungen stattfinden konnte.

Wenn es zum Beispiel für einen Stamm von 1000 Menschen ein Dutzend Eisenproduzenten gab, von denen jeder in einem Jahr ein paar Käseöfen baute, dann sicherte ihre Arbeit die Konzentration von Eisenprodukten von nur etwa 200 Gramm pro Kopf. Und nicht in einem Jahr, sondern im Allgemeinen.

Diese Zahl ist natürlich sehr ungefähr, aber Tatsache ist, dass es durch die Herstellung von Eisen auf diese Weise nie möglich war, den gesamten Bedarf an den einfachsten Waffen und den notwendigsten Werkzeugen auf seine Kosten vollständig zu decken. Äxte wurden weiterhin aus Stein, Nägel und Pflüge aus Holz hergestellt. Metallrüstungen blieben selbst für die Anführer unzugänglich.

Die primitivsten Stämme der Briten, Germanen und Slawen zu Beginn unserer Ära hatten diese Möglichkeit. Die Balten und Finnen bekämpften die Kreuzfahrer mit Stein- und Knochenwaffen - und es stellte sich bereits als XII-XIII Jahrhundert heraus. Alle diese Völker wussten natürlich schon, wie man Eisen macht, aber sie konnten es noch nicht in der erforderlichen Menge beschaffen.

Die nächste Stufe in der Entwicklung der Eisenmetallurgie waren professionelle Schmiede, die noch selbst Metall schmolzen, aber häufiger wurden andere Männer geschickt, um Eisensand zu gewinnen und Kohle zu verbrennen - im Austausch gegen Sachleistungen. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Schmied meist schon einen Hammergehilfen und eine irgendwie ausgerüstete Schmiede.

Mit dem Aufkommen der Schmiede stieg die Konzentration von Eisenprodukten um das Vier- bis Fünffache. Nun konnte jeder Bauernhaushalt mit eigenem Messer und Beil ausgestattet werden. Auch die Qualität der Produkte stieg. Schmiede waren in der Regel Profis, sie kannten die Technik des Schweißens und konnten Draht ziehen. Im Prinzip könnte ein solcher Handwerker auch Damaskus bekommen, wenn er wüsste wie, aber die Herstellung von Damaskus-Waffen erforderte so viel Eisen, dass eine Massenproduktion noch nicht möglich war.

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 schnell bei hohen Temperaturen oder hoher Luftfeuchtigkeit. 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, und zwar 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 „Eisen“ und „Eisen“-Produkte nannten, besteht eigentlich aus Gusseisen und Stahl – Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, teilweise unter Beimischung 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. Aber wenn die Epochen nach dem Hauptmaterial der Werkzeuge benannt werden, dann dauert die Eisenzeit offensichtlich bis heute an.

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.

Als der Cracker aus dem Ofen entfernt wurde, 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 als Unsinn erscheinen: Zuerst reduzieren sie Eisenoxid, sättigen das Metall gleichzeitig mit Kohlenstoff, Silizium und 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 Herdes ein 50 ... 100 Kilogramm schwerer Schrei bildete, wurde er aus dem Herd 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 Walzen 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 einer Eisenkeule, auf der sich Kristalle ablagerten und eine eiserne Sole bildeten. Nach der Erfindung des Pfützenofens gab es auf diesem Gebiet der Eisenmetallurgie lange Zeit nichts Neues, 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 mit 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 bleibt 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 „unersetzlichen 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.