Pe pământ era prețuit mult mai mult decât aurul. Istoricul sovietic G. Areshyan a studiat influența fierului asupra culturii antice a țărilor mediteraneene.

El dă următoarea proporție: 1:160: 1280: 6400. Acesta este raportul dintre costul cuprului, argintului, aurului și fierului dintre vechii hitiți. După cum mărturisește Homer în Odiseea, câștigătorul jocurilor aranjate de Ahile a fost răsplătit cu o bucată de aur și o bucată de fier.

A fost la fel de necesar atât pentru războinic, cât și pentru plugar, iar nevoia practică, după cum știți, este cel mai bun motor al producției și al progresului tehnic.

Termenul „Epoca fierului” a fost introdus în știință la mijlocul secolului al XIX-lea. arheologul danez K. Yu. Thomsen. Granițele „oficiale” ale acestei perioade a istoriei omenirii: din secolele IX-VII. î.Hr e. când metalurgia fierului a început să se dezvolte în rândul multor popoare și triburi din Europa și Asia și până în momentul în care a apărut o societate de clasă și un stat printre aceste triburi. Dar dacă erele sunt denumite în funcție de materialul principal al uneltelor, evident, epoca fierului continuă și astăzi.

Cum au primit strămoșii noștri îndepărtați? În primul rând, așa-numita metodă de fabricare a brânzei. Cuptoarele pentru brânză erau dispuse chiar pe pământ, de obicei pe versanții râpelor și șanțurilor. Arătau ca niște țevi. Această țeavă era umplută cu cărbune și minereu de fier. Cărbunele era aprins, iar vântul care sufla în panta râpei ținea cărbunele aprins.

S-a redus minereul de fier și s-a obținut fier moale - fier cu incluziuni de zgură. Un astfel de fier se numește sudare; conținea ceva carbon și impurități transferate din minereu. Ciocanul era forjat, cădeau bucăți de zgură, iar sub ciocan era fier, străpuns cu fire de zgură. Din el au fost falsificate diverse unelte.

Epoca fierului forjat a fost lungă, dar oamenii din antichitate și din Evul Mediu timpuriu erau familiarizați și cu alte fieruri. Celebrul oțel de Damasc (sau oțel de damasc) a fost fabricat în Orient pe vremea lui Aristotel (secolul al IV-lea î.Hr.). Dar tehnologia producției sale, precum și procesul de fabricare a lamelor de damasc, au fost ținute secrete timp de multe secole.

Din casă în casă

Procesul de fabricare a brânzei depindea în mare măsură de vreme: era necesar ca vântul să sufle în „țeavă”. Dorința de a scăpa de capriciile vremii a dus la crearea burdufurilor, care au avântat focul într-un cuptor brut. Odată cu apariția burdufurilor, nu a mai fost nevoie să se construiască cuptoare brute pe versanți. A apărut un nou tip de furnal - așa-numitele gropi pentru lup, care au fost săpate în pământ, și furnalele, care se înălțau deasupra solului. Erau făcute din pietre ținute împreună cu lut. Un tub de burduf a fost introdus în orificiul de la baza domniței și cuptorul a început să fie umflat. Cărbunele a ars, iar în vatra cuptorului se auzea deja un strigăt cunoscut nouă. De obicei, pentru a-l scoate, spargeau mai multe pietre la fundul cuptorului. Apoi au fost așezați la loc, cuptorul a fost umplut cu cărbune și minereu și totul a început din nou.

Cuvântul „domnitsa” în sine provine din cuvântul slav „dmuti”, care înseamnă „a sufla”. Cuvintele „arogant” (umflat) și „fum” provin din același cuvânt. În engleză, un furnal se numește, ca și în rusă, un furnal. Și în franceză și germană, aceste sobe sunt numite înalte (Hochofen în germană și haut fourneau în franceză).

Dominica a devenit din ce în ce mai mult. Productivitatea blănurilor a crescut; cărbunele ardea mai fierbinte, iar fierul era saturat cu carbon.

Când crackerul a fost scos din cuptor, a fost turnată și fontă topită - fier care conține mai mult de 2% carbon și se topea la temperaturi mai scăzute. În formă solidă, fonta nu poate fi forjată; se sparge în bucăți dintr-o lovitură cu un ciocan. Prin urmare, fonta, ca și zgura, a fost considerată inițial un deșeu. Britanicii l-au numit chiar „fontă” – fontă. Abia mai târziu metalurgii și-au dat seama că fierul lichid poate fi turnat în matrițe și din el se puteau obține diverse produse, precum ghiulele.

Prin secolele XIV-XV. furnalele care produceau fontă au intrat rapid în industrie. Înălțimea lor a atins 3 m sau mai mult, au topit fier de turnătorie, din care au fost turnate nu numai miezurile, ci și tunurile în sine.

Adevărata schimbare de la furnal la furnal a avut loc abia în anii 80 ai secolului al XVIII-lea, când unuia dintre funcționarii lui Demidov a venit cu ideea de a sufla în furnal nu printr-o duză, ci prin două, plasând ei de ambele părți ale vetrei. Au început problemele Down and Out! Numărul duzelor sau lăncilor (cum se numesc acum), a crescut, suflarea a devenit din ce în ce mai uniformă, diametrul vetrei a crescut și productivitatea cuptoarelor a crescut.

Alte două descoperiri au influențat foarte mult dezvoltarea producției de furnal. Timp de mulți ani furnalele au fost alimentate cu cărbune. Exista o întreagă industrie dedicată arderii cărbunelui din lemn. Drept urmare, pădurile din Anglia au fost tăiate într-o asemenea măsură încât a fost emis un decret special de către Regina care interzicea distrugerea pădurii pentru nevoile industriei siderurgice. După aceea, metalurgia engleză a început să scadă rapid. Marea Britanie a fost nevoită să importe fontă din străinătate, în principal din Rusia. Acest lucru a continuat până la mijlocul secolului al XVIII-lea, când Abraham Derby a găsit o modalitate de a obține cocs din cărbune, ale cărui rezerve în Anglia sunt foarte mari. Cocs a devenit principalul combustibil pentru furnalele înalte.

Invenția cocsului este asociată cu legenda lui Dade Dudley, care ar fi inventat cocsificarea în secolul al XVI-lea, cu mult înainte de Derby. Dar producătorii de cărbune s-au temut pentru veniturile lor și, după ce au fost de acord, l-au ucis pe inventator.

În 1829, J. Nilson de la uzina Kleid (Scoția) a aplicat pentru prima dată aer încălzit suflat în furnalele înalte. Această inovație a crescut productivitatea cuptoarelor și a redus dramatic consumul de combustibil.

Ultima îmbunătățire semnificativă a procesului de furnal a avut deja loc astăzi. Esența sa este înlocuirea unei părți din cocs cu gaz natural ieftin.

Ce este Bulat

Atât oțelul damasc, cât și oțelul Damasc nu diferă ca compoziție chimică de oțelul nealiat obișnuit. Este fier cu carbon. Dar, spre deosebire de oțelul carbon obișnuit, oțelul damasc are o duritate și o elasticitate foarte ridicate, precum și capacitatea de a oferi o lamă de o ascuțire excepțională.

Secretul oțelului damasc bântuia metalurgiștii din multe secole și țări. Ce numai metode și rețete nu s-au oferit! La fier au fost adăugate pietre prețioase, fildeș. Au fost inventate cele mai ingenioase (și uneori cele mai groaznice) „tehnologii”. Unul dintre cele mai vechi sfaturi: pentru întărire, scufundați lama nu în apă, ci în corpul unui sclav musculos - astfel încât puterea lui să se transforme în oțel.

În prima jumătate a secolului trecut, remarcabilul metalurgist rus P.P.Anosov a reușit să dezvăluie secretul oțelului damasc. A luat cel mai pur fier de călcat și l-a pus într-un creuzet deschis într-un cuptor cu cărbune. Fierul, topindu-se, a fost saturat cu carbon, acoperit cu zgură din dolomit cristalin, uneori cu adaos de sol de fier pur. Sub această zgură, a fost eliberat foarte intens de oxigen, sulf, fosfor și siliciu. Dar asta a fost doar jumătate din bătălie. De asemenea, era necesar să se răcească oțelul cât mai calm și lent posibil, astfel încât în ​​timpul procesului de cristalizare să se poată forma mai întâi cristale mari cu o structură ramificată, așa-numitele dendrite. Răcirea a mers chiar în vatră, umplută cu cărbune încins. Aceasta a fost urmată de forjare pricepută, care nu ar fi trebuit să perturbe structura rezultată. Un alt metalurgist rus, D.K. Chernov, a explicat ulterior originea proprietăților unice ale oțelului damasc, legându-le cu structura. Dendritele constau din oțel refractar, dar relativ moale, iar spațiul dintre „ramurile” lor este umplut în procesul de solidificare a metalului cu mai mult oțel saturat cu carbon și, prin urmare, mai dur. Prin urmare, duritatea mai mare și vâscozitatea mai mare în același timp. În timpul forjarii, acest „hibrid” de oțel nu este distrus, structura sa de arbore este păstrată, dar numai dintr-o linie dreaptă se transformă într-una în zig-zag. Caracteristicile desenului depind în mare măsură de puterea și direcția loviturilor, de priceperea fierarului.

Oțelul Damasc din antichitate este același oțel damasc, dar mai târziu a fost numit oțelul obținut prin sudura în forja din numeroase fire sau benzi de oțel.Sârmele erau realizate din oțeluri cu conținut diferit de carbon, de unde aceleași proprietăți ca și oțelul damasc. În Evul Mediu, arta de a face un astfel de oțel a atins cea mai mare dezvoltare. Este cunoscută o lamă japoneză, în structura căreia s-au găsit aproximativ 4 milioane de fire de oțel subțiri microscopic. Desigur, procesul de fabricare a armelor din oțel de Damasc este chiar mai laborios decât procesul de fabricare a săbiilor de damasc.

Pentru ce este resursa noastră?

Scopul principal al site-ului nostru este de a ajuta elevii și studenții care au dificultăți în rezolvarea unei anumite sarcini sau care au ratat o temă școlară. De asemenea, resursa noastră va veni în sprijinul părinților elevilor care se confruntă cu dificultăți de verificare a temelor copiilor.

Pe resursa noastră puteți găsi teme gata făcute pentru orice clasă de la 1 la 11 la toate disciplinele academice. De exemplu, puteți găsi GDZ în matematică, limbi străine, fizică, biologie, literatură etc. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să selectați clasa dorită, subiectul necesar și cărțile de soluții GDZ ale autorilor potriviți, după care trebuie să găsiți secțiunea necesară și să obțineți un răspuns la sarcină. GDZ vă permite să verificați rapid sarcina dată elevului acasă, precum și să pregătiți copilul pentru control.

Cum să obții un A la teme?

Pentru a face acest lucru, trebuie să accesați resursa noastră, care conține teme gata făcute la toate disciplinele curriculum-ului școlar. În același timp, nu trebuie să vă faceți griji cu privire la erori, greșeli de tipar și alte neajunsuri din GDZ, deoarece toate manualele postate la noi au fost verificate de specialiști cu experiență. Toate răspunsurile la temele pentru acasă sunt corecte, așa că putem spune cu încredere că pentru oricare dintre ele vei primi un 5-ku! Dar nu ar trebui să rescrieți fără minte totul în caiet, dimpotrivă, trebuie să faceți singur sarcinile, apoi să le verificați cu ajutorul GDZ și numai după aceea să le rescrieți într-o copie curată. Acest lucru vă va permite să obțineți cunoștințele necesare și note mari.

GDZ online

Acum nimeni nu are probleme la accesarea GDZ, deoarece resursa noastră de Internet este adaptată pentru toate dispozitivele moderne: PC-uri, laptopuri, tablete și smartphone-uri care au acces la Internet. Acum, chiar și la pauză, puteți accesa site-ul nostru de pe telefon și puteți afla răspunsul la absolut orice sarcină. Navigarea comodă și încărcarea rapidă a site-ului vă permit să căutați și să vizualizați GDZ cât mai rapid și confortabil posibil. Accesul la resursa noastră este gratuit, în timp ce înregistrarea este foarte rapidă.

Program nou GDZ

Programa școlară se schimbă periodic, astfel încât elevii au nevoie constant de mijloace didactice noi, manuale și GDZ. Experții noștri monitorizează constant inovațiile și, după implementarea acestora, postează imediat noi manuale și GDZ pe resursă, astfel încât utilizatorii să aibă cele mai recente ediții. Resursa noastră este un fel de bibliotecă pentru școlari, care este necesară oricărui elev pentru studii de succes. Aproape în fiecare an, programa școlară devine mai dificilă, în timp ce sunt introduse noi materii și materiale. Învățarea devine din ce în ce mai dificilă, dar site-ul nostru vă permite să simplificați viața părinților și elevilor.

Ajutor pentru elevi

Nu uităm de viața grea aglomerată a studenților. Fiecare nou an universitar ridică ștacheta în ceea ce privește cunoștințele, așa că nu toți studenții sunt capabili să facă față unei sarcini atât de mari. Cursuri lungi, eseuri diverse, laborator și teze ocupă aproape tot timpul liber al studenților. Cu ajutorul site-ului nostru, orice student își poate face viața de zi cu zi mai ușoară. Pentru a face acest lucru, aproape în fiecare zi, specialiștii noștri plasează noi lucrări pe portal. Acum, studenții pot găsi foile noastre de cheat pentru orice sarcină și gratuit.

Acum nu trebuie să cărați zilnic un număr mare de manuale la școală

Pentru a avea grijă de școlari, specialiștii noștri au postat pe site în domeniul public toate manualele din programa școlară. Prin urmare, astăzi orice elev sau părinte le poate folosi, iar elevii nu mai trebuie să-și încarce spatele în fiecare zi din cauza cărării manuale grele la școală. Este suficient să descărcați manualele necesare pe tabletă, telefon și alt dispozitiv modern, iar manualele vor fi întotdeauna cu dvs. oriunde. Ele pot fi citite și online direct pe site - este foarte confortabil, rapid și complet gratuit.

Eseuri de școală gata

Dacă vi se cere brusc să scrieți un eseu despre o carte, atunci amintiți-vă că pe site-ul nostru puteți găsi întotdeauna un număr mare de eseuri școlare gata făcute, care au fost scrise de maeștri de cuvinte și aprobate de profesori. În fiecare zi extindem lista de eseuri, scriem eseuri noi pe multe subiecte și ținem cont de recomandările utilizatorilor. Acest lucru ne permite să satisfacem nevoile zilnice ale tuturor elevilor.

Pentru eseuri auto-scrise, am furnizat lucrări prescurtate, acestea putând fi vizualizate și descărcate și pe site. Ele conțin semnificația principală a operelor literare școlare, ceea ce reduce semnificativ studiul cărților și economisește puterea elevului, de care are nevoie pentru a studia alte materii.

Prezentări pe diverse teme

Dacă aveți nevoie urgent să faceți o prezentare școlară pe o anumită temă despre care nu știți nimic, atunci cu ajutorul site-ului nostru o puteți face. Acum nu ar trebui să petreceți mult timp căutând imagini, fotografii, informații tipărite și consultări pe această temă cu experți etc., deoarece resursa noastră creează prezentări de înaltă calitate cu conținut multimedia pe orice subiect. Experții noștri au postat pe site un număr mare de prezentări ale autorului care pot fi vizualizate și descărcate gratuit. Prin urmare, antrenamentul va fi mai informativ și confortabil pentru tine, pentru că vei avea mai mult timp pentru odihnă și pentru alte materii.

Avantajele noastre:

* baza de date mare de cărți și GDZ;

* materialele sunt actualizate zilnic;

* acces de pe orice gadget modern;

* ținem cont de dorințele utilizatorilor;

* faceți viața elevilor, studenților și părinților mai liberă și mai fericită.

Ne îmbunătățim constant resursele pentru a face viața utilizatorilor noștri mai confortabilă și mai lipsită de griji. Cu ajutorul gdz.host, vei fi un student excelent, așa că vei avea perspective mari la vârsta adultă. Drept urmare, părinții tăi vor fi mândri de tine pentru că vei fi un exemplu bun pentru toți oamenii.

Cu multe milenii în urmă, popoarele care locuiesc în diferite părți ale planetei noastre, aproape în același timp, au făcut cunoștință cu metalele native. Cunoștință cu fier aparține unei perioade ulterioare. Unele națiuni au învățat să-l primească mai devreme, iar altele mult mai târziu. Cert este că fierul nativ nu se găsește aproape niciodată în natură. Se presupune că primul fier care a căzut în mâinile omului a fost de origine meteorică. Prima mențiune despre fier apare acum aproximativ 5 mii de ani, când era prețuit mai mult decât aurul nativ, care servea ca decor pentru produsele din fier.

Conform faptelor istorice, triburile care trăiau pe teritoriul Armeniei moderne au putut să obțină fier deja la începutul mileniului III î.Hr. În Egipt și Grecia Antică, fierul a fost obținut în al doilea, iar în China - la mijlocul mileniului I î.Hr. e. Micile rezerve ale acestor stări de metale native precum cuprul și staniul au servit drept imbold pentru căutarea de noi metale. Iar în America, bogată în cele mai mari zăcăminte de cupru, fierul a început să fie extras abia odată cu sosirea europenilor pe continent. Triburile africane, dimpotrivă, au pășit imediat în epoca fierului, ocolind epoca cuprului.

Adevărat, procesul de extragere a fierului a fost mult mai complicat decât cuprul. Maeștrii antici nu aveau cum să obțină o temperatură atât de ridicată la care fierul a început să se topească. Abia în primul mileniu î.Hr. a apărut metoda de reducere a fierului brut și a fost utilizată pe scară largă la fabricarea armelor, uneltelor și diverselor unelte, deoarece era cel mai puternic metal cunoscut la acea vreme. Inițial, fierul metalic era extras din minereurile de fier prin încălzirea lor cu cărbune în locuri bine aerisite. Inițial, un astfel de fier era spongios, casant și conținea multă zgură. S-a remarcat că fierul metalic se poate obține fără a-l aduce la punctul de topire, doar că ar trebui să existe mai mult combustibil și să fie de calitate mai bună decât la topirea cuprului, dar să fie foarte „fierbinte”. Toate acestea au necesitat condiții suplimentare de topire și un design special al cuptorului.

Un pas important spre producerea fierului a fost inventarea forjei, care era căptușită în interior cu materiale refractare și era deschisă de sus. Datorită acestei metode, fierul s-a dovedit a fi de o calitate mai bună. Prelucrarea ulterioară a metalului avea loc în forjă, unde metalul încălzit în cuptor era tratat cu lovituri de ciocan pentru a scăpa de zgură, după care se obținea fier de calitate satisfăcătoare. Forjare de multe secole a devenit principalul tip de prelucrare a metalelor, iar fierăria - o industrie importantă.

Era dificil să se folosească fierul în forma sa pură din cauza moliciunii sale; un aliaj de fier cu carbon a câștigat importanță practică. Dacă fierul conținea până la 1,7% carbon, se obținea oțel, iar fierul dobândește capacitatea de a fi întărit. La început, unealta a fost încălzită la roșu, apoi a fost scufundată în apă, după care a devenit foarte tare, cu calități excelente de tăiere. Foarte curând, fierul, ca unul dintre cele mai accesibile și ieftine materiale, a pătruns în toate sferele activității umane și a făcut o uriașă revoluție în istoria dezvoltării umane.

Aliaje de fier

Este mai mult sau mai puțin cunoscut faptul că materialul numit în mod obișnuit fier, chiar și în cel mai simplu caz, este un aliaj de fier însuși, ca element chimic, cu carbon. La o concentrație de carbon mai mică de 0,3%, se obține un metal refractar moale ductil, în spatele căruia i se atribuie numele ingredientului său principal, fier. O idee despre fierul cu care s-au ocupat strămoșii noștri poate fi acum obținută prin examinarea proprietăților mecanice ale unghiei.

La o concentrație de carbon mai mare de 0,3% dar mai mică de 2,14%, aliajul se numește oțel. În forma sa inițială, oțelul seamănă cu fierul în proprietățile sale, dar, spre deosebire de acesta, poate fi călit - cu răcire bruscă, oțelul capătă o duritate mai mare - un avantaj remarcabil, totuși, aproape complet anulat de fragilitatea dobândită în timpul aceleiași căliri.

În cele din urmă, la o concentrație de carbon peste 2,14%, obținem fontă. Casant, fuzibil, potrivit pentru turnare, dar nu poate fi forjat, metal.

Primul pas în metalurgia feroasă emergentă a fost obținerea fierului prin reducerea acestuia din oxid. Minereul a fost amestecat cu cărbune și pus în cuptor. La temperatura ridicată creată de arderea cărbunelui, carbonul a început să se combine nu numai cu oxigenul atmosferic, ci și cu cel care era asociat cu atomii de fier.

După arderea cărbunelui în cuptor, a rămas așa-numitul kritz - un bulgăre de substanță cu un amestec de fier redus. Kritsa a fost apoi reîncălzită și supusă forjării, scoțând fierul din zgură. Multă vreme în metalurgia fierului, forja a fost elementul principal al procesului tehnologic și, în plus, a fost ultimul lucru asociat cu modelarea produsului. Materialul în sine a fost falsificat.

Oțelul a fost făcut din fier finit prin cementarea acestuia din urmă. La temperaturi ridicate și lipsă de oxigen, carbonul, neavând timp să se oxideze, a impregnat fierul. Cu cât era mai mult carbon, cu atât oțelul era mai dur după întărire.

După cum puteți vedea, niciunul dintre aliajele enumerate mai sus nu are o asemenea proprietate precum elasticitatea. Un aliaj de fier poate dobândi această calitate numai dacă în el apare o structură cristalină clară, care are loc, de exemplu, în procesul de solidificare din topitură. Problema metalurgiștilor antici era că nu puteau topi fierul. Pentru a face acest lucru, trebuie să-l încălziți până la 1540 de grade, în timp ce tehnologiile din antichitate au făcut posibilă atingerea temperaturilor de 1000-1300 de grade. Până la mijlocul secolului al XIX-lea, se considera posibilă topirea numai a fontei în stare lichidă, deoarece fuzibilitatea aliajelor de fier crește odată cu creșterea concentrației de carbon.

Astfel, nici fierul, nici oțelul în sine nu erau potrivite pentru fabricarea armelor. Uneltele și uneltele din fier pur erau prea moi, iar cele din oțel pur erau prea casante. Prin urmare, pentru a face, de exemplu, o sabie, a fost necesar să se facă un sandviș din două plăci de fier, între care a fost așezată o placă de oțel. La ascuțire, fierul moale a fost măcinat și a apărut un tăiș de oțel.

Astfel de arme, sudate din mai multe straturi cu proprietăți mecanice diferite, au fost numite sudate. Dezavantajele comune ale acestei tehnologii au fost masivitatea excesivă și rezistența insuficientă a produselor. Sabia sudată nu a putut să se răsucească, drept urmare inevitabil s-a rupt sau s-a îndoit atunci când a lovit un obstacol de netrecut.

Lipsa elasticității nu a epuizat deficiențele armelor sudate. Pe lângă deficiențele menționate, acesta, de exemplu, nu a putut fi ascuțit corespunzător. Fierului i se putea da orice ascuțire (deși a fost șlefuit cu o viteză teribilă), dar tăișul moale al fierului a fost tocit aproape instantaneu. Oțelul nu a vrut să se ascuți - marginea de tăiere s-a prăbușit. Există o analogie completă cu creioanele aici - este ușor să faci o mine moale foarte ascuțită, dar va deveni imediat plictisitoare și nu o vei aduce la o mină tare - se va rupe de zece ori. Așadar, aparatele de ras trebuiau făcute din fier și reascuțite zilnic.

În general, armele sudate nu depășeau ascuțimea unui cuțit de masă. Numai această circumstanță a necesitat să-l facă suficient de masiv pentru a oferi proprietăți de tăiere satisfăcătoare.

Singura măsură care a permis obținerea unei combinații de claritate și duritate în cadrul tehnologiei de sudare a fost întărirea produsului după ascuțirea acestuia. Această metodă a devenit aplicabilă dacă muchia de tăiere din oțel a fost sudată pur și simplu pe un cap de fier și nu a fost închisă într-un „sandwich” de fier. Sau, lamele puteau fi călite după ascuțire, în care miezul de fier era legat la exterior cu oțel.

Dezavantajul acestei metode a fost că ascuțirea a fost posibilă o singură dată. Când o lamă de oțel a devenit zimțată și tocită, întreaga lamă a trebuit să fie reforjată.

Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei de sudare - în ciuda tuturor deficiențelor sale - a făcut o adevărată revoluție în toate sferele activității umane și a dus la o creștere uriașă a forțelor productive. Pistoalele sudate erau destul de funcționale și, în plus, disponibile publicului. Abia odată cu răspândirea lor, uneltele de piatră au fost în cele din urmă înlocuite și a început epoca metalului.

Uneltele de fier au extins decisiv posibilitățile practice ale omului. A devenit posibil, de exemplu, să se construiască case tăiate din bușteni - la urma urmei, un topor de fier a doborât un copac nu de trei ori ca unul de cupru, ci de 10 ori mai repede decât unul de piatră. Construcția din piatră cioplită a devenit, de asemenea, răspândită. Desigur, a fost folosit și în epoca bronzului, dar consumul mare de metal relativ moale și scump a limitat puternic astfel de experimente. Posibilitățile fermierilor s-au extins și ele semnificativ.

Pentru prima dată, popoarele Anatoliei au învățat să prelucreze fierul. Tradiția greacă antică considera că oamenii din Khalibs sunt descoperitorii fierului, pentru care expresia stabilă „tatăl fierului” a fost folosită în literatură, iar chiar numele poporului provine din cuvântul grecesc Χάλυβας („fier”).

Revoluția de Fier a început la începutul mileniului I î.Hr. e. în Asiria. Din secolul al VIII-lea î.Hr Fierul sudat a început rapid să se răspândească în Europa, în secolul III î.Hr. e. bronzul deplasat în China și Galia, a apărut în Germania în secolul al II-lea d.Hr., iar în secolul al VI-lea d.Hr. era deja folosit pe scară largă în Scandinavia și printre triburile care trăiau pe teritoriul viitoarei Rusii. În Japonia, epoca fierului a venit abia în secolul al VIII-lea d.Hr.

Metalurgii au putut să vadă fierul lichid abia în secolul al XIX-lea, însă, chiar și în zorii metalurgiei fierului - la începutul mileniului I î.Hr. - meșterii indieni au reușit să rezolve problema obținerii oțelului elastic fără a topi fierul. Un astfel de oțel a fost numit bulat, dar din cauza complexității producției și a lipsei materialelor necesare în cea mai mare parte a lumii, acest oțel a rămas mult timp un secret indian.

O modalitate mai tehnologică de a obține oțel elastic, care nu necesita nici minereu deosebit de pur, nici grafit, nici cuptoare speciale, a fost găsită în China în secolul al II-lea d.Hr. Oțelul a fost reforjat de multe ori, fiecare forjare pliând semifabricatul în jumătate, rezultând un material excelent pentru armă numit Damasc, din care, în special, au fost făcute celebrele katane japoneze.

În primul rând, trebuie spus că până în secolul al XVIII-lea, inclusiv, cărbunele nu era practic folosit în metalurgie - din cauza conținutului ridicat de impurități dăunătoare calității produsului, în primul rând sulf. Din secolul al XI-lea în China și din secolul al XVII-lea în Anglia, cărbunele a început totuși să fie folosit în cuptoarele de bălți pentru recoacere a fontei, dar acest lucru a făcut posibilă realizarea doar a unei mici economii de cărbune - cea mai mare parte a combustibilului a fost cheltuită. la topire, unde era imposibil să se excludă contactul dintre cărbune și minereu.

Consumul de combustibil în metalurgie era deja enorm la acea vreme - furnalul devora un cărucior de cărbune pe oră. Cărbunele a devenit o resursă strategică. Abundența lemnului din Suedia și Finlanda, care îi aparține, a permis suedezilor să extindă producția la o asemenea scară. Britanicii, care aveau mai puține păduri (și chiar și acelea erau rezervate pentru nevoile flotei), au fost nevoiți să cumpere fier în Suedia până când au învățat să folosească cărbunele.

Prelucrarea metalelor

Prima formă de organizare a producției de produse din fier au fost fierarii amatori. Țărani de rând, care, în timpul liber de la cultivarea pământului, făceau comerț cu un asemenea meșteșug. Fierarul de acest fel însuși a găsit „minereu” (o mlaștină ruginită sau nisip roșu), a ars el însuși cărbune, a topit el însuși fier, l-a forjat el însuși, l-a prelucrat el însuși.

Îndemânarea maestrului în această etapă a fost în mod natural limitată la forjarea produselor de cea mai simplă formă. Uneltele sale constau din burduf, un ciocan de piatră și nicovală și o piatră de tocitură. Uneltele de fier erau făcute cu ajutorul celor din piatră.

Dacă în apropiere existau zăcăminte de minereu potrivite pentru minerit, atunci întregul sat putea fi angajat în producția de fier, dar acest lucru era posibil numai dacă exista o oportunitate stabilă de comercializare profitabilă a produselor, care practic nu putea fi în condiții barbare.

Dacă, de exemplu, pentru un trib de 1000 de oameni existau o duzină de producători de fier, fiecare dintre ei ar construi câteva cuptoare de brânză într-un an, atunci munca lor asigura concentrarea produselor din fier de numai aproximativ 200 de grame pe cap de locuitor. Și nu într-un an, ci în general.

Această cifră, desigur, este foarte aproximativă, dar adevărul este că, producând fier în acest fel, nu a fost niciodată posibil să se acopere complet toate nevoile pentru cele mai simple arme și cele mai necesare instrumente pe cheltuiala lui. Topoarele au continuat să fie făcute din piatră, cuie și pluguri din lemn. Armura metalică a rămas inaccesibilă chiar și liderilor.

Cele mai primitive triburi ale britanicilor, germanilor și slavilor de la începutul erei noastre au avut acest nivel de oportunitate. Balții și finlandezii au luptat împotriva cruciaților cu arme de piatră și oase - și asta sa dovedit a fi deja în secolele XII-XIII. Toate aceste popoare, desigur, știau deja să facă fier, dar încă nu îl puteau obține în cantitatea necesară.

Următoarea etapă în dezvoltarea metalurgiei feroase au fost fierarii profesioniști, care încă mai topeau ei înșiși metalul, dar alți bărbați erau trimiși mai des să extragă nisip de fier și să ardă cărbune - în schimb în natură. În această etapă, fierarul avea de obicei deja un asistent de ciocan și o forjă echipată cumva.

Odată cu apariția fierarilor, concentrația de produse din fier a crescut de patru până la cinci ori. Acum fiecare gospodărie țărănească putea primi un cuțit și un topor personal. Calitatea produselor a crescut și ea. Fierarii erau profesioniști, de regulă, cunoșteau tehnica sudării și puteau trage sârmă. În principiu, un astfel de meșter putea obține și Damascul dacă știa cum, dar producția de arme din Damasc necesita o asemenea cantitate de fier încât nu putea fi încă produsă în masă.

Fierul este un element chimic cu număr atomic 26 în sistemul periodic, notat prin simbolul Fe (lat. Ferrum), unul dintre cele mai comune metale din scoarța terestră. Substanța simplă fierul este un metal alb-argintiu, maleabil, cu reactivitate chimică ridicată: fierul se corodează rapid la temperaturi ridicate sau umiditate ridicată în aer. Fierul se găsește rar în natură în forma sa pură. Deseori folosit de om pentru a crea aliaje cu alte metale și cu carbon, este componenta principală a oțelului. Prevalența fierului în scoarța terestră (4,65%, locul 4 după O, Si, Al) și combinația de proprietăți specifice îl fac „metalul nr. 1” în importanță pentru oameni. De asemenea, se crede că fierul constituie cea mai mare parte a miezului pământului.

Există mai multe versiuni ale originii cuvântului slav „fier” (zhalez belarus, zhelyazo bulgar, zalizo ucrainean, Żelazo polonez, Železo sloveno). Una dintre versiuni leagă acest cuvânt cu sanscritul „milă”, care înseamnă „metal, minereu”. O altă versiune vede în cuvânt rădăcina slavă „lez”, la fel ca și în cuvântul „lamă” (deoarece fierul era folosit în principal la fabricarea armelor). Există și o legătură între cuvântul „jeleu” și consistența gelatinoasă a „minereului de mlaștină”, din care metalul a fost extras de ceva timp. Denumirea de carbonat natural de fier (siderit) provine de la lat. sidereus - stelar; într-adevăr, primul fier care a căzut în mâinile oamenilor a fost de origine meteorică. Poate că această coincidență nu este întâmplătoare. În special, cuvântul antic grecesc sideros pentru fier și latinescul sidus care înseamnă „stea” sunt probabil să aibă o origine comună.

În ceea ce privește prevalența în litosferă, fierul se află pe locul 4 între toate elementele și pe locul 2 după aluminiu în rândul metalelor. Procentul său în masă în scoarța terestră este de 4,65%. Fierul face parte din peste 300 de minerale, dar numai minereurile cu un conținut de cel puțin 16% fier sunt de importanță industrială: magnetita (minereu de fier magnetic) - Fe3O4 (72,4% Fe), hematita (strălucire de fier sau minereu de fier roșu) - Fe2O3 ( 70% Fe), minereu de fier brun (goethit, limonit etc.) cu un conținut de fier de până la 66,1% Fe, dar mai des 30-55%.

Fierul a fost mult timp utilizat pe scară largă în tehnologie și nu atât datorită distribuției sale largi în natură, cât datorită proprietăților sale: este plastic, ușor de adaptat forjării la cald și la rece, ștanțare și trefilare. Cu toate acestea, fierul pur are rezistență scăzută și rezistență chimică (se oxidează în aer în prezența umezelii, devenind acoperit cu rugina liberă maro insolubilă). Din această cauză, în forma sa pură, fierul practic nu este folosit. Ceea ce obișnuiam să numim produse „fier” și „fier” în viața de zi cu zi este de fapt realizat din fontă și oțel – aliaje fier-carbon, uneori cu adăugarea altor așa-numite elemente de aliere care conferă acestor aliaje proprietăți deosebite.

A fost o vreme când fierul pe pământ era prețuit cu mult mai mult decât aurul. 1: 160: 1280: 6400. Acesta este raportul dintre valorile cuprului, argintului, aurului și fierului dintre vechii hitiți. După cum mărturisește Homer în Odiseea, câștigătorul jocurilor aranjate de Ahile a fost răsplătit cu o bucată de aur și o bucată de fier.
Fierul era la fel de necesar atât pentru războinic, cât și pentru plugar, iar nevoia practică, după cum știți, este cel mai bun motor al producției și al progresului tehnic. Termenul „Epoca fierului” a fost introdus în știință la mijlocul secolului al XIX-lea. Arheologul danez K.Yu. Thomsen. Granițele „oficiale” ale acestei perioade a istoriei omenirii: din secolele IX...VII. î.Hr. când metalurgia fierului a început să se dezvolte în rândul multor popoare și triburi din Europa și Asia și până în momentul în care a apărut o societate de clasă și un stat printre aceste triburi. Dar dacă epocile sunt denumite după materialul principal al uneltelor, atunci, evident, epoca fierului continuă și astăzi.

Cum au obținut fier strămoșii noștri îndepărtați? În primul rând, așa-numita metodă de fabricare a brânzei. Cuptoarele pentru brânză erau dispuse chiar pe pământ, de obicei pe versanții râpelor și șanțurilor. Arătau ca niște țevi. Această țeavă era umplută cu cărbune și minereu de fier. Cărbunele era aprins, iar vântul care sufla în panta râpei ținea cărbunele aprins. Minereul de fier a fost redus și s-a obținut un strigăt moale - fier cu incluziuni de zgură. Un astfel de fier se numea sudare; conținea ceva carbon și impurități transferate din minereu. Critsu a fost falsificat. Bucăți de zgură au căzut, iar sub ciocan a rămas fier, străpuns de fire de zgură. Din el au fost falsificate diverse unelte. Epoca fierului forjat a fost lungă, dar oamenii din antichitate și din Evul Mediu timpuriu erau familiarizați și cu alte fieruri. Celebrul oțel de Damasc (sau oțel de damasc) a fost fabricat în Orient pe vremea lui Aristotel (secolul al IV-lea î.Hr.). Dar tehnologia producției sale, precum și procesul de fabricare a lamelor de damasc, au fost ținute secrete.

Atât oțelul damasc, cât și oțelul Damasc nu diferă ca compoziție chimică de oțelul nealiat obișnuit. Acestea sunt aliaje de fier și carbon. Dar, spre deosebire de oțelul carbon obișnuit, oțelul damasc are o duritate și o elasticitate foarte ridicate, precum și capacitatea de a oferi o lamă de o ascuțire excepțională.
Secretul oțelului damasc bântuia metalurgiștii din multe secole și țări. Ce numai metode și rețete nu s-au oferit! La fier au fost adăugate aur, argint, pietre prețioase, fildeș. Au fost inventate cele mai ingenioase (și uneori cele mai groaznice) „tehnologii”. Unul dintre cele mai vechi sfaturi: pentru întărire, scufundați lama nu în apă, ci în corpul unui sclav musculos, astfel încât puterea lui să se transforme în oțel.

În prima jumătate a secolului trecut, remarcabilul metalurgist rus P.P. a reușit să dezvăluie secretul oțelului damasc. Anosov. A luat cel mai pur fier de călcat și l-a pus într-un creuzet deschis într-un cuptor cu cărbune. Fierul, topindu-se, a fost saturat cu carbon, acoperit cu zgură din dolomit cristalin, uneori cu adaos de sol de fier pur. Sub această zgură, a fost eliberat foarte intens de oxigen, sulf, fosfor și siliciu. Dar asta a fost doar jumătate din bătălie. De asemenea, era necesar să se răcească oțelul cât mai calm și lent posibil, astfel încât în ​​timpul procesului de cristalizare să se poată forma mai întâi cristale mari cu o structură ramificată, așa-numitele dendrite. Răcirea a mers chiar în vatră, umplută cu cărbune încins. Aceasta a fost urmată de forjare pricepută, care nu trebuia să spargă structura rezultată.

Un alt metalurgist rus - D.K. Chernov a explicat ulterior originea proprietăților unice ale bulatului, legându-le de structură. Dendritele constau din oțel refractar, dar relativ moale, iar spațiul dintre „ramurile” lor este umplut în procesul de solidificare a metalului cu mai mult oțel saturat cu carbon și, prin urmare, mai dur. Prin urmare, duritatea mai mare și vâscozitatea mai mare în același timp. În timpul forjarii, acest „hibrid” de oțel nu este distrus, structura sa de arbore este păstrată, dar numai dintr-o linie dreaptă se transformă într-una în zig-zag. Caracteristicile desenului depind în mare măsură de puterea și direcția loviturilor, de priceperea fierarului.

Oțelul Damasc din antichitate este același oțel damasc, dar mai târziu așa-numitul oțel obținut prin sudarea forjată din numeroase fire sau benzi de oțel. Sârmele au fost realizate din oțeluri cu conținut diferit de carbon, de unde aceleași proprietăți ca și oțelul damasc. În Evul Mediu, arta de a face un astfel de oțel a atins cea mai mare dezvoltare. Este cunoscută o lamă japoneză, în structura căreia s-au găsit aproximativ 4 milioane de fire de oțel subțiri microscopic. Desigur, procesul de fabricare a armelor din oțel de Damasc este chiar mai laborios decât procesul de fabricare a săbiilor de damasc.

Procesul de fabricare a brânzei depindea în mare măsură de vreme: era necesar ca vântul să sufle în „țeavă”. Dorința de a scăpa de capriciile vremii a dus la crearea burdufurilor, care au avântat focul într-un cuptor brut. Odată cu apariția burdufurilor, nu a mai fost nevoie să se construiască cuptoare brute pe versanți. A apărut un nou tip de furnal - așa-numitele gropi pentru lup, care au fost săpate în pământ, și furnalele, care se înălțau deasupra solului. Erau făcute din pietre ținute împreună cu lut. Un tub de burduf a fost introdus în orificiul de la baza domniței și cuptorul a început să fie umflat. Cărbunele a ars, iar în vatra cuptorului se auzea deja un strigăt cunoscut nouă. De obicei, pentru a-l scoate, spargeau mai multe pietre la fundul cuptorului. Apoi au fost așezați la loc, cuptorul a fost umplut cu cărbune și minereu și totul a început din nou.

La scoaterea crackerului din cuptor, a fost turnată și fontă topită - fier care conține mai mult de 2% carbon, topindu-se la temperaturi mai scăzute. În formă solidă, fonta nu poate fi forjată; se sparge în bucăți dintr-o lovitură cu un ciocan. Prin urmare, fonta, ca și zgura, a fost considerată inițial un deșeu. Britanicii l-au numit chiar „fontă” – fontă. Abia mai târziu metalurgii și-au dat seama că fierul lichid poate fi turnat în matrițe și din el se puteau obține diverse produse, precum ghiulele. Prin secolele XIV ... XV. furnalele, care produceau fontă, au intrat ferm în industrie. Înălțimea lor a ajuns cu 3 m mai mult, au topit fier de turnătorie, din care se turnau nu numai miezurile, ci și tunurile în sine. Adevărata schimbare de la furnal la furnal a avut loc abia în anii 80 ai secolului al XVIII-lea, când unuia dintre funcționarii lui Demidov a venit cu ideea de a sufla în furnal nu printr-o duză, ci prin două, plasând ei de ambele părți ale vetrei. Numărul duzelor sau lăncilor (cum se numesc acum), a crescut, suflarea a devenit din ce în ce mai uniformă, diametrul vetrei a crescut și productivitatea cuptoarelor a crescut.

Alte două descoperiri au influențat foarte mult dezvoltarea producției de furnal. Timp de mulți ani furnalele au fost alimentate cu cărbune. Exista o întreagă industrie dedicată arderii cărbunelui din lemn. Drept urmare, pădurile din Anglia au fost tăiate într-o asemenea măsură încât a fost emis un decret special de către Regina care interzicea distrugerea pădurii pentru nevoile industriei siderurgice. După aceea, metalurgia engleză a început să scadă rapid. Marea Britanie a fost nevoită să importe fontă din străinătate, în principal din Rusia. Acest lucru a continuat până la mijlocul secolului al XVIII-lea, când Abraham Derby a găsit o modalitate de a obține cocs din cărbune, ale cărui rezerve în Anglia sunt foarte mari. Cocs a devenit principalul combustibil pentru furnalele înalte. În 1829, J. Nilson de la uzina Kleid (Scoția) a aplicat pentru prima dată aer încălzit suflat în furnalele înalte. Această inovație a crescut productivitatea cuptoarelor și a redus dramatic consumul de combustibil. Ultima îmbunătățire semnificativă a procesului de furnal a avut deja loc astăzi. Esența sa este înlocuirea unei părți din cocs cu gaz natural ieftin.

Procesul de producere a oțelului se reduce în esență la arderea impurităților din fontă, la oxidarea lor cu oxigenul atmosferic. Ceea ce fac metalurgiștii poate părea o prostie pentru un chimist obișnuit: mai întâi reduc oxidul de fier, saturând simultan metalul cu carbon, siliciu, mangan (producția de fier), apoi încearcă să-i ard. Cel mai enervant este că chimistul are perfectă dreptate: metalurgiștii folosesc o metodă evident ridicolă. Dar ei nu aveau altceva. Principala redistribuire metalurgică - producția de oțel din fontă - a apărut în secolul al XIV-lea. Oțelul a fost apoi obținut în forje înflorite. Fonta a fost pusă pe un pat de cărbune deasupra lancei de aer. În timpul arderii cărbunelui, fonta s-a topit și a picurat în picături, trecând printr-o zonă mai bogată în oxigen - dincolo de tuyeră. Aici, fierul a fost parțial eliberat de carbon și aproape complet de siliciu și mangan. Apoi a ajuns la fundul focarului, acoperit cu un strat de zgură feruginoasă rămasă de la topirea anterioară. Zgura a oxidat treptat carbonul care se afla încă în metal, determinând creșterea punctului de topire al metalului și îngroșarea acestuia. Lingoul moale rezultat a fost ridicat cu o rangă. În zona de deasupra tuierei, acesta a fost din nou topit, în timp ce o parte din carbonul conținut în fier a fost oxidat. Când, după retopire, la fundul vetrei s-a format un strigăt de 50 ... 100 de kilograme, acesta a fost scos din vatră și trimis imediat la forjare, al cărui scop era nu numai compactarea metalului, ci și eliberează din ea zgură lichidă.

Cea mai avansată unitate de fabricare a fierului din trecut a fost cuptorul pentru bălți, inventat de englezul Henry Cort la sfârșitul secolului al XVIII-lea. (Apropo, el a inventat și rularea fierului modelat pe role cu calibre tăiate în ele. O bandă de metal încinsă, care trecea prin calibre, le-a luat forma.). Cuptorul de bălțire al lui Kort era încărcat cu fontă, iar fundul (partea de jos) și pereții lui erau căptușiți cu minereu de fier. Au fost reînnoite după fiecare topire. Gazele fierbinți din cuptor au topit fierul, iar apoi oxigenul din aer și oxigenul conținut în minereu au oxidat impuritățile. Băltoaica care stătea lângă sobă agita baia cu un băţ de fier, pe care se depuneau cristale, formând un scuipat de fier. După inventarea cuptorului de bălți, nimic nou nu a apărut mult timp în acest domeniu al metalurgiei feroase, cu excepția metodei creuzetului pentru producerea oțelului de înaltă calitate dezvoltată de englezul Gunstman. Dar creuzetele erau ineficiente, iar dezvoltarea industriei și a transporturilor necesita din ce în ce mai mult oțel.

Henry Bessemer a brevetat în 1856 o metodă de producere a oțelului prin suflarea de aer prin fier lichid într-un convertor - un vas în formă de pară din tablă, căptușit din interior cu refractar de cuarț. Un fund refractar cu multe orificii servește la alimentarea suflului. Convertorul are un dispozitiv de rotire cu 300°. Înainte de a începe lucrul, convertorul este așezat „pe spate”, se toarnă fontă în el, se sufla cu explozie și abia apoi convertizorul este plasat vertical. Oxigenul aerului oxidează fierul la FeO. Acesta din urmă se dizolvă în fontă și oxidează carbonul, siliciul, manganul... Zgura se formează din oxizi de fier, mangan și siliciu. Procesul de taximetrie se efectuează până când carbonul este complet ars. Apoi convertizorul este plasat din nou „pe spate”, suflarea este oprită, cantitatea calculată de feromangan este introdusă în metal - pentru dezoxidare. Rezultă oțel de înaltă calitate.
Metoda de transformare a fontei a devenit prima metodă de producție în masă a oțelului turnat.

Redistribuirea în convertorul Bessemer, după cum sa dovedit mai târziu, a avut și dezavantaje. În special, impuritățile dăunătoare - sulful și fosforul - au fost îndepărtate din fontă. Prin urmare, pentru prelucrarea în convertor s-a folosit în principal fontă fără sulf și fosfor. Mai târziu au învățat să scape de sulf (parțial, desigur), adăugând fontă „oglindă” bogată în mangan la oțelul lichid, iar mai târziu feromangan. Cu fosforul, care nu era îndepărtat în procesul de furnal și nu era legat de mangan, situația era mai complicată. Unele minereuri, cum ar fi Lorena, care sunt bogate în fosfor, au rămas nepotrivite pentru producția de oțel. Soluția a fost găsită de chimistul englez S.D. Thomas, care a propus să lege fosforul cu var. Convertorul Thomas, spre deosebire de cel Bessemer, era căptușit cu dolomit ars, nu cu silice. Varul a fost adăugat în fontă în timpul suflarii. S-a format o zgură de var-fosfor, care a fost ușor separată de oțel. Ulterior, această zgură a fost folosită chiar și ca îngrășământ.

Cea mai mare revoluție în fabricarea oțelului a avut loc în 1865, când tatăl și fiul Pierre și Emile Martin au folosit un cuptor cu gaz regenerativ construit după desenele lui W. Siemens pentru a produce oțel. În ea, datorită încălzirii gazului și aerului, în camere speciale cu duză refractară, s-a atins o temperatură atât de ridicată încât oțelul din baia cuptorului nu a mai trecut într-o pastă, ca într-un cuptor de bălți, ci într-un lichid. stat. Putea fi turnat în oală și matrițe, transformat în lingouri și rulat în șine, grinzi, profile de clădiri, foi... Și toate acestea la scară uriașă! În plus, a devenit posibilă utilizarea cantităților uriașe de fier vechi acumulate de-a lungul multor ani în fabricile metalurgice și de construcții de mașini. Această din urmă împrejurare a jucat un rol foarte important în dezvoltarea noului proces. La începutul secolului XX. Cuptoarele cu vatră deschisă au înlocuit aproape în totalitate convertoarele Bessemer și Thomas, care, deși consumau deșeuri, erau în cantități foarte mici.

Producția de convertizor ar putea deveni o raritate istorică, la fel ca bălțirea, dacă nu pentru explozia cu oxigen. Ideea de a elimina azotul din aer, care nu este implicat în proces, și de a sufla fonta pură doar cu oxigen, le-a venit multor metalurgiști proeminenți din trecut; mai ales în secolul al XIX-lea. Metalurgistul rus D.K. Cernov și suedezul R. Åkerman au scris despre asta. Dar la vremea aceea oxigenul era prea scump. Abia în anii 30-40 ai secolului al XX-lea, când au fost introduse metode industriale ieftine pentru obținerea oxigenului din aer, metalurgiștii au putut folosi oxigenul în fabricarea oțelului. Desigur, în cuptoarele cu vatră deschisă. Încercările de a sufla oxigen prin fonta din convertoare nu au avut succes; s-a dezvoltat o temperatură atât de ridicată încât fundul aparatului a ars. În cuptorul cu vatră deschisă, totul era mai simplu: se dădea oxigen atât torței pentru a crește temperatura flăcării, cât și băii (în metal lichid) pentru a arde impuritățile. Acest lucru a făcut posibilă creșterea semnificativă a productivității cuptoarelor cu vatră deschisă, dar, în același timp, a ridicat temperatura în ele atât de mult încât refractarele au început să se topească. Prin urmare, și aici, oxigenul a fost folosit în cantități moderate.

În 1952, în orașul austriac Linz, fabrica Fest a început pentru prima dată să folosească o nouă metodă de producție a oțelului - un convertor de oxigen. Fonta a fost turnată în convertor, al cărui fund nu avea găuri pentru suflare, era surd. Oxigenul a fost furnizat pe suprafața fierului lichid. Arderea impurităților a creat o temperatură atât de ridicată încât metalul lichid a trebuit să fie răcit prin adăugarea de minereu de fier și deșeuri la convertor. Și în cantități destul de mari. Convertizoarele au reapărut în uzinele metalurgice. Noua metodă de producție a oțelului a început să se răspândească rapid în toate țările industrializate. Acum este considerat unul dintre cele mai promițătoare în producția de oțel. Avantajele convertorului sunt că ocupă mai puțin spațiu decât un cuptor cu focar deschis, construcția sa este mult mai ieftină, iar productivitatea sa este mai mare. Cu toate acestea, la început, în convertoare au fost topite numai oțelurile blânde cu conținut scăzut de carbon. În anii următori, a fost dezvoltat un proces pentru topirea oțelurilor cu conținut ridicat de carbon și aliate într-un convertor.

Proprietățile oțelurilor sunt variate. Există oțeluri concepute pentru o ședere îndelungată în apa mării, oțeluri care pot rezista la temperaturi înalte și acțiunii agresive a gazelor fierbinți, oțeluri din care sunt realizate fire de legare moale și oțeluri pentru realizarea arcurilor elastice și dure. O astfel de varietate de proprietăți rezultă din varietatea compozițiilor de oțel. Deci, rulmenții cu bile de înaltă rezistență sunt fabricați din oțel care conține 1% carbon și 1,5% crom; oțelul care conține 18% crom și 8 ... 9% nichel este binecunoscutul „oțel inoxidabil”, iar sculele de strunjire sunt fabricate din oțel care conține 18% tungsten, 4% crom și 1% vanadiu. Această varietate de compoziții de oțel le face foarte greu de topit. Într-adevăr, într-un cuptor cu focar deschis și într-un convertor, atmosfera se oxidează, iar elemente precum cromul se oxidează ușor și se transformă în zgură, de exemplu. sunt pierdute. Aceasta înseamnă că, pentru a obține oțel cu un conținut de crom de 18%, trebuie introdus în cuptor mult mai mult crom decât 180 kg per tonă de oțel. Cromul este un metal scump. Cum să găsești o cale de ieșire din această situație?

O cale de ieșire a fost găsită la începutul secolului al XX-lea. Pentru topirea metalelor s-a propus utilizarea căldurii unui arc electric. Fierul vechi a fost încărcat într-un cuptor circular, a fost turnată fontă și au fost coborâți electrozii de carbon sau grafit. Între ele și metalul din cuptor („baie”) a avut loc un arc electric cu o temperatură de aproximativ 4000 ° C. Metalul s-a topit ușor și rapid. Și într-un astfel de cuptor electric închis, puteți crea orice atmosferă - oxidantă, reducătoare sau complet neutră. Cu alte cuvinte, obiectele valoroase pot fi prevenite să se epuizeze. Așa a fost creată metalurgia oțelurilor de înaltă calitate. Ulterior, a fost propusă o altă metodă de topire electrică - inducția. Din fizică se știe că, dacă un conductor metalic este plasat într-o bobină prin care trece un curent de înaltă frecvență, atunci este indus un curent în el și conductorul se încălzește. Această căldură este suficientă pentru a topi metalul într-un anumit timp. Cuptorul cu inducție este format dintr-un creuzet cu o spirală încorporată în căptușeală. Un curent de înaltă frecvență trece prin spirală, iar metalul din creuzet este topit. Într-un astfel de cuptor, puteți crea și orice atmosferă.

În cuptoarele cu arc electric, procesul de topire are loc de obicei în mai multe etape. În primul rând, impuritățile inutile sunt arse din metal, oxidându-le (perioada de oxidare). Apoi, zgura care conține oxizi ai acestor elemente este îndepărtată (descărcată) din cuptor și feroaliaje sunt încărcate - aliaje de fier cu elemente care trebuie introduse în metal. Cuptorul este închis și topirea se continuă fără acces la aer (perioada de recuperare). Ca rezultat, oțelul este saturat cu elementele necesare într-o anumită cantitate. Metalul finit este eliberat într-un oală și turnat.

Oțelurile, în special cele de înaltă calitate, s-au dovedit a fi foarte sensibile la conținutul de impurități. Chiar și cantități mici de oxigen, azot, hidrogen, sulf, fosfor le afectează foarte mult proprietățile - rezistență, tenacitate, rezistență la coroziune. Aceste impurități formează compuși nemetalici cu fier și alte elemente conținute în oțel, care s-au blocat între boabele metalului, afectează uniformitatea acestuia și reduc calitatea. Deci, cu un conținut crescut de oxigen și azot în oțeluri, rezistența lor scade, hidrogenul provoacă apariția de fulgi - microfisuri în metal, care duc la distrugerea neașteptată a pieselor de oțel sub sarcină, fosforul crește fragilitatea oțelului la rece, sulful provoacă fragilitate roșie - distrugerea oțelului sub sarcină la temperaturi ridicate. Metalurgiștii caută de mult timp modalități de a elimina aceste impurități. După topirea în cuptoare cu focar deschis, convertoare și cuptoare electrice, metalul este dezoxidat - i se adaugă aluminiu, ferosiliciu (un aliaj de fier și siliciu) sau feromangan. Aceste elemente se combină activ cu oxigenul, plutesc în zgură și reduc conținutul de oxigen din oțel. Dar oxigenul rămâne încă în oțel, iar pentru oțelurile de înaltă calitate, cantitățile rămase sunt prea mari. A fost necesar să se găsească alte căi mai eficiente.

În anii 1950, metalurgiștii au început să evacueze oțelul la scară industrială. O oală cu metal lichid este plasată într-o cameră din care este pompat aer. Metalul începe să fiarbă violent și din el se eliberează gaze. Cu toate acestea, imaginați-vă un cănal cu 300 de tone de oțel - cât timp va dura până când va fierbe complet și cât de mult se va răci metalul în acest timp. Îți va deveni imediat clar că această metodă este potrivită numai pentru cantități mici de oțel. Prin urmare, au fost dezvoltate alte metode de aspirare, mai rapide și mai eficiente. Acum sunt folosite în toate țările dezvoltate, iar acest lucru a îmbunătățit calitatea oțelului. La începutul anilor '60, a fost dezvoltată o metodă de topire a oțelului cu electrozgură, care foarte curând a început să fie folosită în multe țări. Această metodă este foarte simplă. Într-un vas metalic răcit cu apă - o matriță - se pune un lingou de metal, care trebuie purificat și acoperit cu zgură dintr-o compoziție specială. Apoi lingoul este conectat la o sursă de curent. La capătul lingoului are loc un arc electric, iar metalul începe să se topească. Oțelul lichid reacționează cu zgura și este purificat nu numai de oxizi, ci și de nitruri, fosfuri și sulfuri. Un lingou nou, purificat de impuritățile dăunătoare, se solidifică în matriță. S-a folosit și o metodă alternativă: zgura cu o compoziție specială pentru curățarea metalului este topită și turnată într-o oală, iar apoi metalul este eliberat din cuptor în această zgură lichidă. Zgura se amestecă cu metalul și absoarbe impuritățile. Această metodă este rapidă, eficientă și nu necesită cantități mari de energie electrică.

Obținerea fierului direct din minereu, ocolind procesul de furnal, a fost angajată în ultimul secol. Atunci acest proces a fost numit reducere directă. Cu toate acestea, până de curând, nu a găsit o răspândire largă. În primul rând, toate metodele propuse de reducere directă au fost ineficiente, iar în al doilea rând, produsul rezultat - fierul burete - a fost de proastă calitate și contaminat cu impurități. Și totuși pasionații au continuat să lucreze în această direcție. Situația s-a schimbat radical de la utilizarea pe scară largă a gazelor naturale în industrie. S-a dovedit a fi un mijloc ideal de recuperare a minereului de fier. Componenta principală a gazului natural, metanul CH4, se descompune prin oxidare în prezența unui catalizator în dispozitive speciale - reformatoare conform reacției 2CH4 + O2 → 2CO + 2H2.

Se dovedește un amestec de gaze reducătoare - monoxid de carbon și hidrogen. Acest amestec intră în reactor, care este alimentat cu minereu de fier.
Formele și modelele reactoarelor sunt foarte diverse. Uneori, reactorul este un cuptor cu tub rotativ, cum ar fi un cuptor de ciment, uneori un cuptor cu ax, alteori o retortă închisă. Astfel se explică varietatea de denumiri pentru metodele de reducere directă: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN etc. Numărul de căi a depășit deja două duzini. Dar esența lor este de obicei aceeași. Minereu bogat de fier este redus printr-un amestec de monoxid de carbon și hidrogen. Din fierul burete, nu numai un topor bun - un cui bun nu poate fi falsificat. Oricât de bogat este minereul inițial, fierul pur tot nu va ieși din el. Conform legilor termodinamicii chimice, nici măcar nu va fi posibilă refacerea întregului fier conținut în minereu; o parte din ea va rămâne în continuare în produs sub formă de oxizi. Fierul burete se dovedește a fi o materie primă aproape ideală pentru electrometalurgie. Conține puține impurități nocive și se topește bine. Beneficiul schemei de reducere directă - cuptorul electric este costul său scăzut. Instalațiile de reducere directă sunt mult mai ieftine și folosesc mai puțină energie decât furnalele. Retopirea directă nu este singura modalitate de a folosi fierul burete în metalurgia feroasă. Poate fi folosit și ca înlocuitor pentru fier vechi în cuptoare cu vatră deschisă, convertoare și cuptoare cu arc electric.

Epoca fierului continuă. Aproximativ 9/10 din toate metalele și aliajele folosite de omenire sunt aliaje pe bază de fier. Fierul este topit în lume de aproximativ 50 de ori mai mult decât aluminiul, ca să nu mai vorbim de alte metale. Materiale plastice? Dar în timpul nostru, ei joacă cel mai adesea un rol independent în diferite modele și, dacă, în conformitate cu tradiția, încearcă să le introducă în rangul de „înlocuitori de neînlocuit”, atunci mai des înlocuiesc metalele neferoase, nu cele feroase. Doar câteva procente din materialele plastice pe care le consumăm înlocuiesc oțelul. Aliajele pe bază de fier sunt universale, avansate din punct de vedere tehnologic, disponibile și ieftine în vrac. De asemenea, materia primă de bază a acestui metal nu provoacă îngrijorare: rezervele deja explorate de minereu de fier ar fi suficiente pentru cel puțin două secole viitoare. Fierul trebuie să fie de mult fundamentul civilizației.