Rauta on alkuaine, joka on tuttu jokaiselle planeettamme ihmiselle. Eikä tässä ole mitään yllättävää. Todellakin, maankuoressa (jopa 5%), tämä komponentti on yleisin. Näistä varoista kuitenkin vain neljäskymmenesosa löytyy kehittämiseen sopivista talletuksista. Raudan tärkeimmät malmimineraalit ovat sideriitti, ruskea rautamalmi, hematiitti ja magnetiitti.
Nimen alkuperä
Miksi raudalla on tämä nimi? Jos tarkastelemme kemiallisten alkuaineiden taulukkoa, siinä tämä komponentti on merkitty "ferrumiksi". Sen lyhenne on Fe.
Monien etymologien mukaan sana "rauta" tuli meille protoslaavilaisesta kielestä, jossa se kuulosti zelezolta. Ja tämä nimi tuli muinaisten kreikkalaisten sanakirjasta. He kutsuivat nykyään niin kuuluisaa metallia "raudaksi".
On olemassa toinen versio. Hänen mukaansa nimi "rauta" tuli meille latinasta, missätarkoitti "tähtikirkasta". Selitys tälle on siinä, että ensimmäiset ihmisten löytämät näytteet tästä alkuaineesta olivat meteoriittialkuperää.
Rautakäyttö
Ihmiskunnan historiassa oli ajanjakso, jolloin ihmiset arvostivat rautaa enemmän kuin kultaa. Tämä tosiasia on tallennettu Homeroksen Odysseiaan, jossa sanotaan, että Akhilleuksen järjestämien pelien voittajat saivat kullan lisäksi palan rautaa. Tämä metalli oli välttämätön melkein kaikille käsityöläisille, maanviljelijöille ja sotureille. Ja juuri sen v altavasta tarpeesta tuli paras moottori tämän materiaalin tuotantoon, samoin kuin sen valmistuksen tekninen kehitys.
9-7 cc. eKr. pidetään rautakautena ihmiskunnan historiassa. Tänä aikana monet Aasian ja Euroopan heimot ja kansat alkoivat kehittää metallurgiaan. Raudan kysyntä on kuitenkin edelleen suuri. Se on kuitenkin edelleen tärkein työkalujen valmistuksessa käytetty materiaali.
Juustotuote
Mikä on raudan tuotantotekniikka, jota ihmiskunta alkoi louhia metallurgian kehityksen kynnyksellä? Aivan ensimmäistä ihmiskunnan keksimää menetelmää kutsuttiin juustonvalmistukseksi. Lisäksi sitä käytettiin 3000 vuotta, muuttumatta pronssikauden lopusta aina 1200-luvulle asti. Masuunia ei keksitty Euroopassa. Tätä menetelmää kutsuttiin raakaksi. Sarvet hänelle rakennettiin kivestä tai savesta. Joskus kuonapalat toimivat materiaalina seinilleen. Viimeisin versio takosta sisältä olipäällystetty tulenkestävällä savella, johon lisättiin hiekkaa tai murskattua sarvea laadun parantamiseksi.
Mikä tekee flash-raudan? Valmistetut kuopat täytettiin”raakalla” niitty- tai suomalmilla. Tällaisten uunien sulatustila täytettiin hiilellä, joka sitten lämmitettiin perusteellisesti. Kaivon pohjassa oli reikä ilmansyöttöä varten. Aluksi sitä puhallettiin käsipalkeilla, jotka myöhemmin korvattiin mekaanisilla.
Ensimmäisissä takomoissa luonnollinen veto järjestettiin. Se suoritettiin erityisten reikien - suuttimien kautta, jotka sijaitsivat uunin alaosan seinillä. Usein muinaiset metallurgit tarjosivat ilmaa käyttämällä mallia, joka mahdollisti putken vaikutuksen. Ne loivat korkean ja samalla kapean sisätilan. Hyvin usein tällaiset uunit rakennettiin kukkuloiden juurelle. Näissä paikoissa oli suurin luonnollinen tuulenpaine, jota käytettiin pidon lisäämiseen.
Meneilevän prosessin tuloksena malmi muuttui metalliksi. Samaan aikaan tyhjä kivi valui vähitellen alas. Uunin pohjalle muodostui rautarakeita. Ne tarttuivat toisiinsa ja muuttuivat niin kutsutuksi "virumiseksi". Tämä on kuonalla kyllästetty löysä kuonamainen massa. Uunissa kekseli oli kuumaa. Tässä tilassa he ottivat sen pois ja takoivat sen nopeasti. Kuonanpalat vain putosivat pois. Seuraavaksi saatu materiaali hitsattiin monoliittiseksi kappaleeksi. Tuloksena oli näyttävä rauta. Lopputuote muotoiltiin leivän muotoiseksi.
Mikä olikukkaraudan koostumus? Se oli Fe:n ja hiilen seos, joka oli hyvin pieni lopputuotteessa (jos otamme huomioon prosenttiosuuden, ei enempää kuin sadasosia).
Raakauunissa saama kukkiva rauta ei kuitenkaan ollut kovin kovaa ja kestävää. Siksi tällaisesta materiaalista valmistetut tuotteet epäonnistuivat nopeasti. Keiihäät, kirveet ja veitset taivutettiin eivätkä pysyneet terävinä pitkään.
Teräs
Rautatuotannossa takomoissa ja sen pehmeissä kokkareissa oli myös sellaisia, joiden kovuus oli korkeampi. Nämä olivat malmin paloja, jotka olivat läheisessä kosketuksessa hiilen kanssa sulatuksen aikana. Eräs mies huomasi tämän kuvion ja alkoi tietoisesti kasvattaa hiilen kanssa kosketuksissa olevaa aluetta. Tämä mahdollisti raudan hiilettämisen. Syntynyt metalli alkoi vastata käsityöläisten ja siitä valmistettuja tuotteita käyttävien tarpeisiin.
Tämä materiaali oli terästä. Sitä käytetään edelleen tähän päivään asti v altavan määrän rakenteita ja tuotteita valmistuksessa. Muinaisten metallurgien sulattama teräs on flash-rautaa, joka sisältää jopa 2 % hiiltä.
Oli myös sellainen asia kuin mieto teräs. Se oli flash-rautaa, joka sisälsi alle 0,25 % hiiltä. Jos tarkastelemme metallurgian historiaa, juustotuotannon alkuvaiheessa tuotettiin pehmeää terästä. Mikä on flash-raudan toinen nimi? On myös kolmas lajike. Kun se sisältää yli 2 % hiiltä, niinse on valurautaa.
Masuunin keksintö
Kukintamenetelmä raudan saamiseksi raakaverisellä takolla oli erittäin riippuvainen säästä. Loppujen lopuksi tällaiselle tekniikalle oli tärkeää, että tuulen täytyy puh altaa valmistettuun putkeen. Juuri halu päästä eroon sään oikkuista johti ihmisen luomaan turkiksia. Nämä olivat laitteita, joita tarvittiin tulen puh altamiseen raakauunissa.
Palkeiden ilmestymisen jälkeen metallintuotantoon tarkoitettuja takomoita ei enää rakennettu rinteille. Ihmiset alkoivat käyttää uudentyyppisiä uuneja, joita kutsutaan "susikuopiksi". Ne olivat rakenteita, joista yksi osa oli maassa ja toinen (talot) kohosivat sen yläpuolelle saven pitämästä kivistä tehdyn rakenteen muodossa. Tällaisen uunin pohjassa oli reikä, johon työnnettiin paljeputki tulta puh altamaan. Taloon laitettu kivihiili poltettiin, minkä jälkeen krakkausyksikkö oli mahdollista saada. Hän vedettiin ulos reiän läpi, joka muodostui useiden kivien poistamisen jälkeen rakenteen alaosasta. Seuraavaksi seinä kunnostettiin ja uuni täytettiin malmilla ja hiilellä aloittaakseen alusta.
Kirkasraudan tuotantoa on parannettu jatkuvasti. Ajan myötä taloja alettiin rakentaa suurempia. Tämä edellytti koneen tuottavuuden lisäämistä. Tämän seurauksena kivihiili alkoi palaa nopeammin, jolloin rauta kyllästyi hiilellä.
Valurauta
Mikä on korkeahiilisen silitysraudan nimi? Kuten se oliedellä mainittiin, tämä on nykyään niin yleistä valurautaa. Sen erottuva ominaisuus on kyky sulaa suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa.
Tiilirauta - valurauta kiinteässä muodossa - ei ollut mahdollista takoa. Siksi muinaiset metallurgit eivät kiinnittäneet häneen aluksi mitään huomiota. Yhdestä vasaran iskusta tämä materiaali yksinkertaisesti särkyi palasiksi. Tässä suhteessa valurautaa, samoin kuin kuonaa, pidettiin alun perin jätetuotteena. Englannissa tätä metallia kutsuttiin jopa "harkkorautaksi". Ja vasta ajan myötä ihmiset ymmärsivät, että tämä tuote, vaikka se on nestemäisessä muodossa, voidaan kaataa muotteihin erilaisten tuotteiden, esimerkiksi kanuunankuulien, saamiseksi. Tämän löydön ansiosta 14-15-luvuilla. teollisuudessa alkoi rakentaa masuuneja harkkoraudan tuotantoa varten. Tällaisten rakenteiden korkeus saavutti 3 metriä tai enemmän. Heidän avullaan sulatettiin valimorautaa tykinkuulat lisäksi myös itse tykkien valmistukseen.
Masuunituotannon kehittäminen
Metallurgian alalla tapahtui todellinen vallankumous 1700-luvun 80-luvulla. Silloin yksi Demidovin virkailijoista päätti, että masuunien toiminnan tehostamiseksi ilmaa ei tulisi syöttää yhden, vaan kahden suuttimen kautta, jotka tulisi sijoittaa tulisijan molemmille puolille. Vähitellen tällaisten suuttimien määrä kasvoi. Tämä mahdollisti puhallusprosessin yhtenäistämisen, tulisijan halkaisijan kasvattamisen ja uunien tuottavuuden lisäämisen.
Masuunituotannon kehitystä helpotti myös puuhiilen korvaaminen,jota varten metsiä kaadettiin, koksin vuoksi. Vuonna 1829 Skotlannissa Clayden tehtaalla puhallettiin kuumaa ilmaa masuuniin ensimmäistä kertaa. Tällainen innovaatio lisäsi merkittävästi uunin tuottavuutta ja vähensi polttoaineen kulutusta. Nykyään masuuniprosessia on parannettu korvaamalla osa koksista maakaasulla, jonka kustannukset ovat vielä alhaisemmat.
Bulat
Mikä on flash-raudan nimi, jolla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, joita käytettiin aseiden valmistuksessa? Tunnemme tämän materiaalin damastiteräksenä. Tämä metalli, kuten Damaskoksen teräs, on raudan ja hiilen seos. Toisin kuin muut lajinsa, se on kuitenkin näyttävä rauta, jolla on hyvät ominaisuudet. Se on kimmoisa ja kova, ja se pystyy myös tuottamaan poikkeuksellisen terävän terän.
Monien maiden metallurgit ovat yrittäneet selvittää ruusunpunaisen teräksen tuotannon salaisuutta yli vuosisadan ajan. Ehdotettiin useita reseptejä ja menetelmiä, jotka sisälsivät norsunluun, jalokivien, kullan ja hopean lisäämisen rautaan. Merkittävä venäläinen metallurgi P. P. Anosov paljasti damastiteräksen salaisuuden kuitenkin vasta 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla. He ottivat kukkivan raudan, joka laitettiin uuniin puuhiilellä, jossa paloi avotuli. Metalli sulanut, kyllästynyt hiilellä. Tuolloin se peitettiin kiteisellä dolomiittikuonalla, johon oli joskus lisätty puhtainta rautaa. Tällaisen kerroksen alla metalli vapautui erittäin voimakkaasti piistä, fosforista, rikistä ja hapesta. Siinä ei kuitenkaan vielä kaikki. Tuloksena oleva teräs oli jäähdytettävä niin paljon kuin mahdollistahitaammin ja rauhallisemmin. Tämä mahdollisti ennen kaikkea suurien, haarautuneen rakenteen omaavien kiteiden muodostamisen (dendriitit). Tällainen jäähdytys tapahtui suoraan tulisijassa, joka oli täytetty kuumalla hiilellä. Seuraavassa vaiheessa suoritettiin taitava taonta, jonka aikana syntyvän rakenteen ei pitäisi romahtaa.
Rumastiteräksen ainutlaatuiset ominaisuudet löysivät myöhemmin selityksen toisen venäläisen metallurgin D. K. Chernovin teoksista. Hän selitti, että dendriitit ovat tulenkestävää mutta suhteellisen pehmeää terästä. Niiden "oksien" välinen tila raudan jähmettymisprosessissa on täynnä tyydyttyneemmällä hiilellä. Toisin sanoen pehmeää terästä ympäröi kovempi teräs. Tämä selittää damastiteräksen ominaisuudet, jotka sisältyvät sen viskositeettiin ja samalla korkeaan lujuuteen. Tällainen teräshybridi säilyttää sulatuksen aikana puurakenteensa kääntäen sen vain suorasta siksak-linjaan. Tuloksena olevan kuvion erikoisuus riippuu suurelta osin iskujen suunnasta, voimakkuudesta sekä sepän taidosta.
Damaskoksen teräs
Muinaisina aikoina tämä metalli oli samaa ruusunpunaista terästä. Kuitenkin hieman myöhemmin Damaskoksen terästä alettiin kutsua materiaaliksi, joka saatiin takomalla hitsaamalla suuresta määrästä lankoja tai nauhoja. Nämä elementit valmistettiin teräksestä. Lisäksi jokaiselle niistä oli ominaista erilainen hiilipitoisuus.
Tällaisten metallien valmistus saavutti suurimman kehityksensä keskiajalla. Esimerkiksi tunnetun japanilaisen terän rakenteessa tutkijat löysivätnoin 4 miljoonaa mikroskooppisen paksuista teräslankaa. Tämä koostumus teki aseiden valmistusprosessista erittäin työläs.
Tuotanto nykyaikaisissa olosuhteissa
Muinaiset metallurgit jättivät näytteen taidoistaan paitsi aseiden alalla. Silmiinpistävin esimerkki puhtaasta kukintaraudasta on kuuluisa pylväs, joka sijaitsee lähellä Intian pääkaupunkia. Arkeologit määrittelivät tämän metallurgisen taiteen muistomerkin iän. Kävi ilmi, että pylväs rakennettiin vielä 1,5 tuhatta vuotta sitten. Mutta yllättävin asia on se, että nykyään sen pinn alta on mahdotonta havaita edes pieniä korroosion jälkiä. Kolonnin materiaali tutkittiin huolellisesti. Kävi ilmi, että tämä on puhdasta flash-rautaa, joka sisältää vain 0,28% epäpuhtauksia. Tällainen löytö hämmästytti jopa nykyaikaiset metallurgit.
Ajan mittaan näyttävä rauta menetti vähitellen suosiotaan. Avo- tai masuunissa sulatetulla metallilla alkoi olla eniten kysyntää. Näitä menetelmiä käytettäessä saadaan kuitenkin tuotetta, jonka puhtaus ei ole riittävä. Siksi tämän materiaalin vanhin valmistusmenetelmä on äskettäin saanut toisen elämänsä, mikä mahdollistaa korkealaatuisimpien metallien valmistuksen.
Millä nimellä flash-rautaa kutsutaan nykyään? Se on meille tuttu suorapelkistysmetallina. Tietenkään kukkarautaa ei nykyään tuoteta samalla tavalla kuin muinaisina aikoina. Sen tuotannossa käytetään uusinta teknologiaa. Niiden avulla voidaan valmistaa metallia, jota ei käytännössä olevieraita epäpuhtauksia. Tuotannossa käytetään pyöriviä putkiuuneja. Tällaisia rakenneosia käytetään erilaisten bulkkimateriaalien polttamiseen korkeissa lämpötiloissa kemian-, sementti- ja monilla muilla aloilla.
Miksi flash-rautaa nykyään kutsutaan? Sitä pidetään puhtaana, ja sitä käytetään sellaisen menetelmän saamiseksi, joka ei pohjimmiltaan eroa muinaisina aikoina olemassa olevista. Silti metallurgit käyttävät rautamalmia, jota lämmitetään lopputuotteen saamiseksi. Nykyään raaka-aineille tehdään kuitenkin aluksi lisäkäsittely. Se on rikastettu luoden eräänlaisen tiivisteen.
Moderni teollisuus käyttää kahta menetelmää. Molempien avulla voit saada flash-rautaa tiivisteestä.
Ensimmäinen näistä menetelmistä perustuu raaka-aineiden saattamiseksi vaadittuun lämpötilaan kiinteällä polttoaineella. Tällainen prosessi on hyvin samanlainen kuin muinaisten metallurgien suorittama prosessi. Kiinteän polttoaineen sijasta voidaan käyttää kaasua, joka on vedyn ja hiilimonoksidin yhdistelmä.
Mikä edeltää tämän materiaalin hankkimista? Mikä on flash-raudan nimi nykyään? Rautamalmirikasteen kuumentamisen jälkeen pelletit jäävät uuniin. Niistä valmistetaan myöhemmin puhdasta metallia.
Toinen raudan palauttamiseen käytetty menetelmä on tekniik altaan hyvin samanlainen kuin ensimmäinen. Ainoa ero on, että metallurgit käyttävät puhdasta vetyä polttoaineena rikasteen lämmittämiseen. Tällä menetelmällä rautaa saadaan paljon nopeammin. Tarkalleensiksi se erottuu korkeammasta laadusta, koska vedyn vuorovaikutuksessa rikastetun malmin kanssa saadaan vain kaksi ainetta. Ensimmäinen näistä on puhdasta rautaa ja toinen on vettä. Voidaan olettaa, että tämä menetelmä on erittäin suosittu nykyaikaisessa metallurgiassa. Nykyään sitä käytetään kuitenkin harvoin ja pääsääntöisesti vain rautajauheen valmistukseen. Tämä selittyy sillä, että on melko vaikeaa saada puhdasta vetyä sekä teknisten ongelmien ratkaisemisen että taloudellisten vaikeuksien vuoksi. Myös vastaanotetun polttoaineen varastointi on vaikea tehtävä.
Suhteellisen äskettäin tutkijat ovat kehittäneet toisen, kolmannen menetelmän pelkistyneen raudan tuottamiseksi. Se sisältää metallin saamisen malmirikasteesta ilman, että se läpikäy vaihetta, jossa se muuttuu pelleteiksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tällä menetelmällä puhdasta rautaa voidaan tuottaa paljon nopeammin. Tätä menetelmää ei kuitenkaan ole vielä otettu käyttöön teollisuudessa, koska se vaatii merkittäviä teknologisia muutoksia ja metallurgiayritysten kaluston muutosta.
Mikä on flash-raudan nimi nykyään? Tämä materiaali on meille tuttu suorapelkistysmetallina, joskus sitä kutsutaan myös sienimäiseksi. Tämä on kustannustehokas, laadukas, ympäristöystävällinen materiaali, jossa ei ole fosforin ja rikin epäpuhtauksia. Bloomery-rautaa käytetään ominaisuuksiensa vuoksi konepajateollisuudessa (ilmailu, laivanrakennus ja instrumentointi).
Fechral
Kuten näet, tänään käytettäessänykyaikaisimmat tekniikat käyttävät sellaista materiaalia kuin kukkiva rauta. Fechral on myös haluttu metalliseos. Se sisältää raudan lisäksi komponentteja, kuten kromia ja alumiinia. Nikkeliä on myös sen rakenteessa, mutta enintään 0,6 %.
Fechralilla on hyvä sähkövastus, korkea kovuus, se toimii erinomaisesti korkean alumiinioksidikeramiikan kanssa, sillä ei ole taipumusta pistesyttymiseen ja se kestää lämpöä ilmakehässä, joka sisältää rikkiä ja sen yhdisteitä, vetyä ja hiiltä. Mutta raudan läsnäolo lejeeringissä tekee siitä melko hauraan, mikä vaikeuttaa materiaalin käsittelyä erilaisten tuotteiden valmistuksessa.
Fechralia käytetään laboratorio- ja teollisuusuunien lämmityselementtien valmistukseen, joiden maksimi käyttölämpötila on 1400 astetta. Joskus tämän seoksen osia käytetään muihin tarkoituksiin. Ne sijoitetaan kotitalouksien lämmityslaitteisiin sekä lämpövaikutteisiin sähkölaitteisiin. Fechralia on käytetty laaj alti sähkösavukkeiden valmistuksessa. Myös raudan, alumiinin ja kromin seos on kysyntää vastuselementtien valmistuksessa. Näitä voivat olla esimerkiksi sähkövetureiden käynnistys-jarruvastukset.
Fechralia käytetään langan sekä langan ja nauhan valmistukseen. Joskus siitä saadaan ympyröitä ja sauvoja. Kaikkia näitä tuotteita käytetään erilaisten sähköuunien lämmittimien valmistuksessa.
