Темір – планетамыздағы әрбір адамға таныс элемент. Және бұл жерде таңғаларлық ештеңе жоқ. Шынында да, жер қыртысындағы (5% дейін) мазмұны бойынша бұл компонент ең көп таралған. Алайда бұл қорлардың қырықтан бір бөлігі ғана игеруге жарамды кен орындарында кездеседі. Темірдің негізгі кен минералдары сидерит, қоңыр темір рудасы, гематит және магнетит болып табылады.
Аттың шығу тегі
Темір неге бұлай аталды? Химиялық элементтер кестесін қарастыратын болсақ, онда бұл компонент «феррум» деп белгіленген. Ол Fe ретінде қысқартылған.
Көптеген этимологтардың пікірінше, «темір» сөзі бізге протославян тілінен енген, ол тілде зелезо сияқты естіледі. Ал бұл атау ежелгі гректердің лексикасынан шыққан. Олар бүгінде әйгілі металды «темір» деп атады.
Басқа нұсқасы бар. Оның айтуынша, «темір» атауы бізге латын тілінен енген«жұлдызды» дегенді білдіреді. Мұның түсіндірмесі адамдар ашқан бұл элементтің алғашқы үлгілері метеориттерден шыққан.
Темір пайдалану
Адамзат тарихында темірді алтыннан да жоғары бағалайтын кезең болды. Бұл факт Гомердің Одиссеясында жазылған, онда Ахиллес ұйымдастырған ойындардың жеңімпаздарына алтыннан басқа темір кесіндісі берілгені айтылады. Бұл металл барлық дерлік қолөнершілер, егіншілер мен жауынгерлер үшін қажет болды. Оның үлкен қажеттілігі осы материалды өндіру үшін ең жақсы қозғалтқыш болды, сонымен қатар оны өндірудегі одан әрі техникалық прогресс болды.
9-7 см. BC. адамзат тарихындағы темір дәуірі болып саналады. Бұл кезеңде Азия мен Еуропаның көптеген тайпалары мен халықтары металлургияны дамыта бастады. Дегенмен, темір бүгінде жоғары сұранысқа ие. Өйткені, ол әлі де құралдарды жасау үшін қолданылатын негізгі материал болып табылады.
Ірімшік өнімі
Адамзат металлургия дами бастаған кезде шығара бастаған гүл шойын өндіру технологиясы қандай? Адамзат ойлап тапқан ең алғашқы әдіс ірімшік жасау деп аталды. Оның үстіне ол қола дәуірінің аяғынан 13 ғасырға дейінгі кезеңге дейін өзгермей, 3000 жыл бойы қолданылған. Домна пешін Еуропада ойлап тапқан жоқ. Бұл әдіс шикі деп аталды. Ол үшін мүйіздер тастан немесе саздан жасалған. Кейде шлак бөліктері олардың қабырғаларына материал ретінде әрекет етті. Ішінен ұстағыштың соңғы нұсқасы болдысапаны жақсарту үшін құм немесе ұсақталған мүйіз қосылған отқа төзімді сазмен қапталған.
Флеш үтік неден тұрады? Дайындалған шұңқырлар «шикі» шалғынды немесе батпақты кенмен толтырылды. Мұндай пештердің балқыту кеңістігі көмірмен толтырылды, содан кейін ол мұқият қыздырылды. Шұңқырдың түбінде ауа беру үшін тесік болды. Алғашында ол қол сильфонымен үрленді, кейін механикалық сильфондармен ауыстырылды.
Алғашқы ұсталарда табиғи тарту ұйымдастырылды. Ол пештің төменгі бөлігінің қабырғаларында орналасқан арнайы тесіктер - саптамалар арқылы жүзеге асырылды. Көбінесе ежелгі металлургтер құбырдың әсерін алуға мүмкіндік беретін дизайнды пайдалану арқылы ауамен қамтамасыз етті. Олар жоғары және сонымен бірге тар ішкі кеңістікті жасады. Көбінесе мұндай пештер төбелердің етегінде салынған. Бұл жерлерде ең үлкен табиғи жел қысымы болды, ол тарту күшін арттыру үшін пайдаланылды.
Жүргізілген процестің нәтижесінде кен металлға айналды. Осы кезде бос тас бірте-бірте төмен қарай ағып кетті. Пештің түбінде темір дәндері пайда болды. Олар бір-бірімен жабысып, «жорғау» деп аталатынға айналды. Бұл шлактармен сіңдірілген борпылдақ губка тәрізді масса. Пеште крекер ақ ыстық болды. Дәл осы күйінде олар оны шығарып алып, тез соғып алды. Қож кесектері жай ғана түсіп кетті. Әрі қарай, алынған материал монолитті бөлікке дәнекерленген. Нәтижесі жарқыраған темір болды. Соңғы өнімнің пішіні нан тәрізді болды.
Не болдыгүл шоғырының құрамы? Бұл Fe және көміртегі қорытпасы болды, ол соңғы өнімде өте аз болды (егер пайыздық көрсеткішті қарастырсақ, онда жүзден аспайды).
Алайда, адамдар шикі пеште алған гүлдеген темір аса қатты әрі берік болған жоқ. Сондықтан мұндай материалдан жасалған бұйымдар тез істен шықты. Найзалар, балталар мен пышақтар майысқан және ұзақ уақыт өткір болған жоқ.
Болат
Ұсталардағы темір өндірісінде оның жұмсақ кесектерімен қатар қаттылығы жоғарылары да болды. Бұл балқыту процесінде көмірмен тығыз байланыста болған кен бөліктері болды. Ер адам бұл заңдылықты байқап, көмірмен жанасатын аумақты әдейі үлкейте бастады. Бұл үтікті карбюризациялауға мүмкіндік берді. Алынған металл шеберлер мен одан жасалған бұйымдарды пайдаланатындардың қажеттіліктерін қанағаттандыра бастады.
Бұл материал болат болды. Ол әлі күнге дейін көптеген құрылымдар мен бұйымдарды өндіруде қолданылады. Ежелгі металлургтер балқытқан болат 2%-ға дейін көміртегі бар шойын болып табылады.
Жұмсақ болат деген де болған. Бұл 0,25%-дан аз көміртегі болатын шойын болатын. Металлургияның тарихын қарастыратын болсақ, онда бұл ірімшік өндірісінің бастапқы кезеңінде өндірілген жұмсақ болат болды. Үтіктің басқа атауы қалай? Үшінші сорты да бар. Құрамында 2%-дан астам көміртек болған кезде, содан кейінбұл шойын.
Домна пешінің өнертабысы
Шикі қанды ұсталар арқылы темір алудың гүлдену әдісі ауа-райына өте тәуелді болды. Өйткені, мұндай технология үшін желдің өндірілген түтікке соғуы маңызды болды. Адамның аң терісін жасауға итермелеген ауа-райының құбылмалылығынан қашуға деген ұмтылыс болды. Бұл шикі пештегі отты жағуға қажетті құрылғылар.
Сильфондар пайда болғаннан кейін тау баурайларында металл өндіруге арналған ұсталар салынбай қалды. Адамдар «қасқыр шұңқыр» деп аталатын жаңа пеш түрін пайдалана бастады. Олар бір бөлігі топырақта болатын, ал екіншісі (үйлер) оның үстіне балшықпен біріктірілген тастан жасалған құрылыс түрінде мұнара болатын құрылымдар болды. Мұндай пештің түбінде отты желдету үшін сильфонды түтік салынған тесік болды. Үйге төселген көмір жағылды, содан кейін крекерді алуға болады. Ол құрылымның төменгі бөлігінен бірнеше тастарды алып тастағаннан кейін пайда болған тесік арқылы шығарылды. Содан кейін қабырға қалпына келтіріліп, пеш қайта бастау үшін руда мен көмірге толтырылды.
Ашық темір өндірісі үнемі жетілдірілген. Уақыт өте келе үйлер үлкенірек салына бастады. Бұл механизаторлардың өнімділігін арттыруды қажет етті. Нәтижесінде көмір тезірек жанып, темірді көміртекпен қанықтыра бастады.
Шойын
Көміртекті жоғары үтік қалай аталады? Бұрынғыдайжоғарыда айтылғандай, бұл бүгінде кең таралған шойын. Оның айрықша ерекшелігі - салыстырмалы түрде төмен температурада балқу мүмкіндігі.
Кірпіш шойын – қатты күйдегі шойын – соғу мүмкін емес еді. Сондықтан да ертедегі металлургтер оған алғашында мән бермеген. Балғамен бір соққыдан бұл материал жай ғана бөліктерге бөлінген. Осыған байланысты шойын, сонымен қатар қож бастапқыда қалдық өнім болып саналды. Англияда бұл металл тіпті «шойын» деп аталды. Уақыт өте келе адамдар бұл өнімді сұйық күйде болған кезде әртүрлі өнімдерді алу үшін пішіндерге құйып алуға болатынын түсінді, мысалы, зеңбіректер. Осы жаңалықтың арқасында 14-15 ғасырларда. өнеркәсіпте шойын өндіретін домна пештерін сала бастады. Мұндай құрылымдардың биіктігі 3 метр немесе одан да көп болды. Олардың көмегімен зеңбірек оқтарын ғана емес, сонымен қатар зеңбіректерді де өндіру үшін құю шойын балқытылды.
Домна өндірісін дамыту
Металлургиялық бизнесте нағыз революция 18 ғасырдың 80-жылдары болды. Дәл сол кезде Демидовтың кеңсе қызметкерлерінің бірі домна пештерін пайдаланудың тиімділігін арттыру үшін оларға ауаны бір емес, ошақтың екі жағында орналасуы керек екі саптама арқылы беру керек деп шешті. Бірте-бірте мұндай саптамалардың саны өсті. Бұл үрлеу процесін біркелкі етуге, ошақтың диаметрін үлкейтуге және пештердің өнімділігін арттыруға мүмкіндік берді.
Домна өндірісінің дамуына көмірді алмастыру да ықпал етті,ол үшін ормандар кесілді, кокс үшін. 1829 жылы Шотландияда Клейд зауытында алғаш рет домна пешіне ыстық ауа үрленді. Мұндай жаңалық пештің өнімділігін айтарлықтай арттырып, отын шығынын азайтты. Қазіргі уақытта кокстың бір бөлігін табиғи газға ауыстыру арқылы домна пешінің процесі жетілдірілді, оның құны одан да төмен.
Булат
Қару-жарақ жасауда қолданылған ерекше қасиеттері бар жарқылды үтік қалай аталады? Біз бұл материалды дамаск болаты деп білеміз. Бұл металл, Дамаск болаты сияқты, темір мен көміртектің қорытпасы. Дегенмен, оның басқа түрлерінен айырмашылығы, бұл жақсы қасиеттері бар жарқыраған темір. Ол серпімді және қатты, сонымен қатар пышақта ерекше айқындық бере алады.
Көптеген елдердің металлургтері бір ғасырдан астам уақыт бойы дамаск болатын өндірудің құпиясын ашуға тырысты. Темірге піл сүйегі, асыл тастарды, алтын мен күмісті қосуды қамтитын көптеген рецепттер мен әдістер ұсынылды. Алайда дамаск болатының құпиясын 20 ғасырдың бірінші жартысында ғана көрнекті ресейлік металлург П. П. Аносов ашты. Олар ашық от жағылған көмірмен пешке төселген гүлдеген темірді алды. Металл еріген, көміртегімен қаныққан. Ол кезде ол кристалды доломит шлактарымен жабылған, кейде ең таза темір шкаласы қосылған. Мұндай қабат астында металл кремнийден, фосфордан, күкірттен және оттегінен өте қарқынды түрде босатылды. Алайда бұл бәрі болған жоқ. Алынған болатты мүмкіндігінше салқындату керек болдыбаяу және тыныш. Бұл, ең алдымен, тармақталған құрылымы (дендриттер) бар ірі кристалдарды қалыптастыруға мүмкіндік берді. Мұндай салқындату тікелей ыстық көмірмен толтырылған ошақта болды. Келесі кезеңде шебер соғу жүргізілді, оның барысында алынған құрылым құлап кетпеуі керек.
Дамаск болатының бірегей қасиеттері кейіннен басқа ресейлік металлург Д. К. Черновтың еңбектерінде түсіндірме тапты. Ол дендриттердің отқа төзімді, бірақ салыстырмалы түрде жұмсақ болат екенін түсіндірді. Темірдің қатаю процесінде олардың «тармақтары» арасындағы кеңістік қаныққан көміртекпен толтырылады. Яғни, жұмсақ болат қаттырақ болатпен қоршалған. Бұл оның тұтқырлығында және сонымен бірге жоғары беріктікте болатын дамаск болатының қасиеттерін түсіндіреді. Мұндай болат гибридті балқыту кезінде ағаш құрылымын сақтайды, оны тек түзу сызықтан зигзагқа айналдырады. Алынған өрнектің ерекшелігі көп дәрежеде соққылардың бағытына, күшіне, сондай-ақ ұстаның шеберлігіне байланысты.
Дамаск болаты
Ежелгі уақытта бұл металл дамаск болат болған. Дегенмен, біраз уақыттан кейін Дамаск болаты көптеген сымдардан немесе жолақтардан соғу дәнекерлеу арқылы алынған материал деп атала бастады. Бұл элементтер болаттан жасалған. Оның үстіне олардың әрқайсысы көміртегінің әртүрлі құрамымен сипатталды.
Мұндай металды жасау өнері өзінің ең үлкен дамуына орта ғасырларда жетті. Мысалы, белгілі жапон жүзінің құрылымында зерттеушілер анықтадымикроскопиялық қалыңдығы шамамен 4 миллион болат жіптер. Бұл композиция қару жасау процесін өте ауыр етті.
Заманауи жағдайда өндіріс
Ежелгі металлургтер қаруда ғана емес, өз шеберліктерінің үлгісін қалдырды. Таза гүлденген темірдің ең жарқын мысалы - Үндістан астанасының жанында орналасқан әйгілі колонна. Археологтар бұл металлургиялық өнер ескерткішінің жасын анықтады. Бағананың тағы 1,5 мың жыл бұрын салынғаны белгілі болды. Бірақ ең таң қалдыратыны, бүгінгі күні оның бетіндегі коррозияның кішкентай іздерін де анықтау мүмкін емес. Бағананың материалы мұқият сараптамадан өтті. Бұл тек 0,28% қоспалардан тұратын таза флеш темір екені белгілі болды. Мұндай жаңалық тіпті қазіргі металлургтерді де таң қалдырды.
Уақыт өте жылтыр темір бірте-бірте танымалдылығын жоғалтты. Мартенде немесе домна пешінде балқытылған металл ең көп сұранысқа ие болды. Алайда, бұл әдістерді қолдану кезінде тазалығы жеткіліксіз өнім алынады. Сондықтан бұл материалды өндірудің ең көне әдісі жақында өзінің екінші қызмет ету мерзіміне ие болды, бұл ең жоғары сапалы сипаттамалары бар металды алуға мүмкіндік береді.
Бүгінгі таңда үтік қалай аталады? Ол бізге тікелей тотықсызданатын металл ретінде таныс. Әрине, бүгінгі күні гүлденген темір ежелгі дәуірдегідей өндірілмейді. Оны өндіру үшін ең заманауи технологиялар қолданылады. Олар іс жүзінде жоқ металды өндіруге мүмкіндік бередішетелдік қоспалар. Өндірісте айналмалы құбырлы пештер қолданылады. Мұндай құрылымдық элементтер химиялық, цемент және басқа да көптеген салаларда жоғары температураны пайдаланып әртүрлі сусымалы материалдарды күйдіру үшін қолданылады.
Енді үтік қалай аталады? Ол таза болып саналады және ежелгі дәуірде болғаннан айтарлықтай айырмашылығы жоқ әдісті алуда қолданылады. Сонда да металлургтер соңғы өнімді алу процесінде қыздырылатын темір рудасын пайдаланады. Дегенмен, бүгінде шикізат бастапқыда қосымша өңдеуге ұшырайды. Ол байытылған, концентрат түрін жасайды.
Қазіргі индустрия екі әдісті қолданады. Олардың екеуі де концентраттан жылдам үтік алуға мүмкіндік береді.
Бұл әдістердің біріншісі қатты отын көмегімен шикізатты қажетті температураға дейін жеткізуге негізделген. Мұндай процесс ежелгі металлургтер жүргізген процесске өте ұқсас. Қатты отынның орнына сутегі мен көміртегі тотығының қосындысы болып табылатын газды пайдалануға болады.
Бұл материалды алудың алдында не қажет? Қазіргі уақытта флеш үтік қалай аталады? Темір рудасының концентратын қыздырғаннан кейін пеште түйіршіктер қалады. Олардан кейін таза металл алынады.
Темірді қалпына келтіру үшін қолданылатын екінші әдіс технология бойынша біріншіге өте ұқсас. Жалғыз айырмашылығы, металлургтер концентратты қыздыру үшін отын ретінде таза сутекті пайдаланады. Бұл әдіспен темір әлдеқайда жылдам алынады. Дәлсондықтан ол жоғары сапасымен ерекшеленеді, өйткені сутегінің байытылған кенмен әрекеттесу процесінде тек екі зат алынады. Оның біріншісі – таза темір, екіншісі – су. Бұл әдіс қазіргі металлургияда өте танымал деп болжауға болады. Дегенмен, бүгінгі күні ол сирек қолданылады және, әдетте, темір ұнтағын өндіру үшін ғана қолданылады. Бұл техникалық мәселелерді шешу тұрғысынан да, экономикалық қиындықтарға байланысты да таза сутекті алудың айтарлықтай қиын екендігімен түсіндіріледі. Алынған отынды сақтау да қиын мәселе.
Салыстырмалы түрде жақында ғалымдар тотықсыздандырылған темір алудың тағы бір үшінші әдісін ойлап тапты. Ол кен концентратынан металды түйіршіктерге айналдыру сатысынан өтпей алуды қамтиды. Зерттеулер көрсеткендей, бұл әдіс арқылы таза темірді әлдеқайда жылдам алуға болады. Бірақ бұл әдіс өнеркәсіпте әлі енгізілген жоқ, өйткені ол елеулі технологиялық өзгерістерді және металлургия кәсіпорындарының жабдықтарын өзгертуді талап етеді.
Қазіргі флеш үтік қалай аталады? Бұл материал бізге тікелей қалпына келтіретін металл ретінде таныс, кейде оны губка деп те атайды. Бұл фосфор мен күкірт қоспалары жоқ, үнемді, жоғары сапалы, экологиялық таза материал. Өзінің сипаттамаларына байланысты блюмерлік темір машина жасау салаларында (авиация, кеме жасау және аспап жасау) қолданылады.
Фехрал
Көріп отырғаныңыздай, бүгін пайдалану кезіндеең заманауи технологиялар гүлденген темір сияқты материалды пайдаланады. Фехрал сонымен қатар сұранысқа ие қорытпа болып табылады. Темірден басқа оның құрамында хром және алюминий сияқты компоненттер бар. Оның құрылымында никель де бар, бірақ 0,6%-дан аспайды.
Фечрал жақсы электрлік төзімділікке, жоғары қаттылыққа ие, жоғары глиноземді керамикамен тамаша жұмыс істейді, шұңқырлану үрдісі жоқ және күкірт пен оның қосылыстары, сутегі мен көміртегі бар атмосферада ыстыққа төзімді. Бірақ қорытпада темірдің болуы оны біршама сынғыш етеді, бұл материалды әртүрлі бұйымдарды өндіруде өңдеуді қиындатады.
Фечрал ең жоғары жұмыс температурасы 1400 градус болатын зертханалық және өнеркәсіптік пештер үшін қыздыру элементтерін жасауда қолданылады. Кейде осы қорытпаның бөлшектері басқа мақсаттарда қолданылады. Олар тұрмыстық жылыту құрылғыларында, сондай-ақ жылу әсерінің электр құрылғыларында орналастырылады. Фехрал электронды темекі өндірісінде кеңінен қолданылды. Сондай-ақ темір, алюминий және хром қорытпасы резистивті элементтерді өндіру саласында сұранысқа ие. Бұл, мысалы, электровоздардың іске қосу-тежеу резисторлары болуы мүмкін.
Фечрал сымды, сондай-ақ жіп пен таспаны өндіру үшін қолданылады. Кейде одан шеңберлер мен шыбықтар алынады. Бұл өнімдердің барлығы электр пештеріне арналған жылытқыштардың әртүрлі формаларын өндіруде қолданылады.
