Rola żelaza w historii cywilizacji ludzkiej jest bardzo trudna do przecenienia. To właśnie umożliwiło ludziom stawianie oporu otaczającemu ich światu, stało się podstawą wszystkiego, co powstało w przyszłości. Oczywiście brąz był pierwszy, ale ze względu na dość wąski rozkład stał się niejako materiałem dla elity, która ma dostęp do źródła surowców. Natomiast żelazo, ze względu na swoją obecność niemal w każdym miejscu, było używane przez wszystkich, przewyższając swoimi możliwościami brąz. Metal pozyskiwany jest z powszechnych minerałów. Ale droga od nich do gotowych produktów jest bardzo długa, więc rozsądnie jest zapytać, jak i co jest zrobione z rudy żelaza.
Kilka słów o rudzie
Nie dotykając konkretnych skał minerałów, warto zwrócić uwagę na podział na:
- rudy wysokogatunkowe (zawartość żelaza powyżej 50%);
- szeregowych (25-50%);
- ubogi (żelazo poniżej 25%).
Innym podejściem do klasyfikacji rudy jest skład. Zwykle są to:
- hydraty tlenków;
- tlenki żelaza;
- sole węglanowe tlenku żelaza.
Dla kompletności informacji o rudach warto wymienić główne:
- magnetyczne rudy żelaza;
- czerwona ruda żelaza;
- ruda żelaza brązowego;
- dźwigar rudy żelaza.
Złoża żelaza są szeroko rozpowszechnione na całym świecie. Na potrzeby przemysłu wykorzystuje się przede wszystkim bogate rudy, ale reszta jest wykorzystywana z powodzeniem. To prawda, że w tym celu przechodzą cykl wzbogacania, który obejmuje szereg operacji (mielenie, mycie, dmuchanie, prażenie), w wyniku którego wzrasta stężenie żelaza w surowcu, a zmniejsza się zawartość skały płonnej i zanieczyszczeń.
Co otrzymuje się z rudy żelaza?
Najprostsza odpowiedź - żelazo - choć będzie poprawna, nie jest kompletna. Miało to miejsce na pierwszym etapie, kiedy ludzie dopiero zaczynali rozumieć istotę metalu.
O odmianach żelaza
Przede wszystkim trzeba powiedzieć, że żelazo jest plastycznym metalem w kolorze srebrnym, który łatwo reaguje z innymi pierwiastkami, w szczególności z tlenem. Jego oznaczenie to Fe. W rzeczywistości żelazo w czystej postaci nie jest używane w przemyśle, ale jest używane głównie jako stop, głównie z węglem (C). Zgodnie z jego treścią mówią o:
- czystym żelazie, C
Tak więc głównym produktem wytopu we współczesnej metalurgii żelaza jest żeliwo, z którego później otrzymuje się stal. Zarówno ona, jak i żeliwo są często wykorzystywane jako surowce w wielu różnych dziedzinach gospodarki. Ale nadal, jeśli spojrzysz na proces historyczny, pierwszym z nich było żelazo.
Metoda otrzymywania żelaza w piecu serowym
W tym przypadku bardzo często surowcem była ruda darniowa, rozpowszechniona w całej Europie. Umożliwiło to niemal wszędzie uzyskanie metalowej broni, narzędzi produkcyjnych i sprzętów gospodarstwa domowego, co znacznie przyspieszyło rozwój społeczeństwa, a także otworzyło drogę do rozwoju nowych, wcześniej niedostępnych terytoriów.
Istota samego procesu jest dość prosta - rudę i węgiel drzewny wsypywano warstwami do glinianego pieca przypominającego mały walec o średnicy około metra. Z boku przewidziano otwory (lance) do doprowadzenia powietrza z mieszkiem. Piec został rozpalony i zaczęto przetapiać rudę, stale nadmuchując do pieca powietrze.
Cechy technologii to:
- dostarczanie zimnego, „surowego” powietrza, stąd nazwa procesu;
- dość niska temperatura topnienia, około 950°C.
W rezultacie powstał spiekany kawałek mieszaniny żelaza i żużla, zwany „skorupą”. Ubijano go młotkiem, aby usunąć wszystkie szczątki, a na koniec pozostało czyste żelazo. Później robiono z niego przybory domowe lub metal był używany jako półfabrykat do stali. Technologie były inne. Wielu zna słowa takie jak haralug czy order (przedmioty wykonane z określonego materiału): oznaczały one broń stalową, jedynie metody jej wytwarzania w każdym przypadku były inne.
Surówka i jej przetwarzanie
Produkcja serowarska wyróżniała się niską wydajnością produktu gotowego oraz dużą ilością surowców, które trafiały do odpadów (żużla). Ostatecznie w hutnictwie szeroko stosowano inną technologię, która polega na tym, że z rudy żelaza uzyskano najpierw żeliwo, a następnie z niego stal. W tym celu konieczne było zbudowanie specjalnych pieców, tzw. wielkich pieców, w których topiono surowce.
Przy podobnym podejściu wytworzyła się temperatura około 1500 °C, w wyniku czego ruda uległa całkowitemu stopieniu, tlenki Fe zawarte w jej składzie zostały zredukowane do czysty metal i był nasycony węglem. Okazało się, że jest to żeliwo, stop Fe z C. Zwykle 90% płynnego żeliwa jest kierowane do przerobu, czyli po przetworzeniu przy użyciu specjalnej technologii zmniejsza się w nim zawartość węgla, co spowoduje powstanie stal.
Jego jakość reguluje zawartość C, a także specjalnych dodatków stopowych, chromu, wanadu i innych, które nadają gotowemu metalowi niezbędne właściwości.
Opanowanie wytopu żelaza dało człowiekowi te narzędzia, broń, które pozwoliły znacznie poszerzyć jego możliwości. Jednak początkowa metoda okazała się nie do końca wygodna i wymagała zbyt dużego zużycia surowca. Dlatego z biegiem czasu przyjęto inną technologię, gdy żeliwo pozyskuje się z rudy żelaza, a z niej uzyskuje się tylko stal o niezbędnych właściwościach.
.
