До того, как люди научились обрабатывать железную руду, они пользовались железом метеоритного происхождения. Об это свидетельствуют и первые названия этого металла. Древние египтяне называли его «небесным телом», шумеры – «небесной медью», а в греческом и латинском языках он назывался «звездным».
Это железо было редкостью, считалось драгоценным как золото, поэтому обычно его использовали в ритуальных целях. Но такого железа было недостаточно, чтобы оно могло вытеснить бронзу.
Первым народом, освоившим выплавку железа, считаются хетты. Это произошло между 1300-1200 гг. до н. э.
Европейцы овладели этой технологией лишь через сто лет. В Древнем Китае ковку металла освоили в 500-х гг. до н. э. В Японии, известной на весь мир своими катанами, производство было налажено в VII в. н. э.
В любом случае во всех государствах железо считалось редким и дорогим ресурсом.
Сдай на права пока
учишься в ВУЗе
Вся теория в удобном приложении. Выбери инструктора и начни заниматься!
Как мастера-металлурги из руды варили железо?
Железные доспехи были очень дорогими, монархи хранили слитки железа в сокровищницах вместе с золотом и серебром. Мечи передавали по наследству. Это было связано с тем, что процесс поиска руды, ее добыча, выплавка металла и изготовление чего-либо из него было долгим и трудоемким занятием.
В эпоху Античности и раннего Средневековья железо получали из бурого железняка, лимонита. Руду находили на заболоченных полях, озерах и лугах.
Сейчас такая руда не используется, так как в ней содержится большое количество примесей. Так, бурый железняк содержит всего 20-60 % оксида железа. Но его главным преимуществом является то, что он распространен почти везде и его легко добывать.
Для добывания руды не берегу озера выкапывали небольшую яму. Постепенно яма наполнялась водой, ее вычерпывали, стенки укрепляли бревнами, чтобы они не обрушались.
Сыродутный процесс
Главным методом получения железа был сыродутный процесс.
В земле выкапывался горн — горизонтально вырытое отверстие в склоне оврага. В него укладывали добытую руду, обложенную сверху и снизу древесным углем.
«Получение железа из руд: сыродутный процесс, его технология»
Готовые курсовые работы и рефераты
Решение учебных вопросов в 2 клика
Помощь в написании учебной работы
Затем разводили огонь. Кузнец мехами из шкур нагнетал воздух, чтобы повысить температуру в зоне плавления. Раскаленные угли прокаливали руду, восстанавливая окись железа до металла. Шлак отделялся и стекал. Из остатков руды получалась крица — тестообразное губчатое железо.
В крице тоже было много шлака. Его отделяли ковкой с помощью молотка. В результате доля шлаков в хорошей заготовке составляла всего 2–4 %.
На производство меча уходил минимум месяц. Производство доспехов занимало целый год. Самым трудоемким был процесс изготовления латного доспеха. Чтобы выковать с помощью молотка пластины одинаковой ширины и толщины тратилось много времени и сил.
Поэтому только представители знати могли позволить себе иметь меч, саблю и железные доспехи. Простые люди в качестве оружия использовали копья, топоры, луки и стрелы. Доспехи изготавливали из кожи.
Получить железо древне-славянским способом
Со временем древние металлурги овладели более эффективными методами получения железа. Они увеличивали высоту горна и совершенствовали механизмы продувки. Так, китайские мастера использовали водяное колесо, которое приводило в движение ящики с воздухом. Таким образом они достигали в зоне плавления температуры 1350 °С, достаточной для производства чугуна.
К технологическому оборудованию для производства железа также относились хранилища для сырья и установки для подготовки материалов к плавке.
Конструкция сыродутного горна
Конструкция сыродутных горнов отличалась большим разнообразием. Обычно их строили из высокоогнеупорной глины на каркасе из плетеных прутьев, а для укрепления стенок печи применялись деревянные обручи.
В некоторых случаях горн помещали в деревянный сруб или обкладывали камнями или кусками шлака.
В Древнем мире сыродутный горн чаще всего представлял собой цилиндрическую конструкцию, диаметр которой составлял 35-40 см, а высота – около 1 метра.
Изнутри горны обмазывали огнеупорной глиной, к которой иногда подмешивали песок и измельченный рог. Это позволяло улучшить качество огнеупора.
Ученым удалось выяснить, что применявшиеся для футеровки сыродутных горнов огнеупорные материалы обладали термостойкостью от 1300 до 1700 °С.
Перед плавкой их в течение нескольких часов нагревали, используя для этого слабое пламя древесного угля при небольшом потоке воздуха.
Воздух подавался с помощью мехов или посредством создания естественной тяги через различное количество отверстий.
Иногда сыродутные печи располагались у подножия холмов, где давление ветра могло быть использовано для увеличения естественной тяги.
В горнах с естественной подачей воздуха процесс плавки был достаточно медленным. Так, чтобы расплавить до 100 кг руды требовалось до двух и более суток.
Перед плавкой сыродутный горн просушивали и прогревали. Потом его на две трети заполняли древесным углем и укладывали шихту.
Над верхней частью горна снова укладывали древесный уголь таким образом, чтобы образовалось небольшое коническое возвышение.
Воспламенение древесного угля осуществлялось через канал для выпуска шлака или фурменное отверстие. Для его наполнения использовали мелкие дрова, хворост и раскаленные головни древесного угля.
Подача в горн дутья приводила к разжиганию угля, углерод которого в условиях недостатка кислорода горел, в результате горения образовывался монооксид углерода. Таким образом, в печи создавалась среда, в которой происходил процесс восстановления железа из оксидов.
Источник: spravochnick.ru
Как получают и из чего делают железо (сталь)?
Железо и стали на его основе используются повсеместно в промышленности и обыденной жизни человека. Однако мало кто знает, из чего делают железо, вернее, как его добывают и преобразовывают в сплав стали.
Популярное заблуждение
Для начала определимся с понятиями, поскольку люди часто путаются и не совсем понимают, что такое железо вообще. Это химический элемент и простое вещество, которое в чистом виде не встречается и не используется. А вот сталь – это сплав на основе железа. Она богата на различные химические элементы, а также содержит углерод в своем составе, который необходим для придания прочности и твердости.
Следовательно, не совсем правильно рассуждать о том, из чего делают железо, так как оно представляет собой химический элемент, который есть в природе. Человек из него делает сталь, которая в дальнейшем может использоваться для изготовления чего-либо: подшипников, кузовов автомобилей, дверей и т. д. Невозможно перечислить все предметы, которые из нее производятся. Итак, ниже мы не будем разбирать, из чего делают железо. Вместо этого поговорим о преобразовании этого элемента в сталь.
Добыча
В России и мире существует множество карьеров, где добывают железную руду. Это огромные и тяжелые камни, которые достаточно сложно достать из карьера, так как они являются частью одной большой горной породы. Непосредственно на карьерах в горную породу закладывают взрывчатку и взрывают ее, после чего огромные куски камней разлетаются в разные стороны. Затем их собирают, грузят на большие самосвалы (типа БелАЗ) и везут на перерабатывающий завод. Из этой горной породы и будет добываться железо.
Иногда, если руда находится на поверхности, то ее вовсе необязательно подрывать. Ее достаточно расколоть на куски любым другим способом, погрузить на самосвал и увезти.
Производство
Итак, теперь мы понимаем, из чего делают железо. Горная порода является сырьем для его добычи. Ее отвозят на перерабатывающее предприятие, загружают в доменную печь и нагревают до температуры 1400-1500 градусов. Эта температура должна держаться в течение определенного времени. Содержащееся в составе горной породы железо плавится и приобретает жидкую форму.
Затем его остается разлить в специальные формы. Образовавшиеся шлаки при этом отделяют, а само железо получается чистым. Затем агломерат подают в бункерные чаши, где он продувается потоком воздуха и охлаждается водой.
Есть и другой способ получения железа: горную породу дробят и подают на специальный магнитный сепаратор. Так как железо имеет способность намагничиваться, то минералы остаются на сепараторе, а вся пустая порода вымывается. Конечно, чтобы железо превратить в металл и придать ему твердую форму, его необходимо легировать с помощью другого компонента – углерода. Его доля в составе очень мала, однако именно благодаря нему металл становится высокопрочным.
Стоит отметить, что в зависимости от объема добавляемого в состав углерода сталь может получаться разной. В частности, она может быть более или менее мягкой. Есть, например, специальная машиностроительная сталь, при изготовлении которой к железу добавляют всего 0,75 % углерода и марганец.
Теперь вы знаете, из чего делают железо и как его преобразовывают в сталь. Конечно, способы описаны весьма поверхностно, но суть они передают. Нужно запомнить, что из горной породы делают железо, из чего далее могут получать сталь.
Производители
На сегодняшний день в разных странах есть крупные месторождения железной руды, которые являются базой для производства мировых запасов стали. В частности, на Россию и Бразилию приходится 18 % мирового производства стали, на Австралию – 14 %, Украину – 11 %. Самыми крупными экспортерами является Индия, Бразилия, Австралия. Отметим, что цены на металл постоянно меняются. Так, в 2011 году стоимость одной тонны металла составляла 180 долларов США, а к 2016 году была зафиксирована цена в 35 долларов США за тонну.
Заключение
Теперь вы знаете, из чего состоит железо (имеется в виду металл) и как его производят. Применение этого материала распространено во всем мире, и его значение практически невозможно переоценить, так как используется он в промышленных и бытовых отраслях. К тому же экономика некоторых стран построена на базе изготовления металла и его последующего экспорта.
2. Получение железа
В лабораторных условиях железо можно получить из его соединений следующими способами:
- восстановление железа из оксида Fe 2 O 3 водородом при нагревании:
Fe 2 O 3 + 3 H 2 ⟶ t 2 Fe + 3 H 2 O ↑ ;
- восстановление железа из его оксидов алюминием при нагревании:
Fe 2 O 3 + 2 Al ⟶ t 2 Fe + Al 2 O 3 ;
- электролиз водных растворов солей железа((II)).
В промышленных условиях железо получают из руд, массовая доля железа в которых — не менее (16) %.
Получение железа из руды проводят в доменной печи .
Доменная печь представляет собой вертикальную конструкцию высотой около (20)–(30) м.
Рис. (1). Доменная печь
Это устройство непрерывного действия.
В нём при высокой температуре происходит доменный процесс .
Сверху в печь подаётся железная руда, кокс и флюсы (карбонаты кальция и магния).
Снизу поступает обогащённый кислородом воздух.
В результате сложных процессов из руды постепенно восстанавливается железо.
Кокс растворяется в расплавленном железе, поэтому в результате доменного процесса получается чугун — сплав железа с углеродом (массовая доля углерода более (2) %).
Недостатком чугуна является его хрупкость, поэтому основная его масса идёт на производство стали — сплава железа с углеродом (массовая доля углерода не более (2) %).
Источник: www.yaklass.ru