Также рекомендуем посетить:

Металлургическое оборудование

Краткая история производства металлов

Россия - Санкт Петербург

Использовать самородные золото, серебро, медь, метеоритное железо для изготовления предметов быта и оружия человек научился ещё в далёкой древности, но первый освоенный для переработки металл- медь начал обрабатывать методами литья и горячей ковки примерно в шестом тысячелетии до нашей эры.

Способствовало этому развитие технологий гончарного производства, благодаря чему возникли печи и керамические формы для литья меди. Однако, поначалу технологии литья были не очень распространены из-за того, что на первом этапе обрабатывали найденные самородки меди, которых было мало.

Следующим развития технологий обработки меди стала добыча её и других металлов из горной породы. В пятом веке до нашей эры такой технологией овладели жители Балканского полуострова. Но медь, хотя и коррозионно устойчива, является слишком мягким металлом, чтобы из него изготавливать предметы труда или оружие.

В местах, где были обнаружены залежи медной руды возникли рудное и шахтное дело. Более полуторатысячелетий до нашей эры в районе Зальцбурга рыли шахты глубиной до ста метров, а суммарной длиной с ответвлениями в несколько километров.

Видимо как-то однажды случайным образом в тигель для плавки меди однажды попало олово, в результате получилась бронза, которая гораздо твёрже меди. Кроме того более устойчива против коррозии, лучше заполняет литейные формы. В бронзовый век человечество вступило ориентировочно в 3500 году до новой эры.

Получать из руды железо сложнее, полагают эту технологию первыми освоили около 1200 лет назад хетты, проживавшие на территории современной Турции. Кстати, это время совпадает со временем осады легендарной Трои.

Хотя изделия из метеоритного железа, например, «небесные кинжалы» в Египте люди научились изготавливать около 3000 года до н.э.

Свободного самородного железа, в природе практически нет, оно существует только в виде оксидов. Для получения металла необходимо отнять у него кислород. Этот процесс идёт при высоких температурах..

Железо из руд сначала получали в сыродутных горнах. В них для лучшего сгорания топлива и нагрева руды нагнетался не подогретый воздух. При искусственном нагнетании воздуха температуру удавалось поднять до 1200 градусов.

После разогрева руды тестообразное железо опускалось вниз, и на дне печи образовывался кусок мягкого железа, включавший себя пустоты и шлаки. Поэтому затем железо подвергалось обработке в кузнице. Ударами молота по разогретому железу из него удаляли шлаки.

В чистом виде железо слишком мягкое, непригодно для изготовления инструмента и оружия. Поэтому догадались в железо вводить углерод, получив таким образом сталь, а также закалять его- опускать раскалённый кусок металл в холодную воду. Такая обработка повышала твёрдость металла.

В результате в первом тысячелетии до н.э. в Европе и Азии железо стало самым используемым человеком материалом.

Спрос на железо рос, стали применять более тугоплавкие руды, что требовало увеличения температуры плавки. Повышали её двумя путями: увеличением высоты печи и усилением дутья. К тринадцатому веку сыродутная печь была усовершенствована до предшественницы доменной печи, именуемой штукофеном. Впервые такие печи появились в Штирии и Чехии.

В такой печи образовывались сразу три вида железа:

-Чугун, сплав железа с углеродом с содержанием последнего выше 1,7%. Первоначально чугун рассматривался, как отход производства вместе со шлаком.

-Ковкое кричное железо с содержанием углерода до 0,04%.

-И покрывавшая крицу тонким слоем сталь, сплав железа с углеродом до 1,7%.

Для увеличения температуры в печи требовался более мощный поток воздуха, поэтому стали использовать для нагнетания его мехи и водяное колесо. Плавильни с гор и холмов, где они размещались из-за ветров, использовавшихся для поддува, стали смещаться в долины рек.

Увеличение температуры в печи привело к тому, что восстановление металла из руды происходило раньше, чем образовывался шлак, железо сплавлялось с углеродом и образовывало чугун, имеющий более низкую температуру плавления.

Как сказано выше, поначалу чугун рассматривался, как отход производства, поскольку не годился для изготовления инструмента и оружия. Позже решили переплавлять чугун вторично, и обнаружили, что в итоге образуется кричное железо, превосходящее по качеству то, что образовывалось из руды.

Таким образом был открыт переделочный процесс, получивший широкое применение в шестнадцатом веке, когда стали распространяться доменные печи. Поскольку чугун, в отличие от кричного железа, извлекали из печи в расплавленном виде, процесс производства стал практически непрерывным.

Кроме того у чугуна обнаружились хорошие литейные свойства, что позволило поначалу использовать его для изготовления пушечных ядер и отдельных частей пушек.

В середине восемнадцатого века в Англии появилась тигельная плавка, в результате стали получать первые стальные отливки.

В конце восемнадцатого века возник процесс пудлингования, при котором расплавленный чугун перемешивался в специальной печи штангами. На них налипали частички расплавленного железа, до шестидесяти килограммов тестоподобной кричной массы. Далее эту массу проковывали и плющили, получая стальные заготовки.

Первые сведения о пудлинговании содержатся в китайских рукописях второго века до новой эры, а в СССР этот метод, связанный с очень тяжёлыми условиями труда, применялся до 1930 года.

В середине девятнадцатого века появился бессемеровский способ переделки чугуна в сталь путём продувки через расплавленный чугун воздуха, атмосферного или обогащённого кислородом. Процесс идёт в бессемеровском конвертере с кремнистой футеровкой.

В семидесятые годы девятнадцатого века появился томасовский процесс (томасирование чугуна). Этот метод позволял перерабатывать чугун с высоким содержанием фосфора, первоначально широкое распространение получил в Германии, обладавшей большими запасами высокофосфоритстых руд в Лотарингии. В России процесс был введён на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах.

Но в начале двадцатого века томасовский метод уступил мартеновскому процессу, при котором сталь получалась с мtymibv содержанием примесей азота и фосфора. Первую мартеновскую печь создал французский инженер Эмиль Мартен в 1864 году.

Принцип действия основан на вдувании раскаленной смеси воздуха с горючим газом в печь с низким потолком, отражающим жар вниз, на расплав.

В настоящее время мартеновский способ практически вытеснен более совершенным кислородно-конвертерным. С семидесятых годов двадцатого века мартеновские печи больше не стоились. По данным за 2008 год в мире в мартеновских печах выплавлялось 2,2% стали, в России- 18 процентов.

Первый патент на кислородную продувку получил ещё Генри Бессемер, однако из-за отсутствия производства кислорода в больших объёмах метод не мог быть реализован. Только в тридцатые годы появилось промышленное производство кислорода, благодаря созданию криогенных установок.

В тридцатые годы первые эксперименты с продувкой проводились в ковшах вместимостью несколько тонн стали. Вероятно, первые в мире плавки были проведенные на киевском заводе «Большевик», одновременно шли работы в Австрии и Германии.

Массовым применение способа стало после Второй Мировой, когда появились крупные установки по производству кислорода. Одновременно совершенствовались методы контроля параметров плавки, автоматики, измерительных приборов.

Качество получаемой стали стало не ниже, чем при мартеновской плавке, при том, что резко выросла производительность и снизилась себестоимость.

И, как сказано выше, сегодня кислородно-конвертерный способ получения стали является основным в мире.

Статьи по истории