Historie výroby a použití železa

Historie výroby a použití železa sahá až do pravěku, pravděpodobně s použitím meteorického železa . Tavení ve vysoké peci na sýr se používalo ve 12. století před naším letopočtem. E. v Indii , Anatolii a na Kavkaze . Použití železa při tavení a výrobě nástrojů a nástrojů je také zaznamenáno v roce 1200 př.nl. E. v subsaharské Africe [ 2 ] [3] . Již v prvním tisíciletí př. Kr. E. bylo použito tepané železo _ ). Zpracování železa je zmíněno v první knize Bible ( Gn  4:22 ).

Vlastnosti slitin železa

Materiál hovorově označovaný jako "železo" je obvykle ocel nebo litina a je to slitina železa (Fe) jako chemického prvku s uhlíkem (C) . Kromě železa a uhlíku slitina obsahuje menší množství dalších chemických prvků.

Při koncentraci uhlíku ve slitině menší než 0,02 % se získá měkká, tažná, žáruvzdorná slitina ( teplota tání železa je 1539 °C ), za kterou je přiřazen název její hlavní složky železo.

Když je koncentrace uhlíku ve slitině od 0,02 do 2,14 % , slitina se nazývá „ ocel “. Ocel se ve své původní podobě svými vlastnostmi podobá železu, ale na rozdíl od něj se dá kalit : při prudkém ochlazení po zahřátí na určité teploty získává ocel větší tvrdost - pozoruhodná výhoda, která je však kombinována s křehkostí  získanou během stejné kalení .

Když je koncentrace uhlíku ve slitině vyšší než 2,14 % , slitina se nazývá „ litina “. Litina je křehká , nízkotavitelná slitina, vhodná pro odlévání, ale obecně není vhodná pro kování . Litina je nasycena grafitovými inkluzemi, které ji činí nehomogenní a mechanicky křehkou. Teplota počátku tavení ( solidus ) litiny je 1150 ° C , tavení je zcela dokončeno při 1200-1400 ° C ( likvidus ), v závislosti na složení.

Technologie pro výrobu a zpracování železa a slitin

K výrobě železa se historicky používalo několik technologií, které je obtížné seřadit v chronologickém pořadí.

Meteorické železo

Používání železa začalo mnohem dříve než jeho výroba. Někdy lidé našli kusy šedočerného kovu, které dopadly na Zemi s meteority  - meteorickým železem , použili je k výrobě zbraní: vykované do dýk nebo hrotů kopí . Meteoritické železo bylo odolnější a tažnější než bronz a „drželo“ ostrost čepele déle. Vzhledem k tomu, že železné meteority obsahovaly slitinu železa a niklu, lze předpokládat, že by kvalita některých unikátních dýk mohla konkurovat modernímu spotřebnímu zboží [4] . Stejná jedinečnost však vedla k tomu, že takové zbraně nebyly na bojišti, ale v pokladnici příštího vládce.

Sýrová pec

Prvním zařízením pro získávání železa z rudy byla jednorázová surová nístějová pec (surová nístějová pec, domnitsa). Přes nevýhody zůstal způsob získávání železa pomocí takové pece po dlouhou dobu jediným způsobem, jak získat železo z rudy. V Rusku se vzhled první domnitsa datuje do 9. století [5] .

Národy Anatolie se poprvé naučily zpracovávat železo . Staří Řekové věřili, že lid Khalibů byl objevitelem železa . V literatuře byl tento lid nazýván ustáleným výrazem „otec železa“. Slovo „ ocel “ v řečtině („Χάλυβς“) pochází z tohoto etnonyma .

„Železná revoluce“ začala na přelomu 1. tisíciletí před naším letopočtem v Asýrii . Železné meče se naučili vyrábět představitelé halštatské kultury . Od 8. století př. n. l. se kujné železo rychle začalo šířit v Evropě, ve 3. století př. n. l. nahradilo bronz v Galii , ve 2. století n. l. se objevilo v Německu a v 6. století již bylo široce používáno ve Skandinávii ; kmeny žijící na území budoucího Ruska  - Cimmerians, později Skythians a Sarmatians - železo bylo používáno už před Kristem. e. V Japonsku přišla doba železná až v 7. století našeho letopočtu.

Známý popularizátor vědy Isaac Asimov popisuje historii přechodu lidstva z doby bronzové do doby železné [6] :

Někde kolem XV-XIV století. před naším letopočtem E. technika tavení a nauhličování železa byla vyvinuta v kavkazském podhůří v Urartu . Tato země byla tehdy pod nadvládou Chetitského království , které bylo na vrcholu své moci. Chetitští králové pečlivě střežili monopol na novou technologii, protože chápali její důležitost. Zpočátku se dostávalo jen malé množství železa a v průběhu několika staletí stálo někdy i čtyřicetkrát více než stříbro. Ale ještě dříve, než bylo možné zvýšit tavbu a Chetité toho mohli využít, skončili. Chetitské království bylo zničeno během nepokojů, které následovaly po hnutí „ mořských národů “, a monopol Chetitů na železo byl zlomen. Technologie tavení železa se rychle rozšířila, samozřejmě i do Asýrie, která hraničila s „železným královstvím“ Urartu.

Obchod se železem obnovil prosperitu Asýrie. Otevřela se cesta novým výbojům.

Dorianské kmeny , které napadly Řecko , vlastnily železné zbraně, a proto si tak snadno podrobily Achájce vyzbrojené bronzem . Železo měli i „mořští národové“, a když Pelištejci dobyli pobřeží Kanaánu, používali v bitvách železné zbraně, ale nebyli tak hloupí, aby odhalili tajemství tavení železa. Dokud se jim podařilo udržet toto technické tajemství, museli se Izraelci bránit primitivnějšími zbraněmi. Díky železu se Pelištejci nejen snadno uchytili na pobřeží, ale také uvalili hold kmenům, které jim byly nejblíže. Asi dvě století (než se David dostal k moci v roce 1013 př. n. l.) se jim podařilo ovládnout větší izraelské kmeny .

Prvním krokem v rodící se železné metalurgii bylo získání železa jeho redukcí z oxidu . Bažinatá ruda byla smíchána s dřevěným uhlím a vložena do pece. Při vysoké teplotě vzniklé spalováním uhlí se uhlík začal slučovat nejen se vzdušným kyslíkem , ale také s kyslíkem, který byl spojen s atomy železa.

Po spálení uhlí v peci zůstal tzv. „ krit “ - hrudka porézního redukovaného železa s příměsí velkého množství strusky. Kritsa se poté znovu zahřála a podrobila kování, čímž se vyklepala struska ze železa. Výsledná tyč železa (ve které ještě zůstala 2-4% strusky) se nazývala "světlá tyč". Kování bylo dlouhou dobu hlavním procesem v technologii výroby železa a navíc to bylo to poslední, co bylo spojeno s tvarováním výrobku. Samotný materiál byl kovaný.

Svařované zbraně

Ocel byla vyrobena z hotového železa jeho nasycením uhlíkem. Při vysokých teplotách a nedostatku kyslíku uhlík, který nemá čas oxidovat, impregnuje železo. Čím více uhlíku bylo, tím byla ocel po kalení tvrdší.

Jak vidíte, žádná z výše uvedených slitin nemá takovou vlastnost jako pružnost . Slitina železa může nabýt této kvality pouze tehdy, pokud se v ní objeví čirá krystalická struktura, ke které dochází např. při procesu tuhnutí z taveniny. Problém starověkých metalurgů spočíval v tom, že neuměli roztavit železo. K tomu je potřeba jej zahřát na 1540 °C , zatímco technologie starověku umožňovaly dosáhnout teplot 1000–1300 °C. Až do poloviny 19. století nebylo možné tavit železo a ocel s obsahem uhlíku menším než 0,4 % , protože tavitelnost slitin železa klesá se snižující se koncentrací uhlíku.

Tedy ani železo ani ocel samy o sobě nebyly vhodné pro výrobu zbraní. Nástroje a nástroje vyrobené z čistého železa byly příliš měkké a ty vyrobené z čisté oceli byly příliš křehké. Pro výrobu např. meče bylo proto nutné vyrobit „sendvič“ ze dvou železných plátů, mezi které byl položen ocelový plát. Při ostření došlo k obroušení měkkého železa a objevil se ocelový břit.

Takové zbraně, svařené z více vrstev s různými mechanickými vlastnostmi, se nazývaly svařované. Společnými nevýhodami této technologie byla přílišná masivnost a nedostatečná pevnost výrobků. Svařovaný meč nemohl vyskočit, v důsledku čehož se při nárazu na nepřekonatelnou překážku nevyhnutelně zlomil nebo ohnul.

Nedostatek pružnosti nevyčerpal nedostatky svařovaných zbraní. Kromě zmíněných nedostatků například nešlo pořádně naostřit. Železu bylo možné dodat libovolnou ostrost (i když se rychle opotřebovalo), ale měkká řezná hrana železa byla téměř okamžitě tupá. Ocel nechtěla ostřit - řezná hrana se rozpadla. Je zde naprostá analogie s tužkami  - měkká tuha se snadno ostří, ale hned se otupí a tvrdou nelze dovést na zvláštní ostrost - desetkrát se zlomí. Holicí strojky tedy musely být vyrobeny ze železa a denně znovu nabroušeny.

Obecně platí, že svařované zbraně nepřesahovaly ostrost stolního nože. Tato okolnost sama o sobě vyžaduje, aby byl dostatečně masivní, aby poskytoval uspokojivé řezné vlastnosti.

Jediným opatřením k dosažení kombinace ostrosti a tvrdosti v rámci technologie svařování bylo vytvrzení výrobku po jeho naostření. Tato metoda se stala použitelnou, pokud byla ocelová řezná hrana přivařena jednoduše k železnému tupu a nebyla uzavřena v „sendviči“ železa. Nebo po nabroušení mohly být kaleny čepele, u kterých bylo železné jádro zvenčí pokryto ocelí. Nevýhodou této metody bylo, že ostření bylo možné pouze jednou. Když se ocelová čepel poškodila a otupila, musela být celá čepel znovu vykována.

Přesto to bylo právě zvládnutí svařovací techniky přes všechny její nedostatky, které udělalo skutečnou revoluci ve všech sférách lidské činnosti a vedlo k obrovskému nárůstu výrobních sil. Svařované zbraně byly vcelku funkční a navíc veřejně dostupné. Teprve s jejich rozšířením byly kamenné nástroje konečně vytlačeny a začala doba kovu.

Železné nástroje rozhodujícím způsobem rozšířily praktické možnosti člověka. Bylo například možné stavět domy nařezané z klád  - vždyť železná sekera porazila strom ne třikrát jako měděný, ale 10krát rychleji než kamenný. Rozšířila se i stavba z tesaného kamene. Přirozeně se používal i v době bronzové , ale velká spotřeba relativně měkkého a drahého kovu takové experimenty rozhodně omezovala. Výrazně se rozšířily i možnosti zemědělců.

Damašková ocel a Damašek

Metalurgové byli schopni vidět tekuté železo až v 19. století , ale již na úsvitu metalurgie železa - na počátku 1. tisíciletí př. n. l. - se indickým řemeslníkům podařilo vyřešit problém získávání oceli s vysokým obsahem uhlíku s kompozitní strukturou. Taková ocel se nazývala bulat , ale kvůli složitosti výroby a nedostatku potřebných materiálů ve většině světa zůstala tato ocel dlouhou dobu indickým tajemstvím.

Technologičtější způsob získávání elastické oceli, který nevyžadoval ani zvlášť čistou rudu, ani grafit , ani speciální pece, byl nalezen v Číně ve 2. století našeho letopočtu. Ocel byla překována až dvanáctkrát, přičemž každý výkovek přeložil polotovar na polovinu, což vedlo k vynikajícímu zbraňovému materiálu zvanému „ damašek “, ze kterého se vyráběly zejména japonské katany (meče).  Počet ocelových  vrstev se vypočítá podle vzorce S každým výkovkem se počet vrstev zdvojnásobil a po 12 výkovcích dosáhl počet vrstev 4096 a vrstvy se staly k nerozeznání.

Shtukofen

Vyšší stupeň ve vývoji železné metalurgie oproti sýrové vysoké peci představovaly stálé vysoké pece, v Evropě nazývané shtukofen. Byla to skutečně vysoká pec – se čtyřmetrovým potrubím pro zvýšení trakce. Měchy gukofenu už „houpalo“ několik lidí a někdy i vodní motor. Shtukofen měl dveře, kterými se kuřátko vynášelo jednou denně .

Shtukofen byly vynalezeny v Indii na začátku prvního tisíciletí před naším letopočtem. Na začátku našeho letopočtu přišli do Číny a v 7. století si Arabové spolu s „arabskými“ číslicemi vypůjčili tuto technologii z Indie. Koncem 13. století se shukofen začal objevovat v Německu a České republice (a ještě předtím v jižním Španělsku ) a během dalšího století se rozšířil po celé Evropě.

Produktivita shukofenu byla nesrovnatelně vyšší než u pece surové - vyrobila až 250 kg železa za den a teplota v ní stačila na nauhličení části železa do stavu litiny. Štuková litina však při zastavení pece zmrzla na dně, mísila se se struskou , a pak uměli čistit kov od strusek pouze kováním , ale litina jí nepodlehla. Muselo se to vyhodit.

Občas se však snažili najít nějaké využití pro štukovou litinu. Například staří hinduisté odlévali rakve ze špinavého železa a Turci na začátku  19. století odlévali dělové koule . Těžko soudit, jak kvalitní byly rakve, ale jádra z ní byla nekvalitní.

Dělové koule se v Evropě odlévaly ze železité strusky již koncem 16. století. Cesty byly vyrobeny z litých kamenných bloků. V Nižném Tagilu jsou dodnes zachovány stavby se základy z litých struskových bloků [7] .

Blauofen

Metalurgové si již dlouho všimli souvislosti mezi teplotou tání a výtěžností produktu – čím vyšší teplota, tím větší část železa obsaženého v rudě by se mohla snížit. Proto dříve nebo později přišli s nápadem zlepšit shtukofen - přidat předehřev vzduchu a zvýšit výšku potrubí. V polovině 15. století se v Evropě objevil nový typ pece - blauofen, který okamžitě připravil oceláře nemilé překvapení.

Vyšší teplota sice výrazně zvýšila výtěžnost železa z rudy, ale také zvýšila podíl železa nauhličeného do stavu litiny. Nyní to již nebylo 10% , jako v shtukofenu, ale 30% produkce byla litina - „surové železo“, které není vhodné pro žádné podnikání. V důsledku toho se zisk často nevyplatil na modernizaci.

Litina Blauofen, stejně jako štukatura, ztuhla na dně pece a mísila se se struskou. Vyšel o něco lépe, protože sám byl větší, takže relativní obsah strusek vyšel méně, ale pro odlévání byl nadále málo užitečný. Litina získaná z blauofenu se ukázala být již dostatečně pevná, ale stále zůstala velmi heterogenní. Vycházely z něj jen jednoduché a hrubé předměty - perlíky , kovadliny , dělové koule.

Kromě toho, pokud by se v surových vysokých pecích dalo získat pouze železo, které bylo poté nauhličováno, pak v shtukofenu a blauofenu se ukázalo, že vnější vrstvy bloku jsou vyrobeny z oceli. V blauofen kritzu bylo ještě více oceli než železa. Na jednu stranu to bylo dobré, ale ukázalo se, že je velmi obtížné oddělit ocel od železa. Obsah uhlíku se stal obtížně kontrolovatelným. Pouze dlouhým kováním bylo možné dosáhnout rovnoměrnosti jeho rozložení.

Kdysi, tváří v tvář těmto potížím, se Indiáni nepohnuli dál, ale zabývali se jemným vylepšením technologie a přišli k damaškové oceli . Jenže Indy v té době nezajímalo množství, ale kvalita produktu. Evropané, experimentující s litinou, brzy objevili proces přeměny , který pozvedl metalurgii železa na kvalitativně novou úroveň.

Vysoká pec

Další etapou ve vývoji metalurgie byl vznik vysokých pecí . Zvětšením velikosti, předehřátím vzduchu a mechanickým foukáním se v takové peci všechno železo z rudy přeměnilo na surové železo, které se tavilo a periodicky uvolňovalo ven. Výroba se stala kontinuální – pec pracovala nepřetržitě a nechladila. Během dne vydala až jeden a půl tuny litiny. Bylo mnohem snazší vydestilovat litinu na železo v kovárnách, než ji vyklepat z krakeru , i když kování bylo stále nutné - ale nyní se již ze železa vyklepávaly strusky, a nikoli železo ze strusek.

Ačkoli železné výrobky nalezené v Číně pocházejí z 5. století př. n. l. [8] , nejstarší vysoké pece produkující surové železo (ingoty), které bylo možné přetavit na rafinované surové železo v kupolích , pocházejí z 3.-2. Naprostá většina raně objevených vysokopecních výrobních míst pochází z období po zavedení státního monopolu na sůl a železnou rudu v roce 117 př. n. l. (vláda císaře Wu , 141–87 př. n. l.) za dynastie Han (202 př. n. l. AD - 220 AD). Většina železáren objevených před rokem 117 př. n. l. se zabývala pouze odléváním z polotovarů tavených ve vysokých pecích v jiných oblastech vzdálených od sídel [9] [10] .

V Evropě byly vysoké pece poprvé použity na přelomu 15.-16. Na Blízkém východě a v Indii se tato technologie objevila až v 19. století (z velké části pravděpodobně proto, že se vodní motor nepoužíval kvůli charakteristickému nedostatku vody na Blízkém východě). Přítomnost vysokých pecí v Evropě jí umožnila v 16. století předběhnout Turecko, když ne co do kvality kovu, tak co do šachty. To mělo nepochybný vliv na výsledek boje, zvláště když se ukázalo, že děla lze odlévat z litiny .

George Agricola popisuje středověkou technologii tavení takto [11] :

Zvyk význačných tavičů, kteří vědí, jak ovládat čtyři živly (myšleno zemi, vzduch, oheň a vodu - mimo uvozovku), je následující. Mísí rudy obsahující zeminu ve správném poměru a nakládají je do pecí. Poté nalijí správné množství vody a dovedně ovládají pohyb vzduchu vycházejícího z měchu a hází rudu tam, kde oheň hoří největší silou. Mistr rovnoměrně pokropí vnitřek pece vodou, mírně navlhčí dřevěné uhlí, aby na něm ulpěly malé částečky rudy; jinak se tyto částice uvedou do pohybu silou výbuchu a ohně a jsou odneseny pryč s kouřem.

Agricola také správně vysvětluje nutnost změny konstrukce pece v závislosti na typu rud [11] :

Vzhledem k tomu, že povaha rud určených k tavení je odlišná, musí taviči uspořádat topeniště nyní výše, nyní níže, a instalovat potrubí, do kterého jsou pod menším nebo větším úhlem vloženy vlnovcové trysky, aby foukalo více či méně silně, pokud nutné. Pokud se rudy ohřívají a taví snadno, pak je pro práci tavičů nutné nízké ohniště a trubka musí být nastavena pod mírným úhlem, aby byl odstřel snadný. Naopak, pokud se rudy ohřívají a taví pomalu, pak je zapotřebí vysoké ohniště a komín musí být instalován se strmým sklonem, aby byl zajištěn silný výbuch. Pro rudy tohoto druhu je potřeba velmi horká pec, ve které se nejprve roztaví strusky, kamienky nebo nízkotavitelné kameny, aby ruda nemohla dohořet na dno nístěje a uzavřít výpust.

Proces převodu

Od 16. století se v Evropě rozšířil tzv. redistribuční proces v metalurgii - technologie, při které se železo i po příjmu v důsledku vysoké teploty tavení a intenzivního nauhličování destilovalo do litiny a teprve poté se odlévalo do tekutého stavu. železo, zbavené přebytečného uhlíku při žíhání v pecích , přeměněné na ocel.

Aplikace uhlí, koksování, loužení, tryskání za horka

Od počátku 17. století se Švédsko stalo evropskou kovárnou , produkující polovinu železa v Evropě. V polovině 18. století začala jeho role v tomto ohledu rychle upadat v souvislosti s dalším vynálezem - využitím uhlí v hutnictví .

Předně je třeba říci, že až do 18. století včetně se uhlí v hutnictví prakticky nepoužívalo - pro vysoký obsah nečistot škodlivých jakosti produktu, především síry . Od 17. století se však v Anglii začalo uhlí používat v pudlovacích pecích pro žíhání litiny, což však umožnilo dosáhnout jen malé úspory dřevěného uhlí - většina paliva byla spotřebována na tavení, kde to nebylo možné aby se vyloučil kontakt mezi uhlím a rudou.

Spotřeba paliva v hutnictví byla již tehdy obrovská - vysoká pec ( vysoká pec ) spolkla fůru uhlí za hodinu. Dřevěné uhlí se stalo strategickou surovinou. Právě hojnost dřeva v samotném Švédsku a Finsku , které k němu patří, umožnila Švédům rozšířit výrobu v takovém měřítku. Britové, kteří měli méně lesů (a dokonce i ty byly vyhrazeny pro potřeby flotily), byli nuceni nakupovat železo ve Švédsku, dokud se nenaučili používat uhlí. Do užívání jej uvedl v 17. století Clement Clerk a jeho kováři a slévači.

Od roku 1709 v Colebrookdale Abraham Darby , zakladatel dynastie metalurgů a kovářů, používal koks k výrobě surového železa z rudy ve vysoké peci . Nejprve se z něj vyrábělo pouze kuchyňské náčiní, které se od práce konkurentů lišilo pouze tím, že jeho stěny byly tenčí a jeho hmotnost byla nižší. V 50. letech 18. století postavil Darbyho syn ( Abraham Darby II .) několik dalších domén, do té doby byly jeho výrobky také levnější než ty, které byly vyrobeny z dřevěného uhlí. V roce 1778 postavil Darbyho vnuk Abraham Darby III ze svého odlitku slavný Iron Bridge v Shropshire , první celokovový most v Evropě.

Pro další zlepšení kvality litiny vyvinul Henry Cort v roce 1784 proces pudlování . Mezi mnoha tehdejšími hutnickými profesemi byla snad nejtěžší profese pudlera. Pudlování bylo hlavním způsobem získávání železa téměř po celé 19. století . Byl to velmi náročný a pracný proces. Práce probíhala takto. Na dno ohnivé pece byly naloženy ingoty (ingoty) litiny; ingoty se roztavily. Jak z kovu vyhořel uhlík a další nečistoty, zvýšil se bod tání kovu a z tekuté taveniny začaly „vymrzat“ krystaly docela čistého železa. Na dně pece se shromáždila hrudka lepkavé pastovité hmoty. Pudlovači zahájili operaci válcování květu pomocí železného páčidla . Míchali masu kovu páčidlem a snažili se kolem páčidla sesbírat hroudu neboli krity železa. Taková hrouda vážila až 50-80 kg i více. Kritsu bylo vytaženo z pece a přiváděno bezprostředně pod buchar - pro kování, aby se odstranily částice strusky a zhutnil kov [7] .

Růst výroby a zlepšení kvality anglického kovu koncem 18. století umožnilo Velké Británii zcela opustit dovoz švédského a ruského železa. Začala stavba průplavů, které umožňovaly přepravu uhlí a kovů.

Od roku 1830 do roku 1847 se kovovýroba v Anglii více než ztrojnásobila. Použití horkého větru při tavení rudy, které započalo v roce 1828, snížilo spotřebu paliva na trojnásobek a umožnilo používat při výrobě uhlí nižších tříd.V letech 1826 až 1846 probíhal vývoz železa a litiny z r. Velká Británie vzrostla 7,5krát [12] .

Výroba konvertorů a pece s otevřenou nístějí

V roce 1856 získal Henry Bessemer patent na novou technologii výroby oceli ( Bessemerův proces ). Vynalezl konvertor  - zařízení, ve kterém byl vzduch vháněn přes tekuté železo získané ve vysokých pecích . V konvertoru se spálí uhlík rozpuštěný v železe , což umožňuje získat ocel ve výrazně větším množství, než bylo dříve k dispozici.

Alternativou k používání konvertoru po celé 20. století byla pec s otevřenou nístějí , ve které probíhalo i dodatečné spalování uhlíku. Na konci 20. století se pece s otevřenou nístějí staly zjevně zastaralou technologií a byly nahrazeny výrobou konvertorové oceli.

V polovině 20. století byl vynalezen turboexpandér , aby se snížily náklady na výrobu kyslíku. Kyslík se stal dostatečně levným, aby mohl být široce používán v ocelářském průmyslu. Proplachování roztaveného železa kyslíkem výrazně ohřívá kov, což zjednodušuje výrobu (železo „nevymrzne“, ale zůstává tekuté), umožňuje také vysypávání kovového odpadu do konvertoru k přetavení a v některých případech zlepšuje kvalitu kovu kvůli nepřítomnosti dusíku rozpuštěného v kovu.

Elektrometalurgie

Schopnost stejnosměrného elektrického proudu redukovat kovy byla objevena na samém počátku 19. století, ale nedostatek výkonných zdrojů elektřiny omezoval využití těchto procesů v laboratorním výzkumu. Vznik výkonných elektráren na počátku 20. století umožnil vytvořit průmyslové technologie pro elektrometalurgii. Zpočátku se takové postupy používaly pro výrobu neželezných kovů, ale v polovině 20. století se dostaly i k metalurgii železa. Široké uplatnění našly procesy elektroredukčního tavení, při kterém je železná ruda smíchaná s malým množstvím uhlíku vystavena silnému elektrickému oblouku, kdy se železo na katodě elektricky redukuje a na anodě se vypalují nečistoty. Tímto způsobem je možné získat vysoce kvalitní litinu, snížit spotřebu kyslíku a snížit emise oxidu uhličitého. Konverzní elektrometalurgické procesy umožňují tavit litinu ve vakuu, v prostředí ochranného plynu, za přítomnosti chemicky aktivních legujících prvků, což umožňuje získat vysoce kvalitní legované oceli a speciální oceli (tepelně odolné, radiační- odolný). Oceli, jejichž výroba je možná pouze elektrometalurgickými procesy, se nazývají elektrooceli .

Redukce vodíku

Výroba vysokých pecí a konvertorů je poměrně moderní, avšak velmi ekologicky znečišťující proces. Navzdory skutečnosti, že většina železa se získává při výrobě kyslíkových konvertorů , emise oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého do atmosféry jsou také vysoké. Módní alternativou je přímá redukce železa z rudy vodíkem. V tomto případě se výsledné železné částice taví v elektrických pecích, poté se přidá uhlík a získá se ocel.

Kovoobrábění

Kováři-amatéři

První, kdo organizoval výrobu železářských výrobků , byli amatérští kováři – obyčejní rolníci , kteří s takovým řemeslem obchodovali ve volném čase od obdělávání půdy. Sám kovář našel „rudu“ ( bahenní rudu u rezavé bažiny nebo červeného písku), sám pálil uhlí, postavil sýrovou vysokou pec a tavil železo, sám je koval , sám zpracovával.

Zručnost mistra v této fázi byla přirozeně omezena na kování výrobků nejjednodušší formy. Jeho nástroje sestávaly z měchů , kamenného kladiva a kovadliny a brusného kamene . Železné nástroje se vyráběly kamennými nástroji.

Pokud by v blízkosti byla ložiska rud vhodná pro těžbu, pak by se celá vesnice mohla věnovat výrobě železa, ale to bylo možné pouze tehdy, pokud existovala stabilní příležitost pro ziskový marketing produktů, což by prakticky nemohlo být v podmínkách obživy . zemědělství .

Při takové organizaci železářské výroby nebylo nikdy možné na její náklady zcela pokrýt všechny potřeby nejjednodušších zbraní a nejnutnějších nástrojů. Sekery se nadále vyráběly z kamene , hřebíky a pluhy ze dřeva . Kovové brnění zůstalo nedostupné i pro vůdce . Koncentrace železných výrobků byla jen asi 200 gramů na hlavu .

Na této úrovni dostupnosti železa byly na počátku našeho letopočtu nejzaostalejší kmeny mezi Brity , Germány a Slovany . V XII - XIII století Baltové a Finové, bojující proti křižákům , také používali kamenné a kostěné zbraně. Všechny tyto národy již uměly vyrábět železo, ale stále ho nemohly získat v požadovaném množství.

Profesionální kováři

Další etapou ve vývoji železné metalurgie byli profesionální kováři, kteří si kov stále tavili sami, ale častěji byli posíláni jiní muži, aby těžili železný písek a spalovali uhlí - výměnou v naturáliích . V této fázi už měl kovář zpravidla nějak vybavenou kladivářskou pomocnici a kovárnu.

S příchodem kovářů se koncentrace železných výrobků zvýšila 4-5krát. Nyní mohla být každá rolnická domácnost vybavena osobním nožem a sekerou. Zvýšila se i kvalita výrobků. Kováři byli profesionálové, zpravidla znali techniku ​​svařování a uměli táhnout drát . V zásadě by takový řemeslník mohl dostat i Damašek , kdyby věděl jak, ale výroba damašských zbraní vyžadovala takové množství železa, že se ještě nedalo sériově vyrábět.

V 18. - 19. století si vesnickí kováři dokonce dokázali vyrobit hlavně pro puškové zbraně, ale v tomto období již používali vybavení, které si sami nevyráběli. Přesun řemeslné výroby z města na venkov byl v určitém měřítku možný ve fázi rozvoje města, kdy se náklady i na dosti složité zařízení ukázaly jako zanedbatelné.

Středověcí vesnickí kováři si nástroje vyráběli sami. Jak mohl. Běžnému řemeslníkovi se proto většinou podařilo vyrobit předměty jednoduchého plochého tvaru, ale pozitivně mu dělalo potíže, když bylo potřeba vyrobit trojrozměrný výrobek nebo spojit několik výrobků dohromady - což bylo například vyžadováno pro vytvoření spolehlivá helma . Vyrobit tak složitý výrobek, jako je spoušť pro kuši , byl vesnický kovář nesnesitelný - k tomu by koneckonců byly zapotřebí i měřicí přístroje.

Ani řemeslní kováři neměli specializaci - meče , jehly a podkovy vyráběl stejný mistr. Venkovští kováři se navíc vždy zabývali především výrobou nejjednodušších průmyslových a domácích nástrojů, které nejvíce potřebovali vesničané, nikoli však zbraní.

To však vůbec nepopírá skutečnost, že v primitivních kulturách byl i ten nejobyčejnější kovář považován za poněkud obdobného čaroděje , i když přiměřeněji jej lze přirovnat k umělci . Ukovat i obyčejný meč bylo opravdové umění.

Teoreticky vše vypadalo jednoduše: stačí položit tři pásy kovu jeden na druhý, vykovat je a čepel je hotová. V praxi však nastávaly problémy - jednak bylo nutné dosáhnout pevného svaření a rovnoměrného prostupu vrstev, jednak nebylo možné narušit rovnoměrnost tloušťky vrstvy (a bylo - od list papíru) a navíc umožnit rozbití vrstvy. A konec konců, zpracování bylo prováděno těžkým kladivem .

Před rozdělením práce mezi město a venkov nepřesahovala roční produkce železa 100 gramů za rok na osobu, tvar výrobků byl velmi jednoduchý a kvalita nízká, a když se popisuje výzbroj nějakého varjažského , systematicky se přehlíží, že mluvíme o vůdci zbraní, vykopaných v jeho mohyle . Barbaři, kteří nespoléhali na mohyly, se vyzbrojili mnohem jednodušeji. Na této úrovni rozvoje produktivních sil (charakteristické například pro Galy , Franky , Normany , Rusko 10. století ) mohla mít těžké zbraně pouze aristokracie  - ne více než jeden válečník ve zbroji na 1000 obyvatel populace. .

Kovodělný průmysl vstoupil na novou úroveň teprve tehdy, když byla možná dělba práce a vznik specializací. Mistr nakoupil železo, a to již v požadované kvalitě, nakoupil nástroje potřebné pro svůj profil a najal učně. Pokud už nože vyrobil, pak je předal k prodeji v krabicích. Pokud vyráběl meče, tak ne dva ročně, ale čtyři týdně. A samozřejmě měl s jejich výrobou bohaté zkušenosti.

Ale pro vznik specializace bylo jistě zapotřebí město  - alespoň pro několik tisíc obyvatel - aby mohl pán všechno kupovat a prodávat. Ani velmi velké osady v okolí hradu (a jejich populace dosahovala někdy i několika tisíc lidí) takovou možnost nedávaly - ostatně nejenže nevyráběly nic na prodej do jiných osad, ale dokonce ani nedocházelo k vnitřní výměně zboží.

Čím rozvinutější burza, tím více mistrů a jejich specializací, mohla se vytvořit dělba práce. Ale pro významný rozvoj směny byly zapotřebí peníze a komparativní stabilita.

Ještě větší pokrok by mohla udělat organizace manufaktury , ale kolem ní bylo nutné vybudovat již 50 000 město a přítomnost několika dalších stejných poblíž.

Přesto i po koncentraci řemeslné výroby do měst zůstala barevná postava kováře až do počátku a místy až do poloviny 20. století nepostradatelným prvkem pastevecké krajiny . Po dlouhou dobu rolníci jednoduše neměli možnost kupovat městské produkty. V raných fázích rozvoje směny sloužili zruční řemeslníci pouze vládnoucím vrstvám, především vojenským statkům.

Po rozšíření shtukofenu

Řemeslná výroba železa se však přestala provozovat ihned po rozšíření štukofenu . Kováři začali kupovat železné ingoty a ještě častěji železný šrot , aby meče překovali na radlice .

Když rozvoj prodejnosti hospodářství zpřístupnil řemeslné výrobky širokým masám, kováři se po dlouhou dobu zabývali opravou nástrojů vyrobených ve městech.

Souběžně s řešením organizačních záležitostí si zdokonalování metod zpracování kovů vyžádalo i zdokonalování technologie. Protože hlavní metodou bylo kování, byla jako první zdokonalena buchary.

Faktem bylo, že pokud bylo kování prováděno ručním kladivem, byla velikost výrobku omezena fyzickými možnostmi kováře. Člověku se podařilo vykovat součást vážící ne více než pár kilogramů. Ve většině případů se to ukázalo jako dostačující, ale při výrobě řekněme dílů obléhacích strojů se již neobešlo bez mechanického kladiva poháněného vodním kolem , mul nebo dělníků.

Problém kování masivních (až několikacentimetrových) dílů byl vyřešen již ve starověku, ale během středověku získal novou naléhavost, protože výkřiky získané ze shtukofenu také nemohly být vykovány perlíkem .

Samozřejmě bylo možné je rozdělit na malé části, ale zároveň by každá měla svůj vlastní, navíc neznámý obsah uhlíku, a pak, aby vznikl více či méně velký výrobek, by výsledné kusy musely být kovaná záda.

To vše bylo krajně nevýhodné. Kritsa bylo nutné zcela zfalšovat. Štukofen proto v dobrém slova smyslu potřeboval být vybaven dokonce ne jedním, ale hned třemi vodními stroji - jeden čerpal měchy , druhý se oháněl kladivem , třetí čerpal vodu z dolu. Bez třetího také nebylo možné - bylo nemožné poskytnout řemeslné polotovary shtukofenovou rudou.

Objem výroby však nezávisel ani tak na technologii, jako na organizaci práce. Pokud by se hutník nerozptyloval jinými úkoly, pak by mohl vyrábět mnohem více syrových pecí. V Římě tedy výroba dosáhla 1,5 kilogramu na osobu a rok, a to nestačilo – železo se do Říma vozilo i z Číny. V Evropě a Asii i při použití shtukofenu produkce zřídka dosáhla kilogramu. Ale s příchodem vysokých pecí v Evropě se toto číslo ztrojnásobilo najednou a ve Švédsku od 17. století dosahovalo 20 kilogramů za rok. Koncem 18. století byl tento rekord překonán a v Anglii se začalo vyrábět 30 kg železa na hlavu a rok .

V Rusku po industrializaci Petra Velikého dosáhla produkce 3 kilogramů na hlavu za rok a na této úrovni se udržela až do konce 18. století.

Viz také

• doba železná
• Starověká výroba železa  – článek na anglické Wikipedii

Poznámky

1. ↑ Agricola, 1986 .
2. ↑ Duncan E. Miller a NJ Van Der Merwe. Rané zpracování kovů v subsaharské Africe  (anglicky)  // Journal of African History. - Cambridge University Press, 1994. - Březen ( sv. 35 , 1. vydání ). - str. 1-40 . - doi : 10.1017/S0021853700025949 .
3. ↑ Stuiver, Minze a van der Merwe, NJ Radiokarbonová chronologie doby železné v subsaharské Africe  //  Současná antropologie. - 1968. - Sv. 9 . - str. 54-58 .
4. ↑ Grakov B. N. Starší doba železná. - Moskva: Nakladatelství Moskevské státní univerzity, 1977. - 235 s.
5. ↑ Strumilin S. G. Historie metalurgie železa v SSSR / ed. I. P. Bardin - M . : Nakladatelství Akademie věd SSSR , 1954. - T. 1. (a pouze). Feudální období (1500-1860). - S. 13. - 533 s. - 5000 výtisků.
6. ↑ Řada historických knih: Asimov A. Blízký východ. Historie deseti tisíciletí - M .: CJSC Tsentrpoligraf, 2004. - 331 s.; Azimov A. Země Kanaán. Vlast judaismu a křesťanství - M .: CJSC Tsentrpoligraf, 2004. - 335 s.
7. ↑ 1 2 Mezenin, 1972 .
8. ↑ Wagner, 1996 , str. 95-97.
9. ↑ Wagner, 2001 , str. 25-27,36-38,85-89.
10. ↑ Pigott, 1999 , str. 177-199.
11. ↑ 1 2 Agricola, 1986 , str. 176.
12. ↑ Kapitola IX. Rozvoj kapitalismu a růst dělnického hnutí v zemích západní Evropy ve 30-40 letech XIX. Archivováno 20. dubna 2019 na Wayback Machine // World History. Encyklopedie. - T. 6.

Literatura

• George Agricola. O hornictví a hutnictví. Upravil S. V. Shukhardin Překlad a poznámky N. A. Galminase a A. I. Drobinského ve dvanácti knihách. - 2. - Moskva: Nedra, 1986. - 294 s.
• Beckert M. Iron. Fakta a legendy = Tatsachen und Legenden. - M .: Metalurgie, 1984. - 232 s.
• Grakov B. N. Raná doba železná .. - M . : Nakladatelství Moskevské státní univerzity , 1977. - 235 s.
• Mezenin N.A. Zajímavé o železe. - M . : Hutnictví, 1972. - 200 s.
• Chernousov P.I., Mapelman V.M., Golubev O.V. Metalurgie železa v dějinách civilizace. - M . : Studie ( MISiS ), 2005. - 423 s.
• Technologie ve svém historickém vývoji. Ch. V. Revoluční role železa v dějinách / S. V. Shukhardin (šéfredaktor), A. A. Kuzin , N. N. Stoskova . — M .: Nauka , 1979.
• Vincent C. Pigott. Archeometalurgie asijského starého světa . - University of Pennsylvania, 1999. - ISBN 0-924171-34-0 .
• Donald B. Wagner. Železo a ocel ve staré Číně . - Brill Academic, 1996. - ISBN 9004096329 .
• Donald B. Wagner. Stát a železářský průmysl v Han Číně . - NIAS Publishing, 2001. - ISBN 8787062771 .

Odkazy

• Klasifikace železných výrobků // Encyklopedický slovník Brockhausův a Efronův  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
• Oleg D. Sherby, Geoffrey Wadsworth. Damašková ocel // Ve světě vědy (Scientific American. Vydání v ruštině). - 1985. - Duben. - S. 74-80.
• Levin, A. Historie nerezové oceli: Kdo to vynalezl a kdy , Populární mechanika (01-07-2016). Staženo 12. ledna 2017.
• Borzunov V.P., Shcherbakov V.A. indický wutz, damašková ocel, ruská damašková ocel.
• P. I. Chernousov Starověké technologie těžby a zpracování železa
• A. Feuerbach Historie damaškové oceli
• Historie železa a oceli  - stránka "World of Forging"
• Metalurgie středověké Evropy  – stránka „Ruční rezervace“
• K 200. výročí narození P. P. Anosova (1799-1999)  – lokalita „Handmade Reserve“
• Sada nástrojů starého ruského kováře  - stránka "Obrábění kovů"