Каждый человек железный. 26-ой элемент таблицы Менделеева – составная гемоглобина. Этот сложный белок входит в эритроциты, известные так же как красные кровяные тельца. Без них, собственно, кровь не была бы алой, да и жизни бы не было.
Эритроциты транспортируют по организму углекислый газ и кислород. Они необходимы для жизнедеятельности. А для чего еще необходимо железо, каковы его свойства и стоимость в прямом и переносном смыслах?
Химические и физические свойства железа
Дотрагивались до железа в прохладном помещении? Холод от прикосновения к металлу – результат его высокой теплопроводности. Материал моментально забирает энергию тела, передавая ее окружающей среде. В результате, человеку становится холодно.
Электропроводность железа тоже на высоте. Металл с легкостью передает ток благодаря свободным электронам в атоме. В нем 7 слоев. На последних 2-х расположены 8 электронов. При возбуждении все они могут быть валентными, то есть способными образовать новые связи.
Внешне металл железо серебристо-серый. Встречаются самородные формы. Чистое железо пластичное и ковкое. У слитков выраженный металлический блеск и средняя твердость – 4 балла по шкале Мооса . 10 баллов – показатель самого твердого на земле камня алмаз, а 1-им баллом отмечен тальк.
Железо – элемент средней тугоплавкости. Закипает металл при 2860-ти градусах, а размягчается при 1539-ти. В таком состоянии материал теряет ферромагнитные свойства. Они присущи лишь твердому состоянию железа. Элемент становится магнитом, попадая в магнитное поле.
Но, интереснее то, что после его исчезновения, металл еще долгое время остается магнитом. Такая особенность обусловлена все теми же свободными электронами в структуре атома. Перемещаясь, частицы меняют его строение и свойства.
Железо – химический элемент, легко вступающий в реакции с бромом, фтором, хлором и другими галогенами. Это элементы 17-ой группы таблицы Менделеева. При обычных условиях протекает и взаимодействие с кислородом.
Теперь, о реакциях нагрева. При сжигании металла образуются его оксиды. Их несколько видов: — 2FeO, 2Fe2O3, Fe3O4. Какой именно получится, зависит от пропорций исходных элементов и условий совмещения. Свойства оксидов разнятся.
Нагрев запускает и реакцию с азотом . Для нее нужно 6 молей железа и один моль газа. Выход – 2 моля нитрида 26-го элемента. Его фосфид формируется уже в сочетании с фосфором. Еще одно простое вещество, объединяющееся с феррумом – сера . Получается, естественно, сульфид. Протекает реакция присоединения.
Из сложных веществ, то есть состоящих из молекул, железо взаимодействует с кислотами. Металл вытесняет из них водород. Получается замещение. Так, и взаимодействия с серной кислотой выходит сульфат феррума и чистый водород.
Возможны и реакции с солями . Их железо восстанавливает. Иными словами, 26-ой элемент выделяет из веществ менее активный металл. Соединив феррум, к примеру, с сульфатом меди, получают сульфат уже железа. Медь остается в первозданном виде.
Применение железа
Где железо применяется, вытекает из его свойств. Ферромагнитоность пригождается при изготовлении сувениров и промышленных установок. Иными словами, из металла делают магниты, как для холодильников, так и для больших производств. Прочность материала, твердость – повод использовать его для изготовления оружия, брони.
Особым шиком считаются модели из метеоритного железа. В космических телах свойства феррума усилены. Поэтому, ножи и доспехи получаются особенно острыми, прочными. Признаки железа метеоритного заметили еще в Древнем Риме.
Известны и сплавы железа, в частности, чугун и сталь. Из них отливают вещи бытового, повседневного характера, к примеру, оградки, беседки, фурнитуру. Используют сплавы феррума и для промышленных целей. Интересно, что состав у стали и чугуна один, пропорции разные. И там, и там сливаются железо с углеродом. В стали газа меньше 1,7%.
В чугуне углерода от 1,7 до 4,5%.
Углерод в сплавах железа играет роль упрочняющего элемента. Он снижает подверженность смеси коррозии и делает материал термоустойчивым. К сталям примешивают и иные добавки. Не зря существуют разные марки сплава. С ванадием , к примеру, производят стойкую к ударам и, при этом, пластичную сталь.
В виде хлорида 26-ой элемент используют для очистки воды. Пригождается металл и в медицине. Лечение железом необходимо при анемии. Это недостаток красных кровяных телец и металла в их составе. Препараты железа выписывают, так же, больным туберкулезом, радикулитом, страдающим от судорог и кровотечений из носа.
26-ой элемент необходим и для нормального функционирования щитовидной железы. Обычно, ее дисфункцию связывают с дефицитом йода . Однако, не он один обеспечивает здоровье железы.
Немало феррума и в клетках печени. Там металл способствует нейтрализации вредных веществ, токсинов. Для поддержания здоровья в организм человека должны поступать не меньше 20-ти миллиграммов железа в сутки.
Добыча железа
Железо – распространенный металл. В природе немало минералов, в основе которых лежит 26-ой элемент. Больше всего феррума в магнетите и гематите . Из них-то и удаляют железо.
Проводится реакция восстановления металла. Для того нужен кокс, то есть соединение углерода. Взаимодействие протекает при температуре в 2000 градусов Цельсия, в доменных печах .
Без доменных печей обходятся при восстановлении феррума чистым водородом. Потребуются уже шахтные печи. Так называют модели вытянутые по вертикали.
Рабочее пространство аппарата подобно цилиндру или конусу. В них помещают измельченную руду железа, смешанную со специальной глиной . Потом, добавляют водород. Итог все тот же – чистый феррум.
Цена железа
Стоимость металла зависит от вида продукции. Большинство вещей делаются из сплавов феррума, к примеру, кровельные материалы. Покрытия для крыш, как правило, листовые. Цена за квадратный метр варьируется от 300-от до 600-от с лишним рублей в зависимости от толщины железа.
Кровельные листы рифленые, сложной геометрии и особого состава. Простые пласты стоят дешевле. Есть предложения купить 30 листов 2,5 на 1,3 метра за 1000 рублей. Толщина изделий – 1,5 миллиметра.
Чистый элемент в таблетках стоит около 1600 рублей за 180-200 штук. Если же приобретается готовое изделие, в которое вложен ручной труд, бывает сложно уложиться и в десятки, сотни тысяч. Яркий пример – кованная продукция по индивидуальным заказам.
За необычные ворота, мебель, вазы, кузнецы «срывают» немалый куш. Большую часть цены составляет не материал, а человеческий труд, воплощение в жизнь художественной задумки.
Большинство фирм торгуют оптом. Предложений купить только одно кило металла, редки. 1000 граммов обходится примерно в 1-1,5 доллара. Некоторые компании фасуют порошок феррума в мешки по 5, 10, 25 килограммов. Объявления о продаже размещены в интернете.
Источник: tvoi-uvelirr.ru
РС 311 Начало обработки железа
Разобравшись с веком бронзовым, переходим к железному. Насколько легко найти месторождение железа в природе? Как люди научились выплавлять железо — или хотя бы шлаки из породы? На каких объёмах производства железа построила свою мощь Римская империя? И правда ли болотное железо так безнадёжно, как о нём отзываются?
О том, как человечество изобрело железо, рассказывает Павел Иванович Черноусов, кандидат технических наук, доцент кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий МИСиС, директор Музея истории МИСиС.
М. Родин: Мы говорили о плавном переходе от бронзы к железу, и о том, что должен был сложиться весь технологический комплекс. Насколько я понимаю, основа железоделательной металлургии – это сыродутный процесс. И он возник ещё в эпоху бронзы. Что это такое и как он развивался?
П. Черноусов: Наш термин «сыродутный» появился, когда создавался словарь Брокгауза и Ефрона в конце XIX в. Скиндер, инженер, который в том числе и научной деятельностью занимался, написал статью о том, как производилось железо. И поскольку в то время уже было использовано горячее дутьё, которое использовалось в металлургических агрегатах, использовался термин «сыродутный», т.е. как-бы неподготовленное дутьё. Этот термин удобен именно в металлургии железа, хотя сам горн, т.е. агрегат, в котором железо получалось в эпоху, о которой мы говорили, не отличался от медеплавильной печи.
Та яма в земле, обложенная камнями, с древесным углём, с рудой, которая потом превратилась в конструкцию примерно в полметра высотой с углублением, сделанную из глины, с соответствующими дутьевыми мехами. А когда этот же агрегат примерно той же конструкции, примерно того же размера стал использоваться для производства железа, он получил название «сыродутная печь».
В сыродутную печь загружался древесный уголь, руда. Иногда уже тогда загружались флюсы (специальные добавки, чтобы облегчить процесс). Подавалось дутьё, иногда с помощью мехов, которые приводились в действие ногами или руками. Иногда это была специальная конструкция, которая использовала силу естественного движения ветра. И в результате – процесс разной длительности.
Потому что в зависимости от вида руды, от условий подачи дутья, от размеров агрегата, качества компонентов процесс мог продолжаться от нескольких суток до нескольких часов.
В результате получалось то, что сейчас называется крицей. Это ком железа, где есть включения шлака и древесного угля. В ту эпоху проводилась её обработка вручную молотом, и получалась проковка крайне неоднородного материала. Иногда могла получиться сталь, иногда – почти чистое железо. В любом случае, это была заготовка, которая требовала длительной проковки, чтобы можно было получить металлоизделие соответствующего качества.
М. Родин: Горн возник не сразу: процесс его появления был долгим. И самая примитивная форма горна – это т.н. «волчья яма». Это когда всю эту конструкцию вырывали в яме. Чтобы не нужно было много чего строить.
П. Черноусов: Не совсем так. Горн – это синоним печи. Или даже более точно – это синоним очага, того места, где можно было получить высокую температуру. И костёр можно тоже считать очагом.
Весь вопрос в том, что в костре, который на свежем воздухе мы разводим, получить температуру свыше тысячи градусов практически невозможно. Можно вырыть ямку, при этом обязательно оставить ложбинки, чтобы воздух мог проникать в глубину, обложить её камнями. А со временем догадались её ещё надстраивать, чтобы получать эффект трубы. Конструкция может быть разной формы.
Она может быть на берегу реки, где интенсивное движение воздуха, она может быть в специальном месте рельефа в горах, чтобы подать воздух снизу туда. Если грамотно организовать, это может быть и на ровном месте. Самое главное, чтобы приток воздуха и интенсивность горения позволяли получить необходимые температуры.
М. Родин: Получается, мехи в этом случае играют вспомогательную роль. Самое главное – ток воздуха за счёт конусообразной формы.
П. Черноусов: Совершенно верно. Такие горны использовались не только для производства железа, но и для обжига гончарных изделий. Это и медеплавильные печи, это и печи, куда клались тигли, где можно было получать металл. И собственно сыродутные горны для производства железа уже позднее.
Замечательный чешский исследователь Плейнер издал фолиант страниц на восемьсот. Там это всё описано по всему европейскому региону до Урала и Малой Азии. Есть комплексы горнов, например, свентокшишский в Польше, там их полторы тысячи.
Т.е. уже в эпоху раннего железного века формировались такие места, ландшафтные локации, где прямо производили металл, где эти горны могли выглядеть самым разным образом. Они могли быть на глиняном каркасе, они могли быть сложены из камня. Они могли быть разборными, а могли быть такими, что часть горна разрушалась, чтобы вынуть крицу, а потом восстанавливалась. Экспериментировали самым разным образом, но в целом конструкция была такая, как я описал: не очень высокая и шириной до полуметра.
М. Родин: Когда люди говорят про начальные этапы металлургии, они часто говорят, что невозможно было достичь таких температур. Они представляют современную картинку льющегося металла. Но когда мы говорим про сыродутный процесс, у нас просто шихта, т.е. смесь руды с углём и другими добавочными элементами.
Она нагревается, и из неё начинает вытекать, выпариваться железо, которое потом осаждается в виде крицы. Т.е. нет потока струящегося металла. Мы получаем крицу, с которым потом нужно долго работать.
Вопрос: какая температура для этого нужна?
А сгусток металла оставался твёрдым. Потому что температура плавления железа, даже насыщенного углеродом, стали или железа, как минимум 1300 с копейками градусов. А вот чтобы расплавить или перевести в жидкое состояние шлак, насыщенный железом, нужно примерно 1250 градусов.
И когда достигается пограничная температура в 1300 или в 1300 с небольшим градусов, тогда можно отделить жидкое от твёрдого. Шлак вытекает или заполняет определённое пространство, а твёрдая крица получается в виде слипшейся, спаянной, сцепившейся восстановленными частицами железа массы, где присутствуют вкрапления шлака и древесного угля. Поэтому с этой крицей нужно ещё долго возиться для того, чтобы она получилась пригодной для изготовления каких-то изделий.
М. Родин: Я тоже искренне думал, что металл вытекает из руды. А на самом деле наоборот: из породы вытекает всё лишнее, а металл остаётся в виде крицы.
М. Родин: И у нас есть археологические свидетельства всех этих этапов и процессов в огромном количестве.
П. Черноусов: Совершенно точно.
М. Родин: У нас есть крица. Почему ты говоришь, что получалась сталь или железо? Сталь – это железо с большим количеством углерода. Она получалась естественным образом: много его было в породе, или в процессе производства. А железо – чистое, в которое не попал углерод.
Соответственно, в крице изначально получается разный состав.
П. Черноусов: Сейчас в основном всё трактуется с точки зрения того, что мы можем чётко измерить: сколько в металле углерода, сколько железа, сколько примесей. А есть ещё возможность применить металл для каких-то целей.
И если говорить чисто с точки зрения химического состава, то ситуация следующая: если в железоуглеродном сплаве примерно до 0,1% углерода – это чистое железо, есть ещё такое понятие: АРМКО-железо, химически чистое железо, которое используется для опытов, и т.д. Примерно до 2,2% углерода – это сталь. Эти два процента очень сильно меняют свойства металла. Выше 2,2% и до примерно 6,5% – это чугун. Дальше идут неметаллические свойства: с повышением содержания углерода металлические свойства пропадают.
В процессе восстановления железа из руды кислород отнимается от оксидов железа (в руде железо в виде оксида), и получается чистый металл. Это один процесс, который происходит в горне или другом металлургическом агрегате.
Следующий процесс – взаимодействие углерода с железом. Идеальные условия – когда металл расплавлен. В этом случае он может равномерно реагировать с углеродом и примерно равномерно насыщаться. Естественно, для этого нужно какое-то время, и т.д.
В сыродутном горне этих условий не было: где-то есть контакт углерода с железом, где-то – нет. Поэтому получалось, что металл был неравномерным. И долгое время было сложно управлять этим процессом. Поэтому ловили момент, когда при каких-то условиях получалось более-менее хорошо. И получали железо определённого качества.
Когда не получалось – пытались переплавить в том же самом горне. В этом горне можно было переплавлять и металлолом. Процесс переплавки иногда сознательно повторяли, пока не получали приемлемый результат.
П. Черноусов: Совершенно верно. Когда крицу обрабатывали на этой стадии, из неё как-бы выжимали шлак. Эта первая обработка обычно производилась киянками, т.е. деревянными колотушками. На первом этапе не нужно было прикладывать большие усилия, работать кузнечным молотом. Потому что удалить куски древесного угля и всего прочего даже удобнее было деревянным молотом.
А потом несколько раз производилась проковка. И получалось железо-сырец. А уже на следующей стадии кузнец, который хотел создать какой-то годный продукт – он уже производил наконечник копья, или нож, что-то такое ещё. Это происходило в несколько этапов.
М. Родин: И опять путём многократной проковки для удаления лишних шлаков и превращения в форму. И тут мы приходим к важному моменту. Когда мы говорили про эпоху бронзы, там огромное значение имел доступ к сырью. Оно неравномерно распределено по планете.
Железа много везде. Насколько в эту эпоху сильно зависели разные общества от доступа к правильному сырью? Насколько сильно разнится это сырьё, раскиданное по планете?
П. Черноусов: Швеция в течение немногих лет, примерно в XVI-XVII вв., была мировым лидером по производству металла. И в Швеции подходят с большим уважением к своему индустриальному наследию. И сейчас там есть индустриальный заповедник Бергслаген. Там есть местечко Roda Jorden, что в переводе означает «Красная земля».
Ещё одно местечко называется Dunshammar, т.е. «Датский молот». И ещё есть Лаппхюттан.
Это такой интересный комплекс, где можно наблюдать по существу все стадии, как в эпоху раннего железного века искали руду, в каких местах её производили, какие агрегаты для этого использовались. В Roda Jorden и в Dunshammar мы идём по дорожке и видим коричневый муравейник. Дальше – ручей, там коричневая вода течёт. Дальше – обрывчик на берегу озера. На обрывчике коричневые кочки.
В прозрачной озёрной воде лежат тяжёлые лепёшки, в которых что-то может быть. Т.е. масса поисковых признаков.
И вот как раз в Roda Jorden найдены самые старые в Скандинавии сыродутные горны в виде «волчьей ямы». Это просто ямки, обложенные камнями. Доказано, что там было металлургическое производство. Аналогичные конструкции можно рассмотреть по всей Евразии и на севере Африки. Весь этот большой регион в эпоху раннего железного века умел производить железо.
Вопрос в том, насколько железо, которое производилось в этом регионе таким способом, позволяло получать высококачественные изделия. Скажем, у этрусков очень высокая культура производства. Там железо очень быстро входило в обиход и вытесняло в военном деле короткие мечи, наконечники копий, и т.д. По поводу скандинавов мы не знаем.
Те места, о которых я говорил, позволяли уже им в это время производить настолько высококачественные изделия? Похоже, что там качество было похуже. Но в целом абсолютно вся территория с железом была знакома и более-менее умела его производить.
Дальше – вопрос в археологических находках. Владимир Игоревич Завьялов нашёл, что в Поволжье в V веке н.э. были наиболее древние горны. В Монголии тоже что-то находят. I тысячелетие до н.э. – практически повсеместно железо уже знали.
М. Родин: Я правильно понимаю, что в этой ситуации в большей степени всё-таки владели преимуществом те общества, у которых не то, чтобы был доступ к железной руде, которая была плюс-минус везде. А именно к технологиям и способам производства?
П. Черноусов: Это прослеживается на протяжении всей истории. Те, которые побогаче, или те, которые сидят на торговых путях, всегда оказываются более предприимчивыми и могут позволить себе лучшие изделия, могут пригласить к себе лучших мастеров. Как можно научиться что-то сделать, когда нет письменных руководств? Надо где-то достать мастера и научить кого-то.
М. Родин: Условно, во второй половине I тысячелетия до н.э. по планете распространилось железо. Уже ко временам Христа оно было распространено по всей Евразии. Я правильно понимаю, что в этот момент железо, благодаря доступности сырья, стало самым распространённым металлом, и из него начали делать основное количество орудий производства?
П. Черноусов: Здесь можно вспомнить про находки, которые были сначала в Гальштате, потом – в Латене, или около него. В гальштатских археологических изысканиях чётко видно, что из стали изготавливались наконечники копий, ножи, короткие мечи. Но сталь в данном случае – почти синоним железа.
Это не сталь определённой марки, это просто науглероженное определённым образом и обработанное железо. Если мы возьмём Музей кельтов в Зальцбурге – там просто совершенно прекрасный срез изделий, которые делаются ещё из бронзы, и изделий, которые делаются из железа. Из железа в III-I вв. до н.э. начинают делать ударные части кирок. Это, правда, богатые ребята: они добывали соль, стратегический товар того времени. В других местах рог, например, для этого использовали.
Наковальни уже были не каменные, а металлические. Железо начинает находить такие сферы применения, где оно уже не имеет конкурентов.
Вместе с тем маникюрные ножницы из железа не могли сделать. Они по-прежнему делались из бронзы.
М. Родин: А почему?
П. Черноусов: Потому что они очень тоненькие. Они должны быть гибкими. Большие ножницы – уже металлические. А маленькие – из бронзы.
Из бронзы – посуда. Из железа и чугуна её вообще не делали. Стальные сковородки и всё прочее появилось намного позже, в эпоху викингов. Бронза очень медленно отдавала свои преимущества с точки зрения потребительских свойств.
Для того, чтобы сделать посуду даже из жести, её нужно защитить от воздействия температуры, чтобы не окислялась. А лужение, т.е. белая жесть – это вообще XIII-XIV вв. Понятно, что это было известно и немножко раньше, но в больших количествах посуда из белой жести, а тем более кровельное железо – это, по сути, уже эпоха Возрождения.
Поэтому длительный период в полторы тысячи лет, о котором мы говорили, и даже в эпоху викингов, железо использовалось в основном в военной сфере и для каких-то тяжёлых инструментов. А напильники, например, в это время бронзовые. Переход к железу – это очень постепенный процесс.
М. Родин: Т.е. не было такого, что железо вдруг всё вытеснило.
П. Черноусов: И ещё это сильно сказывалось там, где изделие должно было быть цельным и с равномерными свойствами. Скажем, литые цельные бронзовые шлемы, прокованные. Они сохранялись до эпохи викингов. Понятно, что их не все могли себе позволить.
А железо вплоть до XII-XIII вв. позволяло делать только шлемы на каркасе, на котором определённым образом конструировались железные пластины. А из цельного куска стали или железа научились выковывать шлемы только в XIII-XIV вв.
М. Родин: Я правильно понимаю, что это потому, что бронзу уже тогда могли лить, а железо – только ковать и расковывать?
П. Черноусов: Совершенно верно. Если мы металл проводим через жидкую стадию, это уравновешивает его свойства. А сколько не проковывай крицу, она равномерные свойства не примет. Полкилограмма или килограмм железа, чтобы сделать меч, проковать можно. Особенно если это сталь, полученная не в сыродутном горне, а тигельным способом.
В тиглях получали железо и сталь в эту же эпоху. Сыродутный процесс давал масштаб. Потому что через сыродутный горн можно было пропустить большое количество руды. А тигельный способ существовал параллельно по времени. И как раз тигельная сталь, которая в то время производилась, в основном и использовалась для элитного оружия.
М. Родин: Тигельный способ плавки – в небольшой горшочек насыпается руда и уголь, который помогает греться. Это контролируемый процесс выплавки, но там маленькие объёмы. А в сыродутном процессе шихта (смесь руды, угля и т.п.) загружается целиком непосредственно в горн.
А какие от раннего железного века и до эпохи викингов были объёмы производства железа? Сколько из сыродутного горна можно вытащить килограмм за одну плавку?
П. Черноусов: Когда сыродутные горны были неким побочным производством, т.е. уже знали, что железо можно таким образом произвести, и, условно, сдать его в казну. В Устюжне Железопольской XVII в. искали железную руду, и потом крестьяне в свободное время могли произвести какое-то количество. Крица могла быть совсем маленькой: 2-4 кг.
Понятно, что в некоторых регионах, где это производство было в течение столетий, и мастера, которые этим занимались, с этого жили и были в этом заинтересованы, в горне можно было произвести крицу и 8 кг, и 16 кг. А если этих горнов стоит 100 штук, и это производство в постоянном режиме работает, можно представить, какая производительность.
Можно по-другому посчитать. Если мы возьмём, скажем, римские легионы, III-II вв. до н.э., там практически всё наступательное вооружение стальное: меч, нож, пилум. Всё это можно было произвести даже в походных условиях. У легионеров что-то ломалось, что-то надо было чинить. Либо находили руду, либо что-то возили даже с собой. Специальные у них службы были в войсках.
Соответственно, были переносные горны, в которых можно было из качественной руды получить крицу. Легионов было до тридцати, по четыре тысячи человек. Нужно было всё это обеспечить и создать запасы. Это было очень масштабное производство.
Если говорить о самом масштабном валовом производстве железа – это Китай III века до н.э. Они смогли поднять температуру в сыродутных горнах, которые уже были высотой в человеческий рост (для удобства обслуживания. Могли быть и больше). Для этого была впервые применена водяная турбина, которая приводила в действие т.н. ящичную воздуходувку. Принцип работы напоминает махание дверью.
За счёт таких больших горнов они смогли впервые получать чугун. Из этого чугуна делали лемехи, мотыги, и т.д. Т.е. сельскохозяйственный инвентарь. Это было сделано при первом императоре. И Китай просто взлетел.
Сейчас, вроде, найдено больше 50-ти мастерских, в которых производился чугун для сельскохозяйственных орудий труда. Первое масштабное производство орудий труда.
М. Родин: Насколько сильно между V в. до н.э. и V в. н.э. различалось производство между большими империями и какими-нибудь сарматами, например? Казалось бы, у них разный доступ к технологиям.
П. Черноусов: По большому счёту, производство бронзы-меди и железа-стали, и даже чугуна в некоторых регионах, в общем-то, не отличалось. Медеплавильная печь и сыродутный горн мало отличаются по конструкции. Вопрос в потребности. Если мы говорим о каких-то воинах скифов, сарматов, гуннов, и т.д., у них потребность немножко поменьше. Хотя я могу и ошибаться.
Для военных целей они умели производить. Технологическая цепочка вполне понятна. Качество руды высокое.
Империям для того, чтобы строить мощные защитные сооружения или что-то ещё, нужен был инструментарий. Объёмы производства должны были быть больше. Если мы говорим о земледельческих обществах, или о горной добыче в промышленных масштабах по меркам того времени, как, например, у кельтов, нужно много инструмента. Поэтому я даже затрудняюсь здесь дать оценки, где было больше производства, а где – меньше. Но, опять же, был товарообмен.
М. Родин: Как мне кажется, разница была просто в масштабах. А в сути – примерно то же самое.
П. Черноусов: Да. Сейчас в этом практически никто не сомневается. Были какие-то регионы, типа наших несчастных пращуров в лесах, которым это было не сильно нужно, и они прилично отставали. Но таких регионов было не так много.
М. Родин: Известно, что всё большое хорошее металлическое оружие, типа мечей, на Руси было привозным из Скандинавии. Насколько я понимаю, это объясняется тем, что у нас была плохая болотная руда. Понятно, что залежи руды Курской аномалии на шестисотметровой глубине, её тогда не умели разрабатывать и не знали о её существовании.
Насколько наши предки зависели от поставок инородной руды и почему нельзя было использовать болотную руду? Я так понимаю, с ней было просто много мороки.
П. Черноусов: Современные кузнецы, которые пытаются воспроизвести те процессы, бывают очень категоричны. Сейчас я буду говорить своё личное мнение. Технологический прорыв викингов был связан с тем, что викинги одними из первых смогли обратить внимание на то, что можно производить композиционные железо-стальные изделия. Железо по своим свойствам может быть разным.
Может быть мягким, может быть твёрдым. Из разной руды в разных условиях создания получается более твёрдое или более мягкое железо. И можно их скомпоновать. Это называется «пакетная ковка». Заготовки из мягкого и твёрдого железа определённым образом составляются, проковываются, переворачиваются, перекручиваются.
В итоге появляется изделие, которое по своим свойствам существенно превышает то, что было до этого. Это было именно тогда, когда главным способом производства изделия была горячая ковка. И именно она была тем технологическим этапом, когда достигались все потребительские свойства. Это знали и римляне, и все остальные. У скандинавов это просто было уже на потоке.
Чуть позже пришла науглероженная сталь. Она догнала свойства, когда горячая ковка определяет качество изделия. Это где-то XII-XIII в.
И получается, что те народы, которые контролировали поставки и занимали торговые пути, технологически опережали. Дальше всё зависело от того, как сложатся отношения. У викингов с протославянами или со славянами отношения складывались нормально, и шёл технологический обмен.
У Завьялова с соавторами есть работа, где он доказывает, что технологический и культурный обмен был очень быстрый. По существу, в течение 50-60 лет все эти новации входили в обиход. А дальше выбирали лучшее. Приходила технология тигельной стали, где был науглероженный продукт, и т.д.
Это сложный культурный момент. Но, в принципе, можно сказать, что в эпоху викингов всё опять выравнивается. От Англии до Японии примерно одни и те же технологии, и везде можно было получать металл высокого качества.
М. Родин: Если мы говорим про мечи эпохи викингов, которые в Гнёздово, например, находят, они же все с Рейна. Т.е. скандинавы их сюда привозили, но ковали их на Рейне. Я так понимаю, это связано с тем, что там добывали руду хорошего качества. Или там был технологический центр?
Почему так?
П. Черноусов: Это одно из мнений, что они смогли заложить там основы производства и производить в больших количествах. Но у меня складывается впечатление, что Рейн, как в более позднее время Милан и другие регионы, не был монополистом. Просто в определённые эпохи были места, производство в которых было гарантией качества.
Если где-то себя мастера зарекомендовали, знать стремилась получить именно оттуда. Но на Ладоге есть поселения скандинавов, и те изделия, которые там производились (найдены артефакты), вполне достаточного качества. Или, например, у хазар тоже было своё производство.
Сложный вопрос. Мне кажется, нужно ещё подождать, пока появятся специалисты по этим мир-системам.
М. Родин: Мне кажется, здесь сочетание двух факторов: в технологическом центре достаточное количество людей, которые могут воспроизвести технологию, и второе – это просто мода. Так же, как со швейцарскими часами: в XXI веке все понимают, как сделать швейцарские часы. Но швейцарские часы всё равно самые лучшие и дорогие. Потому что там династии мастеров, и их десятилетиями обучают это делать.
П. Черноусов: Здесь очень хороший пример – реформы римских легионов. Одна из них была при Цезаре. Она заключалась в том, что поставки оружия для легионов были из определённых мест. Помимо того, что могли произвести на месте при необходимости.
Была проведена ревизия, и выяснилось, что железо, поставляемое из определённых регионов, хорошо подходит для данного вида оружия.
Кстати, в «Записках о Галльской войне» есть такая фантастическая фраза: «Введение железа в каком-либо народе означает конец его дикого существования и начало образованности»
М. Родин: Именно в эпоху освоения железа благодаря его общей доступности на первый план выходят именно организационно-экономические причины развития разных регионов и обществ, которые круче всего обладают этой технологией. Правильно?
П. Черноусов: Я думаю, да. Пример Римской империи в этом смысле чрезвычайно показателен. Там было широкое разделение труда. Это касалось всех видов металлов. Это касалось и металлолома.
Было даже вторичное движение металла: в Средиземном море находят останки судов с грузом металлолома. В Китае весь металл принадлежал императору. В Риме – нет. Но тем не менее указания, как с каким металлом надо поступать, были жёсткими.
М. Родин: Как получилось, что китайцы задолго до Европы научились плавить чугун?
П. Черноусов: Сейчас считается, что в Европе тоже чугун получали. В современных условиях в сыродутном горне, по большому счёту, можно получить чугун. Для этого нужна богатая руда, а ещё лучше специально обработанная, достаточное количество твёрдого топлива, древесного угля, а можно даже кокса. И самое главное – обеспечить подачу внутрь агрегата интенсивного дутья.
При этих условиях мы можем достигнуть температуры примерно 1350-1400 градусов. И если достаточно долго этот процесс вести, чтобы углерод успел проникнуть внутрь металла, произошёл процесс науглероживания, то можно получить чугун.
В Европе были находки чугуна. Есть такое мнение, что когда чугун получался, его дробили. Потому что что из него сделаешь? Его дробили и снова бросали в горн, чтобы получить из него крицу. Он просто считался тяжёлым шлаком.
В Китае была очень богатая культура бронзового литья. Там смогли понять, что можно использовать его литейные свойства. Но из него не делали что-то особенное. Ну мотыги, сошники, такие вещи. Это не говорит о том, что китайцы были очень сильно впереди. Они просто смогли централизованно найти область применения.
Может, у них с рабами было похуже.
М. Родин: Я так понимаю, ещё и китайская керамика сыграла роль. За счёт того, что они были чуть более продвинуты по керамике, у них были чуть большие температуры, и в качестве побочного эффекта получался чугун.
П. Черноусов: Как раз знаменитая кусковая формовка, которую китайцы освоили во II тысячелетии до н.э., которая позволяла изготовлять вазы. Во-вторых, наверное, играли роль определённые традиции. Потому что с одной стороны китайцы использовали чугун. Но, с другой стороны, долго после этого использовались бронзовые мечи. И они применяли сталь гораздо меньше, чем в Европе.
В Индии и во всём этом регионе смогли получить дамасскую, или булатную сталь. Наверное, здесь играли свою роль организационные и традиционные моменты. Сейчас никто не спорит с тем, что в Америке железо тоже получали. Но его не использовали, потому что был обсидиан, который обладает прекрасной режущей кромкой. Бронза и золото им тоже были известны.
Источник: rodinaslonov.ru
Свойства железа и его применение
Железо (Fe) считается одним из наиболее распространенных металлов на Земле. Максимальное количество сосредоточено в ядре планеты, меньшее — в земной коре. Масса элемента в ней составляет 4,65%.
Нахождение железа в природе
После О, Si, AI железо по распространенности находится на четвертом месте В свободном состоянии встречается в виде железа метеоритного происхождения. Метеориты имеют в своем составе около 90% Fe. Также в природе встречается самородное железо, вынесенное вместе с магмой из недр Земли.
Железо входит в состав железных руд — железняков (лимонит FeO(OH), гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4).Широкое распространение имеет пирит (FeS2), использующийся для изготовления серной кислоты. Встречаются также шпатовые железняки, в которых содержится около 48% металла.
Химические свойства железа
Железо представляет собой вязкий ковкий металл с температурой плавления 1535 градусов и плотностью 7,87 г/см 3 . Он имеет серебристо-белый цвет с сероватым оттенком. Находится в середине электрохимического ряда и является металлом средней активности.
Молярный объем —7,0923 см 3 /моль. Железо характеризуется рядом химических свойств:
- Сгорает в кислороде, образуя железную окалину (двойной оксид железа).
- При высокой температуре (более 700°C) реагирует с парами воды.
- При нагревании вступает в реакцию почти со всеми неметаллами.
- Вытесняет другие металлы, которые находятся в ряду напряжений правее него, из растворов их солей.
- В концентрированных кислотах — окислителях — растворяется только при нагревании.
Получение железа
В промышленных условиях этот металл получают из руд (чаще всего из магнетита и гематита). По содержанию железа они делятся на:
- Богатые (Fe не менее 75%). Не обогащаются, сразу поступают на производство.
- Средние (Fe не менее 35%). Требуется обогащение.
- Бедные (Fe не менее 26%). Перед отправкой в литейные цеха выполняется обогащение руды.
Основная добыча руд производится открытым способом (разработка в карьерах). Железорудное сырье бывает неподготовленное (неагломерированное) и подготовленное (агломерированное). Подготовленное сырье поступает напрямую на производство в доменные печи, а неподготовленное используется для производства агломерированного сырья.
Сплавы с железом
Чугун и сталь — это сплавы железа, где легирующим компонентом является углерод. Чугун производят способом доменной плавки. Он классифицируется следующим образом:
- Серый (литейный). Получают при медленном остывании. Содержание углерода в нем от 1,7 до 2,4%. Используется для изготовления отливок.
- Белый. Содержит до 4,5% углерода. Производится путем быстрого остывания. Из белого чугуна в основном выплавляют сталь.
- Ковкий. Количество углерода в нем — 2…2,2%. Производится из белого чугуна.
Выплавка стали осуществляется кислородно-конвекторным, мартеновским, электросталеплавильным способом.
Применение железа и его сплавов
Из чистого железа изготовляют электромагниты, сердечники трансформаторов, а также применяют в качестве катализатора ряда химических процессов. Сплавы железа находят применение почти во всех сферах производства. Например, из серого чугуна отливают станины, канализационные трубы, плиты.
Сталь, в зависимости от содержания легирующих компонентов, обладает разными свойствами. Она может использоваться для изготовления строительных конструкций, деталей машин, инструмента, оборудования, бытовых товаров и много другого.
Источник: mmetalloprom.ru