Когда появилось железо у людей. История железа. Техника и технологии каменной индустрии

Железо англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.

Этимология названий железа на древних языках довольно отчетливо отражает историю знакомства наших предков с этим металлом. Многие древние народы, несомненно, познакомились с ним, как с металлом, упавшим с неба, т. е. как с метеоритным железом. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бенипе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). На древнем и современном армянском языке железо называется еркат, что означает капнувшее (упавшее) с неба. O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Впрочем, некоторые народы не связывали название железа с небесным происхождением металла. Так, у славянских народов железо называется по "функциональному" признаку. Русское железо (южнославянское зализо, польское zelaso, литовское gelesis и т. д.) имеет корень "лез" или "рез" (от слова лезо - лезвие). Такое словообразование прямо указывает на функцию предметов, изготовлявшихся из железа, -- режущих инструментов и оружия. Приставка "же", по-видимому, смягчение более древнего "зе" или "за"; она сохранилась в начальном виде у многих славянских народов (у чехов - zelezo). Старые немецкие филологи - представители теории индоевропейского, или, как они его называли, индогерманского праязыка - стремились произвести славянские названия от немецких и санскритских корней. Например, Фик сопоставляет слово железо с санскритским ghalgha (расплавленный металл, от ghal - пылать). Но вряд ли это соответствует действительности: ведь древним людям была недоступна плавка железа. С санскритским ghalgha скорее можно сопоставить греческое название меди, но не славянское слово железо. Функциональный признак в названиях железа нашел отражение и в других языках. Так, на латинском языке наряду с обычным названием стали (chalybs), происходящим от наименования племени халибов, жившего на южном побережье Черного моря, употреблялось название acies, буквально обозначающее лезвие или острие. Это, слово в точности соответствует древнегреческому, применявшемуся в том же самом смысле. Упомянем в нескольких словах о происхождении немецкого и английского названий железа. Филологи обычно принимают, что немецкое слово Eisen имеет кельтское происхождение, так же как и английское Iron. В обоих терминах отражены кельтские названия рек (Isarno, Isarkos, Eisack), которые затем трансформировались) isarn, eisarn) и превратились в Eisen. Существуют, впрочем, и другие точки зрения. Некоторые филологи производят немецкое Eisen от кельтского isara, означающего "крепкий, сильный". Существуют также теории, утверждающие, что Eisen происходит от ayas или aes (медь), а также от Eis (лед) и т.д. Староанглийское название железа (до 1150 г.) - iren; оно употреблялось наряду с isern и isen и перешло в средние века. Современное Iron вошло в употребление после 1630 г. Заметим, что в "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) в качестве одного из старых названий железа приведено слово Iris, означающее "радуга" и созвучное Iron.

Ставшее международным, латинское название Ferrum принято у романских народов. Оно, вероятно, связано с греколатинским fars (быть твердым), которое происходит от санскритского bhars (твердеть). Возможно сопоставление и с ferreus, означающим у древних писателей "нечувствительный, непреклонный, крепкий, твердый, тяжкий", а также с ferre (носить). Алхимики наряду с Ferrum ynoтребляли и многие другие названия, например Iris, Sarsar, Phaulec,Mineraи др.

Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии. Однако железный век в Египте начался лишь с ХIIв. до н. э., а в других странах еще позднее. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках (с XI в.) под названиями желъзо, железо, жельзо.

Для чего нужен наш ресурс?

Главная цель нашего сайта - помощь ученикам и студентам, у которых возникают трудности с решением того или иного задания, или пропустившим какую-либо школьную тему. Также наш ресурс придет на помощь родителям учеников, сталкивающихся со сложностями проверки домашних работ детей.

На нашем ресурсе можно найти готовые домашние задания для любых классов от 1-го до 11-го по всем учебным предметам. Например, можно найти ГДЗ по математике, иностранным языками, физике, биологии, литературе и т.д. Для этого требуется просто выбрать нужный класс, требуемый предмет и решебники ГДЗ подходящих авторов, после чего нужно найти необходимый раздел и получить ответ на поставленное задание. ГДЗ позволяют максимально быстро проверить заданную ученику на дом задачу, а также подготовить ребенка к контрольной.

Как получить пятерку за домашнее задание?

Для этого необходимо зайти на наш ресурс, где размещены готовые домашние задания по всем дисциплинам школьной программы. При этом не нужно переживать за ошибки, опечатки и другие недочеты в ГДЗ, потому что все размещенные у нас пособия проверяли опытные специалисты. Все ответы к домашним заданиям правильные, поэтому мы можем уверенно сказать, что за любое из них вы получите 5-ку! Но не стоит бездумно все переписывать в свою тетрадь, наоборот нужно делать задания самим, после чего проверять их при помощи ГДЗ и только после этого переписывать их в чистовик. Это позволит вам получить нужные знания и высокую оценку.

ГДЗ онлайн

Сейчас никто не испытывает проблем с доступом к ГДЗ, потому что наш интернет-ресурс приспособлен под все современные устройства: ПК, ноутбуки, планшетники и смартфоны, у которых есть выход в интернет. Теперь даже на перемене можно зайти с телефона на наш сайт и узнать ответ абсолютно на любые задания. Удобная навигация и быстрая загрузка сайта, позволяет искать и просматривать ГДЗ максимально быстро и комфортно. Доступ к нашему ресурсу бесплатный, при этом регистрация проходит очень быстро.

ГДЗ новой программы

Школьная программа периодически изменяется, поэтому учащимся нужны постоянно новые учебные пособия, учебники и ГДЗ. Наши специалисты постоянно следят за нововведениями и после их внедрения сразу же размещают на ресурсе новые учебники и ГДЗ, чтобы у пользователей были в наличие последние издания. Наш ресурс является своеобразной библиотекой для школьников, которая требуются любому ученику для успешной учебы. Практически каждый год школьная программа становится сложнее, при этом вводятся новые предметы и материалы. Обучаться становится все труднее, но наш сайт позволяет упростить жизнь родителей и учеников.

Помощь студентам

Мы не забываем и про сложную загруженную жизнь студентов. Каждый новые учебный год поднимает планку в отношении знаний, поэтому не все студенты способны справиться с такой высокой нагрузкой. Длительные занятия, разнообразные рефераты, лабораторные и дипломные работы занимают почти все свободное время студентов. С помощью нашего сайта любой студент может облегчить свою повседневную жизнь. Для этого практически каждый день наши специалисты размещают на портале новые работы. Теперь студен можешь найти у нас шпаргалки для любого задания, причем совершенно бесплатно.

Теперь не нужно носить каждый день в школу огромное количество учебников

Чтобы позаботиться о школьниках, наши специалисты разместили на сайте в открытом доступе все учебники школьной программы. Поэтому сегодня любой ученик или родитель может воспользоваться ими, причем учащимся теперь не нужно ежедневно нагружать спину из-за ношения в школу тяжелых учебников. Достаточно скачать необходимые учебники на планшетник, телефон и другое современное устройство, и учебники будут всегда с вами в любом месте. Их можно читать и в режиме онлайн прямо на сайте - это очень комфортно, быстро и совершенно бесплатно.

Готовые школьные сочинения

Если от вас вдруг потребуют написать сочинение про какую-нибудь книгу, то помните, что на нашем сайте всегда можно найти огромное количество готовых школьных сочинений, которые написали мастера слова и одобрили преподаватели. Мы ежедневно расширяем перечень сочинений, пишем новые сочинения на многие темы и принимаем во внимание рекомендации пользователей. Это позволяет нам удовлетворять повседневные запросы всех школьников.

Для самостоятельного написания сочинений мы предусмотрели сокращенные произведения, их можно посмотреть и скачать тоже на сайте. В них находится основной смысл школьных литературных произведений, что значительно сокращает изучение книг и экономит силы ученика, которые требуются ему для изучения остальных предметов.

Презентации на разные темы

Если вам срочно требуется сделать какую-либо школьную презентацию на определенную тему, о которой вы не знаете ничего, то с помощью нашего сайта вы сможете это сделать. Теперь не стоит расходовать много времени на поиск изображений, фотографий, печатной информации и консультации по теме со специалистами и т.д., потому что наш ресурс создаёт качественных презентаций с мультимедийным контентом на любую тематику. Наши специалисты разместили на сайте большое количество авторских презентаций, которые можно бесплатно посмотреть и скачать. Поэтому обучение будет для вас более познавательным и комфортным, потому что у вас будет больше времени на отдых и на другие предметы.

Наши достоинства:

* большая база книг и ГДЗ;

* ежедневно обновляются материалы;

* доступ с любого современного гаджета;

* учитываем пожелания пользователей;

* делаем жизнь учеников, студентов и родителей более свободной и радостной.

Мы постоянно улучшаем свой ресурс, чтобы сделать жизнь своих пользователей более комфортной и беззаботной. С помощью gdz.host вы будете отличниками, поэтому перед вами откроются большие перспективы во взрослой жизни. В результате ваши родители будут гордиться вами, потому что вы будете хорошим примером для всех людей.

Проблема происхождения черной металлургии начала проясняться лишь в последнее время. Известно определённое число фактов, свидетельствующих о том, что железо было знакомо людям почти с каменного века. Это было метеоритное железо, содержащее много никеля и поддающееся обработке в холодном состоянии.

По мнению английского ученого А. Снодграсса, в развитии технологии железа, выделяется три стадии. На первой стадии железо встречается нерегулярно, его нельзя еще считать "рабочим", оно является в большей мере церемониальным материалом. На второй стадии железо употребляется в производственной сфере, но в меньшем масштабе, чем бронза. На третьей стадии железо становится доминирующим материалом.

Наиболее ранние находки железных предметов из метеоритного железа отмечены в Иране (VI–IV тыс. до н. э), Ираке (V тыс. до н.э.) и Египте (IV тыс. до н.э). В Северной Африке и на Переднем Востоке знакомство с новым металлом также начиналось с самородного железа примерно в III-II тыс. до н.э. Например, в Месопотамии оно было известно в раннединастическое время (III тыс. до н.э), о чем свидетельствуют находки в Уре.

Изделия из метеоритного железа известны в различных культурах Евразии: в ямной (III тыс. до н.э) на Южном Урале и в афанасьевской (III тыс. до н.э.) в Южной Сибири. Его знали эскимосы и индейцы северо-запада Северной Америки, и население Чжоусского Китая.

Предлагалось немало различных теорий происхождения железа в человеческой практике. Наиболее убедительно мнение о том, что древнейшее рудное железо могло быть получено ненамеренно, как вторичный продукт сложной бронзолитейной технологии, в которой как флюс использовалась железная руда.

По-видимому, долго не удавалось получить железо в достаточных количествах, и когда это произошло, железо стали считать даром богов, небесным металлом. На первых порах оно было очень дорогим, ценилось весьма высоко и использовалось преимущественно в престижно-социальной сфере.

Ранние находки железа, полученного из руды, связаны с памятниками второй половины III тыс. до н.э. Месопотамии, Анатолии и Египта. Они происходят либо из погребений, либо из кладов или храмов. Железные предметы вооружения, как правило, украшены золотом, что свидетельствует об их использовании в ритуальной практике. Как показывают анализы, в данный период метеоритное и выплавленное железо было в употреблении одновременно.

Долгое время считалось, что в Египте железо появилось очень рано, так как оно упоминалось в некоторых текстах, в частности, в Амарнском архиве. Железо было преподнесено фараону Аменхотепу в качестве подарка от племен хеттов из страны Миттани, которая находилась на востоке Малой Азии. Однако наиболее ранние железные изделия ограничивались мелкими предметами: бусами, булавками. Оказалось, что некоторые вещи попали в гробницы позже.

Куски железа встречены в слоях II тыс. до н.э. в Ассирии и Вавилоне. Сначала и там железо ценилось так же, как золото, и вывозилось как добыча из Сирии. В текстах XIX-XVIII вв. до н.э., обнаруженных в руинах староассирийской торговой колонии Кюльтепе в Центральной Анатолии, упоминается очень дорогой материал (в 8 раз дороже золота), который продается в небольших количествах. Во дворце, построенном в 1714 г. до н.э. ассирийским царем Саргоном, были найдены таблички с надписями о его основании. В них, помимо прочего, говорится о различных дарах, в том числе, о металлах, присланных в честь этого события. Но железо уже не упоминается как ценный металл, хотя в одной их комнат дворца был обнаружен целый склад железных криц. Есть находки железа, датированные началом II тыс. до н.э. на Кипре и Крите. В памятниках позднего бронзового века Ближнего Востока железа уже гораздо больше.

Однако повсеместное развитие новой технологии началось лишь тогда, когда люди научились добывать железо из руды. Согласно общераспространенному мнению, самое раннее железоделательное производство зафиксировано в северных районах Анатолии. Традиционно считается, что первыми освоили это дело племена хеттов, которые снабжали округу предметами роскоши, но долго хранили технологию в секрете.

Однако этот вывод постоянно вызывает споры среди специалистов, так как он не подтверждается точными текстуальными и полноценными археологическими свидетельствами. На территории Анатолии известно много железных изделий, но местного ли они производства, установить трудно. О выплавке железа упоминается в письме хеттского царя Хаттуссили III (1250 г. до н.э.) ассирийскому царю Салмансару I относительно поставок металла. В нем говорится, что для производства железа "сейчас неподходящее время и его нет в царских хранилищах в данный момент, но оно, конечно, будет получено". В качестве сатисфакции, хеттский царь шлет ассирийскому коллеге железный кинжал. По-видимому, производство железа действительно было известно хеттам, но размеры этого производства были достаточно скромным, хотя и позволяли им торговать.

С XIII в. до н.э. железо стало распространяться гораздо быстрее. К примеру, уже в XII в. до н.э. оно было известно в Сирии и Палестине, а к IX в. оно почти полностью вытеснило бронзу из широкого употребления и очень быстро стало предметом широкой торговли. Экспорт железа шел через Ефратскую долину и горы Северо-Сирийского союза на юг и на север – через понтийские колонии. Этот путь назывался железным.

По современным данным, технология науглероживания и закаливания железа была изобретена в Западном Средиземноморье, на Кипре или в Палестине около XII-XII вв. до н.э.

Армения также считается одним из районов раннего появления железа, которое там вошло в постоянный обиход в IX в. до н.э., хотя в Закавказье первые железные изделия относятся еще к XV-XIV вв. до н.э. Они найдены в комплексах погребений могильников Самтавро и Тли. Население Урарту широко использовало железные предметы. Следы черной металлургии обнаружены в Тайшебаини.

Как уже отмечалось выше, куски кричного железа встречены на Крите и датированы XIX в. до н.э. Но местное производство железа на Эгейских островах начинается примерно в начале I тыс. до н.э. По свидетельству Б. В. Гракова, греческая традиция отмечает восточную часть Малой Азии (южный берег Черного моря), как местность, где жили племена халибов или халифов, что в переводе означает "сталь". Этот район может считаться еще одним центром возникновения черной металлургии, Возможно, от них – халибов – греки получили сведения о железе. Б. В. Граков полагает, что, несмотря на то, что в разных странах знакомство с метеоритным железом произошло довольно рано, овладение процессом получения железа произошло благодаря хеттам, митани и халибам. Однако, как мы знаем, это предположение в настоящее время не считается столь обоснованными, как ранее.

Распространение железа в Греции совпало по времени с эпохой Гомеровского эпоса (IX-VI вв.до н.э). "Илиада" содержит всего два упоминания об этом металле, тогда как в "Одиссее" оно упоминается много чаще, но все еще вместе с бронзой.

Допускается, что в Европу железо попало с востока различными путями: через Грецию – Балканы, или через Грецию – Италию – северные Балканы, или через Кавказ – Южную Россию – Карпатский бассейн. Ранние находки железа здесь концентрируются в основном в Западных Балканах и в Нижнем Придунавье и относятся к периоду со второй половины II тыс. до н.э. (редкие) до VIII в. до н.э.

В Средней Европе железо появилось в VII в до н.э. Железоделательное производство было хорошо освоено кельтами к V в. до н.э., они поставляли железо римлянам и даже обучали их кузнечному ремеслу, они умели соединять мягкое железо и твердую сталь в одном предмете, получая тем самым ковкую пластину, легко поддающуюся обработке, но имеющую острый режущий край.

В Скандинавии соперничество бронзы с железом продолжалось до начала н.э., а в Британии – до V в. н.э. По свидетельству Тацита, германцы редко употребляли железо.

На территории Восточной Европы в курганах ямной культуры III тыс. до н.э. встречены изделия из метеоритного железа, полученные методом холодной ковки. Шлаки и руда попадаются иногда в памятниках срубной и абашевской культур на Дону. Они отмечены в комплексах катакомбной, белогрудовской культур в Приднепровье.

Население Восточной Европы осваивало технологию добычи и обработки железа до рубежа IX-VIII вв. до н.э. В лесной полосе этот процесс проходил, главным образом, в VIII в. до н.э. Первые предметы довольно просты: шилья, долота, ножи, но в их обработке уже применялись такие операции как сварка и ковка. Уже в VIII в. до н.э. в Восточной Европе произошел перелом в металлургии. Это отмечается распространением сложных биметаллических предметов, в частности, мечей, у которых навершия отливались из бронзы по индивидуальным моделям. В это же время восточноевропейские племена рано освоили процесс цементации и получение стали. Предполагается, что биметаллические предметы изготовлялись одним человеком, знавшим обе технологии. Это косвенно указывает на то, что черная металлургия зародилась в недрах цветной.

Таким образом, переход к производству железа в Старом Свете произошел в конце II тыс. до н.э., массовым же оно стало позже – в I тыс. до н.э. В Восточном Средиземноморье, где довольно рано был открыт процесс науглероживания, началось производство стали. Здесь железо успешно конкурировало с бронзой сразу после своего появления.

В Сибири, богатой медной рудой и оловом, внедрение железа запоздало, здесь сравнительно долго сохранялась цветная металлургия. Например, в Западной Сибири переход к железному веку осуществлялся в период VIII-V вв. до н.э. Но лишь с III в. до н.э. она вступила в истинный железный век, когда сырьевое преобладание перешло к железу. Те же сроки можно указать для Алтая и Минусинской котловины. В лесной полосе Западной Сибири только в конце I тыс. до н.э. началось настоящее знакомство с железом.

В Юго-Восточной Азии изделия из кричного железа появились в середине I тыс. до н.э., а во второй половине этого тысячелетия они уже широко применялись в хозяйстве. Вначале были популярны биметаллические вещи, позже – изготовленные полностью из железа.

В конце II тыс. до н.э. в Китае также были известны биметаллические предметы, железо в них имело метеоритное происхождение. Первые известия о нем относятся к VIII в. до н.э. Настоящее же производство железа началось примерно в середине I тыс. до н.э. Но в отличие от европейских очагов, в Китае очень рано научились получать высокие температуры и отливать железо в формах, т.е. получать чугун.

В Африке первичным продуктом стала сталь. Здесь же изобрели высокий цилиндрический горн и предварительное подогревание подаваемого в него воздуха. Эти вещи не были известны на других территориях. Некоторые исследователи полагают, что в Африке производство железа было освоено самостоятельно без какого-либо влияния. Другие считают, что происхождение черной металлургии здесь связано с первоначальным импульсом, а далее она развивалась самостоятельно. В Нубии, Судане, Ливии железо появилось около VI в. до н.э. В Южном Заире обработка меди и железа стала известна одновременно. Некоторые племена перешли к железу сразу из каменного века. В целом, переход к железу на африканской территории охватил вторую половину I тыс. до н.э. (VI–I вв. до н.э.). Интересно, что в Южной Африке, в Великой Саванне бассейна р. Конго, где есть богатейшие залежи меди, медное производство было освоено позже железоделательного. Причем, если железо шло на изготовление орудий труда, то медь – на украшения.

Америка характеризуется своими особенностями. Здесь выделяется несколько очагов раннего появления металла. В Андах, известных своими богатейшими запасами металлических руд, первым известным металлом стало золото, причем, зарождение металлургического и керамического производств происходило там одновременно, но независимо. С XVIII в. до н.э. и во второй половине II тыс. до н.э. здесь употреблялись золотые и серебряные вещи. В Перу первым был получен сплав меди серебра (тумбага), который высоко ценился населением Американских цивилизаций. Интересно, что медь вначале получали кузнечным способом и лишь позже стали ее отливать. В Мезоамерике металл стал известен в I тыс. до н.э., когда его начали ввозить. Лишь в VII-VIII вв. н.э. племена майя освоили металлургию. К этому времени их древнейшая государственность приходила в упадок.

В Северной Америке первым металлом стала медь. Железо появилось в 1 тыс. до н.э. – вначале в западных районах у населения берингоморской культуры. На первых порах употреблялось метеоритное, затем кричное железо. В Австралии, как и в Америке, черная металлургия появилась в эпоху Великих географических открытий.

Много тысячелетий назад народы, населяющие разные уголки нашей планеты, почти в одно время познакомились с самородными металлами. Знакомство же с железом относится к более позднему времени. Получать его некоторые народы научились раньше, а некоторые — значительно позже. Дело в том, что самородное железо в природе почти не встречается. Предполагается, что первое железо, которое попало в человеческие руки, было метеоритного происхождения. Первые упоминания о железе встречаются около 5 тысяч лет назад, тогда оно ценилось дороже самородного золота, которое служило оправой для изделий из железа.

Согласно историческим фактам племена, проживавшие на территории современной Армении, уже в начале третьего тысячелетия до нашей эры умели получать железо. В Египте и Древней Греции железо получали во втором, а в Китае — в середине 1-го тысячелетия до н. э. Небольшие запасы у этих государств таких самородных металлов, как медь и олово, послужили толчком для поиска новых металлов. А в Америке, богатой крупнейшими залежами меди, железо начали добывать лишь с приходом на континент европейцев. Африканские племена, напротив, сразу шагнули в Железный век, минуя Медный.

Правда, процесс добычи железа был намного сложней, чем меди. Древним мастерам был недоступен способ получения настолько высокой температуры, при которой железо начинало плавиться. Лишь в первом тысячелетии до новой эры появился сыродутный способ восстановления железа и оно получило широкое применение при изготовлении оружия, орудий труда и различных инструментов, т. к. было самым прочным из известных тогда металлов. Первоначально металлическое железо добывали из железных руд путем нагревания их с углем на хорошо продуваемых местах. Первоначально такое железо было губчатым, хрупким и содержало много шлаков. Было замечено, что металлическое железо можно получить и не доводя его до температуры плавления, только топлива должно быть больше и оно должно быть лучшего качества, чем при выплавке меди, а должен быть очень «горячим». Все это потребовало дополнительных условий плавки и особого устройства печи.

Важным шагом на пути получения железа явилось изобретение горна, который был обложен внутри огнеупорными материалами, а сверху был открыт. Благодаря данному способу железо получалось более качественное. Дальнейшая обработка металла происходила в кузнице, где разогретый в горне металл обрабатывали ударами молота, чтобы избавиться от шлака, после чего получалось железо удовлетворительного качества. Ковка на многие столетия стала главным видом обработки металла, а кузнечное дело — важной отраслью производства.

Использовать железо в чистом виде было сложно из-за его мягкости, практическое значение получил сплав железа с углеродом. Если в железе содержалось до 1,7% углерода, получалась сталь, а железо приобретало способность к закалке. Вначале инструмент нагревали докрасна, а потом опускали в воду, после этого он становился очень твердым с отличными режущими качествами. Очень скоро железо, как одно из наиболее доступных и дешевых материалов, проникло во все сферы человеческой деятельности и сделало огромный переворот в истории развития человечества.

Что было в плотницком ящике? Обыкновенный железный инструмент: топор, пила, молоток, гвозди.

Через два столетия на другой необитаемый остров попали герои другого известного романа - пятеро американцев. Они сумели не только выжить на острове, но и создать себе более или менее нормальные условия жизни, что определенно не удалось бы, если бы всеведущий инженер Сайрес Смит (заметим, что по-английски «смит» означает «кузнец») не сумел найти на таинственном острове железную руду и сделать железные инструменты. Иначе опять пришлось бы Жюлю Верну выручать своих героев с помощью знаменитого капитана Немо.

Как видим, без железа не может обойтись даже приключенческая литература. Чрезвычайно важное место занимает этот металл в жизни человека.

Цифры, отражающие годовой уровень выплавки стали, в значительной степени определяют экономическую мощь страны.

Развитию черной металлургии - металлургии железа - придавал первостепенное значение Владимир Ильич Ленин. Еще до Октябрьской революции, в 1913 г., в статье «Железо в крестьянском хозяйстве» он писал: «Относительно железа - ...одного из фундаментов, можно сказать, цивилизации - отсталость и дикость России особенно велики». Действительно, в тот год, а 1913 год считался в царской России годом промышленного подъема, в огромной стране со 150-миллионным населением было выплавлено лишь 3,6 млн. т стали. Сейчас это средняя годовая производительность среднего металлургического завода. Сегодня Россия по выплавке чугуна и стали уверенно держит первое место в мире. В 1975 г. в нашей стране было выплавлено 141 млн. т стали, а в 1980 г. - 148 млн. т. Мировое производство стали подошло уже к рубежу 700 млн. т. Много стали (данные за 1980 г.) выплавляют Япония - 111,5 млн. т, США - 100,8 млн. т, страны Общего рынка - 128,6, в том числе ФРГ - 44,1 млн. т.

Общая доля развивающихся стран - 56,8 млн. т, в том числе Бразилии - 15,4, а Индии - 9,4 млн. т (остальные - меньше).

Начало железного века

Было время, когда железо на земле ценилось значительно дороже золота. Советский историк Г. Арешян изучал влияние железа на древнюю культуру стран Средиземноморья. Он приводит такую пропорцию: 1: 160: 1280: 6400. Это соотношение стоимостей меди , серебра , золота и железа у древних хеттов. Как свидетельствует в «Одиссее» Гомер, победителя игр, устроенных Ахиллесом, награждали куском золота и куском железа. Железо было в равной степени необходимо и воину, и пахарю, а практическая потребность, как известно, - лучший двигатель производства и технического прогресса.

Термин «железный век» введен в науку в середине XIX в. датским археологом К. Ю. Томсеном. «Официальные» границы этого периода человеческой истории: от IX-VII вв. до н.э. когда у многих народов и племен Европы и Азии начала развиваться металлургия железа, и до времени возникновения у этих племен классового общества и государства. Но если эпохи называть по главному материалу орудий труда, то, очевидно, железный век продолжается и сегодня.

Как получали железо наши далекие предки? Сначала так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы. Эту трубу заполняли древесным углем и железной рудой. Уголь зажигали, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение угля.

Железная руда восстанавливалась, и получалась мягкая крица - железо с включениями шлака. Такое железо называют сварочным; в нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды. Крицу ковали, куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия.

Век сварочного железа был долгим, однако людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо. Знаменитую дамасскую сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до и. э.). Но технология ее производства, так же как процесс изготовления булатных клинков, много веков держалась в секрете.

Процесс производства стали сводится в сущности к выжиганию из чугуна примесей, к окислению их кислородом воздуха. То, что делают металлурги, рядовому химику может показаться бессмыслицей: сначала восстанавливают окисел железа, одновременно насыщая металл углеродом, кремнием , марганцем (производство чугуна), а потом стараются выжечь их. Обиднее всего, что химик совершенно прав: металлурги применяют явно нелепый метод. Но другого у них не было.

Главный металлургический передел - производство стали из чугуна - возник в XIV в. Сталь тогда получали в кричных горнах. Чугун помещали на слой древесного угля, расположенный выше фурмы для подачи воздуха. При горении угля чугун плавился и каплями стекал вниз, проходя через зону, более богатую кислородом, - мимо фурмы. Здесь железо частично освобождалось от углерода и почти полностью от кремния и марганца. Затем оно оказывалось на дне горна, устланном слоем железистого шлака, оставшегося после предыдущей плавки. Шлак постепенно окислял углерод, еще сохранившийся в металле, отчего температура плавления металла повышалась, и он загустевал. Образовавшийся мягкий слиток ломом поднимали вверх. В зоне над фурмой он еще раз переплавлялся, при этом окислялась еще какая-то часть содержащегося в железе углерода. Когда после переплавки на дне горна образовывалась 50-100-килограммовая крица, ее извлекали из горна и тут же отправляли на проковку, цель которой была не только уплотнить металл, но и выдавить из него жидкие шлаки.

Наиболее совершенным железоделательным агрегатом прошлого была пудлинговая печь, изобретенная англичанином Генри Кортом в конце XVIII в. (Кстати, он же изобрел и прокатку профильного железа на валках с нарезанными в них калибрами. Раскаленная полоса металла, проходя через калибры, принимала их форму.)

Пудлинговая печь Корта загружалась чугуном, а подина (дно) и стены ее были футерованы железной рудой. После каждой плавки их подновляли. Горячие газы из топки расплавляли чугун, а потом кислород воздуха и кислород, содержащийся в руде, окисляли примеси. Пудлинговщик, стоящий у печи, помешивал в ванне железной клюшкой, на которой осаждались кристаллы, образующие железную крицу.

После изобретения пудлинговой печи в этой области черной металлургии долго не появлялось ничего нового, если не считать разработанного англичанином Гунстманом тигельного способа получения высококачественной стали. Но тигли были малопроизводительны, а развитие промышленности и транспорта требовало все большего и большего количества стали.

Мартен и конвертер

Генри Бессемер был механиком, вдобавок без систематического образования. Он изобретал, что придется: машинку для гашения марок, нарезную пушку, различные механические приспособления. Бывал он и на металлургических заводах, наблюдал за работой пудлинговщиков. У Бессемера появилась мысль переложить эту тяжелую «горячую» работу на сжатый воздух. После многих проб он в 1856 г. запатентовал способ производства стали продуванием воздуха через жидкий чугун, находящийся в конвертере - грушевидном сосуде из листового железа, выложенном изнутри кварцевым огнеупором.

Для подвода дутья служит огнеупорное днище со многими отверстиями. Конвертер имеет устройство для поворота в пределах 300°. Перед началом работы конвертер кладут «на спину», заливают в него чугун, пускают дутье и только тогда ставят конвертер вертикально. Кислород воздуха окисляет железо в закись FeO. Последняя растворяется в чугуне и окисляет углерод, кремний, марганец... Из окислов железа, марганца и кремния образуются шлаки. Такой процесс ведут до полного выгорания углерода.

Затем конвертер снова кладут «на спину», отключают дутье, вводят в металл расчетное количество ферромарганца - для раскисления. Так получается высококачественная сталь. Способ конвертерного передела чугуна стал первым способом массового производства литой стали.

Передел в бессемеровском конвертере, как выяснилось позже, имел и недостатки. В частности, из чугуна не удалялись вредные примеси - сера и фосфор . Поэтому для переработки в конвертере применяли главным образом чугун, свободный от серы и фосфора. От серы впоследствии научились избавляться (частично, разумеется), добавляя в жидкую сталь богатый марганцем «зеркальный» чугун, а позже и ферромарганец.

С фосфором, который не удалялся в доменном процессе и не связывался марганцем, дело обстояло сложнее. Некоторые руды, такие, как лотарингская, отличающиеся высоким содержанием фосфора, оставались непригодными для производства стали. Выход был найден английским химиком С. Д. Томасом, который предложил связывать фосфор известью. Конвертер Томаса в отличие от бессемеровского был футерован обожженным доломитом , а не кремнеземом. В чугун во время продувки подавали известь. Образовывался известково-фосфористый шлак, который легко отделялся от стали. Впоследствии этот шлак даже стали использовать как удобрение.

Самая большая революция в сталеплавильном производстве произошла в 1865 г., когда отец и сын - Пьер и Эмиль Мартены - использовали для получения стали регенеративную газовую печь, построенную по чертежам В. Сименса. В ней, благодаря подогреву газа и воздуха, в особых камерах с огнеупорной насадкой достигалась такая высокая температура, что сталь в ванне печи переходила уже не в тестообразное, как в пудлинговой печи, а в жидкое состояние. Ее можно было заливать в ковши и формы, изготовлять слитки и прокатывать их в рельсы, балки, строительные профили, листы... И все это в огромных масштабах! Кроме того, появилась возможность использовать громадные количества железного лома, скопившегося за долгие годы на металлургических и машиностроительных заводах.

Последнее обстоятельство сыграло очень важную роль в становлении нового процесса. В начале XX в. мартеновские печи почти полностью вытеснили бессемеровские и томасовские конвертеры, которые хотя и потребляли лом, но в очень малых количествах.

Конвертерное производство могло бы стать исторической редкостью, такой же, как и пудлинговое, если бы не кислородное дутье. Мысль о том, чтобы убрать из воздуха азот, не участвующий в процессе, и продувать чугун одним кислородом, приходила в голову многим видным металлургам прошлого; в частности, еще в XIX в. русский металлург Д. К. Чернов и швед Р. Окерман писали об этом. Но в то время кислород был слишком дорог. Только в 30-40-х годах прошлого столетия, когда были внедрены дешевые промышленные способы получения кислорода из воздуха, металлурги смогли использовать кислород в сталеплавильном производстве. Разумеется, в мартеновских печах. Попытки продувать кислородом чугун в конвертерах не привели к успеху: развивалась такая высокая температура, что прогорали днища аппаратов. В мартеновской печи все было проще: кислород давали и в факел, чтобы повысить температуру пламени, и в ванну (в жидкий металл), чтобы выжечь примеси. Это позволило намного увеличить производительность мартеновских печен, но в то же время повысило температуру в них настолько, что начинали плавиться огнеупоры. Поэтому и здесь кислород применяли в умеренных количествах.

В 1952 г. в австрийском городе Линце на заводе «Фест» впервые начали применять новый способ производства стали - кислородноконвертерный. Чугун заливали в конвертер, днище которого не имело отверстий для дутья, было глухим. Кислород подавался на поверхность жидкого чугуна. Выгорание примесей создавало такую высокую температуру, что жидкий металл приходилось охлаждать, добавляя в конвертер железную руду и лом. И в довольно больших количествах. Конвертеры снова появились на металлургических заводах. Новый способ производства стали начал быстро распространяться во всех промышленно развитых странах. Сейчас он считается одним из самых перспективных в сталеплавильном производстве.

Достоинства конвертера состоят в том, что он занимает меньше места, чем мартеновская печь, сооружение его гораздо дешевле, а производительность выше. Однако в конвертерах сначала выплавляли только малоуглеродистые мягкие стали. В последующие годы был разработан процесс выплавки в конвертере высокоуглеродистых и легированных сталей.