Какова история железа? Время железных криц и первой стали

А потом люди обнаружили, что из некоторых руд, смешав их с углем и предприняв некоторые хитрости, можно получить железо, из которого можно было выковать прочные железные мечи. А имея хорошее оружие, можно было завоевать соседей и стать очень богатыми.

Первым народом, которому удалось открыть способ получения руды, а затем из этой руды — железа, были хетты. Они засекретили способ получения железа, понаделали себе оружия и создали свою державу. Их оружие было знаменито у соседей — даже фараон Тутанхамон не удержался и приобрел у них кинжал из железа (правда, это произошло раньше — еще в эпоху самородного метеоритного железа).

Увы, секретность удержать не удалось. И способ производства руды, и способ производства железа стали доступны соседям. Государство Хеттов пало, а технология стала распространяться в мире.

Секрет получения железа — в том, что для этого необходима очень высокая температура, более 1000 градусов, недостижимая на открытом огне. Для получения из руды железа смесь руды и угля помещали в печь, а после розжига начинали мехами нагонять в нижнюю часть печи воздух. От этого горение усиливалось, температура повышалась, в руде начинался процесс восстановления железа из окиси, а после выгорания угля на дне печи образовывалась крица железа, комок «почти железа», пористая масса из железа, шлаков и остатков угля.

Эту крицу немедленно проковывали, пока она еще очень горячая. Механическим воздействием от железа отделяли шлак и уголь. Так получалась заготовка для будущих мечей, топоров, броней, железного инструмента.

В этом процессе очень многое зависело от умения кузнеца, от его мастерства и знаний, в каких пропорциях смешивать именно эту руду и уголь, сколько времени вести плавку и когда ее заканчивать, знать течение процесса, не имея возможности заглянуть внутрь.

Дело в том, что по содержанию углерода в железе различают:

1. Собственно железо, когда в нем углерода менее 0.3%, этот сплав относительно мягок, пластичен и тугоплавок (очень хороший материал для гвоздей).

2. Когда в сплаве от 0.3% до 2.1%, его называют сталью, она пластична и тверда. Сталь можно закалить, сделав очень твердой и немного более хрупкой.

3. Когда углерода слишком много, выходит чугун. Его в старое время называли «свиным железом», т.к. он был хрупок и не годился для последующей кузнечной обработки, удар молота его бы просто раздробил, посему на долгое время чугун считался браком в работе кузнеца.

Вначале сыродутные печи были одноразовые, их ломали, чтобы вынуть крицу. Потом в печи стали выламывать кусок в основании нижней ее части, чтобы вынуть крицу, а саму печь после охлаждения через отверстие снова заполняли смесью руды и угля, отверстие заделывали — и печь снова была готова к работе.

А железо после этого раскаляли в горне и ковали из него нужные «хитрые изделия железа», как старик Гомер написал.

Опытным путем было установлено, что если железную заготовку, скажем, для меча, долго прокаливать в угле, то простое железо становится сталью, становится прочнее и поддается закалке. Стальной закаленный меч намного лучше даже просто железного меча. Процесс назвали цементацией железа.

Опять-таки опытным путем кузнецы узнали, что если сложить вместе несколько тонких полосок простого железа и стали, ковкой сварить их вместе, а потом прокованную полосу раскалить, проковать, чтобы стала уже — сложить вдвое, и снова проковать… И так много-много раз — в результате выходил булат.

Тот самый булат, который, не зная секрета, пытались повторить химическим путем, добавляя в железо то или иное вещество.

Прошла тысяча лет, а сыродутные печи изменились совсем чуть-чуть. Прошла еще тысяча лет, а изменения все не спешили появиться. Большой прогресс был сделан в ковке, а плавка железа изменилась очень мало. Казалось, люди довольны тем, что они имеют. Время шло, изменений не было.

Только в конце второго тысячелетия нашей эры в технологии плавления железа наметился серьезный прогресс. Накапливался он постепенно и незаметно.

Сначала домницы стали побольше и повыше, с более высокой трубой для более сильной тяги. Затем у них появились дверцы для того, чтобы, не разрушая печь, можно было вынуть крицу. Печи становились все больше, огонь все жарче, и все больше на выходе оказывалось вместо железа или стали — хрупкого чугуна. Чугун шел на ядра для пушек, на что-то еще, но людям нужна была сталь!

В конце концов, появилась технология переделки чугуна в сталь. В специальных устройствах через жидкий чугун прокачивали воздух. Чугун кипел, чугун горел — и в этом процессе из железа выгорал углерод, а чугун становился сталью.

Как только появился способ переделать чугун в сталь, так выплавка железа стала производством чугуна. В огромных доменных печах шел непрерывный процесс плавки чугуна, в печь закидывали уголь и руду, внутри бушевало пламя, руда плавилась и становилась чугуном. Время от времени внизу открывали отверстие — и жидкий чугун вытекал в огромный ковш, ковш перевозили в конвертер, где через него начинали пропускать воздух. Через некоторое время полученную сталь сливали из печи, превращая ее в заготовки для дальнейшей обработки, а в домне уже был готов новый чугун для превращения в сталь.

Процесс стал непрерывным. Производство стали выросло во много раз. Но и потребление подешевевшей стали тоже возросло. Лишней стали в мире не появилось, все оказалось к месту.

Но и сталь, как оказалось, тоже можно сильно улучшить. Достаточно ее легировать…

Что еще почитать по теме?

Сколько металла должно быть в руде?
Сибай. Где находится второй по размерам карьер мира?
Что такое каслинское литье?