Железо: металл №1
Generic selectors
Exact matches only
Search in title
Search in content
18 февраля, 2021
170  

Железо: металл №1

10 1

Среди всех металлов именно железо занимает первое место и по частоте использования, и по времени начала производства, и по другим параметрам. Собственно, в некоторых случаях «железо» является синонимом самого понятия «металл» — пи причины такого смешения терминов вполне очевидны. Пожалуй, в последние годы только алюминий или сплавы на его основе приближаются к железу по частоте применения, но до полного замещения еще очень далеко.

О том, как начали использовать железо, и как оно используется сегодня — расскажем в нашем кратком обзоре.

История производства железа

В природе железо встречается в виде самых разных минералов, а основную массу составляют железные руды — гематит, магнетит, лимонит и др. Во всех этих рубах железо находится в окисленном состоянии, то есть для его использования  нужно сначала восстановить железо.

Однако железные орудия труда, которые по своим характеристикам превосходили медные и некоторые бронзовые изделия, начали производить до начала выплавки железа. Все дело в том, что в земной коре достаточно часто встречается чистое метеоритное железо — оно свободно от большинства примесей и может использоваться для изготовления оружия или инструментов с минимальной обработкой.

9 1

Но все же объемы метеоритного железа мизерны по сравнению с запасами железных руд, потому основную массу железных изделия начали производить только после освоения технологии выплавки чистого металла из руды. Технология плавления руды в сыродутных печах начала применяться в XII-XI веках до нашей эры в Индии  и на Кавказе, а затем постепенно распространялась в течение полутора тысячелетий.

Сыродутное производство железа из железных руд было основным способом получения этого металла в течение нескольких веков, и только с XIII века началось массовое использование печей нового типа — сначала штукофенов, затем блауофенов.  За счет более высокой температуры выход чистого железа повышался  — потому новые технологии быстро вытеснили домницы (сыродутные печи).

8 2

Далее стоит лишь перечислить основные вехи развития процесса выплавки железа:

  • Примерно в XV веке в Европе начали массово использовать доменные печи.
  • В следующем веке металлурги освоили так называемый предельный процесс (сначала выплавлялся чугун, а затем его пережигали в горнах для получения нужной стали).
  • В 1856 году Генри Бессемер получил патент на технологию конвертерного производства стали (продувка воздуха сквозь жидкий чугун).
  • В ХХ веке альтернативной конвертору служили мартеновские печи, но к кончу века на современных производствах их все же втеснили установки кислородно-конвертерного типа.
  • К наиболее современным технология производства металла из руды относятся электрометаллургия и восстановление водородом.
7 3

Роль железа: от организма человека до промышленности

Железо — один из ключевых микроэлементов в организме человека. Оно входит в состав гемоглобина, который, в свою очередь, отвечает за транспортировку кислорода от легочных альвеол к органам и тканям. Кроме того, железо входит в состав некоторых ферментов, а его дефицит может стать причиной серьезных патологий (наиболее опасная — железодефицитная анемия).

Помимо важной роли, которую играют соединения железа в организме человека, этот металл также используется в промышленности. Железо — основа сталей, чугунов и других промышленных сплавов, кроме того:

  • Магнитные окси железа используются при производстве электроники.
  • Ферромагнитные характеристики железа позволяют применять его при производстве электродвигателей и трансформаторов.
  • Тонкодисперсная окись железа используется в качестве одного из компонентов тонеров для лазерных принтеров.
  • Для травления печатных плат используется хлорное железо.
4 6
  • Железный купорос применяется в сельском хозяйстве в качестве бактерицидного и фунгицидного препарата.
  • При промышленной очистке сточных вод в качестве коагулянтов используются растворы хлоридов железа.

Большую часть изделий производят сегодня по прокатной технологии. По форме выделяют такие разновидности металлопроката:

  • Трубный.
  • Листовой.
  • Сортовой.
  • Фасонный (изделия сложной формы).
6 7

Кроме того, в качестве полуфабрикатов могут производится слитки, слябы и другие изделия.

Сплавы железа

На основе железа производят два основных промышленных сплава:

  • Сталь — от 0,6 до  2,14% углерода по массе. Наиболее востребованный сплав, обладающий высокими показателями прочности, гибкости и хорошо переносящий механические воздействия.
  • Чугун — свыше 2,14% углерода. Отличается от стали значительном меньшей упругостью, потому хуже переносит механические точечные воздействия, может раскалываться или растрескиваться. Применяется для производства сантехнических труб и фитингов для инженерных сетей, для изготовления термостойкой посуды и других целей.
3 7

В составе стали и чугуна могут присутствовать и другие металлы (цинк, никель, хром), но массовая доля железа не должна быть ниже 45%.

Помимо стали и чугуна на основе железа производят и другие сплавы, которые отличаются уникальными комбинациями рабочих характеристик:

  • Чугаль — жаростойкий чугун.
  • Сормайт — сплав с высоким содержанием кремния, никеля и хрома, который используется для наплава на режущие кромки инструментов.
  • Фехраль — сплав, содержащий железо, хором и алюминий, и обладающий максимальной термостойкостью (применяется для производства нагревательных элементов для промышленных установок).
5 6

Эти и другие сплавы на основе железа широко используются в промышленности, а перечень их постоянно растёт.

Легирование, цинкование и другие методики

В разных отраслях промышленности — от строительства до машиностроения — чаще всего используются стали. При этом, несмотря на хорошие механические показатели, у чистой стали (железо + углерод)  есть один существенный недостаток — склонность к окислению и коррозии. Чтобы избежать этого, сталь усовершенствуют либо подвергают противокоррозионной обработке:

2 7
  • Легирование предполагает добавление в состав сплава различных металлов — хрома, никеля, меди, титана и др. Легированные стали делятся на несколько категорий (хромистые, хромоникелевые и т.д.) и отличаются как по стойкости к коррозии, так и по механическим показателям. Минусом легированных нержавеющих сталей является их достаточно высокая цена, потому используют такие материалы там, где критично важным будет сочетание максимальной прочности и высокой стойкости к коррозии.
  • Долее дешевая альтернатива производству нержавеющей легированной стали — цинкование. Пи этом на поверхность стального проката в форме листа рулона или готового изделия наносят защитное покрытие на основе цинка. Цинкование может выполняться по горячей или холодной технологии, но в любом случае цинковое покрытие предотвращает развитие коррозии и окисление глубинных слоев металла при контакте с кислородом.
1 7

Конечно, все, упомянутое выше — лишь малая часть сведений о таком распространённом металле как железо. Но и этой информации достаточно чтобы оценить, насколько велика его роль в жизни человека, и насколько обширен промышленный потенциал.

author
Anetzel
Об авторе:

Маркетолог предприятия “Мехбуд”. Квалифицированный эксперт по общению с клиентами и партнерами. Всегда готова к общению и сотрудничеству.

Подробнее
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии