Besi adalah elemen yang akrab bagi setiap orang di planet kita. Dan tidak ada yang mengejutkan dalam hal ini. Memang, dari segi kandungannya di kerak bumi (hingga 5%), komponen ini adalah yang paling umum. Namun, hanya seperempat dari cadangan ini yang dapat ditemukan dalam simpanan yang cocok untuk pengembangan. Mineral bijih besi yang utama adalah siderit, bijih besi coklat, hematit dan magnetit.
Asal usul nama
Mengapa besi memiliki nama ini? Jika kita mempertimbangkan tabel unsur kimia, maka di dalamnya komponen ini ditandai sebagai "besi". Disingkat Fe.
Menurut banyak etimolog, kata "besi" berasal dari bahasa Proto-Slavia, yang terdengar seperti zelezo. Dan nama ini berasal dari leksikon orang Yunani kuno. Mereka menyebut logam yang begitu terkenal saat ini sebagai "besi".
Ada versi lain. Menurutnya, nama "besi" datang kepada kami dari bahasa Latin, di manaberarti "berbintang". Penjelasan untuk ini terletak pada fakta bahwa sampel pertama dari elemen ini ditemukan oleh orang-orang berasal dari meteorit.
Penggunaan Besi
Dalam sejarah umat manusia, ada masa ketika orang lebih menghargai besi daripada emas. Fakta ini dicatat dalam Homer's Odyssey, yang mengatakan bahwa pemenang permainan yang diatur oleh Achilles diberikan, selain emas, sepotong besi. Logam ini sangat penting bagi hampir semua pengrajin, petani, dan pejuang. Dan kebutuhan yang sangat besar untuk itu yang menjadi mesin terbaik untuk produksi bahan ini, serta kemajuan teknis lebih lanjut dalam pembuatannya.
9-7 cc. SM. dianggap sebagai Zaman Besi dalam sejarah manusia. Selama periode ini, banyak suku dan bangsa di Asia dan Eropa mulai mengembangkan metalurgi. Namun, permintaan besi masih tinggi saat ini. Bagaimanapun, itu masih merupakan bahan utama yang digunakan untuk pembuatan alat.
Produk keju
Apa teknologi untuk memproduksi besi mekar, yang mulai diekstraksi umat manusia pada awal perkembangan metalurgi? Metode pertama yang ditemukan oleh manusia disebut pembuatan keju. Selain itu, digunakan selama 3000 tahun, tidak berubah dari akhir Zaman Perunggu hingga periode hingga abad ke-13. Tungku sembur tidak ditemukan di Eropa. Metode ini disebut mentah. Tanduk baginya dibangun dari batu atau tanah liat. Kadang-kadang potongan terak bertindak sebagai bahan untuk dinding mereka. Versi terakhir dari bengkel dari dalam adalahdilapisi dengan tanah liat tahan api, yang ditambahkan pasir atau tanduk yang dihancurkan untuk meningkatkan kualitas.
Apa yang membuat besi flash? Lubang yang disiapkan diisi dengan padang rumput "mentah" atau bijih rawa. Ruang peleburan tungku semacam itu diisi dengan arang, yang kemudian dipanaskan secara menyeluruh. Di bagian bawah lubang ada lubang untuk suplai udara. Awalnya ditiup dengan bellow tangan, yang kemudian diganti dengan yang mekanis.
Pada penempaan pertama, rancangan alami diatur. Itu dilakukan melalui lubang khusus - nozel, yang terletak di dinding bagian bawah tungku. Seringkali, ahli metalurgi kuno menyediakan pasokan udara melalui penggunaan desain yang memungkinkan untuk mendapatkan efek pipa. Mereka menciptakan ruang interior yang tinggi dan sekaligus sempit. Sangat sering tungku seperti itu dibangun di kaki bukit. Tempat-tempat ini memiliki tekanan angin alami terbesar, yang digunakan untuk meningkatkan traksi.
Sebagai hasil dari proses yang berlangsung, bijih diubah menjadi logam. Pada saat yang sama, batu kosong itu perlahan-lahan mengalir ke bawah. Butir besi terbentuk di bagian bawah tungku. Mereka saling menempel satu sama lain, berubah menjadi apa yang disebut "merayap". Ini adalah massa sepon longgar yang diresapi dengan terak. Di dalam oven, kerupuknya putih-panas. Dalam keadaan inilah mereka mengeluarkannya dan dengan cepat memalsukannya. Potongan terak baru saja jatuh. Selanjutnya, bahan yang dihasilkan dilas menjadi potongan monolitik. Hasilnya adalah besi yang mencolok. Produk akhir berbentuk seperti roti pipih.
Apa itukomposisi besi mekar? Itu adalah paduan Fe dan karbon, yang sangat kecil dalam produk akhir (jika kita mempertimbangkan persentase, maka tidak lebih dari seperseratus).
Namun, besi mekar yang diterima orang di tungku mentah tidak terlalu keras dan tahan lama. Itulah sebabnya produk yang terbuat dari bahan seperti itu cepat gagal. Tombak, kapak, dan pisau bengkok dan tidak tajam dalam waktu lama.
Baja
Dalam produksi besi di tempa, selain gumpalan lunaknya, ada juga yang memiliki kekerasan lebih tinggi. Ini adalah potongan bijih yang bersentuhan dekat dengan arang selama proses peleburan. Seorang pria memperhatikan pola ini dan mulai dengan sengaja meningkatkan area yang bersentuhan dengan batu bara. Ini memungkinkan untuk mengkarburasi besi. Logam yang dihasilkan mulai memenuhi kebutuhan para pengrajin dan mereka yang menggunakan produk berbahan dasar logam tersebut.
Bahan ini adalah baja. Itu masih digunakan sampai hari ini dalam pembuatan sejumlah besar struktur dan produk. Baja, yang dilebur oleh ahli metalurgi kuno, adalah besi kilat, yang mengandung karbon hingga 2%.
Ada juga yang namanya baja ringan. Itu adalah flash iron, yang mengandung karbon kurang dari 0,25%. Jika kita mempertimbangkan sejarah metalurgi, maka baja ringanlah yang diproduksi pada tahap awal produksi keju. Apa nama lain dari besi flash? Ada juga varietas ketiga. Ketika mengandung lebih dari 2% karbon, makaitu besi cor.
Penemuan tanur tinggi
Metode berkembang biak untuk mendapatkan besi menggunakan penempa berdarah mentah sangat bergantung pada cuaca. Lagi pula, untuk teknologi seperti itu penting bahwa angin harus bertiup ke dalam tabung yang diproduksi. Itu adalah keinginan untuk menjauh dari keanehan cuaca yang membuat seseorang menciptakan bulu. Ini adalah perangkat yang diperlukan untuk mengipasi api di tungku mentah.
Setelah munculnya bellow, tempa untuk produksi logam tidak lagi dibangun di lereng bukit. Orang-orang mulai menggunakan kompor jenis baru, yang disebut "lubang serigala". Mereka adalah bangunan-bangunan, yang satu bagiannya berada di dalam tanah, dan yang kedua (rumah-rumah) menjulang di atasnya dalam bentuk bangunan yang terbuat dari batu-batu yang disatukan oleh tanah liat. Di dasar tungku semacam itu ada lubang di mana tabung penghembus dimasukkan untuk mengipasi api. Batubara yang diletakkan di rumah dibakar, setelah itu dimungkinkan untuk mendapatkan kerupuk. Dia ditarik keluar melalui lubang, yang terbentuk setelah beberapa batu dikeluarkan dari bagian bawah struktur. Selanjutnya, dinding dipulihkan dan tungku diisi dengan bijih dan batu bara untuk memulai kembali.
Produksi besi terang terus ditingkatkan. Seiring waktu, rumah-rumah mulai dibangun lebih besar. Ini mengharuskan peningkatan produktivitas mekanisme. Akibatnya, batu bara mulai terbakar lebih cepat, menjenuhkan besi dengan karbon.
Besi cor
Apa yang disebut dengan besi flash karbon tinggi? Seperti itudisebutkan di atas, ini adalah besi cor yang sangat umum saat ini. Ciri khasnya adalah kemampuannya untuk meleleh pada suhu yang relatif rendah.
Besi bata - besi tuang dalam bentuk padat - tidak mungkin ditempa. Itulah sebabnya para ahli metalurgi kuno pada awalnya tidak memperhatikannya. Dari satu pukulan dengan palu, bahan ini hancur berkeping-keping. Dalam hal ini, besi cor, serta terak, pada awalnya dianggap sebagai produk limbah. Di Inggris, logam ini bahkan disebut "pig iron". Dan lama kelamaan orang-orang menyadari bahwa produk ini, meskipun dalam bentuk cair, dapat dituangkan ke dalam cetakan untuk mendapatkan berbagai produk, misalnya, peluru meriam. Berkat penemuan ini pada abad 14-15. di industri mulai membangun tanur tinggi untuk produksi besi kasar. Ketinggian struktur tersebut mencapai 3 meter atau lebih. Dengan bantuan mereka, besi tuang dilebur untuk produksi tidak hanya bola meriam, tetapi juga meriam itu sendiri.
Pengembangan produksi blast-furnace
Sebuah revolusi nyata dalam bisnis metalurgi terjadi pada tahun 80-an abad ke-18. Saat itulah salah satu pegawai Demidov memutuskan bahwa untuk efisiensi yang lebih besar dalam pengoperasian tanur sembur, udara harus disuplai kepada mereka tidak melalui satu, tetapi melalui dua nozel, yang harus ditempatkan di kedua sisi perapian. Secara bertahap, jumlah nozel semacam itu bertambah. Hal ini memungkinkan untuk membuat proses peniupan lebih seragam, meningkatkan diameter perapian dan meningkatkan produktivitas tungku.
Perkembangan produksi blast furnace juga difasilitasi dengan penggantian arang,yang hutannya ditebang, untuk kokas. Pada tahun 1829, di Skotlandia, di pabrik Clayde, udara panas ditiupkan ke dalam tanur tinggi untuk pertama kalinya. Inovasi semacam itu secara signifikan meningkatkan produktivitas tungku dan mengurangi konsumsi bahan bakar. Saat ini, proses tanur sembur telah ditingkatkan dengan mengganti sebagian kokas dengan gas alam, yang bahkan memiliki biaya lebih rendah.
Bulat
Apa nama besi flash, yang memiliki sifat unik yang digunakan dalam pembuatan senjata? Kita mengenal bahan ini sebagai baja damask. Logam ini, seperti baja Damaskus, adalah paduan besi dan karbon. Namun, tidak seperti spesies lainnya, itu adalah besi yang mencolok dengan kualitas yang baik. Ini tangguh dan keras, dan juga mampu menghasilkan ketajaman luar biasa pada bilahnya.
Ahli metalurgi dari banyak negara telah mencoba mengungkap rahasia produksi baja damask selama lebih dari satu abad. Sejumlah besar resep dan metode diusulkan yang mencakup penambahan gading, batu mulia, emas dan perak pada besi. Namun, rahasia baja damask terungkap hanya pada paruh pertama abad ke-20 oleh ahli metalurgi Rusia yang luar biasa P. P. Anosov. Mereka mengambil besi yang mekar, yang diletakkan di tungku dengan arang, di mana api terbuka menyala. Logam meleleh, jenuh dengan karbon. Pada saat itu, itu ditutupi dengan kristal dolomit terak, kadang-kadang dengan penambahan skala besi paling murni. Di bawah lapisan seperti itu, logam dilepaskan secara intensif dari silikon, fosfor, belerang, dan oksigen. Namun, itu belum semuanya. Baja yang dihasilkan harus didinginkan sebanyak mungkinlebih lambat dan lebih tenang. Ini memungkinkan untuk membentuk, pertama-tama, kristal besar yang memiliki struktur bercabang (dendrit). Pendinginan seperti itu terjadi langsung di perapian, yang diisi dengan batu bara panas. Pada tahap berikutnya, penempaan yang terampil dilakukan, di mana struktur yang dihasilkan tidak boleh runtuh.
Sifat unik baja damask kemudian menemukan penjelasannya dalam karya ahli metalurgi Rusia lainnya D. K. Chernov. Dia menjelaskan bahwa dendrit adalah baja tahan api tetapi relatif lunak. Ruang antara "cabang" mereka dalam proses pemadatan besi diisi dengan lebih banyak karbon jenuh. Artinya, baja lunak dikelilingi oleh baja yang lebih keras. Ini menjelaskan sifat-sifat baja damask, yang terkandung dalam viskositasnya dan pada saat yang sama kekuatan tinggi. Hibrida baja seperti itu selama peleburan mempertahankan struktur pohonnya, mengubahnya hanya dari garis lurus menjadi zig-zag. Keunikan pola yang dihasilkan sebagian besar tergantung pada arah pukulan, kekuatan, serta keterampilan pandai besi.
Baja Damaskus
Pada zaman kuno, logam ini adalah baja damask yang sama. Namun, beberapa saat kemudian, baja Damaskus mulai disebut bahan yang diperoleh dengan menempa las dari sejumlah besar kabel atau strip. Elemen-elemen ini terbuat dari baja. Selain itu, masing-masing dicirikan oleh kandungan karbon yang berbeda.
Seni membuat logam semacam itu mencapai perkembangan terbesarnya pada Abad Pertengahan. Misalnya, dalam struktur pedang Jepang yang terkenal, para peneliti menemukansekitar 4 juta benang baja dengan ketebalan mikroskopis. Komposisi ini membuat proses pembuatan senjata menjadi sangat melelahkan.
Produksi dalam kondisi modern
Ahli metalurgi kuno meninggalkan contoh keterampilan mereka tidak hanya dalam senjata. Contoh paling mencolok dari besi bloomery murni adalah kolom terkenal yang terletak di dekat ibu kota India. Para arkeolog menentukan usia monumen seni metalurgi ini. Ternyata kolom itu dibangun 1,5 ribu tahun yang lalu. Tetapi hal yang paling mengejutkan terletak pada kenyataan bahwa hari ini tidak mungkin untuk mendeteksi jejak korosi yang kecil pada permukaannya. Bahan kolom menjadi sasaran pemeriksaan yang cermat. Ternyata ini adalah flash iron murni, yang hanya mengandung 0,28% pengotor. Penemuan seperti itu bahkan mengejutkan ahli metalurgi modern.
Seiring waktu, besi yang mencolok secara bertahap kehilangan popularitasnya. Logam yang dilebur dalam tungku terbuka atau tanur sembur mulai menikmati permintaan terbesar. Namun, ketika menerapkan metode ini, produk dengan kemurnian yang tidak mencukupi diperoleh. Itulah sebabnya metode tertua untuk memproduksi bahan ini baru-baru ini menerima kehidupan kedua, yang memungkinkan menghasilkan logam dengan karakteristik kualitas tertinggi.
Apa nama flash iron hari ini? Hal ini akrab bagi kita sebagai logam reduksi langsung. Tentu saja, besi mekar saat ini tidak diproduksi dengan cara yang sama seperti di zaman kuno. Untuk produksinya, teknologi paling modern digunakan. Mereka memungkinkan untuk menghasilkan logam yang praktis tidak memilikikotoran asing. Tungku tabung putar digunakan dalam produksi. Elemen struktural tersebut digunakan untuk menembakkan berbagai bahan curah menggunakan suhu tinggi di industri kimia, semen, dan banyak lainnya.
Apa nama flash iron sekarang? Itu dianggap murni dan digunakan dalam memperoleh metode yang pada dasarnya tidak jauh berbeda dari yang ada di zaman kuno. Namun, ahli metalurgi menggunakan bijih besi, yang dipanaskan dalam proses mendapatkan produk akhir. Namun, saat ini bahan baku awalnya mengalami pemrosesan tambahan. Itu diperkaya, menciptakan semacam konsentrat.
Industri modern menggunakan dua metode. Keduanya memungkinkan Anda untuk mendapatkan flash iron dari konsentrat.
Yang pertama dari metode ini didasarkan pada membawa bahan mentah ke suhu yang diperlukan menggunakan bahan bakar padat. Proses seperti itu sangat mirip dengan yang dilakukan oleh ahli metalurgi kuno. Alih-alih bahan bakar padat, gas dapat digunakan, yang merupakan kombinasi hidrogen dan karbon monoksida.
Apa yang mendahului mendapatkan materi ini? Apa nama flash iron hari ini? Setelah memanaskan konsentrat bijih besi, pelet tetap berada di tungku. Dari merekalah logam murni kemudian diproduksi.
Metode kedua yang digunakan untuk memulihkan besi sangat mirip dalam teknologi dengan yang pertama. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa ahli metalurgi menggunakan hidrogen murni sebagai bahan bakar untuk memanaskan konsentrat. Dengan metode ini, zat besi diperoleh jauh lebih cepat. Tepatoleh karena itu, ia dibedakan oleh kualitas yang lebih tinggi, karena dalam proses interaksi hidrogen dengan bijih yang diperkaya, hanya dua zat yang diperoleh. Yang pertama adalah besi murni, dan yang kedua adalah air. Dapat diasumsikan bahwa metode ini sangat populer dalam metalurgi modern. Namun, hari ini jarang digunakan, dan, sebagai suatu peraturan, hanya untuk produksi bubuk besi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa cukup sulit untuk mendapatkan hidrogen murni, baik dari segi pemecahan masalah teknis maupun karena kesulitan ekonomi. Penyimpanan bahan bakar yang diterima juga merupakan tugas yang sulit.
Relatif baru-baru ini, para ilmuwan telah mengembangkan metode ketiga lainnya untuk produksi besi tereduksi. Ini melibatkan memperoleh logam dari konsentrat bijih, tanpa melalui tahap transformasi menjadi pelet. Penelitian telah menunjukkan bahwa dengan metode ini, besi murni dapat diproduksi lebih cepat. Namun, metode ini belum diterapkan di industri, karena memerlukan perubahan teknologi yang signifikan dan perubahan peralatan perusahaan metalurgi.
Apa nama flash iron hari ini? Bahan ini sudah tidak asing lagi bagi kita sebagai logam reduksi langsung, kadang disebut juga spongy. Ini adalah bahan yang hemat biaya, berkualitas tinggi, ramah lingkungan yang tidak memiliki kotoran fosfor dan belerang. Karena karakteristiknya, besi bloomery digunakan dalam industri teknik (penerbangan, pembuatan kapal dan instrumentasi).
Fechral
Seperti yang Anda lihat, hari ini saat menggunakanteknologi paling modern menggunakan bahan seperti besi mekar. Fechral juga merupakan paduan yang dicari. Selain besi, mengandung komponen seperti kromium dan aluminium. Nikel juga ada dalam strukturnya, tetapi tidak lebih dari 0,6%.
Fechral memiliki ketahanan listrik yang baik, kekerasan tinggi, bekerja sangat baik dengan keramik alumina tinggi, tidak memiliki kecenderungan pitting dan tahan panas di atmosfer yang mengandung belerang dan senyawanya, hidrogen dan karbon. Namun keberadaan besi dalam paduan membuatnya cukup rapuh, sehingga sulit untuk diproses bahan dalam pembuatan berbagai produk.
Fechral digunakan dalam pembuatan elemen pemanas untuk tungku laboratorium dan industri, suhu operasi maksimumnya adalah 1400 derajat. Terkadang bagian dari paduan ini digunakan untuk tujuan lain. Mereka ditempatkan di peralatan pemanas rumah tangga, serta di perangkat listrik aksi termal. Fechral telah banyak digunakan dalam produksi rokok elektronik. Juga, paduan besi, aluminium dan kromium diminati di bidang pembuatan elemen resistif. Ini dapat berupa, misalnya, resistor pengereman awal dari lokomotif listrik.
Fechral digunakan untuk memproduksi kawat, serta benang dan pita. Terkadang lingkaran dan batang diperoleh darinya. Semua produk ini digunakan dalam pembuatan berbagai bentuk pemanas untuk oven listrik.
