Что такое губчатый металл
Всем известно, что кость, — один из наиболее прочных биологических материалов. Костная ткань стойка к сопротивлению и сжатию, чрезвычайно долго противостоит разрушению. Похожим на нее ученые решили сделать и металл будущего.
Металлическое чудо
С развитием технологий обнаруживается все больше возможностей модификации традиционных материалов, например металла. Структура, состоящая, как правило, из алюминия, и содержащая большое количество наполненных газом пор — называется металлическая пена. Как правило, примерно 75-95 процента ее объема составляют пустоты. Материал обладает уникально малым весом — некоторые виды металлической пены настолько легки, что плавают на поверхности воды. При этом прочность такой пены в несколько раз превышает прочность традиционного металла.
О пористых металлах заговорили еще в 1990-х годах. Считалось, что отличительной чертой такого материала является низкая плотность: 0,4 — 1 грамм на кубический сантиметр. В силу особенностей своей структуры металлическая пена способна поглощать большое количество энергии при относительно низком уровне напряжения. Технология обеспечила возможность сочетания различных металлов и получения изделий разнообразной формы. Исследования осуществлялись с алюминием, но возможно получение пены из олова, цинка, бронзы, свинца, латуни и других металлов.
Металлическая пена, так называемый пеноникель, разрабатывается, в частности, российской компанией «Новомет-Пермь». По данным этой фирмы, такой материал обладает экстремально высокой сообщающейся пористостью 96 процентов и экстраординарными свойствами. Это структурный аналог открытого ячеистого пенополиуретана, с высокой химической и термической стойкостью, металлической прочностью и жесткостью, низким гидравлическим сопротивлением и развитой удельной поверхностью. Пеноникель, разумеется, необычайно пластичен и технологичен, поддается различным видам механической обработки для придания изделиям требуемой геометрической конфигурации.
Уникальные свойства пеноникеля делают его пригодным для широкого диапазона применений. Среди них: теплообменники, пламепреградители, звукоизолирующие устройства, гомогенизаторы жидкостей и газов, электрофильтры, адсорберы, наполнители многослойных конструкций
Пена нового поколения
Как и все в науке, металлическая пена подверглась совершенствованию. Недавно доктор Афсанех Рабией из университета Северной Каролины открыла самую прочную металлическую пену в мире. Материал может сжиматься до 80 процентов своего размера под действием веса и сохранять первоначальную форму. Новая металлическая пена уникальна благодаря своей однородности ячеек и их стенок. Именно это придает ей прочность и эластичность, необходимую для сжатия без деформации.
Сферы применения такой металлической пены — самые разнообразные. Наиболее же перспективным является использование в автомобиле- и машиностроение. Полагают, что металлическая пена может применяться в качестве элементов боковой и лобовой обшивки кузовов автомобилей и железнодорожных вагонов в целях максимального поглощения энергии удара при столкновениях. Защита водителя и пассажиров станет максимально надежной и комфортной. Металл идеален при создании военной амуниции, в строительстве — эластичная и прочная пена в конструкции зданий способна выдержать любое землетрясение. В будущем металлическая пена может стать неотъемлемой частью машиностроения, а также использоваться в производстве металлокерамики. Материал идеально подходит для создания крупногабаритных чрезвычайно прочных конструкций — другого материала, который способен обеспечить такое соотношения прочности и веса, человечество еще не придумало. Безусловно, она будет активно применяться в космических технологиях, где минимизация массы имеет огромное значение.
Российской действительности еще предстоит знакомство с металлической пеной. Специалист испытательного центра «СПбГАСУ» Виктор Зверев отказался от комментариев, сказав лишь: «Такой материал нам не знаком и не проходил лицензирование».
Выяснилось, что и на заводах царит пенометаллический нигилизм. Мнение инженеров разделилось. Одни удивляются изобретению, например, Вячеслав Коньков из «Металлиста»: «Это что-то новое и очень интересное, вышлите мне по факсу информацию». Другие же скептически заявляют: «Вряд ли это самый прочный материал. Мы не используем никакую металлическую пену», — прокомментировал Юрий Филисов из компании «Петросталь». Вероятно, в будущем ситуация изменится.
Рецептура
Каков же процесс производства такой пены? Технология проста. Сперва смешивают порошки металлов или сплавов со специальным связующим, которое проникает в металлическую матрицу. Происходит термообработка матрицы, помещаемой в полую форму, при температуре, близкой к точке плавления данного металла. В результате металл плавится, содержащийся в соединении газообразный водород освобождается и вспенивает жидкий металл. Последний поднимается, как дрожжевое тесто: объем образующегося материала, состоящего на 85 процента из воздуха и на 15 — из металла, впятеро превышает исходный. После охлаждения детали вынимаются из формы — они готовы к использованию.
Практический аспект
Металлические пены из алюминия, магния, стали, титана или цинка выдерживают высокое давление, приглушают звук, ослабляют вибрации, хорошо изолируют. Они легко поддаются сверлению, распиливанию и фрезерованию, а потому успешны для защиты от ударов в автомобилях, в качестве катализаторов в химии, в изготовлении топливных элементов, а также как биологически совместимый протез костной ткани в медицине.
В авиакосмической промышленности замена алюминиевыми пенными панелями дорогостоящих сотовых конструкций может сократить издержки производства. Алюминиевые пористые панели могут способствовать сокращению потребления энергии при эксплуатации лифтов, так как в условиях высоких скоростей их движения и частой смены ускорений и замедлений легкость конструкции приобретает особо значение. Широкое поле применения в строительстве открывается и для вспениваемых заготовок, которые могут, например, использоваться для закрепления штепсельных розеток в бетонной стене. Такая заготовка может быть помещена в отверстие в стене и подвергнута нагреву после монтажа розетки, в результате чего обеспечивается очень прочное соединение.
Возможно также создание конструктивных элементов с основой из алюминиевой пены, покрытой слоями алюминия, стали, пластмассы или углеродных волокон. «Сегодня эти технологии пригодны для производства крупных серий и полностью автоматизированы», — заявляет физик Иоахим Баумайстер из Института производственных технологий и прикладного материаловедения им. Фраунгофера в Бремене. Однако у алюминия есть и недостатки. Один из важнейших — алюминиевый лом трудно использовать повторно: в нем много различных легирующих добавок. При этом стальной лом целиком идет на вторичную переплавку. По этой причине на автозаводах используется лишь 35 процентов алюминия. Если еще учесть, что производство алюминия один из самых опасных загрязнителей природы, то широкая дорога в производство пене из этого металла кажется закрытой.
В медицине металлические пены используют для ускорения процессов заживления костной ткани. Как уже было отмечено, структура пористого материала подобна естественной структуре кости. Поэтому он идеально подходит для ее замещения.
Использование композитных имплантантов из титановой пены позволяет значительно ускорить выздоровление пациентов со сложными переломами костей. Ученые разработали биологически совместимый материал, структурой и физическими свойствами подобный естественной костной ткани. В итоге титановая пена выступает каркасом, а минеральное покрытие обеспечивает врастание в него костной ткани.
Как видно, мало знакомый российским экспертам, но интереснейший и многообещающий металл — важное открытые. Своевременное и нужное.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Губчатый металл или сплав завертывают в двадцатикратное по весу количество чистого листового свинца, применяемого для пробирного анализа на золото и серебро, и помещают в небольшой графитовый тигель цилиндрической формы ( высота 3 75 см, внутренний диаметр 1 9 см) с плотно прилегающей крышкой. После охлаждения извлекают свинцовый королек и очищают его от частиц графита жесткой щеткой; далее - следует кислотная обработка. [2]
Мелко раздробленный губчатый металл легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, и поэтому опыт производят в не слишком кислом растворе; в противном случае вследствие могущего произойти сильного выделения водорода олрво отрывается от цинка и снова растворяется в кислоте. [3]
Мелко раздробленный губчатый металл легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, и поэтому опыт производят в не слишком кислом растворе; в противном случае вследствие могущего произойти сильного выделения водорода олово отрывается от цинка и снова растворяется в кислоте. [4]
Образование губчатого металла на катоде в условиях его осаждения пра низкой плотности тока наблюдается в щелочных растворах цинкатов, станна-тов или в нейтральных растворах сульфатов этих металлов. [5]
О губчатых металлах почти нечего сказать, так как лабораторные исследования не имеют никакого промышленного значения. [6]
Следует различать получение губчатых металлов при очень малой и при большой химической поляризации. Величина поверхности таких осадков резко увеличивается как со временем электролиза, так и, в особенности, с плотностью тока, но кристаллы остаются крупными. [7]
Рукоятки выполнены из губчатого металла для предотвращения ожогов. [8]
При рафинировании этим способом титана губчатый металл иодируют элементарным иодом, получая соответственно при темп-рах 175 - 200 и 500 - 550 летучие TiJ, и Ti. Пары иодидов в том же аппарате разлагают па проволоке из чистого титана, накаленной электрич. Пары иода возвращаются в зону иодирования. Подобно этому рафинируют цирконий. Пары карбо-нила конденсируют и очищают от примесей дистилляцией, а затем вновь испаряют и разлагают при атмосферном давлении и 320, получая чистый порошок никеля и оборотную окись углерода. Аналогичный процесс применяют для получения чистого порошкообразного железа. [10]
Активный катализатор получают в виде губчатого металла из двойных сплавов ( никель, железо, медь, кобальт с алюминием или кремнием) путем рдстворения одного из этих металлов в кислоте или щелочи. Небольшие остатки такого металла в катализаторе часто повышают его активность. [11]
Активный катализатор получают в виде губчатого металла из двойных сплавов ( никель, железо, медь, кобальт с алюминием или кремнием) путем растворения одного из этих металлов в кислоте или щелочи. Небольшие остатки такого металла в катализаторе часто повышают его активность. [12]
Поскольку существующие заводы производят титан в виде губчатого металла , а его плавка и легирование осуществляются в основном на перерабатывающих заводах, процессы плавки и литья рассматриваются ниже. [13]
Отсутствие слипания, по-видимому, объясняется частичным науглероживанием губчатого металла в процессе восстановления за счет углерода твердого восстановителя. [14]
Окись железа восстанавливают водородом или сажей, частично до губчатого металла . При получении железной губки температуру в печи в случае восстановления водородом поддерживают около 600 С в случае восстановления сажей около 800 С. Степень восстановления массы регулируется температурой и продолжительностью ее нахождения в цепи. Смесь окислов и металла охлаждается в восстановительной атмосфере, после чего удовлетворительно сохраняется на воздухе без значительного окисления. [15]
Губчатое железо: свойство, способы получения, применение
Губчатое железо получается путем восстановления концентратов или высококачественных железных руд в условиях воздействия на них относительно низких температур - менее 1100 градусов Цельсия. Такие процессы исключают плавление руды и ее спекание.
История
Достаточно давно было доказано, что получать сразу же железо из руды возможно. В лабораторных условиях этот процесс легко осуществить. Вследствие этого перед металлургами стояла задача по созданию технологических методов добычи железа в промышленных объемах непосредственно из руды. Сейчас такие методы найдены и внедрены в производство.
Железо, получаемое прямо из руды, получило название губчатого. А методы получения – бездоменные или способы прямого восстановления.
Первые опыты получения губчатого железа без использования доменных плавок в Советском Союзе предпринимались в 50-х годах прошлого века.
Первое производство этого металла в промышленность внедрили в 70-х годах. Первые технологические способы получения губчатого железа без использования домны отличались незначительной производительностью. Получаемый продукт содержал много разнообразных примесей.
Новый толчок этому производству дал природный газ. В 80-х годах XX века он стал широко применяться в горно-металлургическом производстве. Тогда было установлено, что он идеально подходит для осуществления прямого восстановления железа из руды. Более того, начали широко использоваться и иные неприродные газы (попутный газ нефтедобычи, газовые фракции при газификации разнообразных углей, и т. п.).
Совершенствование технологических процессов и внедрение их в 90-е годы привели к тому, что энергоемкость и капитальные затраты на прямое восстановление железа существенно снизились. Начался значительный рост производства железа не доменным способом.
Прямое внедоменное получение губчатого железа - процессы, когда металл восстанавливается из руды при помощи газов, твердого углерода. А также совместно - твердого углерода и газа. Он осуществляется при температуре порядка 1000 градусов Цельсия. При этом природную породу не доводят до шлакования, примеси в ней не восстанавливаются, вследствие чего металл получается достаточно чистым. Специалисты называют этот процесс и иными терминами:
- прямое получение губчатого железа;
- безкоксовая металлургия;
- бездоменная металлургия;
- частичная металлизация руды.
В настоящее время способы добычи метала такими методами в производственных масштабах практикуются в России, Китае, Швеции, Германии, Великобритании, Норвегии и других странах.
Все известные методы делятся на две группы:
- железо образуется под воздействием на руду газообразного восстановителя;
- под воздействием на железную руду твердого восстановителя.
Способов получения губчатого железа бездоменным методом запатентовано почти пятьсот.
Восстановление железа газообразным веществом
Для газообразного восстановления используют водород и окись углерода. Обычно используют способ, когда железную руду измельчают и нагревают до 850 градусов с последующим обжигом. Потом ее направляют во вращающуюся трубчатую печь. Там металл восстанавливается под воздействием движущихся навстречу рудной массе восстановительных газов. Перед выходом из печи он попадает в охладительной контейнер. Потом конечный продукт измельчают с использованием шаровой мельницы.
В последующем масса проходит через специальный магнитный сепаратор. Отсортированное сепаратором железо далее поступает под пресс, который осуществляет формирование губчатого железа в брикеты.
Получение железа твердым восстановителем
Если на производстве задействована технология получения губчатого железа путем твердого восстановления, то этот метод подразумевает в себя следующие операции:
- дробление и измельчение руды;
- для достижения высокой концентрации железа, не более 3% пустой породы, осуществляется магнитное обогащение;
- обогащенная руда смешивается с топливом органического происхождения, в состав которого входят древесные опилки и иные аналогичные органические структуры;
- создание из получившейся массы брикетов, с последующим перемещением их для обжига в печь.
Восстановление железа происходит вследствие сгорания углерода, который заключен в брикетах.
Полученное губчатое железо, как при твердом, так и газообразном восстановлении, в последующем направляется на стандартную переработку для получения стали.
Переплавка обычно осуществляется в электропечах, при этом в металл вводят необходимое количество углерода и иных примесей.
Классификация процессов
Металлурги классифицируют процессы бездоменного получения железа по виду конечного продукта, а именно:
- производство материалов для домны с частичной металлизацией (от 30 до 50 процентов);
- производство железа губчатого, продукта твердого, высоко металлизированного (от 85 до 95 процентов), для последующей переработки в сталь;
- производство железа кричного, пластичного металлизированного продукта;
- производство полупродукта или чугуна в жидком состоянии, для дальнейшего плавильного процесса.
Продукты прямого восстановления
К продуктам прямого восстановления железа принято относить четыре вида:
- губчатое;
- металлизированная шихта;
- кричное;
- чугун или углеродистый полупродукт.
Железо губчатое
Его получают в результате процессов, когда восстановление металлов происходит без плавления, при температуре меньше 1000-1200 градусов Цельсия. Исходя из того, каким было начальное сырье, твердое губчатое железо – пористые структуры, либо окатыши. В определенных случаях это металлический порошок. При этот металл характерен еще и тем, что у него достаточно высокая пористость (формой напоминающая губку) вследствие того, что при восстановлении объемные характеристики сырья претерпели незначительные изменения.
Пористая поверхность такого железа приводит к высокой степени окисляемости в процессе хранения и транспортировки, при воздействии на него неблагоприятной окружающей среды (повышенной влажности).
Химический состав этого металла обязан своему составу первоначальному сырью (руде). По сравнению с ломом, губчатое железо более чистое. В нем минимальное присутствие примесей иных металлов.
Также губчатое железо, полученное прямым восстановлением, отличается и присутствием в нем пустых пород. Из-за того, что исходным материалом являются богатые концентраты и руды, его дополнительным очисткам не подвергают. Вследствие этого железо содержит в себе все включения пустой породы исходной руды.
Губчатое железо нашло свое применение в производстве стали, изготовлении железного порошка и в медной цементации.
Шихта металлизированная
Частично восстановленное железо называют металлизированной шихтой. Ее применяют для охлаждения плавильного процесса, а также для последующей плавки в доменных печах. Уровень восстановления металлизированной шихты ниже 80%. Губчатое железо гораздо чище, степень его восстановления более 90%.
Железо кричное
Кричное железо, получаемое бездоменным способом, производится в трубчатых вращающихся печах. Температура восстановления его в диапазоне от 1100 до 1200 градусов Цельсия. Этот продукт представляет собой небольшие металлические частички, в которых шлаковые примеси. Объем шлака в кричном железе высок, составляет примерно 10-20 процентов. Это железо отличается значительными примесями серы и фосфора.
Применяют крицу для последующей переплавки в домнах. Отдельные технологии используют этот продукт при выплавке стали в электрический печах.
Углеродистый полупродукт или чугун
Эти продукты получают при технологии восстановления твердым топливом. По своим характеристикам они аналогичны тем, которые выплавляют в домнах. Более того, углеродистый полупродукт или чугун иногда получается с гораздо меньшим содержанием посторонних примесей.
Дальнейшая работа с этими материалами для получения стали осуществляется традиционными способами.
Кричное железо - это что такое? Современое название, получение
Железо – элемент, который знаком каждому человеку на нашей планете. И в этом нет ничего удивительного. Ведь по своему содержанию в земной коре (до 5%) этот компонент является самым распространенным. Однако всего сороковую часть из этих запасов можно найти в месторождениях, пригодных для разработки. Основными рудными минералами железа являются сидерит, бурый железняк, гематит и магнетит.
Происхождение названия
Почему железо носит именно такое название? Если рассматривать таблицу химических элементов, то в ней этот компонент отмечен как «феррум». Сокращенно он обозначается Fe.
По мнению многих этимологов, слово «железо» пришло к нам из праславянского языка, в котором оно звучало как zelezo. А это наименование перешло из лексикона древних греков. Они и называли столь известный на сегодняшний день металл «железом».
Существует и еще одна версия. Согласно ей название «железо» пришло к нам из латыни, где означало «звездный». Объяснение этому кроется в том, что первые образцы данного элемента, обнаруженного людьми, имели метеоритное происхождение.
Использование железа
В истории человечества имел место такой период, когда железо люди ценили дороже золота. Данный факт зафиксирован в «Одиссее» Гомера, где говорится о том, что победителям игр, устраиваемых Ахиллесом, давали помимо золота еще и кусок железа. Этот металл был крайне необходим практически всем ремесленникам, землепашцам и воинам. И именно огромная потребность в нем стала лучшим двигателем производства данного материала, а также дальнейшего технического прогресса его изготовления.
9-7 вв. до н.э. считаются железным веком в истории человечества. В этот период многие племена и народы Азии и Европы начали развивать металлургию. Однако в железе и сегодня сохраняется высокая потребность. Ведь до сих пор оно является главным материалом, применяющимся для изготовления орудий труда.
Сыродутный продукт
Какова технология получения кричного железа, которое человечество начало добывать еще на заре развития металлургии? Самый первый способ, изобретенный человечеством, назывался сыродутным. Причем использовался он на протяжении 3000 лет, не меняясь от времен окончания бронзового века и до того периода, пока в 13 в. в Европе не была изобретена доменная печь. Назывался такой способ сыродутным. Горны для него сооружали из камня или из глины. Порой материалом для их стен выступали куски шлака. Последний вариант горна изнутри был обмазан огнеупорной глиной, в которую для улучшения качества добавляли песок или измельченный рог.
Из чего получается кричное железо? В подготовленные ямы закладывалась «сырая» луговая или болотная руда. Плавильное пространство таких горнов заполнялось древесным углем, который затем хорошенько разогревался. В нижней части ямы находилось отверстие для подачи воздуха. Вначале его вдували ручными мехами, которые позже были заменены механическими.
В самых первых горнах была организована естественная тяга. Она осуществлялась через специальные отверстия – сопла, которые располагались на стенах нижней части печи. Нередко подачу воздуха древние металлурги обеспечивали за счет применения конструкции, позволяющей получить эффект трубы. Они создавали высокое и в то же время узкое внутреннее пространство. Очень часто такие печи строились у подножий холмов. В этих местах было самое большое естественное давление ветра, которое и использовалось для увеличения тяги.
В результате осуществляемого процесса происходило превращение руды в металл. При этом пустая порода постепенно стекала вниз. На дне печи образовывались зерна железа. Они слипались между собой, превращаясь в так называемую «крицу». Это рыхлая губчатая масса, пропитанная шлаками. В печи крица была раскалена добела. Именно в таком состоянии ее вынимали и быстро проковывали. Куски шлака при этом просто отваливались. Далее полученный материал сваривали в монолитный кусок. В результате получалось кричное железо. Конечный продукт своей формой внешне напоминал лепешку.
Что представлял собой состав кричного железа? Это был сплав Fe с углеродом, которого в конечном продукте было очень мало (если рассматривать процентное соотношение, то не более сотых долей).
Однако кричное железо, которое люди получали в сыродутном горне, было не очень твердым и прочным. Именно поэтому выполненные из такого материала изделия быстро выходили из строя. Копья, топоры и ножи гнулись и совсем недолго оставались острыми.
Сталь
При производстве железа в горнах, вместе с мягкими его комками, попадались и те, которые имели более высокую твердость. Это были кусочки руды, вплотную соприкасавшиеся с древесным углем вовремя процесса выплавки. Человек подметил эту закономерность и начал специально увеличивать зону, контактирующую с углем. Это позволило науглероживать железо. Полученный металл стал удовлетворять потребностям мастеров и тех, кто пользовался изготовленными из него изделиями.
Этим материалом и была сталь. Ее и по сей день используют при изготовлении огромного числа конструкций и изделий. Сталь, выплавляемая древними металлургами, это кричное железо, в составе которого содержится до 2% углерода.
Существовало и такое понятие, как мягкая сталь. Это было кричное железо, в составе которого находилось менее 0,25 % углерода. Если рассматривать историю металлургии, то именно мягкую сталь и производили на начальном этапе сыродутного производства. Как по-другому называется кричное железо? Существует и его третья разновидность. Когда в его составе содержится более 2 % углерода, то это чугун.
Изобретение домны
Кричный способ получения железа с использованием сыродутных горнов находился в большой зависимости от погоды. Ведь для такой технологии было важно, чтобы в изготовленную трубку обязательно задувал ветер. Именно желание уйти от капризов погоды и привело человека к созданию мехов. Это были приспособления, необходимые для того, чтобы раздувать в сыродутной печи огонь.
После появления мехов горны для производства металла перестали сооружать на склонах холмов. Люди стали пользоваться печами нового типа, получившими название «волчьи ямы». Они представляли собой конструкции, одна часть которых находилась в земле, а вторая (домницы) возвышалась над ней в виде сооружения из камней, скрепленных между собой глиной. У основания такой печи имелось отверстие, в которое вставлялась трубка мехов для раздувания огня. Заложенный в домницу уголь сгорал, после чего можно было доставать крицу. Ее вытаскивали наружу через отверстие, которое образовывалось после удаления нескольких камней из нижней части сооружения. Далее стенку восстанавливали и заполняли печь рудой и углем, чтобы начать все сначала.
Кричное производство железа постоянно совершенствовалось. С течением времени домницы стали строить большего размера. Это вызвало необходимость в увеличении производительности мехов. В результате уголь начал сгорать быстрее, насыщая железо углеродом.
Чугун
Как называется кричное железо с высоким содержанием углерода? Как уже было упомянуто выше, это столь распространенный на сегодняшний день чугун. Его отличительной особенностью является способность плавиться при сравнительно низких температурах.
Кричное железо - чугун в твердом виде - невозможно было ковать. Именно поэтому древние металлурги вначале не обращали на него никакого внимания. От одного лишь удара молотком этот материал просто разлетался на куски. В связи с этим чугун, так же, как и шлак, вначале считали отходом производства. В Англии этот металл даже называли «свинским железом». И только с течением времени люди поняли, что данный продукт, пока он находится в жидком виде, можно залить в формы для получения различных изделий, например, пушечных ядер. Именно благодаря этому открытию в 14-15 вв. в промышленности стали возводить доменные печи для производства чугуна. Высота таких сооружений достигала 3 и более метров. С их помощью выплавлялся литейный чугун для производства уже не только ядер, но и самих пушек.
Развитие доменного производства
Настоящий переворот в металлургическом деле произошел в 80-х годах 18 в. Именно тогда один из демидовских приказчиков решил, что для большей эффективности работы доменных печей воздух в них следует подавать не через одно, а через два сопла, которые должны быть расположены с обеих сторон горна. Постепенно число таких сопел росло. Это позволило сделать более равномерным процесс дутья, увеличить диаметр горна и повысить производительность печей.
Развитию доменного производства также содействовала замена древесного угля, ради которого вырубались леса, на кокс. В 1829 г. в Шотландии на заводе Клейд было впервые применено вдувание в домну горячего воздуха. Подобное нововведение значительно повысило производительность печи и снизило расход топлива. В наше время доменный процесс усовершенствовали, заменив часть кокса природным газом, имеющим еще более низкую стоимость.
Булат
Как называется кричное железо, обладающее уникальными свойствами, которые использовались при изготовлении оружия? Этот материал мы знаем как булат. Данный металл, так же, как и дамасская сталь, представляют собой сплав железа с углеродом. Однако, в отличие от других свои видов, это кричное железо, обладающее хорошими качествами. Оно упругое и твердое, а также способно в лезвии давать исключительную остроту.
Секрет производства булата пытались разгадать металлурги многих стран на протяжении не одного века. Предлагалось большое количество рецептов и способов, которые предусматривали добавление в железо слоновой кости, драгоценных камней, золота и серебра. Однако секрет булата был раскрыт лишь в первой половине 20 века замечательным русским металлургом П. П. Аносовым. Им было взято кричное железо, которое закладывалось в горн с древесным углем, где горел открытый огонь. Металл плавился, насыщаясь при этом углеродом. В это время он покрывался шлаком из кристаллического доломита, порой с добавкой чистейшей железной окалины. Под таким слоем металл весьма интенсивно освобождался от кремния, фосфора, серы и кислорода. Однако и это было еще не все. Полученная сталь должна была быть охлаждена как можно медленнее и спокойнее. Это позволяло образовываться в первую очередь крупным кристаллам, имеющим разветвленную структуру (дендритам). Шло такое охлаждение непосредственно в горне, который был заполнен раскаленным углем. На следующем этапе производилась искусная ковка, при которой не должна была разрушиться образовавшаяся структура.
Уникальные свойства булата впоследствии нашли объяснение в трудах другого русского металлурга Д. К. Чернова. Он разъяснил, что дендриты – это тугоплавкая, но относительно мягкая сталь. Пространство же между их «ветвями» в процессе застывания железа заполняется более насыщенным углеродом. То есть мягкую сталь окружает более твердая. Это и объясняет свойства булата, заключенные в его вязкости и одновременно высокой прочности. Такой стальной гибрид во время плавки сохраняет свою древовидную структуру, превращая ее лишь из прямолинейной в зигзагообразную. Особенность полученного рисунка в большой степени зависит от направления ударов, силы, а также мастерства кузнеца.
Дамасская сталь
В древности этот металл представлял собой тот же булат. Однако несколько позже дамасской сталью стали называть материал, полученный посредством кузнечной сварки из большого количества проволочек или полос. Данные элементы делали из стали. Причем для каждого из них было характерно различное содержание углерода.
Искусство изготовления такого металла своего наибольшего развития достигло в средние века. Например, в структуре широко известного японского клинка исследователи обнаружили порядка 4 млн стальных нитей микроскопической толщины. Такой состав делал процесс изготовления оружия весьма трудоемким.
Производство в современных условиях
Древние металлурги оставили образец своего мастерства не только в оружейных изделиях. Самым ярким примером чистого кричного железа является находящаяся около столицы Индии знаменитая колонна. Археологами был определен возраст этого памятника металлургического искусства. Оказалось, что колонну соорудили еще 1,5 тысячи лет назад. Но самое удивительное кроется в том, что на сегодняшний день на ее поверхности невозможно обнаружить даже небольших следов коррозии. Материал колонны был подвержен тщательному исследованию. Оказалось, что это чистое кричное железо, в котором находится всего лишь 0,28 % посторонних примесей. Подобное открытие привело в изумление даже современных металлургов.
С течением времени кричное железо постепенно потеряло свою популярность. Наибольшим спросом стал пользоваться металл, выплавленный в мартеновской или доменной печи. Однако при применении этих методов получается продукт недостаточной чистоты. Именно поэтому в последнее время получил свою вторую жизнь древнейший способ производства этого материала, который позволяет выпустить металл с высочайшими качественными характеристиками.
Как сегодня называется кричное железо? Оно знакомо нам как металл прямого восстановления. Разумеется, кричное железо сегодня получают не так, как в древности. Для его производства используются самые современные технологии. Они и позволяют выпустить металл, практически не имеющий посторонних примесей. В производстве применяют трубчатые печи вращающегося типа. Подобные конструктивные элементы задействуются для обжига различных сыпучих материалов с использованием высоких температур в химической, цементной и многих других отраслях промышленности.
Как сейчас называется кричное железо? Его считают чистым и применяют при получении метод, по своей сути мало чем отличающийся от того, который существовал в древние времена. Все так же металлурги используют железную руду, разогреваемую в процессе получения конечного продукта. Однако на сегодняшний день сырье изначально подвергают дополнительной обработке. Его обогащают, создавая своеобразный концентрат.
Современная промышленность применяет два способа. Оба они позволяют получить кричное железо из концентрата.
В основе первого из этих методов лежит доведение сырья до необходимой температуры с применением твердого топлива. Такой процесс весьма схож с тем, который проводили древние металлурги. Вместо твердого топлива может быть использован газ, представляющий собой сочетание водорода и угарного газа.
Что предшествует получению этого материала? Как называется кричное железо сегодня? После нагрева концентрата железной руды в печи остаются окатыши. Именно из них впоследствии и производят чистый металл.
Второй метод, используемый для восстановления железа, очень похож по своей технологии на первый. Отличие состоит лишь в том, что в качестве топлива для разогрева концентрата металлурги применяют чистый водород. При таком методе железо получается гораздо быстрее. Именно поэтому его отличает более высокое качество, ведь в процессе взаимодействия водорода с обогащенной рудой получается всего два вещества. Первое из них - это чистое железо, а второе - вода. Можно было бы предположить, что данный метод пользуется в современной металлургии большой популярностью. Однако на сегодняшний день его применяют нечасто, и, как правило, только для выпуска железного порошка. Это объясняется тем, что получить чистый водород довольно сложно как с точки зрения решения технических вопросов, так и из-за экономических трудностей. Непростой задачей является и хранение полученного топлива.
Сравнительно недавно учеными был разработан еще один, третий способ производства восстановленного железа. Он предполагает получение металла из концентрата руды, без прохождения стадии ее превращения в окатыши. Исследования показали, что при таком способе чистое железо можно произвести намного быстрее. Однако в промышленности данный метод пока не внедрен, так как требует значительных технологических изменений и смены оснащения предприятий металлургии.
Как называется кричное железо сегодня? Этот материал знаком нам как металл прямого восстановления, порой его называют еще и губчатым. Это экономически выгодный, высококачественный, экологически чистый материал, не имеющий примесей фосфора и серы. Благодаря своим характеристикам кричное железо используется в машиностроительных отраслях (авиа-, судо- и приборостроении).
Фехраль
Как видим, на сегодняшний день при использовании самых современных технологий применяют такой материал, как кричное железо. Фехраль также является востребованным сплавом. В его составе, помимо железа, находятся такие компоненты, как хром и алюминий. Присутствует в его структуре и никель, но не более чем 0,6%.
Фехраль обладает хорошим электрическим сопротивлением, высокой твердостью, замечательно работает с высокоглиноземистой керамикой, не имеет склонности к язвенной коррозии и жаростоек в атмосфере, в которой находится сера и ее соединения, водород и углерод. А вот присутствие в сплаве железа делает его достаточно хрупким, затрудняя обработку материала при изготовлении различных изделий.
Фехраль находит свое применение при изготовлении нагревательных элементов для лабораторных и промышленных печей, максимальная рабочая температура которых составляет 1400 градусов. Порой детали из данного сплава используются и для другого назначения. Их ставят в бытовые нагревательные приборы, а также в электрические аппараты теплового действия. Широкое применение фехраль получил при производстве электронных сигарет. Также сплав железа, алюминия и хрома востребован в сфере изготовления резистивных элементов. Это могут быть, например, пуско-тормозные резисторы электровозов.
Из фехраля выпускают проволоку, а также нить и ленту. Порой из него получают круги и прутки. Всю эту продукцию используют при производстве различных форм нагревателей для электрических печей.
Читайте также: