Когда начали плавить металл

Обновлено: 22.01.2025

Исторически развитие металлургии тесно связано с механическим прогрессом в целом. История массового производства стали начинается в 19 в. Именно во второй половине 19 в. были созданы процессы и агрегаты для производства стали, лежащие в основе сталеплавильного производства и по сей день.

В течение тысячелетий («железный век» с 2000 г. до нашей эры) железо получали в сыродутных горнах (кричное железо). С течением времени их размеры постоянно увеличивались. В 18 в. уже были сооружения объёмом 3,4-4,5 м 3 (1,8 - 2,1 т). Это открыло возможность получения непосредственно чугуна. Наметился постепенный переход к шахтным печам, производящим чугун из руды с использованием древесного угля (доменные печи). Увеличение объёмов производства привело к уничтожению лесов в промышленно развитых районах к началу 18 в.

В 1709 г. Абрахам Дерби предложил и реализовал получение чугуна в шахтной печи с использованием каменноугольного кокса. Для производства стали по - прежнему использовали древесный уголь.

В 1784 г. Генри Корт изобрёл процесс «пудлингования», который позволял использовать каменный уголь для производства стали. В пудлинговой печи топливо и чугун не контактировали, что исключало загрязнение металла серой.

Пудлинговые печи давали до 2-х т пудлингового железа или стали за плавку.

Затем из него производили «сварочную сталь».

В первой половине 18 в. Бенджамин Хансмен предложил переплавлять пудлинговое железо в тигле для усреднения химсостава. В результате получалась литая сталь (тигельный процесс).

Однако, подлинно массовое производство стали началось во второй половине 19 века после изобретения Генри Бессемером в 1855 г. способа выплавки стали в конвертере путём продувки чугуна воздухом. (Следует отметить, что первые опыты по продувке чугуна воздухом были проведены в 1847 г. американским инженером В.Келли).

Большая заслуга в реализации идеи Бессемера принадлежит шведскому инженеру Г.Ф.Черенсену, который купил патент у Бессемера и доработал конструкцию конвертера, подобрал состав чугуна и в 1858г. получил хорошую сталь.

В 1864г. Вильгельм Сименс и Пьер Мартен, на одном из заводов на юге Франции впервые выплавили сталь на подине пламенной отражательной печи, в которой использовался предложенный братьями Сименсами принцип регенеративного подогрева воздуха теплом обходящих газов – т.н. мартеновская печь. Она позволяла не только получать сталь из жидкого чугуна, но и переплавлять стальной лом. В России первая мартеновская печь была построена в 1869 – 1870 г.г. на Сормовском завод.

Следующим крупным шагом в развитии сталеплавильного производства было осуществление в 1877 –1878 г.г. Сиднеем Томасом переплава чугуна в конвертере с основной футеровкой (дополнительно обожженный). Это позволило переплавлять чугуны с достаточно высоким содержанием фосфора, т.к. можно было применять основные шлаки.

В первоначальном виде ни конвертерный, ни мартеновский процессы, будучи кислыми, не позволяли удалять фосфор и серу из металла.

Использование основной футеровки расширило возможности сталеплавильного производства и привело к резкому возрастанию объёмов производства стали. Наличие лома в виде отходов прокатного производства, металлообрабатывающей промышленности, амортизационного железнодорожного лома (накопление которого уже началось в конвертерах во второй половине XIX в.), а также невозможность переплавлять существенные количества лома в конвертерах, способствовало интенсивному развитию мартеновского способа производства стали.

Тем не менее, в первые два десятилетия мартеновский скрап-процесс не занимал ведущего места, т.к. не хватало лома. В это время на русских заводах содержание чушкового чугуна в завалке достигало 75-100%. В 80-х годах дефицит лома и отсутствие во многих странах руд, пригодных для выплавки томасовских и бессемеровских чугунов, стимулировали освоение мартеновского процесса на жидком чугуне (скрап-рудный процесс).

Таким образом, в XIX веке и начале XX в. основное количество стали еще изготовляли в конвертерах. Мартеновский процесс развивался параллельно, поглощая запасы лома. В 1908г. впервые объем мирового производства мартеновской стали превысил количество металла, выплавляемого в конвертерах. В 1935 - 1955гг. доля томасовской стали не превышала 15-20%. И только через 63 года, в 1971г. бурно развивающийся кислородно-конвертерный процесс обогнал по количеству выплавляемой стали мартеновский процесс.

Параллельно с развитием упомянутых ранее сталеплавильных процессов постепенно увеличивалась и доля производства стали в дуговых печах, потребляющих лом. Однако этот процесс, специализируясь на изготовлении легированного металла, долгое время не мог конкурировать с мартеновским в области массового производства металла широкого потребления.

Развитие электрометаллургии, особенно на начальном этапе, было тесно связано с развитием энергетики и успехами науки, в первую очередь:

В 1753 г. академик Петербургской академии наук Георг Вильгельм Рихман доложил о возможности применения электрических разрядов для плавления металлов;
В 1782 г. немецкий физик Герг Кристоф Лихтенберг сообщил о том, что с помощью искрового разряда ему удалось расплавить и соединить тонкие стальные пластинки и проволочки;
Алессандро Вольта в конце 1799 г. создал первый источник электрического тока – гальваническую батарею (Первый вольтов столб состоял из 20 пар медных и цинковых кружочков, разделенных суконными кружочками, смоченными соленой водой);
В 1801 г. Л. Тенар установил, что платиновая проволока нагревается электрическим током;
В 1802 г. Василий Владимирович Петров открыл электрическую дугу на 8 лет раньше англичанина Гэмфри Дэви, впервые показал возможность использования электроэнергии для проведения технологических процессов. Осуществил с помощью электрической дуги нагрев и плавление различных металлов, восстановление металлов из оксидов;
В 1812 г. Г. Дэви разработал первые лабораторные электропечи сопротивления с прямым и косвенным нагревом, использовав их для исследования свойств щелочноземельных и благородных металлов;
В 1826 г. Георг Симон Ом открыл основной закон электрической цепи, связывающий между собой силу тока, напряжение и сопротивление;
Эмилий Христианович Ленц и Джеймс Прескотт Джоуль в 1841-1842 г.г. независимо друг от друга теоретически обосновали и сформулировали закон теплового действия электрического тока;
Майкл Фарадей в 1831г. открыл явление электромагнитной индукции;
Джеймс Клерк Максвелл в 1860 - 1865 годах опубликовал работы по теории электромагнитного поля;
В 1884 г. Оливером Хевисайдом созданы теоретические основы индукционного нагрева металлов, которые были дополнены Томсоном в 1891 г. и Ивингом в 1892 г.;
Инженер В.П. Ижевский в 1901г. создал «русскую печь» для плавки металлов;
Владимир Федорович Миткевич 1904-1905гг. разработал теорию электрической дуги;
Александр Николаевич Лодыгин в 1908г. опубликовал итоги работ по теории индукционных печей.

В 1839 г. Р. Хар (Великобритания) изготовил электропечь, накрытую колоколом, в которой создавал вакуум. Здесь он впервые осуществил разделение металлов, испаряя их энергией от гальванической батареи.

Впервые получить слиток из металла, расплавленным электричеством, удалось Д. Напьеру в 1884 г. Сделал он это в тигле с металлическим водоохлаждаемым днищем, подключенным к отрицательному полюсу батареи, положительный полюс которой был соединен с металлическим диском, находящимся на поверхности расплавленного металла.

Исследование технологических свойств дуги в 1849 г. начал Депре (Франция), расплавляя в графитовом тигле различные металлы.

В 1862 г. Бертело исследовал дугу, горящую между двумя угольными электродами в закрытом сосуде. В этом же году Депре разработал и конструкцию лабораторной печи сопротивления в виде небольшой трубки из кристаллического угля, закрывающейся с концов угольными пробками. К последним подводилось напряжение от батареи. В такой печи была достигнута настолько высокая температура, что испарялись огнеупорные оксиды.

Патент на первую электрическую печь с дугой косвенного действия в 1853 г. получил Пишон (Франция).

Однако эта печь и десяток других не находили практического применения до тех пор, пока не появились сильноточные генераторы.

В 1867г. Вильгельм Сименс на заседании Берлинской академии наук сделал доклад об открытии динамо - электрического принципа. Этот эффект открыл возможность широкого использования электричества в промышленных целях.

В 1879 г. В.Сименс разработал проекты двух дуговых печей.

В одной из них металл плавился «угольной дугой»прямого действия в графитовом тигле, в дно которого был вставлен медный электрод с водяным охлаждением, подключенный под положительный потенциал. Во второй печи металл плавился дугой косвенного действия, горящей между горизонтально расположенными электродами. Однако, тигли печей В.Сименса были небольшой емкости, и сталь, выплавленная в его печах, была сильно науглерожена. Поэтому, электропечи Сименса не нашли промышленного производства.

Электропечь американских изобретателей братьев Коулесс для получения алюминия была первой в истории техники, которая нашла широкое производственное производственное применение. В пространстве печи устанавливались по два электрододержателя с угольными электродами, подключенными к полюсам динамомашины. В печь загружали послойно древесный уголь, глинозем, измельченную медь.

Такие печи с небольшими усовершенствованиями работали с 1884 г. восемь лет до тех пор, пока не был внедрен электролизный метод получения алюминия. В его создании приняли участие В.А. Тюрин (1883 г., Россия), Ч.М. Холл (1886 г., США), австрийский химик, работавший в России, К.И. Байер (1893г.), А.Л.Т. Эру (1886 г., Франция) предложил печь с двумя электродами.

В 1883 году Ч. Брадлей изобрел процесс электроплавки в гарнисаже. Его печь для плавления руд электрическим током не требовала внешнего подвода тепла. Плавильное пространство печи ограничивалось самой шихтой. Руда на угольной подушке подключалась под положительный потенциал и в зоне вокруг электрода плавилась. Нерасплавленная руда и и остывший затвердевший сплав – гарнисаж – служили в качестве футеровки печи.

В 1888г горный инженер Н.Г. Славянов, работавший на Пермских пушечных заводах, изобрел способ электрической сварки металлов. Он же предложил применять флюсы для защиты зоны плавления сварочного электрода, что значительно улучшило качество сварочного шва. В 1895 г. Славянов предложил обогрев прибыльной части стального слитка электрической дугой, что привело к снижению потерь головной обрези с 30% до 3-4%.

В 90-е годы ХIX века проекты электропечей постоянно совершенствовались. Французский химик А. Муассан, как и ряд его предшественников предложил дуговую электропечь с косвенным нагревом, но применил управлять дугой с помощью магнита, расположенного вне печи. Это позволило Муассану получить высокую концентрацию энергии. Им были восстановлены в предложенной печи из оксидов хром, вольфрам, ванадий, титан, молибден, уран – металлы, которые до него считались невосстановимыми. Он также доказал, что в дуге любые металлы не только плавятся, но и испаряются. В 1898 г. в Италии Э. Стассано разработал и построил электропечь, в горне которой размещалось два угольных электрода.

Изобретатель получил железо непосредственно из руды, минуя стадию получения чугуна. Однако, для этого требовалась очень чистая руда и точное соблюдение режимов. Со временем печи Стассано вскоре были переоборудованы для выплавки стали из скрапа; эта были первые промышленные дуговые печи косвенного действия.

Эти печи оказались удобными для плавления цветных металлов. В 1918 г. в США появилась качающаяся однофазная печь фирмы «Детройт» для переплава меди и ее сплавов. Конструкция этой печи (цилиндрическая ванна качалась вокруг горизонтальной оси в процессе плавки; питание осуществлялось однофазным током с помощью двух горизонтально установленных по ее оси электродов) оказалась настолько удачной, что сохранилась почти без изменения до наших дней. Многочисленные попытки ее изменить оказались неудачными и не привились.

Прототипом современных электросталеплавильных печей явилась изобретенная в 1899г. французским инженером П.Л.Т. Эру печь с двумя вертикальными электродами, подведенными к металлической ванне. Их конструкция была проста: в прямоугольную вытянутую ванну сверху через отверстие в съемном своде входили два электрода, закрепленные в электрододержателях, перемещающихся вверх и вниз вдоль вертикальных стоек, чем осуществлялось регулирование тока дуги. Печь загружали через торцевые дверки, металл сливали при ее наклоне через летку. Ток между электродами, при этом, замыкался через ванну, а дуги горели между электродами и металлом (или шлаком).

Печи были маломощными и питались постоянным током 2-3 кА с U=45 B (позже переменным током с U = 80-100В) и работали на предварительно отделившего металл от атмосферы печи и позволившего в последствии выплавлять металл с определенным химическим составом. В 1900г. была получена первая продукция по этому способу на его заводе в Савойе. Основными недостатками этих печей были невысокое рабочее напряжение и, следовательно, малая удельная мощность; это приводило к удлинению периода расплавления металла.

Новый процесс не привлек широкого внимания по двум причинам:

существовавшие способы – мартеновский, томасовский и тигельный позволяли получать сталь, отвечающую требованиям того времени;
низкой эффективности дуговых печей.

Конструкторская мысль пошла по неправильному пути. Исходя из идеи, что эффективность работы печи можно заметно повысить, если организовать в ее ванне усиленную конвекцию путем, подогрева металла не только сверху, но и снизу, конструкторы сосредоточили усилия на создании такого подогрева пропусканием рабочего тока через всю толщину металла и подину. В 1900—1915 гг. появился ряд конструкций дуговых печей прямого действия с подовыми электродами.

Однако оказалось, что так как сопротивление металла в дуговой печи ничтожно мало, почти вся энергия в печах с подовыми электродами, как и в обычных печах, выделялась в дугах у поверхности металла, и желаемый эффект конвекции не достигался.

Тем не менее электропечи нашли свое применение при производстве высококачественных сталей (например для автомобильной промышленности ), которые получали до этого в тиглях.

Изобретение в 1891г. М.О. Доливо-Добровольским трехфазного электрического тока сделало возможным строительство трехфазных электрических печей. Кроме того, на основе работ Андреэ и Рикке, разработавших круговые диаграммы дуговых печей и построивших их электрические характеристики, было предложено изменить электрический режим дуговой сталеплавильной печи – вместо работы на низком питающем напряжении (около 90—130 В), рабочее напряжение печных трансформаторов повысили до 180— 230 В, что позволило при тех же размерах печи и токоведущих частей резко увеличить ее мощность, а следовательно, и удельную объемную мощность. Это привело к значительному сокращению времени расплавления металла, снижению доли тепловых потерь и повышению к. п. д. В результате все описанные, чрезмерно усложненные конструкции, обеспечивающие подогрев металла снизу, оказались ненужными, и печи Эру за несколько лет вытеснили из черной металлургии и печи с подовыми электродами, и печи косвенного действия.

Первая трехфазная печь емкостью 3т. была построена в Макеевке в 1910 г.

Примерно в это же время на заводе А. Тиссена были установлены две шеститонные печи. В 1912 г. там же построили печь ёмкостью 25 т. Уже в 1912 – 1915 г. г. в Германии и США производство электростали превысило производство стали в тигельных печах.

Большое значение для развития дуговых сталеплавильных печей имело появление в 1910—1911 гг. свинчиваемых непрерывных угольных, а затем и графитированных электродов.

Одновременно с дуговыми сталеплавильными печами развивались и дуговые рудовосстановительные печи. Основные достижения на пути совершенствования рудовосстановительных печей:

применение трехфазного тока;
разработка бифилярных токоподводов
разработка самоспекающихся набивных электродов (Зоденберг 1921г.)

В начале века Россия значительно отставала от европейских стран и Америки по развитию электрометаллургии. До 1917 г. было всего 12 электрических печей общей ёмкостью 26 т. и в 1913 г. было выплавлено лишь 3,5 тыс.т. электростали (общее производство 4,2 млн. тонн) В годы первых пятилеток и предвоенные годы в СССР были построены крупные предприятия по производству электростали и ферросплавные заводы на базе отечественного оборудования: крупные электросталеплавильные цехи на заводах «Электросталь» г. Электросталь Московской обл., «Днепроспецсталь» г. Запорожье, Запорожский металлургический завод; в 30 – 40 годы пущены в эксплуатацию ферросплавные заводы: Челябинский электрометаллургический комбинат, Актюбинский, Ключевский, Кузнецкий заводы.

Таким образом в начале ХХ века были разработаны и широко использовались три основных способа производства стали Преимущественное развитие получил мартеновский процесс. Широкое распространение электросталеплавильного производства тормозилось недостатком и дороговизной электроэнергии, оно применялось в основном для производства специальных сталей, в первую очередь инструментальных и для производства ферросплавов. Томасовская сталь из-за повышенного содержания азота по качеству все меньше удовлетворяла требованиям промышленного производства и ее производство уменьшалось.

И только в 50 – х годах ХХ века использование кислородного дутья совершило буквально переворот в сталеплавильном производстве и способствовало бурному развитию кислородно-конвертерного процесса. Всего за одно десятилетие он стал основным видом производства стали в мире.

Первые промышленные цехи с 30 тонными конвертерами, работающими с применением чистого кислорода в дутье (LD – процесс), были введены в эксплуатацию в Австрии в 1952 –1953 г.г. на заводах в г. Линц и Донавиль.

Несомненным преимуществом кислородно-конвертерного производства стали в сравнении с мартеновским являются:

меньшие эксплуатационные и капитальные затраты;
более высокая производительность;
меньшие затраты ручного труда;
меньшее загрязнение окружающей среды;
возможность автоматизации процесса.

Однако постепенное исчезновение мартеновского производства на фоне малого удельного расхода лома в конвертерном переделе, создало объективные предпосылки для параллельного развития высокопроизводительных способов производства стали в дуговых сталеплавильных печах, позволяющих перерабатывать значительное количество лома. Кроме того, удешевление электроэнергии обеспечило экономическую эффективность производства в дуговых сталеплавильных печах сталей массового сортамента. С 1960 г. по 1984 г. доля электростали в общем производстве стали в мире увеличилась с 10% до 23%, а в отдельных странах (США, Канада, Италия и пр.) превысила 30% и даже 50%.

Европейская металлургия от костра до мартена

На протяжении всей истории человечества образ хозяйствования нашей цивилизации определяли металлы. Вообще говоря, все первые металлы, открытые человечеством, стоят правее водорода в электрохимическом ряду напряжений металлов. Это так просто потому, что все остальные по закону неумолимой термодинамики будут окислены во влажных и окислительных условиях атмосферы и литосферы. Точнее говоря, те, что правее водорода, тоже будут окислены – но сильно позже. А пока что встречайте: медь, серебро, золото, сурьма!

Справа все интересующие нас металлы, а заодно ртуть и платина. Не влезли палладий и висмут, но они встречаются реже метеоритов

Все эти элементы при определенной доле удачи могут быть встречены в самородном виде – неслыханное счастье для тех, кому до того предстояло пользоваться каменными орудиями труда. Металлу можно придавать почти любую форму, он не раскалывается, а деформируется при ударах, а еще его можно затачивать и делать качественно лучшие орудия труда. Золото, серебро и медь уже к позднему неолиту вовсю использовались для изготовления украшений, а в 6 тысячелетию человечество открыло для себя медные инструменты. Однако самым лучшим доступным металлом было, конечно, железо. Для того, чтобы найти его в чистом виде, нужно поистине дьявольское везение – оно встречается только в упавших метеоритах и является настоящей царской прерогативой (так, кинжал из гробницы Тутанхамона сделан именно из такого железа).

Новую веху в истории обработки металлов ознаменовала восстановительная металлургия. Люди открыли, что, если спекать некоторые минералы с углем, в камешках получившегося шлака заблестят кусочки меди. Это позволило человечеству перейти на небывало высокий по сравнению с неолитом уровень технологий. Новые медные инструменты и так были на порядок лучше каменных, но теперь они стали по-настоящему доступны. Вскоре появились первые печи для плавки меди, которые, например, можно найти в древних городах Анатолии. Так, первое найденное литое изделие датируется 5000 г. до н. э.

диаграмма Эллингема

Теперь сделаем небольшое отступление обратно к современности и обратим свои взоры на диаграмму Эллингема. Эта диаграмма показывает нам, насколько при разных температурах стабильны различные оксиды. Также она позволяет легко определить, восстановит ли углерод или угарный газ нужный оксид до металла при данной температуре – для этого всего лишь нужно посмотреть, в какой точке линия С и СО становится ниже линии соответствующего металла. Из нее можно понять, например, что даже при небольшом нагревании и углеродом, и угарным газом медь восстановится со свистом, а вот чтобы восстановить железо, придется хорошенько постараться (но все же меньше, чем для многих других металлов).

Проблема состоит не только в этом. Мало просто восстановить металл, необходимо его еще и расплавить, иначе вместо слитка, которому можно придать любую форму, получится просто серый (в случае железа) или красный (в случае меди) порошок. Поэтому для эффективного изготовления железных изделий нужна такая печь, которая сможет расплавить железо. Однако построить ее не так-то просто, первые железоделательные печи появились на территории той же Анатолии у хеттов примерно к 1200 г. до н. э. До этого человечество обходилось медью или бронзой – сплавом меди с мышьяком или оловом (бронза была попрочнее меди, дольше изнашивалась и плавилась при меньшей температуре).

Сыродутная печь

Такие требования сформировали облик европейской железной металлургии на многие века. Схема печи оставалась общей: высокая глиняная/земляная труба, в которой вперемежку уложены слои железной руды (как правило, болотной бурой слизи или каменной руды) и древесный уголь. Все это мероприятие было крайне малопрофитным в смысле целевого продукта, в железо превращалось около 30% руды в лучшем случае. Несмотря на это, железные орудия были на порядок выгоднее орудия из любого другого металла, доступного европейцам, из-за не в пример большего качества.

Описанный выше способ выплавки железа назывался сыродутным. Получившийся кусок железа содержал крайне большое количество шлаков, поэтому его проковывали большое количество раз. При этом получившееся железо обладало существенным недостатком. При получении оно было крайне твердым и незатачиваемым (так как содержало большое количество углерода), а при дальнейшем выгорании – очень мягким. Поэтому единственным способом получить нормальное, функциональное изделие было сваривание нескольких пакетов железа методом проковки сложенных слоев железа, просыпанных между собой бурой. Усовершенствовав технологи многократной проковки заготовки до предела и чередуя мягкие и твердые слои железа, человечество научилось изготавливать булатную сталь – один из лучших видов металлургической продукции своего времени.

Одним из основных шлаков в металлургическом производстве Средневековья был чугун. Он выплавлялся из руды раньше всех, потому что в нем больше углерода, а, чем больше в каком-либо твердом веществе примеси, тем ниже его температура плавления. Также чугун крайне хрупок и тяжел, что затрудняло его применение в металлургии. Довольно большая часть железа всегда уходила в шлаки в виде чугуна, откуда его было уже не выдернуть. В больших по размеру печах (штукофенах и блауофенах) с четырех-пятиметровыми «резервуарами» для руды и угля в чугун и шлак уходило просто огромное количество железа. Обычно из чугуна потом изготавливали низкотехнологические изделия типа кувалд, ядер и прочего. Забавный факт – и по сей день шлаки металлургического производства используются в дорожном строительстве как материал для брусчатки.

Схема современной доменной печи

Следующей вехой развития железного производства стали доменные печи. Человечество догадалось, что, если печь сделать достаточно большой, можно будет подбрасывать в нее уголь и руду прямо в процессе плавки, а железо, сталь, чугун и шлаки сливать из нее через отдельные летки. Этот процесс в 15-16 вв. стал очередным технологическим бумом для Европы – несмотря на то, что доменную печь нельзя было останавливать, а угля и руды она жрала абсолютно непомерное количество, она позволила европейцам превзойти весь мир по выплавке металла на душу населения, а, следовательно, по артиллерийской мощи.

С учетом роста населения и постоянно растущего спроса на железо его производство на душу населения в 11-13 вв. достигало порядка килограмма на человека в год. Для сравнения – современный небольшой ножик весит порядка 200 граммов, лезвие небольшого топора – около 700 граммов, а ведь еще нужно на чем-то готовить, чем-то строить, опять же всяческие метизы типа гвоздей, скоб, крюков и прочего. В итоге мы понимаем, что уровень сыродутной металлургии даже с учетом перекрытия некоторых потребностей другими металлами давал ужасающе мало.

Ситуация менялась, как ни парадоксально, с увеличением количества металлических изделий – можно было срубать больше деревьев, прокапывать более глубокие шахты, возводить более сложные конструкции. Производство росло в геометрической прогрессии – размер печей для выплавки железа все увеличивался, увеличивался от простой сыродутной печи к штукофену и блауофену и наконец-то вырос до настоящей домны с непрерывным циклом выплавки. И тут понеслась – положительная обратная связь сделала свое дело.

Всеевропейское внедрение в 15-16 веках доменной печи сразу, буквально за несколько десятилетий, увеличило количество производимого на душу населения железа втрое, а то и вчетверо. Нашей цивилизации впервые стали по-настоящему доступны каменные железные руды. Забегая вперед, скажу, что в Швеции, стране, которая на тот момент поставляла больше половины всего европейского железа, к 18 веку производство достигло невероятных 20 кг железа на человека. Впрочем, до обогащения и прочих технологических процессов мы пока еще не дошли – пока что это просто загрузка печи камнями руды, углем и флюсом – специальным веществом, чтобы снизить количество примесей в плаве и уменьшить температуру плавления.

Проблемой доменного производства была необходимость в огромном количестве качественного древесного угля – каменный уголь содержал много вредных для железа примесей, поэтому деревья приходилось вырубать в огромных масштабах. Об экологии тогда никто не заботился, но бескрайние леса были, очевидно, не во всех странах. Также откровенным минусом все еще был уход огромного количества железа в чугун, хрупкий и потому не годный для создания инструментов и метизов. Единственной масштабной отраслью применения чугуна было артиллерийское дело – на отливку пушек и ядер шли многие тонны чугуна. И вот тут человечество сделало пока чисто эмпирическое, но очень важное открытие – из чугуна при высокой температуре может выгорать углерод. Естественно, ни о каком углероде речь тогда не шла, но этот факт позволил железоделательному производству перейти еще на один технологический уровень выше.

Все помнят, как в морозилке замерзает соленая вода? Образуется большая ледышка, самого рассола становится меньше, концентрация соли в нем растет. Похожий процесс происходит и при плавлении чугуна на воздухе. Углерод из него частично выгорает, частично переходит в жидкую фазу, а на дне печи начинают образовываться кристаллы железа. Это явление заметил английский металлург Генри Корт, и вскоре практика пудлингования – перемешивания расплава чугуна вошла в Британии в крайне широкое распространение.

Печь для пудлингования. 1) Под 2) Труба с клапаном для регулирования силы тяги 3) Порог, отделяющий металл в рабочем объёме от топлива 4) Колосниковая решётка, на которой находится горящее топливо (уголь) 5) Боковое окно для пудлинговщика 6) Окно для заброса топлива

Как происходило пудлингование? Сначала в печи, обложенной огнеупорной футеровкой (отделка печи, позволяющая оградить тело печи от разрушительного влияния расплавов) без доступа открытого пламени расплавлялся чугун. По прошествии некоторого времени рабочие засовывали в расплав огромные железные штанги (около 40 килограммов весом) и начинали интенсивно перемешивать его. Вскоре на штангах выкристаллизовывалось чистое железо, температура плавления которого намного выше, чем у чугуна. Далее получившуюся крицу вынимали из расплава, проковывали и разделяли на слитки.

Естественно, процесс этот был далеко не из самых легких, однако он позволил высвободить для промышленности огромное количество чистого железа и разом решить проблему переизбытка чугуна. Процесс пудлингования доминировал в металлургии на протяжении практически ста лет, после чего был вытеснен сразу тремя способами – бессемеровским (открытым Генри Бессемером в 1856 году), томасовским (открытым в 1878 году Сидни Гилкристом Томасом) и мартеновским.

Принцип работы любого конвертера

Бессемеровский и томасовский процессы довольно схожи. В качестве основного реактора используется веретенообразная печь с огнеупорной футеровкой (в случае бессемеровского процесса – кислой, содержащей SiO2, в случае томасовского – основной, содержащей доломит CaCO3xMgCO3). В процессе плавки печь нагревается, опять же, без доступа открытого пламени, после чего продувается сжатым воздухом через сопла, расположенные в дне печи. Расплав поддерживается в горячем состоянии из-за процесса окисления примесей руды, проходящего с выделением температуры. Далее полученное железо подвергается дополнительному науглероживанию с образованием стали. Основное отличие двух способов состоит в химическом составе плава.

В томасовском процессе могут быть использованы загрязненные серой и фосфором руды – продукты окисления фосфора и серы связываются материалом футеровки, давая окисляющий железо углекислый газ. У этого способа есть недостаток – фосфор и сера удаляются из плава не в полном объеме, поэтому железо получается более ломким. В бессемеровском же процесса футеровка печи не позволяет использовать основные флюсы, что делает его более требовательным к качеству руды. Однако этот способ дает более качественное железо, что и определило его производственное преимущество в долгосрочной перспективе.

Настало время сказать несколько слов и про мартеновский процесс. Он был открыт в 1864 году французским инженером Пьером Мартеном. Основное его отличие от бессемеровского и томасовского способов состоит в том, что газообразное топливо (обычно природный газ или коксовый газ) подаются прямо в зону плавки, где расплавляют чугун и одновременно окисляют его. Мартеновский процесс получил особенно широкое распространение в качестве способа передельной металлургии, которая использует для выплавки новой стали железный лом.

Сейчас практически все процессы старины глубокой (кроме доменной выплавки, конечно) уже ушли в прошлое. Их заместили новые гиганты – конвертерно-кислородный (переиначенный бессемеровский) и электродуговой способы выплавки стали. Однако история их, как мне кажется, довольно увлекательна, чтобы помнить ее и интересоваться ей.

Божественно прекрасный томасовский конвертер

Автор: Павел Ильчук

VPS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Металлургия древности. Ювелирное искусство — основа металлургии

Какие изделия из металла производились в первую очередь? При изготовлении каких предметов шлифовали свое искусство и развивали профессиональные навыки древние мастера? Оказывается, в течение нескольких тысячелетий главной движущей силой развития металлургии являлось ювелирное дело.

На первый взгляд, между грандиозными стальными конструкциями небоскребов и миниатюрными аксессуарами из коррозионностойкой стали мало общего. Трудно представить, что может почерпнуть технология конструкционных сталей в ювелирном деле, и, тем не менее, передовым краем инновационных технологий, как правило, оказывается «индустрия» малых форм. Если же рассматривать историю металлургии, то легко убедиться в неукоснительном выполнении правила, согласно которому передовые технологии сначала внедряются в ювелирном деле, потом совершенствуются в военной сфере, затем осваивают предметы быта и орудия труда и лишь в последнюю очередь применяются в строительстве.

Самый технологичный металл

Первыми металлическими изделиями были украшения, а самым «технологичным» металлом для их изготовления – золото. Оно стало первым металлом, который научились обрабатывать холодной ковкой, паять и полировать, из которого стали получать проволоку и отливать изделия.

Золото впервые подвергли рафинированию, к нему впервые были применены технологии гидрометаллургии и металлотермической обработки.

В древнеегипетских и шумерских текстах часто находят упоминания о разновидностях употреблявшегося в древности золота. Усматривалось различие в его происхождении: «речное», «горное», «скалистое», «золото в камне», а также по цвету. Цвет нерафинированного золота зависит от его природных примесей – меди, серебра, мышьяка, олова, железа и пр. Древние металлурги принимали все эти сплавы золота за разновидности самого металла. Археологами найдены древние золотые изделия, охватывающие большую гамму цветов: от тускло-желтого и серого до разных оттенков красного цвета. Золото различных желтых оттенков по своему составу приближается к чистому золоту, оно содержит лишь небольшие примеси серебра или меди. В сером золоте высока доля серебра, которое на поверхности изделия со временем превращается в хлорид, разлагающийся на свету с выделением микрокристаллов серебра, которые придают поверхности сероватую окраску. Розовые и пурпурные оттенки золота обусловлены присутствием в нем примесей меди. Золото красно-коричневых цветов содержит в значительных количествах и медь, и железо.

Технология очистки золота от примесей была изобретена шумерами в начале 3-го тысячелетия до н. э. Ее описание содержится в рукописях библиотеки ассирийского царя Ашшурбанипала. Согласно этой технологии золото плавили вместе со свинцом, оловом, солью и ячменными отрубями в специальных горшках из глины, смешанной с костной золой. Образующийся шлак впитывался пористыми стенками горшка, а на его дне оставался очищенный сплав золота с серебром. Таким образом, из золота удалялись все примеси, кроме серебра. В одной из рукописей библиотеки Ашшурбанипала содержится гимн богу огня Гибилю:

«О, Гибиль, ты расплавляешь медь и свинец, ты очищаешь золото и серебро…».

Отдельные этапы работы золотых дел мастеров изображены в стенных росписях некоторых египетских гробниц эпохи фараонов IV–VI династий. Известность получило изображение процесса изготовления золотой отливки, найденное в гробнице фараона Мереруба, на котором можно видеть чиновника, отвешивающего необходимую порцию золота, и писца, записывающего его количество. Далее следует изображение шести человек, раздувающих горн специальными дутьевыми трубками. Затем видим мастера, разливающего расплавленный металл из тигля в форму, стоящую на земле, и его помощника, задерживающего шлак. На завершающей стадии два кузнеца отбивают слиток камнями, придавая ему товарный вид.

Процесс изготовления золотой отливки в Древнем Египте (2315–2190 гг. до н. э.)

Уже в 3-м тысячелетии до н. э. жильное золото добывалось на территории Европы, Азии и Северной Африки практически из всех известных его месторождений. Значительные запасы находились на Балканском полуострове и островах Эгейского моря. О месторождениях золота во Фракии в античных источниках имеется множество свидетельств, подтверждающих их особое значение. Существует версия о том, что добыча золота на горе Пангее была начата финикийцами, и с этим связано легендарное богатство их царя Кадма. Самым знаменитым из фракийских рудников был Скаптегила (Скаптесула), он продолжал разрабатываться в эпоху Римской империи и неоднократно упоминался в произведениях римского поэта Лукреция. Помимо Балкан крупные месторождения золота в Европе находились на территории современных Испании, Франции, Венгрии, Румынии и Австрии; их разработка была начата древними иберами, кельтами, франками и даками. Главной золотоносной провинцией древней Европы была Иберия, которая впоследствии стала называться финикийским словом «Испания». Именно в Иберии, на северо-западе Пиренейского полуострова, римляне создали самое грандиозное горнодобывающее предприятие эпохи Древнего мира – знаменитые арругии (техногенные золотые россыпи). Золото в этом районе находилось не в отдельных кварцевых жилах, а в толще песчаников и сланцев. Огромные по площади и по мощности рудные участки, гористый рельеф, рыхлость пород – все это подсказало изобретение нового способа золотодобычи. Сначала обрушивали всю рудовмещающую породу. Для этого в ней делали параллельные штольни длиной до 450 м с постепенно вынимаемыми перемычками и подпорками. В результате происходило обрушение и раздробление породы. Затем эта горная масса размывалась водами из водохранилищ, специально устраиваемых на уровне 50–100 м выше горных разработок. Из созданных таким образом россыпей извлекалось золото. По такой технологии и добывалась большая его часть для Римской империи.

Применение ртути для рециклинга золотой проволоки

На новую ступень добыча и металлургия золота поднялись после того, как в горно-металлургических технологиях стала широко применяться ртуть. Метод извлечения золота из руды с помощью ртути, изобретенный на Ближнем Востоке, и стал основным в Риме в начале новой эры. Согласно описанию Плиния Старшего (I в. до н. э.) руду, содержащую золото, дробили и смешивали с ртутью, затем пустую породу отделяли от ртути фильтрацией через кожаный (замшевый) фильтр, а золото получали из амальгамы путем выпаривания ртути. Технология огневого золочения металлических изделий также получила распространение во времена Римской империи. В результате римляне сумели поднять организацию, технику и технологию разработки золотоносных районов на качественно новый уровень, что позволило достичь максимально возможных для того времени масштабов золотодобычи.

Свинцовое серебро

Благородный металл № 2 – серебро – встречается в природе достаточно часто. Его содержание в земной коре в 20 раз превышает содержание золота, но распространенность самородков серебра по отношению к золотым составляет не более 20 %, а к медным – менее 2 %. Кроме того, серебряные самородки редко располагаются на поверхности горных пород и не захватываются водными потоками, разрушающими эти породы.

Следовательно, серебряные самородки в отличие от золотых очень редко встречаются в речных песках. Поэтому металлургия серебра получила распространение не вследствие обработки самородков, а в связи с переработкой свинцовых руд, содержащих серебро. Такие руды распространены во многих регионах мира. Известны их месторождения в Испании, Греции, Иране, на Кавказе. Процесс отделения серебра от свинца, называемый купеляцией, был разработан в 4-м тысячелетии до н. э. Однако еще в течение тысячи лет он не имел широкого распространения, и серебро практически повсеместно ценилось дороже золота.

Крупнейшими серебряными рудниками, разрабатывавшимися в эпоху Древнего мира, были Лаврионские в Греции и римские вблизи Нового Карфагена. О последних из трудов римских авторов известно, что они занимали территорию более 400 стадий в окружности и на них постоянно работало около 40 тыс. человек. Подробные сведения имеются об эксплуатации свинцово-серебряных месторождений Древней Греции. Разработка этих знаменитых рудников, расположенных в южной части Аттики, была начата еще во 2-м тысячелетии до н. э. Именно серебро Лаврионских рудников стало основой могущества Афинского государства. Общая протяженность горных выработок в них достигала 120 км, глубина шахт Лаврионских рудников – 120 м. Высота штолен превышала 1 м, поэтому рудокопы работали чаще всего лежа на спине или на животе. Поднятую на поверхность руду дробили в ступах из твердого камня – трахита, а затем измельчали в специальных мельницах. Дробленую руду промывали и плавили с использованием древесного угля в круглых каменных печах диаметром около 1 м. Производительность такой печи составляла 4 т руды в сутки. В результате плавки достигалось отделение от свинца серы, меди, железа, цинка и других примесей, за исключением серебра, т.е. получался свинцово-серебряный сплав, или «сырой» свинец. Для разделения свинца и серебра применяли купеляцию. По этой причине производство требовало больших затрат древесного угля. Готовые серебро и свинец разливали в слитки, на которые ставилась марка владельца выработки или плавильной мастерской.

Схема производства серебра и свинца на Лаврионских рудниках, Древняя Греция

Из серебра изготовляли, главным образом, посуду и ювелирные изделия. Быстро научились делать серебряную фольгу и фурнитуру, которыми украшали одежду и мебель. Уже в 3-м тысячелетии до н. э. серебро использовали для пайки медных изделий.

Волочение благородных металлов

В эпоху Древнего мира ювелирные ремесла потребляли огромное количество благородных металлов и их сплавов, прежде всего в виде проволоки. Практически повсеместно широкий размах получило изготовление шитых золотыми и серебряными нитями одежд. Особенность этого вида искусства заключается в умении получать тончайшие нити проволоки, которые с основой материала образуют эластичную ткань.

Золотая и серебряная проволока использовалась также в качестве эквивалента стоимости в торговле. Наиболее древние образцы проволоки изготовлены либо ковкой, либо разрезкой кованого листового металла. В городе Абидосе (Египет) найден проволочный браслет, датируемый 3400 г. до н. э. Он состоит из двух групп бусинок, соединенных прядью из свитых вместе золотых проволочек и толстого волоса. Искусно отделанной проволоке придан диаметр, равный диаметру волоса (0,33 мм).

Существовало два основных способа получения кованой проволоки. При первом способе слиток или кусок металла расковывался молотком в пруток заданной толщины и профиля. При втором способе из слитка или куска металла ковкой получали лист, а затем разрезали его на полоски, края которых закругляли ударами молотка. При циркулярной резке получались длинные куски проволоки – в этом заключалось ее преимущество. Примером практического применения циркулярной резки металла могут служить полоски из золота длиной более 1,5 м, найденные в одной из гробниц Ура. В Уре найдены также изделия из скани (филиграни), датированные 3-м тысячелетием до н. э. Сущность сканного производства состоит в том, что из тонкой золотой, серебряной или медной проволоки круглого или прямоугольного сечения выполняются ажурные или напаянные на металлическую основу узоры. Предварительно проволока скручивается в две или три нити и сплющивается.

Попытки производить более изящную и тонкую проволоку привели к тому, что постепенно был выработан новый способ ее получения. Для сглаживания неровностей и уплотнения проволоку стали проталкивать через отверстия в твердых материалах. Образцы такой проволоки из золота, датируемые 4-м тысячелетием до н. э., найдены в Египте. Впоследствии эта операция выравнивания поверхности проволоки превратилась в технологию волочения.

Считают, что в самом примитивном виде способ волочения начали применять еще до появления металлических орудий для отделки стержней дротиков и гарпунов. Стержни изготовляли из сырого дерева и затем протаскивали (калибровали) через костяные выпрямители. Раскопки погребений в Египте периода Среднего царства (2800–2500 гг. до н. э.) подтверждают, что техника выпрямления деревянных прутков была широко распространена в древности. Обнаружена роспись, изображающая двух ремесленников, занятых выпрямлением таких прутков. Можно предположить, что в дальнейшем аналогичное калибрование стали применять и к кованым пруткам из цветных металлов, используя деревянные калибры. В результате такой протяжки поверхность прутка становилась гладкой, как полированная.

Первые калибры изготовляли из твердых деревянных досок путем выжигания в них конических отверстий. Впоследствии дерево было заменено более прочными материалами. С древнейших времен употреблялись кремневые калибры. Древние мастера умели высверливать в камнях отверстия не только больших, но и малых диаметров, при этом сверление осуществлялось смычковой дрелью. Конические отверстия просверливали медным либо каменным острием при использовании абразивного материала – кварцевого песка или толченого кремня. Наиболее простое приспособление для протяжки проволоки состояло из волочильной доски (волоки), которую прикрепляли к опоре, и инструмента (клещей) для захватывания заостренного конца проволоки.

Раскрытые тайны древних ювелиров

На Ближнем Востоке и в Египте также широко применялось листовое золото и серебро – фольга. Фольгой покрывали самые различные предметы – как металлические, так и деревянные. Например, с помощью ковки или органического клея фольгу прикрепляли к изделиям из бронзы, меди и серебра.

При этом золотое покрытие защищало медь и бронзу от коррозии. Золотой фольгой часто покрывали деревянную мебель, прикрепляя ее с помощью маленьких золотых заклёпок. Тонкие золотые листы приклеивали к дереву, предварительно покрытому слоем специальной штукатурки.

Непревзойденными мастерами Древнего мира в области ювелирных технологий являются этруски. Территорией их расселения было западное побережье Апеннинского полуострова – район современных Тосканы и Лацио. Политически Этрурия представляла собой федерацию 12 самостоятельных городов-государств.

Искусством, в котором этруски, безусловно, опередили свое время, является зубоврачебная техника. Археологические находки рассказывают, какими изобретательными были древние дантисты. Для протезирования они использовали обточенные зубы телят и волов, а также вырезали протезы и коронки из кости, крепя их крошечными золотыми крючками. Этрусское изобретение – мосты – выполнялись из очень мягкого золота и крепились над линией десен с опорой на здоровые зубы. Интересно, что все известные челюсти, над которыми потрудились древнейшие из дантистов, принадлежали женщинам. Некоторые эксперты полагают, что золотые протезы могли подчеркивать положение их владелиц в обществе. Изящная форма некоторых мостов свидетельствует о том, что дантисты преследовали не только восстановительные, но и косметические цели.

Фигурка быка, 4-е тысячелетие до н.э.

Всеобщее восхищение вызывают так называемые гранулированные (зерненые) украшения этрусков. Они представляют собой медные пластинки со сложными узорами, выложенными зернью – тысячами мельчайших (диаметром около 0,2 мм) золотых шариков. Ни у одного другого народа гранулированные изделия не достигали такой высокой степени совершенства. К концу 1-го тысячелетия искусство изготовления подобных украшений было утеряно. Только в XIX в. исследователи предприняли попытки восстановить секреты техники, но безрезультатно. Долгое время не могли объяснить, как можно прикрепить золотую крупинку к медному основанию, не расплавляя ее при этом. Если бы крупинка расплавилась, капля жидкого золота растеклась бы по меди. При охлаждении растекшаяся капля приварилась бы «намертво», но был бы утрачен изысканный внешний вид изделия.

Секрет был раскрыт только в 1933 г. Технология оказалась далеко не простой. Наиболее реальной представляется следующая версия: сначала узор из золотых шариков приклеивали к листу папируса, который затем накладывался на медную основу шариками вниз. Затем драгоценный «бутерброд» постепенно нагревали. Во время нагрева успевала произойти незначительная диффузия золота в медь, и наоборот. В результате в чрезвычайно узкой зоне контакта шарика и пластины образовывался медно-золотой сплав. Температура плавления чистого золота равна 1063 °С, а сплавы золота с медью плавятся при более низких температурах. Например, при 910 °С плавится сплав, состоящий из равного количества атомов золота и меди. Именно это обстоятельство является ключевым для разгадки секрета ювелиров Этрурии. Они повышали температуру до тех пор, пока расплавлялась только зона образовавшегося сплава, а сами золото и медь оставались в твердом состоянии. При последующем охлаждении расплав затвердевал, и золотая крупинка, практически не потеряв сферической формы, приваривалась к основанию из меди. Этот процесс одновременно происходил во всех крупинках, и весь приклеенный к папирусу узор оказывался как бы «сведенным» (по аналогии с переводными картинками) на медь. Папирус при столь высокой температуре сгорал дотла, и изделие было готово. Медь окислиться не успевала, так как процесс происходил достаточно быстро и значительную часть кислорода принимал на себя при сгорании папирус.

Секрет изготовления самих золотых шариков, применявшихся для зернения, был открыт еще позже – в 1992 г., когда удалось выяснить и доказать на практике (эксперименты были проведены в городе Мурло в Тоскане), что этрусские ювелиры сначала разрезали золотую проволоку на крошечные сегменты, которые затем смешивались с угольной пылью и нагревались в глиняных тиглях до 1100 °С – температуры, при которой зернышки золота начинали приобретать сферическую форму. Охлажденное содержимое высыпалось из тигля, уголь размывался, после чего зернышки сортировались по размерам.

Источник: Энциклопедия «Металлургия и время», Голубев О.В., Карабасов Ю.С., Коротченко Н.А., Черноусов П.И.

Где впервые научились плавить металл?

История развития цивилизации неразрывно связанна с освоением материалов. В этом плане трудно переоценить роль металла. Американский этнолог Генри Льюис Морган писал, что когда варвар научился получать и применять металл, тогда «девять десятых борьбы за цивилизацию было выиграно» . Появление орудий из металла способствовало не только техническому прогрессу (в земледелии, строительстве, ремеслах) , но и социальному: образование первых государств совпадает с началом бронзового века.

С металлом первобытный человек познакомился несколько тысячелетий тому назад. Имеются сведения, что примерно за 92 века до н. э. народности, населявшие территорию Анатолии (азиатскую часть современной Турции) , употребляли медь, найденную в самородном виде. Золотые изделия появились примерно за60 веков до н. э. , а изделия из метеоритного железа — примерно в ХХХ веке до н. э.

Но для того чтобы получать отливки, человек должен был научиться плавить металл. На это потребовалось 47 веков. Самые древние отливки, обнаруженные археологами на территории Анатолии, Месопотамии, Ирана, датируются ХLV веком до н. э. Спустя несколько веков технологии литья была освоена народами, населявшими Кавказ, северную Африку, Европу.

В истории развития литейной технологии можно выделить три периода:

Первый (от появления первых отливок до ХIV века н. э. ) — это период примитивной технологии. На этом этапе имело место исключительно индивидуальное производство в основном предметов, быта, культа, оружия, украшений.

Второй (от ХIV н. э. до середины ХIХ века) — период ремесленной технологии. Литье превратилось в самостоятельное ремесло. Ручная формовка достигла совершенства.

Третий (от середины ХIХ века до конца ХХ века) — период промышленной технологии. Организованно механизированное массовое производство самых разнообразных отливок.

Такое деление условно, поскольку на протяжении каждого этапа искусство литья использовало взлеты и падения. Еще в древности создавались уникальные литые изделия. Так, технология литья по выплавляемым моделям была известна еще в Древнем Шумере (ХХVI век до н. э.) , Древней Индии (ХХХ век до н. э.) , Древней Греции и Этрурии (VI век до н. э. ) Владели ею древние племена, населявшие экваториальную Африку (IV — ХII век н. э.) . Литье в кокиль скифы применяли около двух с половиной тысячелетий тому назад. Греческие литые бронзовые украшения по сей день считаются образцами совершенства и подражания.

Однако с исчезновением культур угасало искусство литья. Кроме того в древнем мире ремесленники старались держать в секрете особенности освоенной технологии, она передавалась, как правило, по наследству. И нередко последний в династии уносил с собой в могилу секреты ремесла.

Характерным примером служит булатная сталь. Древнеиндийские мастера выплавляли ее еще за 13 веков до н. э. , но потом секрет был утрачен. Позднее булатные клинки изготавливали в Персии, Сирии, Египте, а в середине века — в Дамаске, но вновь с течением времени технология была утеряна. И только в середине прошлого века русский металлург П. П. Аносов раскрыл этот секрет, что позволило воспроизводить уникальные изделия из булатной стали.
Исскуство литья в древности
Первоначально для литья использовали формы из влажной глины. Отпечаток модели в этих формах получали путем вдавливания. Несколько позднее появились каменные формы, сначала — открытые, а затем и закрытые.

Первым литейным материалом стала бронза. Технология получения бронзы путем сплавления меди и олова была известна в Древнем Египте и Вавилоне в 3-м тысячелетии до н. э. В древнешумерском заклинании огня есть такие слова: «Меди и олова плавитель есть ты. . » . Египтяне обозначали медь и бронзу одним иероглифом, но в первом случае к нему добавляли значок, который переводится как «настоящая» , а Вов втором — «искусственно приготовленная“. В древнеегипетских папирусах и вавилонских глиняных табличках 2-го и 3-го тысячелетия до н. э. бронза упоминается.

Впервые научился высекать огонь неандерталец, и произошло это примерно сто тысяч лет назад.
Поговаривают иной раз, будто Прометей научил человека плавить металл. Примерно шесть тысячелетий тому назад люди жили в каменном веке. Такое название этот период получил потому, что все необходимые инструменты и оружие делались людьми из камня. Тогда человек еще не умел использовать металл.

Вероятнее всего, первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи молотка придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото - не позже четвертого тысячелетия до нашей эры.

Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии.

Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он не мог не обратить внимание на их полезные свойства. Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы. Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.

Позднее человек открыл олово, а научившись смешивать, плавить медь и олово, начал делать бронзу. В период с 3500 до примерно 1200 года до нашей эры бронза стала основным материалом, из которого изготавливали оружие и орудия труда. Этот период человеческой истории называется бронзовым веком.

Находя упавшие на нашу Землю метеориты, люди узнали о железе - причем задолго до того, как они научились получать его из земных руд. Приблизительно в 1200 году до нашей эры человек перешагнул и этот барьер - научился плавить железо. Умение это быстро распространилось по всему миру. Железо заменило медь практически во всех областях. Это стало началом следующего, железного века. Кстати, во времена могущества Римской империи людям были известны золото, медь, серебро, олово, железо, свинец и ртуть.
Медь – первый металл, который впервые стал использовать человек в древности за несколько тысячелетий до нашей эры. Первые медные орудия изготовлялись из самородной меди, которая встречается довольно часто. Самый крупный самородок меди был найден на территории США, он имел массу 420 т.
Но в виду того, что медь – мягкий металл, медь в древности не смогла вытеснить каменные орудия труда. Лишь когда человек научился плавить медь и изобрел бронзу (сплав меди с оловом) , металл заменил камень. Широкое использование меди началось в IV тысячелетии до н. э.

Читайте также: