A vas előállításának és felhasználásának története

A vas előállításának és felhasználásának története a történelem előtti korszakra nyúlik vissza, valószínűleg a meteorikus vas felhasználásával . A sajtkohós olvasztást a Kr.e. 12. században használták . e. Indiában , Anatóliában és a Kaukázusban . Kr.e. 1200-ban is feljegyezték a vas használatát a szerszámok és szerszámok olvasztásához és gyártásához . e. a szubszaharai Afrikában [ 2 ] [3] . Már a Kr.e. első évezredben. e. kovácsoltvasat használtak . _ _ _ A vasfeldolgozást a Biblia első könyve említi ( 1Móz 4:22 ).   

A vasötvözetek tulajdonságai

A köznyelvben "vasnak" nevezett anyag általában acél vagy öntöttvas, és vas (Fe) ötvözete , mint kémiai elem, szénnel (C) . A vason és a szénen kívül az ötvözet kis mennyiségben más kémiai elemeket is tartalmaz.

Ha az ötvözet szénkoncentrációja kevesebb, mint 0,02% , lágy, gömbölyű, tűzálló ötvözetet kapunk ( a vas olvadáspontja 1539 °C ), amely mögött fő összetevőjének, a vasnak a neve van hozzárendelve.

Ha a szén koncentrációja az ötvözetben 0,02-2,14% , az ötvözetet " acélnak " nevezik . Eredeti formájában az acél tulajdonságaiban hasonlít a vasra, de vele ellentétben edzhető : ha bizonyos hőmérsékletre hevítés után élesen lehűtik, az acél keményebbé válik - ez egy figyelemre méltó előny, amely azonban párosul a  közben szerzett ridegséggel . ugyanaz a keményedés .

Ha az ötvözet szénkoncentrációja meghaladja a 2,14%-ot , az ötvözetet " öntöttvasnak " nevezik . Az öntöttvas törékeny , alacsony olvadáspontú ötvözet, kiválóan alkalmas öntésre, de általában nem kovácsolható . Az öntöttvas grafit zárványokkal van telítve, amelyek inhomogénné és mechanikailag törékennyé teszik. Az öntöttvas olvadás kezdeti hőmérséklete ( szolidusz ) 1150 °C , az olvadás összetételtől függően 1200-1400 °C -on ( likvidusz ) fejeződik be teljesen .

Technológiák vas és ötvözetek előállításához és feldolgozásához

Történelmileg több technológiát használtak a vas előállítására, amelyeket nehéz időrendi sorrendbe rendezni.

Meteoritvas

A vas felhasználása sokkal korábban kezdődött, mint az előállítása. Néha az emberek szürkésfekete fémdarabokat találtak, amelyek meteoritokkal  – meteorikus vassal – hullottak a Földre , és fegyvereket készítettek belőlük: tőrökké vagy lándzsahegyekké kovácsolva . A meteoritvas tartósabb és képlékenyebb volt, mint a bronz , és tovább "tartotta" a penge élességét. Mivel a vasmeteoritok vas-nikkel ötvözetet tartalmaztak, feltételezhető, hogy egyes egyedi tőrök minősége felveheti a versenyt a modern fogyasztási cikkekkel [4] . Ugyanez az egyediség azonban oda vezetett, hogy az ilyen fegyverek nem a csatatéren voltak, hanem a következő uralkodó kincstárában.

Sajt sütő

Az első eszköz a vas ércből történő előállítására egy eldobható nyers kemence volt (nyers kályha kemence, domnitsa). A hátrányok ellenére a vas ilyen kemencével történő előállítása sokáig az egyetlen módja maradt a vas ércből történő előállításának. Oroszországban az első domnitsa megjelenése a 9. századra nyúlik vissza [5] .

Az anatóliai népek először tanulták meg a vas feldolgozását . Az ókori görögök azt hitték, hogy a kalibok népe a vas felfedezője . Az irodalomban ezt a népet a "vas atyja" stabil kifejezésnek nevezték. A görög " acél " szó ("Χάλυβς") ebből az etnonimából származik .

A „vasforradalom” a Kr.e. 1. évezred fordulóján kezdődött Asszíriában . A vaskardok készítését a hallstatti kultúra képviselői tanulták meg . A Kr.e. 8. századtól a kovácsoltvas gyorsan elterjedt Európában, a Krisztus előtti 3. században felváltotta a bronzot Galliában , a Kr.u. 2. században Németországban jelent meg , a 6. században pedig már széles körben használták Skandináviában ; a leendő Oroszország területén élő törzsek  - a cimmerek, majd a szkíták és szarmaták - már Krisztus előtt is használtak vasat. e) Japánban a vaskor csak az i.sz. 7. században jött el .

Isaac Asimov , a tudomány ismert népszerűsítője az emberiség bronzkorból vaskorba való átmenetének történetét írja le [6] :

Valahol a XV-XIV. század környékén. időszámításunk előtt e. a vas olvasztásának és karburálásának technikáját a kaukázusi lábánál, Urartuban fejlesztették ki . Ez az ország akkor a hettita királyság uralma alatt állt , amely hatalmának legmagasabb pontján állt. A hettita királyok gondosan őrizték az új technológia monopóliumát, mert megértették annak fontosságát. Eleinte csak kis mennyiségű vasat kaptak, és több évszázadon keresztül néha negyvenszer többe került, mint az ezüst. De még mielőtt az olvasztást fokozhatták volna, és a hettiták kihasználhatták volna, véget értek. A hettita királyság megsemmisült a " tengeri népek " mozgalmat követő zűrzavarban , és megtört a hettita vasmonopólium. A vasolvasztás technológiája gyorsan elterjedt, természetesen Asszíriában is, amely az Urartu "vasbirodalommal" határos.

A vaskereskedelem helyreállította Asszíria jólétét. Megnyílt az út az új hódítások előtt.

A Görögországot megszálló dór törzsek vasfegyverekkel rendelkeztek, ezért olyan könnyen leigázták a bronzgal felfegyverzett akhájokat . A "tengeri népeknek" is volt vasuk, és amikor a filiszteusok elfoglalták Kánaán partját, vasfegyvereket használtak a csatákban. De nem voltak olyan ostobák, hogy felfedjék a vasolvasztás titkát. Amíg ezt a technikai titkot sikerült megőrizniük, addig az izraelieknek primitívebb fegyverekkel kellett védekezniük. A vasnak köszönhetően a filiszteusok nemcsak könnyedén megvették a lábukat a tengerparton, hanem adót is róttak ki a hozzájuk legközelebb álló törzsekre. Körülbelül két évszázadon keresztül ( Dávid hatalomra jutása előtt , ie 1013 -ban) sikerült uralniuk a nagyobb izraelita törzseket .

A kialakulóban lévő vaskohászat első lépése a vas oxidból történő redukálásával történő előállítása volt . A mocsári ércet szénnel keverték össze, és betették a kemencébe. A szén elégetése által létrehozott magas hőmérsékleten a szén nemcsak a légköri oxigénnel kezdett kapcsolódni , hanem a vasatomokhoz kapcsolódó oxigénnel is.

A szénnek a kemencében való elégetése után megmaradt az úgynevezett " krit " - porózus redukált vascsomó nagy mennyiségű salak keverékével. A kritsát ezután újra felmelegítették és kovácsolták, kiütötték a salakot a vasból. Az így kapott vasrudat (amelyben a salak 2-4%-a még megmaradt) "fényes rúdnak" nevezték. A vasgyártás technológiájában sokáig a kovácsolás volt a fő eljárás, ráadásul ez volt az utolsó, ami a termék formálásához kapcsolódott. Maga az anyag kovácsolt.

Hegesztett fegyverek

Az acélt a kész vasból úgy készítették, hogy az utóbbit szénnel telítették. Magas hőmérsékleten és oxigénhiányban, szén, nincs ideje oxidálódni, impregnált vas. Minél több szén volt, annál keményebb volt az acél az edzés után.

Mint látható, a fent felsorolt ​​ötvözetek egyike sem rendelkezik olyan tulajdonsággal, mint a rugalmasság . Egy vasötvözet csak akkor szerezheti meg ezt a minőséget, ha tiszta kristályos szerkezet jelenik meg benne, ami például az olvadékból való megszilárdulás során következik be. Az ókori kohászok problémája az volt, hogy nem tudták megolvasztani a vasat. Ehhez 1540 ° C -ra kell melegíteni , míg az ókor technológiái lehetővé tették az 1000-1300 ° C hőmérséklet elérését. A 19. század közepéig nem lehetett 0,4% -nál kisebb széntartalmú vasat és acélt olvasztani , mivel a vasötvözetek olvaszthatósága a szénkoncentráció csökkenésével csökken.

Így önmagában sem a vas, sem az acél nem volt alkalmas fegyvergyártásra. A tiszta vasból készült szerszámok és szerszámok túl puhák, a tiszta acélból készültek pedig túl törékenyek voltak. Ezért például egy kard elkészítéséhez két vaslemezből „szendvicset” kellett készíteni, amelyek közé acéllemezt fektettek. Élezéskor a lágyvas csiszolásra került, és megjelent egy acél vágóél.

Az ilyen, több rétegből, különböző mechanikai tulajdonságokkal hegesztett fegyvereket hegesztettnek nevezték. Ennek a technológiának a közös hátránya a termékek túlzott tömege és elégtelen szilárdsága volt. A hegesztett kard nem tudott rugózni, aminek következtében elkerülhetetlenül eltört vagy elhajlott, amikor leküzdhetetlen akadályba ütközött.

A rugalmasság hiánya nem merítette ki a hegesztett fegyverek hiányosságait. Az említett hiányosságokon kívül például nem lehetett megfelelően élezni. Bármilyen élességet lehetett adni a vasnak (bár hamar lekopott), de a vas puha vágóéle szinte azonnal eltompult. Az acél nem akart élezni - a vágóél összeomlott. Itt teljes analógia van a ceruzával  - a puha ólmot könnyű élessé tenni, de azonnal tompa lesz, a keményet pedig nem lehet különleges élességre hozni - tízszer eltörik. Tehát a borotvákat vasból kellett készíteni, és naponta újra kellett élezni.

Általában a hegesztett fegyverek nem haladták meg az asztali kés élességét. Ez a körülmény önmagában szükséges ahhoz, hogy elég masszív legyen ahhoz, hogy kielégítő vágási tulajdonságokat biztosítson.

A hegesztési technológia keretein belül az élesség és a keménység kombinációjának egyetlen mércéje a termék keményítése volt az élezés után. Ez a módszer akkor vált alkalmazhatóvá, ha az acél vágóélt egyszerűen egy vasfejre hegesztették, és nem zárták be vas „szendvicsbe”. Illetve élezés után a pengék edzettek, amelyekben a vasmagot kívülről acél borította. Ennek a módszernek az volt a hátránya, hogy az élezés csak egyszer volt lehetséges. Amikor az acélpenge megsérült és eltompult, az egész pengét újra kellett kovácsolni.

Ennek ellenére éppen a hegesztési technológia elsajátítása, annak minden hiányossága ellenére, valódi forradalmat hozott az emberi tevékenység minden területén, és a termelőerők hatalmas növekedéséhez vezetett. A hegesztett pisztolyok meglehetősen működőképesek voltak, és ráadásul nyilvánosan is elérhetőek voltak. Csak ezek elterjedésével sikerült végleg kiszorítani a kőszerszámokat, és elkezdődött a fém kora.

A vasszerszámok döntően kitágították az ember gyakorlati lehetőségeit. Lehetővé vált például, hogy rönkből vágott házakat építsenek  - elvégre egy vasbalta nem háromszor döntötte ki a fát, mint egy réz, hanem tízszer gyorsabban, mint egy kő. A faragott kő építése is elterjedt. Természetesen a bronzkorban is használták , de a viszonylag puha és drága fém nagy fogyasztása döntően korlátozta az ilyen kísérleteket. A gazdálkodók lehetőségei is jelentősen bővültek.

Damaszkusz acél és Damaszkusz

A kohászok csak a 19. században láthattak folyékony vasat , azonban már a vaskohászat hajnalán - a Kr. e. 1. évezred elején - sikerült megoldani az indiai kézműveseknek az összetett szerkezetű, magas széntartalmú acél előállításának problémáját. Az ilyen acélt bulatnak hívták , de a gyártás bonyolultsága és a világ nagy részén a szükséges anyagok hiánya miatt ez az acél sokáig indiai titok maradt.

A 2. században Kínában találtak egy technológiaibb módszert a rugalmas acél előállítására, amelyhez nem volt szükség sem különösen tiszta ércre, sem grafitra , sem speciális kemencékre . Az acélt legfeljebb tizenkét alkalommal kovácsolták újra, és minden egyes kovácsolással félbehajtották a nyersdarabot, ami egy kiváló fegyveranyagot eredményezett, amelyet „ damaszkusznak ” neveztek, amelyből különösen a japán katanákat (kardokat) készítettek.  Az acélrétegek  számát a képlet alapján számítjuk ki Minden egyes kovácsolással a rétegek száma megduplázódott, 12 kovácsolás után a rétegszám elérte a 4096-ot, a rétegek megkülönböztethetetlenné váltak.

Shtukofen

A vaskohászat fejlődésének magasabb fokát a sajtkohóhoz képest az állandó magas kemencék, az úgynevezett shukofen jelentették Európában. Valóban egy magas kemence volt – négyméteres csővel a tapadás fokozása érdekében. A gukofen fújtatóját már többen "rázták", olykor vízmotor is. Shtukofennek voltak ajtajai amin naponta egyszer kivitték a csajt .

A Shtukofent Indiában találták fel a Krisztus előtti első évezred elején. Korunk elején Kínába érkeztek, a 7. században pedig az "arab" számokkal együtt az arabok Indiától kölcsönözték ezt a technológiát. A 13. század végén a shukofen Németországban és Csehországban kezdett megjelenni (és még azelőtt Dél- Spanyolországban ), és a következő évszázad során Európa-szerte elterjedt.

A shukofen termelékenysége összehasonlíthatatlanul magasabb volt, mint egy nyers kemencéé - naponta akár 250 kg vasat is termelt, és a benne lévő hőmérséklet elegendő volt ahhoz, hogy a vas egy részét öntöttvas állapotúra karburálja . A stukkó öntöttvas azonban a kemence leállításakor megfagyott az alján, salakokkal keveredve, majd csak kovácsolással tudták megtisztítani a fémet a salaktól , de az öntöttvas nem engedett neki. Ki kellett dobni.

Néha azonban megpróbáltak valami hasznot találni a stukkó öntöttvasnak. Például az ókori hinduk koporsókat öntöttek piszkos vasból , a törökök pedig a  19. század elején ágyúgolyót . Nehéz megítélni, hogy milyen jók voltak a koporsók, de a magok rossz minőségűek voltak.

Európában már a 16. század végén vassalakból öntöttek ágyúgolyókat. Az utakat öntött kőtömbökből építették. Nyizsnyij Tagilben még ma is őrzik az öntött salaktömbökből álló alapozású épületeket [7] .

Blauofen

A kohászok régóta észlelték az összefüggést az olvadáspont és a termék hozama között – minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb mértékben csökkenhet az ércben lévő vas mennyisége. Ezért előbb-utóbb felmerült az ötlet a shukofen javítására - a levegő előmelegítésére és a cső magasságának növelésére. A 15. század közepén egy új típusú kemence jelent meg Európában - a blauofen, amely azonnal kellemetlen meglepetést okozott az acélgyártók számára.

A magasabb hőmérséklet jelentősen növelte az ércből származó vas hozamát, de növelte az öntöttvas állapotúvá karburált vas arányát is. Most már nem 10% volt , mint a shukofenben, hanem a termelés 30% -a öntöttvas volt - „nyersvas”, nem alkalmas semmilyen vállalkozásra. Ennek eredményeként a nyereség gyakran nem fizette meg a korszerűsítést.

A Blauofen öntöttvas, mint a stukkóvas, a kemence alján megszilárdul, slaggal keveredve. Valamivel jobban jött ki, mivel ő maga is nagyobb volt, így a relatív salaktartalom kevesebben jött ki, de az öntéshez továbbra is kevés haszna volt. A blauofenből nyert öntöttvas már elég erősnek bizonyult, de így is nagyon heterogén maradt. Csak egyszerű és durva tárgyak kerültek ki belőle - kalapácsok , üllők , ágyúgolyók.

Ezen túlmenően, ha csak vasat lehetett nyerskohókban nyerni, amelyet aztán karburizáltak, akkor a shukofenben és a blauofenben a virágzat külső rétegei acélból készültek. A blauofen kritzban még több acél volt, mint vas. Egyrészt jó volt, de kiderült, hogy nagyon nehéz elválasztani az acélt a vastól. A széntartalom szabályozása nehézzé vált. Csak hosszú kovácsolással lehetett elérni az eloszlás egyenletességét.

Egy időben az indiánok ezekkel a nehézségekkel szembesülve nem léptek tovább, hanem finom technológiai fejlesztéseket hajtottak végre, és damasztacélt szereztek . De az indiánokat akkoriban nem a mennyiség, hanem a termék minősége érdekelte. Az öntöttvassal kísérletező európaiak hamarosan felfedezték az átalakítási folyamatot , amely minőségileg új szintre emelte a vaskohászatot.

Nagyolvasztó

A kohászat fejlődésének következő állomása a nagyolvasztók megjelenése volt . A méret növelésével, a levegő előmelegítésével és a mechanikus fúvással egy ilyen kemencében az ércből származó összes vasat nyersvasvá alakították, amelyet megolvasztottak és időszakonként szabadon engedtek. A gyártás folyamatossá vált - a kemence éjjel-nappal működött, és nem hűlt ki. Napközben akár másfél tonna öntöttvasat adott ki. Sokkal egyszerűbb volt az öntöttvasat vasba desztillálni a kovácsművekben, mint kiütni a ropogtatóból , bár a kovácsolás továbbra is szükséges volt - de most már a salakot verték ki a vasból, és nem a vasat a salakból.

Bár a Kínában talált vastermékek a Kr. e. 5. századból származnak [8] , a legkorábbi nyersvasat (öntvényt) előállító nagyolvasztók , amelyeket kupolákban finomított nyersvasba olvasztottak, az ie 3-2. A feltárt korai kohógyártó helyek túlnyomó többsége a só és vasérc állami monopóliumának Kr.e. 117-ben ( Wu császár uralkodása , ie 141-87) a Han-dinasztia idején (i.e. 202 ) történt. Kr. u. 220). A Kr.e. 117 előtt felfedezett vasmegmunkáló helyek többsége csak a kohókban olvasztott nyersdarabokból való öntéssel foglalkozott a településektől távolabbi területeken [9] [10] .

Európában először a 15-16. század fordulóján alkalmaztak nagyolvasztót. A Közel-Keleten és Indiában ez a technológia csak a 19. században jelent meg (nagyrészt, valószínűleg azért, mert a Közel-Keleten jellemző vízhiány miatt nem használták a vízmotort). A kohók európai jelenléte lehetővé tette, hogy a 16. században megelőzze Törökországot, ha nem is a fém minőségét, de a tengelyét tekintve. Ez kétségtelenül befolyásolta a harc kimenetelét, különösen akkor, amikor kiderült, hogy öntöttvasból is lehet ágyút önteni .

George Agricola a következőképpen írja le a középkori olvasztási technológiát [11] :

A négy elem (értsd: föld, levegő, tűz és víz – idézeten kívül) irányítását tudó prominens kohászok szokása a következő. Megfelelő arányban keverik össze a földtartalmú érceket, és kemencékbe töltik. Ezután megfelelő mennyiségű vizet öntenek, és ügyesen irányítják a fújtatóból érkező levegő mozgását, oda dobják az ércet, ahol a tűz a legnagyobb erővel ég. A mester egyenletesen szórja a vizet a kemence belsejébe, enyhén megnedvesíti a szenet, hogy apró ércszemcsék tapadjanak hozzá; egyébként ezeket a részecskéket a robbanás és a tűz ereje mozgásba hozza, és a füst elszállítja őket.

Az Agricola helyesen magyarázza a kemence kialakításának szükségességét az ércek típusától függően [11] :

Mivel az olvasztandó ércek természete eltérő, a kohóknak a kandallót most magasabbra, most lejjebb kell rendezniük, és olyan csövet kell beépíteni, amelybe kisebb-nagyobb szögben fújtatófúvókákat helyeznek, hogy többé-kevésbé erősen fújjanak. szükséges. Ha az ércek felmelegednek és könnyen olvaszthatók, akkor a kohók munkájához alacsony kandalló szükséges, és a csövet enyhe szögben kell beállítani, hogy a robbantás könnyű legyen. Ellenkező esetben, ha az érceket lassan melegítik és olvasztják, akkor magas kandalló szükséges, és a kéményt meredek lejtéssel kell beépíteni, hogy erős robbanást biztosítson. Az ilyen ércekhez nagyon forró kemence szükséges, amelyben először megolvasztják a salakokat, köveket vagy alacsony olvadáspontú köveket, hogy az érc ne éghessen a kandalló aljáig, és ne zárja el a kimenetet.

Az átalakítási folyamat

A 16. század óta Európában elterjedt az úgynevezett redisztribúciós folyamat a kohászatban – egy olyan technológia, amelyben a vasat a magas olvadási hőmérséklet és az intenzív karburálás miatt még átvételkor is öntöttvasba desztillálják, és csak ezután kezdik folyékony öntéssel. a kemencékben végzett izzítás során a felesleges széntől megszabadított vas acéllá alakult.

Szénalkalmazások, kokszolás, tócsázás, melegfúvás

A 17. század elejétől Svédország lett az európai kovácsműhely , amely az európai vas felét termelte. A 18. század közepén szerepe ebben a tekintetben rohamosan hanyatlásnak indult egy másik találmány – a szén kohászati ​​felhasználása – kapcsán .

Mindenekelőtt el kell mondani, hogy a 18. századig a kohászatban gyakorlatilag nem használtak szenet - a termék minőségére káros szennyeződések, elsősorban a kén magas tartalma miatt . Angliában a 17. századtól kezdődően a szenet tócsás kemencékben kezdték használni öntöttvas izzítására, de ez csak kis szénmegtakarítást tett lehetővé - az üzemanyag nagy részét olvasztásra fordították, ahol ez lehetetlen volt. hogy kizárjuk a szén és az érc érintkezését.

A kohászat üzemanyag-fogyasztása már akkoriban óriási volt - a nagyolvasztó ( kohó ) óránként egy szekérnyi szenet emésztett fel. A faszén stratégiai erőforrássá vált. Svédországban és a hozzá tartozó Finnországban a fa bősége tette lehetővé a svédek számára a termelés ilyen mértékű bővítését. A britek, akiknek kevesebb erdőjük volt (sőt még azokat is a flotta szükségleteire tartották fenn), kénytelenek voltak vasat vásárolni Svédországban, amíg meg nem tanulták a szén használatát. A 17. században Clement Clerk és kovácsai és öntői vezették be a használatba.

1709-től Colebrookdale -ben Abraham Darby , a kohász- és kovácsdinasztia alapítója kokszot használt ércből nyersvas előállítására kohóban . Eleinte csak konyhai eszközöket készítettek belőle, amelyek csak annyiban különböztek a versenytársak munkáitól, hogy vékonyabbak voltak a falai és kisebb a súlya. Az 1750-es években Darby fia ( Abraham Darby II ) még több tartományt épített, mire termékei is olcsóbbak voltak, mint a szénnel készültek. 1778-ban Darby unokája, III. Abraham Darby öntvényéből megépítette a híres vashidat Shropshire -ben, Európa első teljesen fém hidaját.

Az öntöttvas minőségének további javítása érdekében Henry Cort 1784-ben kifejlesztette a tócsázási eljárást . Az akkori számos kohászati ​​szakma közül talán a legnehezebb a tócsai szakma volt. Szinte az egész 19. században a puddling volt a vasszerzés fő módja . Nagyon nehéz és fáradságos folyamat volt. A munka így ment. A tüzes kemence aljára öntöttvas rúdokat (ingotokat) raktak; a bugák megolvadtak. Ahogy a szén és más szennyeződések kiégtek a fémből, a fém olvadáspontja megnőtt, és a folyékony olvadékból egészen tiszta vas kristályai kezdtek „kifagyni”. A sütő alján ragacsos pépes masszát gyűltek össze. A tócsában dolgozó munkások megkezdték a virághengerítést egy vas feszítővas segítségével . Fémtömeget feszítővassal keverve próbáltak vascsomót vagy kritsát összegyűjteni a feszítővas körül. Egy ilyen csomó súlya elérte az 50-80 kg -ot vagy többet. A kritsut kihúzták a kemencéből, és közvetlenül a kalapács alá táplálták – kovácsolás céljából, hogy eltávolítsák a salakrészecskéket és tömörítsék a fémet [7] .

A termelés növekedése és az angol fém minőségének javulása a 18. század végére lehetővé tette , hogy Nagy-Britannia teljesen felhagyjon a svéd és orosz vas behozatalával. Megkezdődött a csatornák építése, amely lehetővé tette a szén és fémek szállítását.

1830 és 1847 között Angliában a fémgyártás több mint háromszorosára nőtt. Az 1828-ban megkezdett forrófúvás alkalmazása az érc olvasztásakor háromszorosára csökkentette az üzemanyag-fogyasztást és lehetővé tette az alacsonyabb minőségű szén felhasználását a termelésben.1826-tól 1846-ig a vas és öntöttvas exportja Nagy-Britannia 7,5-szeresére nőtt [12] .

Átalakító gyártás és kandallós kemencék

1856-ban Henry Bessemer szabadalmat kapott az acélgyártás új technológiájára ( a Bessemer-eljárásra ). Feltalált egy konvertert  – egy olyan berendezést, amelyben a nagyolvasztókban nyert folyékony vason keresztül levegőt fújtak át . A konverterben a vasban oldott szenet elégetik ki , ami lehetővé teszi a korábban elérhetőnél lényegesen nagyobb mennyiségben történő acél előállítását.

A konverter használatának alternatívája a 20. században a nyitott tüzelős kemence volt , amelyben a szén utóégetése is megtörtént. A 20. század végére a nyitott kandallós kemencék nyilvánvalóan elavult technológiává váltak, és a BOF acélgyártás váltotta fel.

A 20. század közepén az oxigéntermelés költségeinek csökkentésére találták fel a turbóexpandert . Az oxigén elég olcsó lett ahhoz, hogy az acéliparban széles körben felhasználják. Az olvadt vas oxigénnel történő átöblítése jelentősen felmelegíti a fémet, ami leegyszerűsíti a gyártást (a vas nem „fagy ki”, hanem folyékony marad), emellett lehetővé teszi a fémhulladékok átolvasztáshoz a konverterbe öntését, és bizonyos esetekben javítja a fémhulladék minőségét. fém a fémben oldott nitrogén hiánya miatt.

Elektrometallurgia

Az egyenáram fémredukciós képességét a 19. század legelején fedezték fel, de az erős villamosenergia-források hiánya korlátozta ezen eljárások laboratóriumi kutatásokban való alkalmazását. Az erős erőművek megjelenése a 20. század elején lehetővé tette az elektrometallurgiai ipari technológiák létrehozását. Kezdetben színesfémek előállítására alkalmazták az ilyen eljárásokat, de a 20. század közepére eljutottak a vaskohászathoz is. Széleskörű alkalmazásra találtak az elektromos ércredukáló olvasztási eljárások, amelyek során a kis mennyiségű szénnel kevert vasércet erőteljes elektromos ívnek teszik ki, ahol a vas a katódon elektromosan redukálódik, az anódon pedig kiégnek a szennyeződések. Ily módon lehetőség nyílik kiváló minőségű öntöttvas beszerzésére, az oxigénfogyasztás csökkentésére és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére. Az elektrometallurgiai átalakító eljárások lehetővé teszik az öntöttvas vákuumban, védőgázos környezetben, kémiailag aktív ötvözőelemek jelenlétében történő olvasztását, ami lehetővé teszi kiváló minőségű ötvözött acélok és speciális acélok (hőálló, sugárzásálló) előállítását. ellenálló). Azokat az acélokat, amelyek előállítása csak elektrometallurgiai eljárásokkal lehetséges, elektromos acéloknak nevezzük .

Hidrogén redukció

A nagyolvasztó- és konvertergyártás meglehetősen modern, de nagyon környezetszennyező folyamat. Annak ellenére, hogy a vas nagy részét az oxigénátalakító gyártás során nyerik, a szén-dioxid és a szén-monoxid légkörbe történő kibocsátása is magas. Divatos alternatíva a vas ércből történő közvetlen redukciója hidrogénnel. Ebben az esetben a keletkező vasrészecskéket elektromos kemencékben megolvasztják, majd szén hozzáadásával acélt kapnak.

Fémmegmunkálás

Kovácsok-amatőrök

A vastermékek gyártását először az amatőr kovácsok szervezték meg - közönséges parasztok , akik a földműveléstől szabad idejükben ilyen mesterséggel kereskedtek. A kovács maga talált „ércet” ( mocsári érc rozsdás mocsár vagy vörös homok közelében), maga égetett szenet, sajtkohót épített és vasat olvasztott, maga kovácsolta , maga dolgozta fel.

A mester készsége ebben a szakaszban természetesen a legegyszerűbb formájú termékek kovácsolására korlátozódott. Szerszámai fújtatóból , kőkalapácsból és üllőből , valamint köszörűkőből álltak . A vasszerszámok kőszerszámokkal készültek.

Ha a közelben lennének bányászatra alkalmas érctelepek, akkor az egész falu foglalkozhatna vastermeléssel, de ez csak akkor volt lehetséges, ha volt stabil lehetőség a termékek jövedelmező marketingjére, ami gyakorlatilag nem lehetett megélhetési feltételek mellett. gazdálkodás .

A vasgyártás ilyen megszervezése mellett soha nem lehetett a legegyszerűbb fegyverek és a legszükségesebb eszközök minden igényét teljesen fedezni annak költségén. A baltákat továbbra is kőből , a szögeket és az ekét fából készítettek . A fémpáncél még a vezetők számára is elérhetetlen maradt . A vastermékek koncentrációja csak körülbelül 200 gramm volt fejenként .

A vas rendelkezésre állásának ezen a szintjén korunk elején a britek , germánok és szlávok legelmaradottabb törzsei voltak . A XII - XIII. században a keresztesekkel harcoló baltiak és finnek kő- és csontfegyvereket is használtak. Mindezek a népek már tudták, hogyan kell vasat készíteni, de még mindig nem tudtak beszerezni a szükséges mennyiségben.

Profi kovácsok

A vaskohászat fejlődésének következő állomását a hivatásos kovácsok jelentették, akik még mindig maguk olvasztották a fémet, de gyakrabban küldtek más férfiakat vashomok kitermelésére és szenet égetésre – természetbeni cserébe . Ebben a szakaszban a kovácsnak általában már volt kalapácssegédje és valamilyen módon felszerelt kovácsa.

A kovácsok megjelenésével a vastermékek koncentrációja 4-5-szörösére nőtt. Most már minden paraszti háztartást el lehetett látni személyes késsel és baltával. A termékek minősége is javult. A kovácsok profik voltak, általában tudták a hegesztés technikáját és tudtak huzalt húzni . Elvileg egy ilyen mesterember is megkaphatná Damaszkuszt , ha tudta volna, de a damaszkuszi fegyverek gyártásához akkora vasra volt szükség, hogy még nem lehetett tömegesen gyártani.

A 18-19 . században a falusi kovácsok még puskás fegyverekhez is készítettek csövet, de ebben az időszakban már olyan felszerelést használtak, amit nem saját maguk készítettek. A kézműves termelés városból vidékre való áthelyezése bizonyos léptékűvé vált a város fejlődésének egy szakaszában, amikor még a meglehetősen bonyolult berendezések költsége is elhanyagolhatónak bizonyult.

A középkori falusi kovácsok maguk készítettek szerszámaikat. Hogyan lehet. Ezért a hétköznapi mesterembernek általában sikerült egyszerű lapos formájú tárgyakat készítenie, de kifejezetten nehézkesnek találta, ha háromdimenziós terméket kellett készíteni, vagy több terméket össze kellett kötni – ami pl. megbízható sisak . Egy ilyen összetett termék elkészítéséhez, mint egy számszeríj kioldójához , a falu kovácsa elviselhetetlen volt - ehhez végül is mérőeszközökre lenne szükség.

A kézműves kovácsok sem rendelkeztek specializációval - a kardokat , tűket és patkókat ugyanaz a mester készítette. Sőt, a vidéki kovácsok mindenkor elsősorban a legegyszerűbb ipari és háztartási szerszámok gyártásával foglalkoztak, amelyekre a falubeliek számára leginkább szükségük volt, de nem fegyvereket.

Ez utóbbi azonban egyáltalán nem cáfolja azt a tényt, hogy a primitív kultúrákban a leghétköznapibb kovácsot is valamelyest a varázslóhoz hasonlították , jóllehet pontosabban egy művészhez hasonlítható . Még egy közönséges kardot is kovácsolni igazi művészet volt.

Elméletileg minden egyszerűnek tűnt: csak három fémcsíkot kell egymásra fektetni, megkovácsolni, és kész is a penge. A gyakorlatban azonban problémák merültek fel - egyrészt erős hegesztést és a rétegek egyenletes áthatolását kellett elérni, másrészt nem lehetett megsérteni a rétegvastagság egyenletességét (és ez volt egy papírlap) és ezen túlmenően, hogy lehetővé tegye a réteg törését. És végül is a feldolgozást nehéz kalapáccsal végezték .

A város és a vidék közötti munkamegosztás előtt az éves vastermelés nem haladta meg a 100 grammot/fő, a termékek formája nagyon egyszerű, minősége alacsony volt, és amikor néhány varangi fegyverzetét ismertetik , szisztematikusan figyelmen kívül hagyják, hogy a sírdombjában kiásott fegyvervezérről beszélünk . A barbárok, akik nem támaszkodtak a halmokra, sokkal egyszerűbben fegyverkeztek fel. A termelőerők ezen fejlettségi szintjén (jellemző például a gallokra , frankra , normannokra , a 10. századi Oroszországra ) csak az arisztokrácia rendelkezhetne nehézfegyverekkel  – 1000 lakosra legfeljebb egy páncélos harcos jut. .

A fémfeldolgozó ipar csak akkor lépett új szintre, amikor lehetővé vált a munkamegosztás és a szakterületek megjelenése. A mester vasat vásárolt, és már a megfelelő minőségben, megvásárolta a profiljához szükséges szerszámokat, és inasokat fogadott. Ha már készített késeket, akkor dobozokban adta át eladásra. Ha kardot csinált, akkor nem évente kettőt, hanem heti négyet. És természetesen nagy tapasztalattal rendelkezett a gyártásukban.

De a specializáció kialakulásához mindenképpen szükség volt egy városra  - legalábbis több ezer lakosra -, hogy a mester mindent el tudjon venni és eladni. Még a vár körüli igen nagy települések sem (és lakosságuk is néha több ezer főt is elért) nem adtak ilyen lehetőséget - elvégre nemhogy más településeknek nem termeltek semmit eladásra, de még belső árucsere sem volt.

Minél fejlettebb a csere, minél több mester és szakirányuk lehetne, kialakulhatna a munkamegosztás. De a csere jelentős fejlődéséhez pénzre és viszonylagos stabilitásra volt szükség.

A manufaktúra megszervezésével még nagyobb előrelépést lehetett elérni , de körülötte már 50 ezres várost kellett építeni, és még több hasonlót a közelben.

Ennek ellenére a kovács színes alakja a kézműves termelés városi koncentrálódása után is a pásztortáj elejéig, helyenként a XX. század közepéig nélkülözhetetlen eleme maradt . Hosszú ideig a parasztoknak egyszerűen nem volt lehetőségük városi termékeket vásárolni. A cserekereskedelem fejlődésének korai szakaszában a szakképzett kézművesek csak az uralkodó osztályokat, elsősorban a katonai birtokokat szolgálták ki.

A shukofen elterjedése után

A vas kézműves gyártása azonban a shukofen elterjedése után azonnal megszűnt . A kovácsok elkezdtek vasrudakat vásárolni, és még gyakrabban vashulladékot , hogy a kardokat ekevassá kovácsolják .

Amikor a gazdaság eladhatóságának fejlődése a kézműves termékeket széles tömegek számára elérhetővé tette, a kovácsok sokáig a városokban készült szerszámok javításával foglalkoztak.

A szervezési kérdések megoldásával párhuzamosan a fémfeldolgozási módszerek fejlesztése a technológia fejlesztését is megkövetelte. Mivel a kovácsolás volt a fő módszer, először a kalapácsokat fejlesztették tovább.

A helyzet az volt, hogy ha a kovácsolást kézi kalapáccsal végezték, akkor a termék méretét a kovács fizikai képességei korlátozták. Egy férfi néhány kilogrammnál nem nehezebb alkatrészt tudott kovácsolni. A legtöbb esetben ez elégnek bizonyult, de mondjuk az ostromgépek alkatrészeinek gyártása során már nem lehetett vízikerékkel hajtott mechanikus kalapácsot , öszvéreket vagy munkásokat nélkülözni.

A masszív (akár több centneres) alkatrészek kovácsolásának problémáját már az ókorban megoldották, de a középkorban ez új sürgősségre tett szert, mivel a shukofenből nyert sikolyokat szintén nem lehetett kalapáccsal kovácsolni .

Természetesen lehetett apró részekre bontani, de ugyanakkor mindegyiknek megvan a maga, ráadásul ismeretlen széntartalma, majd egy többé-kevésbé nagy termék készítéséhez a kapott darabokat kell visszakovácsolva.

Mindez rendkívül hátrányos volt. A kritsát teljesen meg kellett kovácsolni. Ezért a shukofent jó értelemben nem is egy, hanem három vízgéppel kellett felszerelni – az egyik a fújtatót szivattyúzta , a másik kalapáccsal hadonászott , a harmadik vizet pumpált ki a bányából. A harmadik nélkül szintén nem volt lehetőség - lehetetlen volt kézműves nyersdarabokat szállítani shukofen érccel.

A termelési mennyiségek azonban nem annyira a technológiától, mint inkább a munkaszervezéstől függtek. Ha a kohászt nem vonják el más feladatok, akkor sokkal több nyers kemencét tud készíteni. Tehát Rómában a termelés elérte az évi 1,5 kilogrammot személyenként, és ez nem volt elég - a vasat még Kínából is szállították Rómába. Európában és Ázsiában még a shukofen használatával is ritkán érte el a termelés a kilogrammot. De a kohók európai megjelenésével ez a szám egyszerre megháromszorozódott, és Svédországban a 17. századtól elérte az évi 20 kilogrammot. A 18. század végére ez a rekord megdőlt, és Angliában fejenként évi 30 kg vasat kezdtek előállítani.

Oroszországban Nagy Péter iparosítása után a termelés elérte az évi 3 kilogrammot egy főre vetítve, és ezen a szinten maradt a 18. század végéig.

Lásd még

• vaskor
• Ősi vasgyártás  – cikk az angol Wikipédiában

Jegyzetek

1. ↑ Agricola, 1986 .
2. ↑ Duncan E. Miller és NJ Van Der Merwe. Korai fémmegmunkálás a szubszaharai Afrikában  (angol)  // Journal of African History. - Cambridge University Press, 1994. - március ( 35. kötet , 1. szám ). - P. 1-40 . - doi : 10.1017/S0021853700025949 .
3. ↑ Stuiver, Minze és van der Merwe, NJ A vaskorszak radiokarbon kronológiája a szubszaharai Afrikában  //  Current Anthropology. - 1968. - 1. évf. 9 . - 54-58 . o .
4. ↑ Grakov B. N. Kora vaskor. - Moszkva: Moszkvai Állami Egyetem Kiadója, 1977. - 235 p.
5. ↑ Strumilin S. G. A vaskohászat története a Szovjetunióban / szerk. I. P. Bardin - M . : A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója , 1954. - T. 1. (és csak). Feudális időszak (1500-1860). - S. 13. - 533 p. - 5000 példány.
6. ↑ Történelmi könyvek sorozata: Asimov A. Közel-Kelet. Tíz évezred története - M .: CJSC Tsentrpoligraf, 2004. - 331 p .; Azimov A. Kánaán földje. A judaizmus és a kereszténység szülőföldje - M .: CJSC Tsentrpoligraf, 2004. - 335 p.
7. ↑ 1 2 Mezenin, 1972 .
8. ↑ Wagner, 1996 , p. 95-97.
9. ↑ Wagner, 2001 , p. 25-27,36-38,85-89.
10. ↑ Pigott, 1999 , p. 177-199.
11. ↑ 1 2 Agricola, 1986 , p. 176.
12. ↑ IX. A kapitalizmus fejlődése és a munkásmozgalom növekedése Nyugat-Európa országaiban a XIX. század 30-40-es éveiben. Archivált 2019. április 20-án a Wayback Machine -nél // Világtörténet. Enciklopédia. - T. 6.

Irodalom

• George Agricola. A bányászatról és a kohászatról. Szerkesztette S. V. Shukhardin N. A. Galminas és A. I. Drobinsky fordítása és jegyzetei tizenkét könyvben. - 2. - Moszkva: Nedra, 1986. - 294 p.
• Beckert M. Vas. Tények és legendák = Tatsachen und Legenden. - M . : Kohászat, 1984. - 232 p.
• Grakov B. N. Kora vaskor .. - M . : Moszkvai Állami Egyetem Kiadója , 1977. - 235 p.
• Mezenin N.A. Érdekes a vasról. - M . : Kohászat, 1972. - 200 p.
• Chernousov P.I., Mapelman V.M., Golubev O.V. Vaskohászat a civilizáció történetében. - M . : Tanulmány ( MISiS ), 2005. - 423 p.
• A technológia történeti fejlődésében. Ch. V. A vas forradalmi szerepe a történelemben / S. V. Shukhardin (főszerkesztő), A. A. Kuzin , N. N. Stoskova . - M .: Nauka , 1979.
• Vincent C. Pigott. Az ázsiai óvilág archeometallurgiája . - Pennsylvaniai Egyetem, 1999. - ISBN 0-924171-34-0 .
• Donald B. Wagner. Vas és acél az ókori Kínában . - Brill Academic, 1996. - ISBN 9004096329 .
• Donald B. Wagner. Az állam és a vasipar Han Kínában . - NIAS Publishing, 2001. - ISBN 8787062771 .

Linkek

• A vastermékek osztályozása // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
• Oleg D. Sherby, Geoffrey Wadsworth. Damaszkuszi acél // A tudomány világában (Scientific American. Orosz nyelvű kiadás). - 1985. - április. - S. 74-80.
• Levin, A. A rozsdamentes acél története: Ki és mikor találta fel , Népszerű mechanika (2016. 01. 07.). Letöltve: 2017. január 12.
• Borzunov V.P., Shcherbakov V.A. indiai wutz, damaszkuszi acél, orosz damaszt acél.
• P. I. Chernousov A vas kitermelésének és feldolgozásának ősi technológiái
• A. Feuerbach A damaszkuszi acél története
• A vas és acél története  - a "kovácsolás világa" oldal
• A középkori Európa kohászata  – "Handmade Reserve" oldal
• P. P. Anosov (1799-1999) születésének 200. évfordulójára  – „Handmade Reserve” oldal
• Egy régi orosz kovács szerszámkészlete  - "Fémmegmunkálás" oldal