Chuma ni kipengele ambacho kinajulikana na kila mtu kwenye sayari yetu. Na hakuna kitu cha kushangaza katika hili. Hakika, kwa mujibu wa maudhui yake katika ukanda wa dunia (hadi 5%), sehemu hii ni ya kawaida zaidi. Hata hivyo, ni arobaini tu ya hifadhi hizi zinaweza kupatikana katika amana zinazofaa kwa maendeleo. Madini kuu ya chuma ni siderite, ore ya kahawia ya chuma, hematite na magnetite.
Asili ya jina
Kwa nini chuma kina jina hili? Ikiwa tunazingatia meza ya vipengele vya kemikali, basi ndani yake sehemu hii ni alama ya "ferrum". Imefupishwa kama Fe.
Kulingana na wanasaikolojia wengi, neno "chuma" lilikuja kwetu kutoka kwa lugha ya Proto-Slavic, ambayo ilionekana kama zelezo. Na jina hili lilitoka kwa lexicon ya Wagiriki wa kale. Waliita chuma hicho maarufu leo "chuma".
Kuna toleo jingine. Kulingana na yeye, jina "chuma" lilikuja kwetu kutoka Kilatini, ambapoilimaanisha "nyota". Ufafanuzi wa hili unatokana na ukweli kwamba sampuli za kwanza za kipengele hiki kilichogunduliwa na watu zilikuwa za asili ya meteorite.
Matumizi ya chuma
Katika historia ya wanadamu, kuna kipindi watu walithamini chuma kuliko dhahabu. Ukweli huu umeandikwa katika Odyssey ya Homer, ambayo inasema kwamba washindi wa michezo iliyopangwa na Achilles walipewa, pamoja na dhahabu, kipande cha chuma. Chuma hiki kilikuwa muhimu kwa karibu mafundi wote, wakulima na wapiganaji. Na ilikuwa ni hitaji lake kubwa ambalo lilikuja kuwa injini bora zaidi ya utengenezaji wa nyenzo hii, pamoja na maendeleo zaidi ya kiufundi katika utengenezaji wake.
9-7 cc. BC. ilizingatiwa Enzi ya Chuma katika historia ya mwanadamu. Katika kipindi hiki, makabila mengi na watu wa Asia na Ulaya walianza kukuza madini. Hata hivyo, chuma bado kinahitajika sana leo. Baada ya yote, bado ni nyenzo kuu inayotumiwa kwa utengenezaji wa zana.
Bidhaa ya jibini
Ni teknolojia gani ya kuzalisha chuma cha maua, ambayo wanadamu walianza kuchimba mwanzoni mwa ukuzaji wa madini? Njia ya kwanza kabisa iliyovumbuliwa na wanadamu iliitwa kutengeneza jibini. Kwa kuongezea, ilitumika kwa miaka 3000, bila kubadilika kutoka wakati wa mwisho wa Enzi ya Bronze hadi kipindi hadi karne ya 13. Tanuru ya mlipuko haikuvumbuliwa huko Uropa. Njia hii iliitwa mbichi. Pembe kwa ajili yake zilijengwa kwa mawe au udongo. Wakati mwingine vipande vya slag vilifanya kama nyenzo kwa kuta zao. Toleo la mwisho la kughushi kutoka ndani lilikuwailiyofunikwa kwa udongo wa kinzani, ambayo mchanga au pembe iliyosagwa iliongezwa ili kuboresha ubora.
Nini hutengeneza chuma cha flash? Mashimo yaliyotayarishwa yalijazwa na meadow "mbichi" au ore ya kinamasi. Nafasi ya kuyeyuka ya tanuu kama hizo ilijazwa na makaa, ambayo yalitiwa moto kabisa. Chini ya shimo kulikuwa na shimo kwa usambazaji wa hewa. Mwanzoni, ilipulizwa kwa mvukuto wa mkono, ambao baadaye ulibadilishwa na wa mitambo.
Katika ghushi za kwanza kabisa, rasimu ya asili ilipangwa. Ilifanyika kupitia mashimo maalum - nozzles, ambazo ziko kwenye kuta za sehemu ya chini ya tanuru. Mara nyingi, metallurgists ya kale ilitoa usambazaji wa hewa kwa njia ya matumizi ya kubuni ambayo ilifanya iwezekanavyo kupata athari za bomba. Waliunda nafasi ya juu na wakati huo huo nyembamba ya mambo ya ndani. Mara nyingi tanuu kama hizo zilijengwa chini ya vilima. Maeneo haya yalikuwa na shinikizo kubwa zaidi la asili la upepo, ambalo lilitumika kuongeza mvutano.
Kutokana na mchakato unaoendelea, madini yalibadilishwa kuwa chuma. Wakati huo huo, mwamba tupu ulitiririka polepole. Nafaka za chuma zilizoundwa chini ya tanuru. Walishikamana na kila mmoja, na kugeuka kuwa kinachojulikana kama "kitambaa". Hii ni molekuli huru ya spongy iliyowekwa na slags. Katika tanuri, cracker ilikuwa nyeupe-moto. Ilikuwa katika hali hii kwamba waliitoa na kuighushi haraka. Vipande vya slag vilianguka tu. Ifuatayo, nyenzo zilizosababishwa ziliunganishwa kwenye kipande cha monolithic. Matokeo yake yalikuwa chuma cha kung'aa. Bidhaa ya mwisho ilikuwa na umbo la mkate bapa.
Je!muundo wa chuma cha maua? Ilikuwa aloi ya Fe na kaboni, ambayo ilikuwa ndogo sana katika bidhaa ya mwisho (kama tutazingatia asilimia, basi si zaidi ya mia).
Hata hivyo, chuma kilichochanua ambacho watu walipokea kwenye tanuru mbichi hakikuwa kigumu sana na cha kudumu. Ndiyo maana bidhaa zilizofanywa kwa nyenzo hizo zilishindwa haraka. Mikuki, shoka na visu vilikunjwa na havikukaa vikali kwa muda mrefu.
Chuma
Katika utengenezaji wa chuma katika kughushi, pamoja na uvimbe wake laini, pia kulikuwa na wale ambao walikuwa na ugumu zaidi. Hivi vilikuwa ni vipande vya madini ambavyo viligusana kwa karibu na mkaa wakati wa kuyeyusha. Mtu mmoja aliona muundo huu na akaanza kuongeza kwa makusudi eneo hilo katika kuwasiliana na makaa ya mawe. Hii ilifanya iwezekane kuziba chuma. Metali iliyotokana nayo ilianza kukidhi mahitaji ya mafundi na wale waliotumia bidhaa zilizotengenezwa kwayo.
Nyenzo hii ilikuwa chuma. Bado inatumika hadi leo katika utengenezaji wa idadi kubwa ya miundo na bidhaa. Chuma, kilichoyeyushwa na wataalamu wa kale wa metallurgists, ni chuma cha flash, ambacho kina hadi 2% ya kaboni.
Pia kulikuwa na kitu kama chuma laini. Ilikuwa ni chuma cha flash, ambacho kilikuwa na chini ya 0.25% ya kaboni. Ikiwa tunazingatia historia ya madini, basi ilikuwa chuma laini ambacho kilitolewa katika hatua ya awali ya uzalishaji wa jibini. Je! ni jina lingine la chuma cha flash? Pia kuna aina ya tatu. Wakati ina zaidi ya 2% kaboni, basini chuma cha kutupwa.
Uvumbuzi wa tanuru ya mlipuko
Njia ya kuchanua ya kupata chuma kwa kutumia ghushi zenye damu mbichi ilitegemea sana hali ya hewa. Baada ya yote, kwa teknolojia hiyo ilikuwa muhimu kwamba upepo lazima uingie kwenye tube iliyotengenezwa. Ilikuwa ni tamaa ya kuondoka kutoka kwa hali ya hewa ambayo ilisababisha mtu kuunda furs. Hivi ndivyo vifaa vilivyohitajika kuwasha moto katika tanuru ghafi.
Baada ya kutokea kwa mvukuto, ghushi za kutengeneza chuma hazikujengwa tena kwenye vilima. Watu walianza kutumia aina mpya ya majiko, inayoitwa "mashimo ya mbwa mwitu". Walikuwa miundo, sehemu moja ambayo ilikuwa chini, na ya pili (nyumba) zilizopigwa juu yake kwa namna ya muundo wa mawe yaliyounganishwa na udongo. Chini ya tanuru kama hiyo kulikuwa na shimo ambalo bomba la mvukuto liliingizwa ili kuwasha moto. Makaa ya mawe yaliyowekwa ndani ya nyumba yalichomwa moto, baada ya hapo iliwezekana kupata cracker. Alitolewa nje kupitia shimo, ambalo liliundwa baada ya kuondolewa kwa mawe kadhaa kutoka sehemu ya chini ya muundo. Kisha, ukuta ulirejeshwa na tanuru kujazwa ore na makaa ili kuanza upya.
Uzalishaji wa chuma angavu umeboreshwa kila mara. Baada ya muda, nyumba zilianza kujengwa kubwa zaidi. Hii ililazimu kuongezeka kwa tija ya mechs. Kwa sababu hiyo, makaa ya mawe yalianza kuwaka haraka, yakijaza chuma na kaboni.
Chuma cha kutupwa
Aini ya mwako ya kaboni nyingi inaitwaje? Kama ilivyokuwailiyotajwa hapo juu, hii ni chuma cha kutupwa ambacho ni cha kawaida sana leo. Kipengele chake bainifu ni uwezo wa kuyeyuka katika halijoto ya chini kiasi.
Chuma cha matofali - chuma cha kutupwa katika umbo gumu - haikuwezekana kughushi. Ndio maana wataalam wa madini wa zamani hawakumjali mwanzoni. Kutoka kwa pigo moja na nyundo, nyenzo hii ilivunjwa tu vipande vipande. Katika suala hili, chuma cha kutupwa, pamoja na slag, awali ilikuwa kuchukuliwa kuwa bidhaa ya taka. Huko Uingereza, chuma hiki kiliitwa hata "chuma cha nguruwe". Na tu baada ya muda, watu waligundua kuwa bidhaa hii, wakati iko katika fomu ya kioevu, inaweza kumwagika kwenye molds ili kupata bidhaa mbalimbali, kwa mfano, cannonballs. Shukrani kwa ugunduzi huu katika karne 14-15. katika sekta ilianza kujenga tanuu za mlipuko kwa ajili ya uzalishaji wa chuma cha nguruwe. Urefu wa miundo kama hiyo ulifikia mita 3 au zaidi. Kwa msaada wao, chuma cha msingi kiliyeyushwa kwa ajili ya kutengeneza sio tu mipira ya mizinga, bali pia mizinga yenyewe.
Maendeleo ya uzalishaji wa tanuru ya kulipuka
Mapinduzi ya kweli katika biashara ya madini yalitokea katika miaka ya 80 ya karne ya 18. Wakati huo ndipo mmoja wa makarani wa Demidov aliamua kwamba kwa ufanisi zaidi katika uendeshaji wa tanuu za mlipuko, hewa inapaswa kutolewa kwao si kwa njia moja, lakini kwa njia ya pua mbili, ambazo zinapaswa kuwepo pande zote mbili za makaa. Hatua kwa hatua, idadi ya nozzles vile ilikua. Hii ilifanya iwezekane kufanya mchakato wa kupuliza ufanane zaidi, kuongeza kipenyo cha makaa na kuongeza tija ya tanuu.
Uendelezaji wa uzalishaji wa tanuru-moto pia uliwezeshwa na uingizwaji wa mkaa,ambayo misitu ilikatwa, kwa coke. Mnamo 1829, huko Scotland, kwenye mmea wa Clayde, hewa ya moto ilipulizwa kwenye tanuru ya mlipuko kwa mara ya kwanza. Ubunifu kama huo uliongeza kwa kiasi kikubwa tija ya tanuru na kupunguza matumizi ya mafuta. Siku hizi, mchakato wa tanuru ya mlipuko umeboreshwa kwa kubadilisha baadhi ya koki na gesi asilia, ambayo ina gharama ya chini zaidi.
Bulat
Je! Tunajua nyenzo hii kama chuma cha damaski. Chuma hiki, kama chuma cha Damascus, ni aloi ya chuma na kaboni. Hata hivyo, tofauti na aina zake nyingine, ni chuma cha flashy na sifa nzuri. Ni sugu na ngumu, na pia inaweza kutoa ukali wa kipekee kwenye blade.
Wataalamu wa madini ya metali kutoka nchi nyingi wamekuwa wakijaribu kufichua siri ya utengenezaji wa chuma cha damaski kwa zaidi ya karne moja. Idadi kubwa ya mapishi na mbinu zilipendekezwa ambazo ni pamoja na kuongeza pembe za ndovu, mawe ya thamani, dhahabu na fedha kwa chuma. Hata hivyo, siri ya chuma cha damask ilifunuliwa tu katika nusu ya kwanza ya karne ya 20 na metallurgist wa ajabu wa Kirusi P. P. Anosov. Walichukua chuma kilichochanua, ambacho kiliwekwa kwenye tanuru na mkaa, ambapo moto uliwaka. Chuma kiliyeyuka, kilichojaa kaboni. Wakati huo, ilifunikwa na slag ya fuwele ya dolomite, wakati mwingine na kuongeza ya kiwango cha chuma safi zaidi. Chini ya safu kama hiyo, chuma kilitolewa kwa nguvu sana kutoka kwa silicon, fosforasi, sulfuri na oksijeni. Hata hivyo, hiyo haikuwa yote. Chuma kilichosababisha kilipaswa kupozwa iwezekanavyopolepole na utulivu. Hii ilifanya iwezekanavyo kuunda, kwanza kabisa, fuwele kubwa zilizo na muundo wa matawi (dendrites). Ubaridi kama huo ulifanyika moja kwa moja kwenye makaa, ambayo yalijaa makaa ya moto. Katika hatua inayofuata, ughushi wa ustadi ulifanyika, wakati ambao muundo unaosababishwa haupaswi kuanguka.
Sifa za kipekee za chuma cha damaski baadaye zilipata maelezo katika kazi za mtaalamu mwingine wa madini wa Kirusi D. K. Chernov. Alieleza kuwa dendrites ni chuma kinzani lakini ni laini kiasi. Nafasi kati ya "matawi" yao katika mchakato wa kukandishwa kwa chuma imejazwa na kaboni iliyojaa zaidi. Hiyo ni, chuma laini kimezungukwa na chuma ngumu zaidi. Hii inaelezea mali ya chuma cha damask, kilicho katika viscosity yake na wakati huo huo nguvu za juu. Mchanganyiko huo wa chuma wakati wa kuyeyuka huhifadhi muundo wake wa mti, na kugeuka tu kutoka kwa mstari wa moja kwa moja hadi kwenye zigzag. Upekee wa muundo unaotokana kwa kiasi kikubwa hutegemea mwelekeo wa mapigo, nguvu, na pia ujuzi wa mhunzi.
Chuma cha Damascus
Hapo zamani, chuma hiki kilikuwa chuma sawa cha damaski. Hata hivyo, baadaye kidogo, chuma cha Dameski kilianza kuitwa nyenzo zilizopatikana kwa kulehemu ya kughushi kutoka kwa idadi kubwa ya waya au vipande. Vipengele hivi vilifanywa kwa chuma. Zaidi ya hayo, kila moja yao ilikuwa na sifa ya maudhui tofauti ya kaboni.
Sanaa ya kutengeneza chuma kama hicho ilifikia maendeleo yake makubwa zaidi katika Enzi za Kati. Kwa mfano, katika muundo wa blade inayojulikana ya Kijapani, watafiti waligunduakuhusu nyuzi milioni 4 za chuma za unene wa microscopic. Utunzi huu ulifanya mchakato wa kutengeneza silaha kuwa ngumu sana.
Uzalishaji katika hali ya kisasa
Wataalamu wa madini wa kale waliacha sampuli ya ujuzi wao sio tu katika silaha. Mfano wa kuvutia zaidi wa chuma safi cha maua ni safu maarufu iliyo karibu na mji mkuu wa India. Archaeologists waliamua umri wa monument hii ya sanaa ya metallurgiska. Ilibadilika kuwa safu hiyo ilijengwa miaka elfu 1.5 iliyopita. Lakini jambo la kushangaza zaidi liko katika ukweli kwamba leo haiwezekani kuchunguza hata athari ndogo za kutu juu ya uso wake. Nyenzo za safu hiyo zilichunguzwa kwa uangalifu. Ilibadilika kuwa hii ni chuma safi cha flash, ambacho kina 0.28% tu ya uchafu. Ugunduzi kama huo uliwashangaza hata wataalamu wa kisasa wa madini.
Baada ya muda chuma chenye kung'aa kilipoteza umaarufu wake. Chuma kilichoyeyuka kwenye tanuru ya wazi au tanuru ya mlipuko ilianza kufurahia mahitaji makubwa zaidi. Hata hivyo, wakati wa kutumia njia hizi, bidhaa ya usafi wa kutosha hupatikana. Ndiyo maana mbinu ya zamani zaidi ya kuzalisha nyenzo hii imepata maisha yake ya pili hivi karibuni, ambayo inaruhusu kuzalisha chuma na sifa za ubora wa juu zaidi.
Flash iron inaitwaje leo? Inajulikana kwetu kama chuma cha kupunguza moja kwa moja. Kwa kweli, chuma cha maua leo haizalishwi kwa njia ile ile kama zamani. Kwa uzalishaji wake, teknolojia za kisasa zaidi hutumiwa. Wanafanya iwezekanavyo kuzalisha chuma ambacho kina kivitendo hakunauchafu wa kigeni. Tanuri za bomba la Rotary hutumiwa katika uzalishaji. Vipengele hivyo vya kimuundo hutumika kwa kurusha vifaa mbalimbali kwa wingi kwa kutumia joto la juu katika kemikali, saruji na viwanda vingine vingi.
Flash iron inaitwaje sasa? Inachukuliwa kuwa safi na hutumiwa kupata njia ambayo kimsingi sio tofauti sana na ile iliyokuwepo nyakati za zamani. Bado, metallurgists hutumia ore ya chuma, ambayo huwashwa katika mchakato wa kupata bidhaa ya mwisho. Walakini, leo malighafi hapo awali inakabiliwa na usindikaji wa ziada. Inaboresha, na kuunda aina ya umakini.
Sekta ya kisasa hutumia mbinu mbili. Zote mbili hukuruhusu kupata chuma cha flash kutoka kwa makini.
Njia ya kwanza kati ya hizi inategemea kuleta malighafi kwa joto linalohitajika kwa kutumia mafuta magumu. Mchakato kama huo ni sawa na ule uliofanywa na wataalam wa madini wa zamani. Badala ya mafuta magumu, gesi inaweza kutumika, ambayo ni mchanganyiko wa hidrojeni na monoksidi kaboni.
Ni nini hutangulia kupata nyenzo hii? Jina la flash iron ni nini leo? Baada ya kupokanzwa makini ya chuma, pellets hubakia katika tanuru. Ni kutoka kwao kwamba chuma safi hutengenezwa baadaye.
Njia ya pili inayotumika kurejesha chuma inafanana sana katika teknolojia na ya kwanza. Tofauti pekee ni kwamba metallurgists hutumia hidrojeni safi kama mafuta ya kupokanzwa makini. Kwa njia hii, chuma hupatikana kwa kasi zaidi. Hasakwa hiyo, inajulikana na ubora wa juu, kwa sababu katika mchakato wa mwingiliano wa hidrojeni na ore iliyoboreshwa, vitu viwili tu hupatikana. Ya kwanza ya haya ni chuma safi, na ya pili ni maji. Inaweza kuzingatiwa kuwa njia hii ni maarufu sana katika madini ya kisasa. Hata hivyo, leo hutumiwa mara chache, na, kama sheria, tu kwa ajili ya uzalishaji wa poda ya chuma. Hii inaelezewa na ukweli kwamba ni ngumu sana kupata hidrojeni safi, kwa suala la kutatua maswala ya kiufundi na kwa sababu ya shida za kiuchumi. Kuhifadhi mafuta yaliyopokelewa pia ni kazi ngumu.
Hivi majuzi, wanasayansi wameunda njia nyingine ya tatu ya utengenezaji wa chuma kilichopunguzwa. Inahusisha kupata chuma kutoka kwa makini ya ore, bila kupitia hatua ya mabadiliko yake katika pellets. Uchunguzi umeonyesha kuwa kwa njia hii, chuma safi kinaweza kuzalishwa kwa kasi zaidi. Hata hivyo, njia hii bado haijatekelezwa katika tasnia, kwani inahitaji mabadiliko makubwa ya kiteknolojia na mabadiliko ya vifaa vya makampuni ya biashara ya madini.
Jina la flash iron ni nini leo? Nyenzo hii inajulikana kwetu kama chuma cha kupunguza moja kwa moja, wakati mwingine pia huitwa spongy. Hii ni nyenzo za gharama nafuu, za juu, za kirafiki ambazo hazina uchafu wa fosforasi na sulfuri. Kutokana na sifa zake, chuma cha maua hutumika katika tasnia ya uhandisi (usafiri wa anga, ujenzi wa meli na uwekaji ala).
Fechral
Kama unavyoona, leo unapotumiateknolojia za kisasa zaidi hutumia nyenzo kama vile chuma cha maua. Fechral pia ni aloi inayotafutwa. Mbali na chuma, ina vipengele kama vile chromium na alumini. Nickel pia ipo katika muundo wake, lakini si zaidi ya 0.6%.
Fechral ina ukinzani mzuri wa umeme, ugumu wa hali ya juu, inafanya kazi vizuri ikiwa na keramik za alumina za juu, haina mwelekeo wa kupenyeza na inastahimili joto katika angahewa iliyo na salfa na misombo yake, hidrojeni na kaboni. Lakini uwepo wa chuma kwenye aloi huifanya kuwa brittle, hivyo kufanya kuwa vigumu kusindika nyenzo katika utengenezaji wa bidhaa mbalimbali.
Fechral hutumika katika utengenezaji wa vipengee vya kupasha joto kwa tanuu za maabara na za viwandani, kiwango cha juu cha halijoto cha kufanya kazi ambacho ni digrii 1400. Wakati mwingine sehemu kutoka kwa alloy hii hutumiwa kwa madhumuni mengine. Wao huwekwa katika vifaa vya kupokanzwa vya kaya, pamoja na vifaa vya umeme vya hatua ya joto. Fechral imekuwa ikitumika sana katika utengenezaji wa sigara za elektroniki. Pia, aloi ya chuma, alumini na chromium inahitajika katika uwanja wa utengenezaji wa vitu vya kupinga. Hizi zinaweza kuwa, kwa mfano, vipinga vya kuanzia breki vya treni za kielektroniki.
Fechral hutumika kutengeneza waya, pamoja na uzi na utepe. Wakati mwingine miduara na vijiti hupatikana kutoka kwake. Bidhaa hizi zote hutumika katika utengenezaji wa aina mbalimbali za hita za oveni za umeme.
