Výroba surového železa v Rusku, história vývoja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Ruská federácia už niekoľko stoviek rokov patrí medzi svetových lídrov vo výrobe surového železa. Táto zliatina sa používa v rôznych priemyselných odvetviach, používa sa na vytváranie umeleckých a dekoratívnych výrobkov. Odborníci hovoria: liatina je neoddeliteľnou súčasťou ľudského života, je zaslúžene považovaná za jeden z najvyhľadávanejších materiálov. Dnes navrhujeme hovoriť o metalurgii železa, výrobe železa a ocele, ich vplyve na človeka. Vráťme sa do kroniky vývoja zlievarenského podnikania vôbec: čakajú na vás historické fakty a zaujímavé informácie!

História: Vek medi

Liatina je kov s tisícročnou históriou, ktorej korene siahajú až do BC. Vo všeobecnosti historici datujú prvé dôkazy o vzniku metalurgie do 6. – 5. tisícročia pred Kristom. Potom človek ešte používal kameň na vytváranie nástrojov, ale už narazil na medené nugety. Odoberanie nugetov za obyčajné kamene a ich spracovanie rovnakým spôsobom, aký bol aplikovaný na akékoľvek kamene - len narážanie do seba - človek pochopil: tieto kamene sa nelámu, ale iba deformujú, a pretomožno tvarovať do takmer akéhokoľvek tvaru. Historici by túto metódu neskôr nazvali kovaním za studena. Meď sa tak stala náhradou kameňa, výroba háčikov, oštepov a dýk sa stala oveľa jednoduchšou, navyše kvalita takýchto výrobkov výrazne prevyšovala kvalitu analógov vyrobených z kameňa a kostí. Súčasne sa zlepšilo spracovanie dreva, bolo možné vyrábať malé diely. Mimochodom, vedci dokázali, že na tých územiach, kde sa meď aktívne používala, sa koleso objavilo oveľa skôr. To dokazuje skutočnosť, že vývoj ľudstva je neoddeliteľne a úzko spätý s rozvojom hutníctva.

Vek bronzový

Keď sa ľudia naučili vyrábať bronz – zliatinu pozostávajúcu z medi a cínu, ľudstvo vstúpilo do doby bronzovej. Historici dnes nevedia odpovedať na otázku, ako presne človek vynašiel takúto zliatinu. Väčšina výskumníkov sa domnieva, že sa to stalo čistou náhodou, keď sa cín dostal do nádoby s roztavenou meďou. Faktom zostáva, že tisíc rokov ľudia bojovali s bronzovými mečmi a varili sa v bronzových nádobách.

Doba železná

Historici hovoria: bolo oveľa jednoduchšie získať železo ako meď alebo cín. Ide o to, že sa všade nachádza vo forme oxidu a oxidu. Prečo teda ľudia nezačali používať železo skôr? Odpoveď je jednoduchá: výroba tohto kovu je neuveriteľne zložitý a časovo náročný proces, ktorý prebieha v niekoľkých etapách. Štúdium tohto procesu si vyžiadalo viac ako jedno storočie vývoja. Pretonie je prekvapujúce, že vtedajších metalurgov považovali ľudia za skutočných čarodejníkov, ktorí pálili magické veci.

Prvá zmienka o liatine

Krajina, v ktorej sa začala výroba železa, sa dnes považuje za Čínu. Historici hovoria, že sa to stalo okolo piateho storočia pred naším letopočtom. V Nebeskej ríši boli mimoriadne obľúbené mince, domáce potreby a rôzne zbrane vyrobené z liatiny. Do našich čias sa zachovalo veľa liatinových odliatkov, napríklad nádherný liatinový lev, ktorý je 6 metrov vysoký a 5 metrov dlhý. Vedci dokázali, že táto socha bola odliata v jednom čase, čo nepochybne svedčí o veľkej zručnosti z prvých čínskych metalurgov.

Zaujímavosť: na celom svete sa za začiatok výroby tvárnej liatiny považuje 19. storočie nášho letopočtu, hoci je spoľahlivo známe, že v Číne sa z nej vyrábali meče ešte pred narodením Krista!

Pôvod výroby v Rusku

Kedy sa začala výroba železa v Rusku? Archeologické vykopávky uskutočnené na území veľkých miest Zlatej hordy dokazujú, že vznik a rozvoj tejto výroby v Rusku sa začal už v časoch tatarsko-mongolského jarma! Určitú úlohu v tom zohrala blízkosť mongolského kráľovstva k Číne.

Prakticky vo všetkých tatársko-mongolských mestách žili Rusichi, ktorí tu mali svoje dielne a obchodné stánky. Poznatky miestnych majstrov si nielen osvojili, ale podelili sa aj o svoje. Po páde Hordy sa technológia naďalej vyvíjala a zlepšovala. Už vV 16. storočí za Vasilija Tretieho a Ivana Hrozného sa výroba zlievárenského železa začala aktívne využívať v delostrelectve, vyrábali sa z neho hlavne delové gule a malé delá. Zároveň sa podľa historikov používala liatina aj na odlievanie zvonov. Hlavná výroba prebiehala v mestách ako Moskva a Tula. Stojí za zmienku, že až do 17. storočia Európa nepoznala takéto technológie, a preto ruské továrne mohli aktívne vyvážať rôzne nástroje a jadrá vyrobené z liatiny do európskych krajín.

Aktívny vývoj

V dobe Petrovskej éry sa začal aktívny rozvoj výroby železa a ocele. Cár pochopil, že zvýšenie hutníckych kapacít povedie Rusko k rozvoju. Na realizáciu neuveriteľných plánov mal Peter I všetko potrebné: materiály aj výrobné technológie. Práve pod týmto kráľom sa začala aktívna výstavba tovární na Sibíri na Urale. Počas celej vlády Petra Veľkého sa výroba železa a ocele zvýšila 770-krát, v Rusku sa objavilo 16 veľkých hutníckych závodov. Rozvoj pokračoval aj po smrti cisára, koncom 18. storočia bolo na území Ruskej ríše viac ako sto tovární, krajina sa stala svetovým lídrom v tejto oblasti. Spolu s rozvojom priemyslu sa rozvíjali aj odvetvia spracovania kovov. Teraz sa z liatiny nevyrábali len zbrane, ale aj riad, pomníky, brány a ploty.

Za zmienku stojí, že domáce vysoké pece používané na výrobu železa boli uznávané ako najlepšie na svete. Vyznačovali sa najvyššou produktivitou aj pri minimálnych nákladoch. V XIXstoročia boli zlievarne oddelené od vysokých pecí, čo umožnilo proces nielen špecializovať, ale aj mechanizovať. V tomto období sa objavili zlievarne rúr a dielne vyrábajúce odliatky z kujnej liatiny.

Rusko je svetovým lídrom

V 20. storočí Rusko nespomalilo a zostalo lídrom v odlievaní železa. V ZSSR objem liatiny tvoril asi 75 % z celkového množstva odliatkov kovov. Bola to surovina číslo 1, jej hlavnými spotrebiteľmi boli obranný priemysel a poľnohospodárstvo. Práve z liatiny špecialisti vyrábali diely a rôzne jednotky pre zariadenia. Treba poznamenať, že aj dnes si Rusko zachováva vedúce postavenie v oblasti výroby a používania liatiny. Vyrábajú sa z neho nielen veľkorozmerové výrobky, ale aj také jemné práce, ako sú bránové prvky, šperky, odlievanie pecí a suveníry!

Výroba železa: potrebné vybavenie

Začnime definíciou. Liatina sa zvyčajne nazýva zliatina železa s uhlíkom a uhlík by tu mal byť aspoň 2%. Aký je teda proces výroby železa? V prvom rade si to vyžaduje obrovskú vysokú pec. Jej rozmery sú úžasné: výška takejto pece je 30 m, vnútorný priemer je 12 m. Najširšia časť pece sa nazýva naparovacia, spodná, cez ktorú do pece vstupuje horúci vzduch, je ohnisko, tzv. horný je hriadeľ. Mimochodom, v hornej časti je špeciálny otvor - vrch, ktorý je uzavretý špeciálnym uzáverom. Princíp činnosti vysokej pece je protiprúdový: zdola do nejvzduch sa privádza a materiály sa privádzajú zhora. Materiály potrebné na výrobu železa zahŕňajú tavivo (bez neho nemôže vzniknúť troska), koks (nevyhnutný na ohrev vody, jej tavenie a redukciu) a rudu (ktorá je hlavnou surovinou).

Na výrobu budete potrebovať aj:

• carts;
• transporters;
• bunkers;
• špeciálny faucet atď.

Suroviny

Úvod do zliatin, výroba železa a ocele sa začína už v škole – táto téma je súčasťou pracovného programu z chémie. Učebnice pojednávajú o zložení železnej rudy: je to samotná rudná látka, teda uhličitany, kremičitany a oxidy železa a odpadová hornina pozostávajúca z dolomitu, pieskovca, vápenca a kremenca. Treba poznamenať, že v rôznych rudách môžu byť prítomné rôzne množstvá rudnej látky. Podľa tohto kritéria sa ruda delí na chudobných a bohatých. Prvý je odoslaný na obohatenie a druhý môže byť okamžite použitý vo výrobe.

Na výrobu tony surového železa budete potrebovať: tri tony rudy, tonu koksu, dvadsať ton vody. Množstvo taviva závisí od typu rudy.

Druhy železných rúd

Skôr než prejdeme k procesu výroby železa, ponúkame informácie o druhoch železných rúd. Môže to byť:

1. Hnedá železná ruda. Vyznačuje sa obsahom 25-50% železa vo forme takzvaných vodných oxidov. Odpadová hornina je ílovitá.
2. Hematit(nazýva sa aj červená železná ruda). Ide o bezvodý oxid, obsah škodlivých nečistôt je tu minimálny. Železo je tu asi 45-55%.
3. Magnetická železná ruda. Obsah železa je tu asi 30-37%. Odpadová hornina je kremičitá hmota.
4. Siderit (jeho druhé meno je železná ruda) sa extrémne ľahko oxiduje a mení sa na hnedý vápenec.

Výrobná technológia

Technológia výroby železa pozostáva z niekoľkých etáp. Všetko to začína prípravou rudy: triedi sa podľa chemického zloženia a samozrejme podľa veľkosti. Veľké suroviny sa drvia a malé častice alebo rudný prach sa aglomerujú. V tom istom štádiu prebieha aj zúžitkovanie chudobných rúd. Okrem toho sa počas procesu prípravy odstráni významná časť odpadovej horniny, respektíve sa zvýši obsah železa. Ďalšou etapou technológie výroby železa je príprava paliva. Všetko to začína koksom. Počas tejto fázy sa koks preosieva - odstránia sa z neho všetky nepotrebné jemné častice, čo môže viesť k strate paliva. Ďalšou etapou výroby vysokopecného železa je príprava tavív. Plusy sa drvia, drobnosť sa z toho preosieva. Po tomto postupe sa všetky materiály vložia do pece. Potom sa priamo začína vysokopecná výroba surového železa: pec sa naplní koksom, pridá sa aglomerátor (takto sa nazýva ruda spekaná tavivom) a znova sa pridá koks.

Teplota potrebná na tavenie sa udržiava vháňaním ohriateho vzduchu. V procese spaľovaniakoks v ohnisku produkuje oxid uhličitý. CO_{2 prechádza cez koks a stáva sa CO. Ďalej oxid uhoľnatý obnovuje hlavnú časť rudy. V tomto procese sa železo stáva pevným a prechádza do tej časti pece, kde je vzduch veľmi horúci. Tu železo rozpúšťa uhlík v sebe. Vlastne takto vyzerá výroba železa vo vysokej peci. Tekuté železo z pece padá do špeciálnych naberačiek, z ktorých sa nalieva do vopred pripravených foriem. Je možné naliať do špeciálnych kolekcií-mixérov, v ktorých zliatina zostane nejaký čas v tekutej forme. Súčasne s výrobou vysokopecného surového železa sa redukuje kremík, mangán a množstvo ďalších nečistôt.}

Druhy liatiny

Existujú len dva typy liatiny: biela a sivá. Rozdiel medzi nimi spočíva v chemickom zložení a procese tepelného spracovania. Biele liatiny sú teda výsledkom veľmi rýchleho ochladzovania, zatiaľ čo sivé liatiny sa získavajú v dôsledku pomalého ochladzovania. Biele sa vyznačujú takými vlastnosťami, ako je krehkosť a tvrdosť. Veľmi ťažko sa krájajú, pri tom sa z nich odlamujú kúsky. Preto sa biele liatiny používajú len ako polotovary na výrobu iných druhov liatiny. Napríklad v dôsledku vypaľovania tohto typu sa získajú kujné liatiny. Poznámka: názov kujná nemá nič spoločné s procesom kovania. Podľa historikov sa to objavilo v dôsledku skutočnosti, že podkovy boli predtým vyrobené z liatiny s takýmito vlastnosťami. Tento typ je široko používaný vpoľnohospodárska technika a automobilový priemysel. Hlavným rozdielom medzi sivou liatinou je ťažnosť spojená s vysokou pevnosťou. To umožňuje ich použitie v oblastiach, ako sú obrábacie stroje, poľnohospodárstvo a automobilový priemysel a domáce použitie.

Mimochodom, existujú takzvané polovičné liatiny. Majú stredné vlastnosti bielych a sivých druhov. Navyše, úpravou intenzity chladenia tejto zliatiny je možné získať rôzne odliatky, ktoré sa budú líšiť pevnosťou, ťažnosťou a ďalšími vlastnosťami. Medzi liatiny so špeciálnymi vlastnosťami patria:

• proti treniu, používané na výrobu puzdier, hriadeľov, ložísk;
• odolné voči opotrebovaniu, potrebné na vytvorenie čerpacieho zariadenia, rôznych dielov pre dusíkatý priemysel, odlievanie pecí;
• žiaruvzdorné, ktoré sa používajú pri výrobe odliatkov pecí, potrubných systémov a motorov plynových turbín;
• žiaruvzdorné, vhodné pre armatúry pecí a časti kotla;
• odolné voči korózii, nevyhnutné na výrobu rôznych dielov v chemickom a leteckom priemysle, ktoré sa používajú v agresívnom prostredí.

Charakteristiky liatiny

Kvalitná liatina sa vyznačuje nasledujúcimi vlastnosťami:

• vynikajúca tepelná kapacita;
• dobrá odolnosť proti korózii;
• zvýšená tepelná odolnosť.

Tieto a ďalšie vlastnosti umožňujú použitie liatiny vv každodennom živote av ťažkom priemysle. Ruský liatinový riad je obzvlášť populárny. Z tohto materiálu sa vyrábajú nielen panvice a hrnce, ale aj fondue, grily, zapekacie misky, dusené panvice a grily.

Za zmienku stojí, že jedlá z tohto materiálu sa rovnako dobre hodia na vyprážanie palaciniek, varenie duseného mäsa, cereálií a na dusenie pilafu. Faktom je, že liatina sa zahrieva pomerne pomaly, ale dokonale akumuluje teplo a rozdeľuje ho rovnomerne. Odborníci hovoria: rôzne spoločnosti sa zaoberajú výrobou liatinového riadu. Všetky vyrábajú produkty približne rovnakej kvality. Zo všetkej tejto rozmanitosti vynikajú produkty petrohradského závodu "Neva". Práve tento závod je jedným z najväčších výrobcov liatinového riadu v Ruskej federácii.