В истории людской цивилизации огромную роль сыграло железо. Человек начал применять изделия из железа еще в начале I тысячелетия до н. э., и до сих пор оно есть самым распространенным железным материалом.
В отличие от золота, меди и серебра, каковые видятся в самородном состоянии и исходя из этого первыми из металлов начали употребляться человеком, железо в чистом виде практически не видится. Оно соединяется с кислородом воздуха, преобразовываясь в оксид, и содержится в составе металлической руды. И лишь в то время, когда человек обучился извлекать железо много из руды, оно стало широко распространено. (Руда — природное минеральное образование, содержащее какой-либо металл либо пара металлов.)
Чистое железо — яркий мягкий металл. Но употребляется оно не в чистом виде, а лишь в виде сплавов, т. е. в соединении с другими химическими элементами. Одни элементы присутствуют в металлической руде и прямо при выплавке железа переходят в него. Другие — вводятся в железо намерено, дабы придать ему те либо иные свойства (см. Легирование). Кроме того маленькие примеси некоторых химических элементов меняют свойства железа: делают его прочным, жёстким, оказывают помощь удачно противостоять воздействию кислот и высоким температурам.
Непременный компонент металлических сплавов — углерод. В случае, если углерода мало — 0,02—0,04%, то сплав сохраняет природные физические особенности железа — он мягкий, пластичный, легко изменяет форму под давлением. Он именуется технически чистым железом. Чем больше углерода, тем металл делается более жёстким и менее пластичным. Но до тех пор пока количество углерода не превышает 2%, сплав возможно ковать, штамповать. Это сталь. Из нее сделано большая часть тех предметов, каковые мы именуем металлическими. А вдруг углерода от 2 до 4%, сплав именуют чугуном. Он жёсткий и хрупкий. Его нельзя ковать (он ломается под ударами), а возможно лишь отливать в форму. Не смотря на то, что один из видов чугуна и именуется ковким, он фактически ковке не подвергается. Но владеет высокой, по сравнению с другими видами чугуна, пластичностью. Отливки из ковкого чугуна обширно применяют в разных отраслях индустрии.
Примеси, попадающие в железо из руды, по-различному изменяют его свойства. Одни из них — кремний, марганец — нужны, потому, что увеличивают пластичность и прочность сплава. Другие — сера, фосфор, мышьяк — вредны, поскольку делают сплав ломким.
Производство стали в мире всегда растёт. Не обращая внимания на то что многие металлы находят широкое использование, и первым делом алюминий, титан, магний и другие и сплавы на их базе, часть железа в мировом производстве металлов так же, как и прежде довольно большая — около 95%.
Металлический прокат есть главным исходным материалом в других отраслях и машиностроении индустрии, исходя из этого в прокат перерабатывается 80—85% всей выплавленной стали.
В дореволюционной России на одного человека производилось меньше тридцати килограмм стали в год. А в СССР в 1984 г. количество выплавленной стали на одного человека составляло 600 кг! И производство ее будет все возрастать. Это один из наиболее значимых показателей большого промышленного развития страны.
Прямое получение железа. К середине XIX в. в тёмной металлургии чтобы получить железо совсем утвердился так называемый двойной передел: из руды — чугун, из чугуна — сталь. Огромные доменные печи, конвертеры, мартеновские печи удовлетворяли потребности индустрии. Но конкретно сейчас ученые-металлурги Америки и Европы начали искать методы прямого получения железа из руды, минуя доменный процесс.
Двойной передел, т. е. получение чугуна из руды в доменных печах, а из чугуна стали в мартеновских печах, — это электроэнергии и двойной расход топлива, двойное количество агрегатов, инструментов и механизмов, наконец двойное количество рабочих. Исходя из этого ученые и обратились к методу древних мастеров, каковые прямо из руды приобретали железо, восстанавливая его древесным углем в мелких горнах либо в тиглях. Громадное преимущество прямого получения железа кроме его высокой экономичности в том, что данный процесс разрешает избежать «засорения» железа серой и другими нежелательными элементами, содержащимися в коксе. Нужно было возродить старый метод на новой, промышленной, высокопроизводительной базе.
Первая промышленная установка прямого получения железа получила в 1911 г. в Швеции. Она абсолютно копировала старый метод: железо восстанавливалось из руды посредством мелкоистолченного древесного угля в глиняных тиглях. Лишь в печь загружалось сходу 3500 тиглей. Позднее в различных государствах показались и другие установки, причем все чаще восстановителем служил не уголь, а водород, снабжающий громадную химическую чистоту металла.
У нас в городе Ветхий Оскол (Белгородская область) вступил в эксплуатацию Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК), наибольший в Европе. Он дает отличную сталь способом прямого
получения. Сырьем для нее помогает руда Лебединского горно-обогатительного комбината. Сперва ее измельчают на шаровых мельницах и смешивают с водой. Эта смесь — пульпа — идет по трубам за 26 км и поступает в цех окомкования. Тут ее превращают в окатыши с содержанием железа 67%. Окатыши поступают в цех металлизации, где трудятся установки прямого получения железа. Любая установка — это шахтная вертикальная печь, высотой 64 м и с внутренним диаметром 5 м. В их приемные устройства и текут постоянным потоком окатыши. А навстречу им снизу вверх идет горящий газ, содержащий 90% оксида углерода, и водород, предварительно нагретый до 850—900° С. Теплота этих газов и теплота собственного горения и дают нужную температуру для металлизации окатышей. Как и в древних горнах, тут руда (окатыши) не расплавляется, а восстанавливается в жёстком виде. К концу пути на протяжении печи окатыши более чем на 90% складываются из железа. Они поступают в другие электропечи, где проходят дополнительный цикл очистки от примесей. Полученная сталь не уступает по качеству той, которую создают в вакуумных электропечах (см. Электрометаллургия). К тому же эта сталь более недорогая и ее возможно приобретать много.