UA-75651220-1

Чавун, його одержання

Залізовуглецеві сплави - сталі і чавуни - найважливіші матеріали для виготовлення деталей і вузлів сільськогосподарської техніки: тракторів, комбайнів, сівалок, косарок, плугів, борон та ін.

З давніх часів ковке губчате залізо отримували шляхом «прямого відновлення» безпосередньо з руди. У XVIII ст. цей так званий сиродутний процес був значно поширений. У Європі він зберігся аж до 1850 р., а в Північній Америці - навіть до 1890 р. У наш час сиродутні (крицеві) горни ще можна зустріти у народів Центральної Африки і в Китаї.

З технологією сиродутного процесу ми можемо ознайомитися за описом і гравюрами, наведеними в книзі Агриколи. У робочий простір горна шарами завантажують деревне вугілля й подрібнену руду. Перед горном стоїть плавильник, або горновий, і управляє дуттям, регулюючи засувкою потік води, що приводить у дію ковальський міх. Обличчя плавильника захищено повстяною маскою. З горна крізь боковий отвір стікає шлак. Після 4-8 годин важкої ручної праці робітники за допомогою залізних стрижнів дістають з горна злиплу губчату масу, яка містить залізні зерна разом зі шлаковими включеннями, - крицю. (Залежно від розмірів горна криця могла мати масу до 150 кг.) Два робітники довго обробляють крицю молотами, щоб стиснути її й витиснути частину шлака. Потім крицю поділяють на частини, які проковують на ковадлі, надаючи їм форми, потрібної для продажу.

За свідченням Агриколи, такий «самостійний металургійний завод» уже означав значний технологічний прогрес порівняно з примітивними земляними горнами, які використовувалися раніше в окремих копальнях. Продуктивність ще більше зросла завдяки введенню викладених з цегли сиродутних печей замість подових. І ті й інші мали походження від простих плавильних ям. Спочатку з’явилися невеликі шахтні печі з природним тягом, які встановлювали на відкритій місцині, а пізніше - вже справжні шахтні печі з відкритим випускним порогом і міхом для дуття.

Роботу одного середньовічного металургійного заводу з сиродутними шахтними печами описано Агриколою. Подрібнену руду і деревне вугілля завантажували в піч зверху. Для виймання криці з печі потрібно було відкрити її поріг, закритий цегляною кладкою й обмазаний глиною. Потім крицю обробляли так само, як зазначалося вище. У XV ст. металурги Штирії користувалися сиродутними горнами середнім об’ємом 1,1-1,7 м3. Вони давали за добу 1200-1300 кг металу, а виробіток на одного робітника складав близько 250 кг. За наступні 200 років ці показники зросли відповідно до 3,4-4,5 м3 і 1800-2100 кг на одну піч і до 390 кг на одного робітника.

Зі зростанням розмірів сиродутних горнів й інтенсифікації праці зростав і вміст вуглецю в залізі. При цьому температура плавлення заліза виявлялася нижчою і частина його витікала з горна в розплавленому вигляді разом зі шлаком. Таким чином, металурги могли отримувати побічний продукт, який у твердому стані крихкий і легко розбивається молотом. Це був чавун. Спочатку його просто викидали, але потім навчилися використовувати. Щоб приготувати із чавуну ковке залізо, необхідно видалити з нього вуглець, тобто піддати його подальшій обробці, що у металургів одержала назву «крицевий переділ», або «фришування» (від німецького слова frisch - свіжий, здоровий, чистий) або «рафінування» (від французького rafflner - очищати).

Відкриття й освоєння такого способу обробки дозволило поступово перейти від крицевих сиродутних горен до рудоплавильних печей-домниць. У них стали одержувати рідкий чавун, що потім перетворювали в м’яке залізо (а пізніше - у сталь), видаляючи надлишковий вуглець. Так виник двоступінчастий - через проміжний продукт (чавун) - спосіб виробництва сталі.

У цей час чавун виплавляють у доменних печах.