Ковка железа

Железо известно человечеству с глубокой древности, но долгое время изделия из него были редкостью. Выплавка железа из руды широко распространилась лишь с изобретением кричного горна.

Мост через реку Северн, построенный Абрахамом Дерби III. Это был первый мост, собранный из чугунных секций заводского изготовления. Мост был построен на деньги частной компании, поэтому путники должны были платить за проезд по нему.

Древние египтяне получали железо из метеоритов, собранных в пустыне, но ок. 1350 г. до н. э. придумали способ получать его с помощью огня. Примерно в то же время начали использовать железо хетты, индийцы и китайцы. Древние греки использовали железные штыри для скрепления каменных блоков, а ок. 400 г. до н. э. китайские ремесленники делали статуи из металла, который был прообразом чугуна.

Считают, что первая доменная печь для выплавки железа - кричный горн - появилась в Каталонии (Испания) ок. 700 г. Век спустя кричный горн появился в Скандинавии. Принцип действия горна основывался на простом химическом процессе. На рисунке внизу показано, как это происходило. Металлурги делали печь, выкапывая яму в земле, обкладывали ее утрамбованным грунтом и обугленным тростником, а потом пристраивали коническую трубу из глины и шлака (отходов предыдущих плавок). Печь наполняли смесью железной руды, известняка и древесного угля, после чего разводили огонь. Когда огонь разгорался, рабочие начинали нагнетать в печь воздух с помощью ручных мехов. Руда (оксид железа) превращалась в металл под действием окиси углерода (СО), образовавшейся в результате соединения воздуха с древесным углем (кислорода с углеродом). Главное назначение известняка (углекислого кальция) - вступление в реакцию с силикатными примесями в руде и создание шлака. Шлак всплывает на поверхность расплавленного железа, которое можно выпустить через летку (отверстие в нижней части печи).

К XIV в. главным производителем железа в Европе стала Англия. Постоянный приток воздуха в печах обеспечивался мехами, которые приводились в движение водяными колесами; в результате одна домна могла производить до 3 т железа в сутки. Такая производительность требовала большого количества древесного угля, получаемого с помощью сжигания древесины. Результатом этого стало уничтожение большей части британских лесов. Наконец в 1709 г. английский металло-промышленник Абрахам Дерби начал использовать вместо древесного угля кокс, полученный из каменного угля. Соотечественник Дерби Дад Дадли претендовал на приоритет, утверждая, что он использовал при плавке каменный уголь, что маловероятно, так как сера, присутствующая в каменном угле, испортила бы железо. Новшество Дерби повлияло на производство и использование чугуна. Вскоре чугунная посуда появилась в каждом английском доме. Дерби строил свои домны в Колбрукдейле, на берегах реки Северн. В 1742 г. его сын, Абрахам Дерби II, внедрил в производство паровую машину, которая качала из реки воду, приводившую в движение мехи. В 1768 г. компанию унаследовал его внук, Абрахам Дерби III. В 1779 г. он построил в Колбрукдейле мост через Северн (длина - 30 м, высота -12 м), собранный из чугунных секций, изготовленных на его заводе.

В 1828 г. шотландский инженер из Глазго Джеймс Нилсон получил патент на использование в доменной печи поддува горячим воздухом вместо холодного. Выход железа на тонну угля увеличился втрое. В 1857 г. Эдуард Алфред Каупер изобрел доменный воздухонагреватель (каупер), что дало возможность довести температуру в домне до 1350 °С и значительно повысить ее производительность.

Колбрукдейлские домны работали 24 часа в сутки. На этой картине, написанной в 1801 г., показано, как пламенеет небо в момент выпуска жидкого металла из домны.

Изображение прокатного стана окружают изображения доменных печей и их составных частей. На стане из раскаленных металлических болванок изготавливают рельсы и детали более тонкого профиля.