чёрная металлургия

чёрная металлу́ргия

Отрасль промышленности, включающая добычу железной руды, выплавку чугуна и стали, изготовление из них проката, стальных труб, прочих металлических изделий.

Древнейшие (датируемые 6-м тыс. до н. э.) предметы из железа рудного происхождения – небольшие крицы – обнаружены при раскопках Аладжа-Хююка в Анатолии (Турция). Наиболее древний способ плавки железной руды – тигельный: руду смешивали с древесным углём и помещали в тигли, изготовленные из глины, перемешанной с костной золой. Для овладения технологией кустарного производства железа человечеству понадобилось ок. 5 тыс. лет. Началом железного века большинством учёных считается 12 в. до н. э. Сыродутный горн стал первым металлургическим агрегатом, специально предназначенным для производства железа из руд. Его конструкция явилась следствием стремления древних металлургов повысить интенсивность поступления в агрегат воздуха, что было необходимым условием повышения температуры процесса. Широкое, практически повсеместное распространение сыродутные горны получили в 5–1 вв. до н. э. В 7–8 вв. в Скандинавии и Альпах стали строить сыродутные горны выше человеческого роста, причём увеличение высоты агрегата происходило очень интенсивно, и к кон. 1-го тыс. строились печи высотой до 5 м. С увеличением высоты горнов в них стали существенно улучшаться условия теплообмена между опускающимися сверху железорудными материалами и поднимающимся снизу восстановительным газом. Получаемая крица стала более равномерной по химическому составу, в ней повысилось содержание железа, а само железо стало более насыщено углеродом.

В раннем Средневековье был разработан ещё один способ повышения производительности сыродутного горна, который заключался в использовании низкой, но интенсивно работающей печи, постоянно подгружаемой шихтой. Именно этот способ получил распространение в металлургии Юго-Западной Европы; в 10–11 вв. здесь была разработана технология плавки железа в горнах, получивших название «каталонских». На рубеже 13–14 вв. на крупных металлургических мануфактурах Европы для привода воздушных мехов стали использоваться водоналивные колёса. Это позволило увеличить интенсивность дутья до 5–6 мі/мин, а высоту печей – до 6 м. Такое конструктивное изменение агрегата привело к принципиально новой сущности процесса – в печах стали получать новый сплав железа с углеродом – чугун.

Чугун был известен металлургам и ранее: в сер. 1-го тыс. до н. э. его получали методом тигельной плавки в Индии и Китае. Для этого в тигли помещали кричное железо и древесный уголь и вели плавку в течение нескольких суток. Чугун, получаемый таким способом, называется синтетическим. Металлургические печи, в которых стало возможным выплавлять из руд не только кричное железо, но и чугун, получили название «домниц» (от слова «дмение», что означает «дутьё»). Активное применение чугунного литья для производства артиллерийских снарядов и орудий привело к быстрому раскрытию литейных свойств металла. С развитием технологии ваграночной плавки чугун превратился в основной металл промышленного производства.

Широкое использование доменной плавки в качестве основного мануфактурного способа производства железных изделий началось после изобретения технологии передела чугуна в ковкий металл. Она была разработана во 2-й пол. 16 в. в Бельгии и получила название «фришевание», т. е. «оздоровление» (или «очистка») чугуна. Сущность процесса фришевания, осуществляемого в кричных горнах, заключалась в окислении примесей чугуна в струе воздушного дутья в ходе плавления и стекания капель чугуна по древесному углю. При этом из чугуна последовательно удалялись кремний, марганец, фосфор и углерод. По мере удаления углерода металл переходил в тестообразное состояние, и на поду печи формировалась крица. С освоением процесса фришевания, который впоследствии был заменён пудлингованием чугуна, сложилась основная технологическая цепочка мануфактурного производства изделий из железа, которая просуществовала до 2-й пол. 19 в. Начиная с 1735 г. совершенствование конструкции агрегатов, технологии плавки и изобретения в металлургии железа следуют одно за другим практически непрерывно.