Przedstawiam pierwszą część z cyklu STAL. W tej części skupimy się na historii stali. W kolejnych, przyjrzymy się co dokładnie wchodzi w jej skład i w jaki sposób się ją przetwarza – jak wygląda proces hartowania i jak to wpływa m.in. na jej udarność. Po drodze postaram się w miarę wyczerpująco wymienić rodzaje stali i ich zastosowanie.
Na początku było żelazo
Na wstępie warto zaznaczyć, że czyste żelazo nie nadaje się do wyrobu żadnego narzędzia – jest zbyt kruche i ma podobne właściwości użytkowe co babka z piasku. Nie wiadomo kto pierwszy wpadł na pomysł, żeby zmieszać je z węglem. Wiadomo jednak, że wydarzyło się to co najmniej 1200 r. p.n.e. i w decydujący sposób odmieniło losy ludzkości – do tego stopnia, że od tego mniej więcej czasu aż do teraz żyjemy w ‘’epoce żelaza’’.
Obróbka żelaza
Jak pierwsi hutnicy otrzymywali stal z żelaza? Przede wszystkim oprócz surowca wydobytego z rudy błotnej lub darniowej, sięgnęli po węgiel drzewny jako substancji o bardzo małej gęstości a więc idealnej do ‘’wyciągania’’ i oczyszczania (adsorpcji) rudy z zanieczyszczeń. Działa to na podobnej zasadzie co przyjmowanie węgla dla odtrucia organizmu lub odfiltrowywania skażonej chemicznie wody.
W najwcześniejszym okresie palono duże ogniska, w których mieszano rudę żelaza z węglem, dopiero później zaczęto stosować do tego dymarki – piece przypominające wyglądem kopiec termitów. Żelazo układano na przemian z węglem drzewnym. Następnie podgrzewano piec do temperatury 1300 stopni, ponieważ wtedy dochodziło do redukcji tlenków (reakcja redoks) i utworzenia się metalu. W konsekwencji otrzymywano metal w postaci łupki zanieczyszczonej węglem drzewnym. Żelazo poddawano dalszej obróbce, przekłuwano coraz skuteczniej oczyszczając z węgla i innych substancji aż otrzymywano stal.
Dymarki miały tę wadę, że po każdym wytopie trzeba było je rozbić aby wydobyć łupkę. Produkcja stali wiązała się więc z postawieniem setek, czasem tysięcy dymarek, jak np. w okolicy dzisiejszego Brwinowa.
Na przełomie XII i XIII w. zastosowano bardziej ekonomiczną metodę wytopu. Dymarka przekształciła się w stały piec hutniczy z otworem spustowym do żużlu i sztucznym ciągiem powietrza. W XIV wieku weszły w użytek tzw. piece fryszerskie, wyposażone w specjalny zbiornik do którego wpadały krople przetapianego, ciekłego metalu. Krople ‘’wietrzyły się’’ przez poddanie strumieniowi wdmuchiwanego powietrza.
W ten sposób opracowano efektywniejszy sposób oczyszczania żelaza niż w klasycznych dymarkach. Zastosowanie w XII w. we Francji energii wodnej do napędu miechów doprowadziły w XIV w. do przekształcenia fryszerek w wielki piec, w którym otrzymywano ciekłą surówkę. Powoli docieramy do czasów współczesnych.
Wielki piec
Wielki piec, jak nazwa wskazuje, jest wielki. Sama jego komora mierzy 30-40m wysokości i mieści się w niej kilkaset mkw rudy i koksu. Piec ma gruszkowaty kształt, napełniany jest od góry. Procesy które w nim zachodzą, podzielone są na strefy, ponieważ w każdej z nich panuje inna temperatura. Zaczynając od góry gdzie temp. sięga 100-200°C, wsad ulega wstępnej obróbce – jest osuszany i odwadniany. Niżej, gdzie mamy już 400°C, następuje redukcja tlenków po to aby ostatecznie, po podgrzaniu do 1100°C, wkład zmienił się w płynną surówkę. Surówka spływa do dolnej części pieca zwanej garem.
Zdaję sobie sprawę, że powyższy artykuł nie wyczerpuje tematu historii stali. Powstał on jedynie jako zarys, żeby choć częściowo móc odpowiedzieć na pytania jak powstawała i jak powstaje stal. Jest to jednocześnie wstęp dla kolejnych wpisów zahaczających o wszystko co związane ze stalą. Cdn!
