Lịch sử của “Sắt” qua các thời kì – P1

Tóm tắt nội dung
Giới thiệu
Nấu luyện sắt
Lò cao
Sắt rèn
Sự phát triển của thép
Về tổ chức ASM International

Giới thiệu

Sắt chiếm một tỉ trọng lớn trong vỏ trái đất, là nguyên tố nhiều thứ 4 trên trái đất xét về khối lượng, đứng sau Oxi, Silic và nhôm. Vậy sắt được phát hiện lần đầu tiên khi nào? Và tại sao sắt lại có 1 vai trò quan trọng và có liên kết mật thiết với sự phát triển của con người đến vậy?

Tên gọi xa xưa của sắt trong 1 vài ngôn ngữ thì có nghĩa là “hòn đá từ thiên đường”. Tên gọi này có lẽ xuất phát từ việc những mẩu sắt đầu tiên mà người cổ đại tìm thấy là dưới dạng các thiên thạch rơi xuống trái đất. Các thiên thạch thường chứa trong đó 1 lượng lớn sắt kim loai và đồ sắt đầu tiên người cổ đại sử dụng chính là từ “những hòn đá từ thiên đường” này.

Sắt đầu tiên được tách từ các mỏ sắt oxit tự nhiên có thể là do người nguyên thủy dùng 1 bếp gỗ (hoặc than củi) ở nền của 1 vài mỏm đá. Nếu tình cờ mỏm đá này lại rất giàu oxit sắt, thì sau vài ngày, hoặc thậm chí là vài tháng sử dụng, thì khi bếp lửa nguội, tro sẽ chưa 1 lượng nhỏ bọt sắt. Bọt sắt này là phần sắt còn lại sau khi oxy bị khử hết. Sắt không tan chảy trong suốt quá trình sản xuất. Giống như sắt trong “những tảng đá từ thiên đường”, bọt sắt có thể được chế tác bằng búa thành những hình dạng khác nhau và chúng rất cứng. Giáo mác, đầu mũi tên, dao găm, vũ khí, và các dụng cụ khác có thể được chế tạo từ sắt.

Loại sắt được phát triển đầu tiên là sắt rèn. Sắt rèn có thể rèn thành hầu hết các hình dạng. Thực tế thì thuật ngữ “rèn” nghĩa là “tạo hình bằng đập búa hoặc nện liên tục”. Sắt rèn rất dễ kéo sợi vì có chứa rất ít cacbon (ít hơn 0.05%). Cacbon là 1 tạp chất ngoài nút có thể làm các mắt lưới trong sắt liên kết mạnh mẽ hơn. Các hợp kim sắt chứa từ khoảng 0.1 và 2.0 wt% C thì có 1 cái tên đặc biệt: thép

Nấu luyện sắt

Cùng với sự khử quặng đồng sulfide (CuS),  sự khử sắt oxit đầu tiên có lẽ là ngẫu nhiên. Nhờ vào sức mạnh quan sát mà những nhà luyện kim cổ đại (những người như người khai khoáng, những nhà hóa học và kĩ thuật của thời kì đó) đã nhận biết được rằng sắt có thể được sản xuất trong những lò đơn giản bằng cách giảm cacbon trực tiếp trong quặng sắt. Ngày tháng chính xác diễn ra sự khử sắt chủ í này không được ghi chép lại nhưng có 1 điều chắc chắn rằng việc sản xuất và tạo hình sắt đã lan rộng ở Ai Cập khoảng năm 1500 trước công nguyên. 3000 năm tiếp sau đó, kĩ thuật sản xuất sắt không có gì thay đổi đáng kể. Bọt sắt được tạo ra bằng cách giảm cacbon trong oxit; nghiền bọt sắt thì sẽ thu được những sản phẩm từ sắt

Quặng sắt oxit tồn tại ở rất nhiều nơi trên Trái Đất. Do vậy, điều dễ hiểu là vào cùng thời gian người cổ đại khử quặng sắt ở Ai Cập, thì trên nhiều vùng đất khác trên thế giới cũng diễn ra điều tương tự. Trung Quốc, Ân Độ, Châu Phi và Malaya là những địa danh đầu tiên diễn ra sự phát triển của ngành sắt. Những lò luyện sắt tại các quốc gia này đều khá đơn giản. Các lò có hình dạng và kích cỡ khác nhau, nhưng về chức năng thì đều giống nhau. Việc khử hóa học sắt diễn ra mà không cần nấu chảy, và kim loại thu được khá tinh khiết và mềm, nó có thể được đánh búa thành những hình dạng hữu ích và được gọi là sắt rèn.

Không giống như việc khử quặng CuS, việc nấu luyện trường sắt là không thực tế bởi vì nó yêu cầu nhiệt độ cao hơn và môi trường xung quanh được kiểm soát cẩn trọng cao hơn. Nấu luyện quặng sắt oxit yêu cầu 1 vài C hoặc CO phản ứng với quặng sắt để sản sinh ra sắt và CO2. Do vậy, việc nấu luyện sắt cần phải sử dụng cacbon ở dạng than củi hoặc than cốc, cho 2 mục đích. Cacbon phải phản ứng với oxi hoặc phải cháy để cung cấp hơi nóng cần thiết cho quá trình nấu luyện. Trong trường hợp này cacbon đóng vai trò như 1 nhiên liệu đốt. Cacbon phản ứng với quặng sắt, hình thành nên CO2 và sắt. Qúa trình nấu luyện sắt thuở sơ khai được tiến hành trong những lò cao dạng ống khói như hình được minh họa dưới đây. Những lò này có thể được phát triển dễ dàng tiếp sau sự khử quặng sắt oxit ngẫu nhiên

Hình 1: Lò cao ở Mỹ thuở sơ khai Chimney: ống khói. Charging floor: Sàn chất tải. Shaft: Thân lò. Slag layer: lớp xỉ. Tap Hole: lỗ nút. Timber support for tunnel: thanh gỗ hỗ trợ đường lò

Nguồn: azom.com

Trịnh Thị Lý  @ MES Lab,…  (biên dịch)

Related posts

One Comment;

  1. Pingback: Lịch sử của “Sắt” qua các thời kì (Phần 2/3) | MES Channel

*

Top