Żelazna epoka cywilizacji: metal zmienia świat

Dzięki żelazu prymitywny system plemienny został zastąpiony przez rodzące się społeczeństwo klasowe, powstawanie państw i nawiązywanie nowych stosunków handlowych. W okresie wczesnej epoki żelaza powstał słynny szlak handlowy Wielki Jedwabny Szlak.

Jakkolwiek nierealnie by to nie brzmiało, wszystko zaczęło się od żelaza pochodzenia pozaziemskiego… Tak, żelazo po raz pierwszy powstało z meteorytów. Takie wyroby żelazne miały wysoką zawartość niklu. Mimo większej złożoności technologicznej i pracochłonności wytwarzania żelaza niż brązu, epoka żelaza pewnie wyprzedziła epokę brązu, ponieważ żelazo występuje w przyrodzie częściej niż brąz. W epoce brązu wiele wyrobów metalowych było przerabianych na broń. Niedobór cyny do odlewania brązu zmusił starożytnych hutników do rozpoczęcia poszukiwań alternatywy. Szerokie zastosowanie rudy żelaza doprowadziło do udoskonalenia technologii produkcji metalu. Gdy cyna stała się znów dostępna, żelazo było tańsze, mocniejsze i lżejsze, a kute żelazo na zawsze zastąpiło narzędzia z brązu.

Jak produkowano żelazo u zarania epoki żelaza

Technologia produkcji żelaza obejmowała serię operacji mających na celu jego redukcję z rud i, według ekspertów, została odkryta w drugim tysiącleciu p.n.e. w Azji Mniejszej.

Do tego celu używano pieców kaflowych. Powietrze pompowano do nich za pomocą miechów. Wczesne piece miały kształt stożka i wysokość około jednego metra. W dolnej części pieca znajdowały się dysze powietrzne, przez które doprowadzano powietrze do spalania węgla. Dzięki temu w piecu wytwarzała się bardzo wysoka temperatura, która umożliwiała stopienie naładowanej mieszaniny tlenków żelaza i skały płonnej. W wyniku reakcji chemicznych część tlenków stopiła się ze skałą płonną, tworząc topliwy żużel, a inna część została zredukowana do żelaza i stopiona w miękki, porowaty materiał zwany wykwitem. Następnie starożytni hutnicy rozbijali przednią ścianę pieca, aby wydobyć żelazny wykwit. Jednak, w przeciwieństwie do brązu, metal w tej postaci nie nadawał się do odlewania w formach. Wykwit wyglądał jak spiekane żelazo gąbczaste w postaci ziaren metalu. W gorącej postaci był on kuty, dzięki czemu metal stawał się bardziej sztywny i jednorodny. Metal ten był następnie wykorzystywany do produkcji różnych wyrobów metalowych w kuźni. Kowal rozgrzewał wykwit otwartym płomieniem i przy użyciu młota i kowadła tworzył kute dzieła metalowe.

Jak epoka żelaza wpłynęła na rozwój cywilizacji

Na długo przed rewolucją przemysłową większość ludzi we wczesnej epoce żelaza hodowała zwierzęta i pracowała w rolnictwie. Życie koncentrowało się wokół wsi, gdzie społeczności uprawiały ziemię i wytwarzały ręcznie przedmioty niezbędne do życia.

Wytworzenie żelaznych narzędzi ułatwiło pracę w rolnictwie i zwiększyło jej wydajność. Chłopi mogli uprawiać twardsze gleby, co umożliwiło uprawę i hodowlę nowych gatunków roślin. Podobnie było z hodowlą bydła. Efektywniejsze sposoby wykonywania pracy pozwoliły na uwolnienie czasu.

Większa ilość czasu oznaczała, że ludzie mogli teraz zająć się innymi zajęciami niż rolnictwo, takimi jak sprzedaż lub handel tym, co wyhodowali. Niektóre rodziny zaczęły otwierać piekarnie lub warsztaty krawieckie i kowalskie. Rozwój kowalstwa, z kolei, promował rozwój takich rzemiosł jak obróbka skóry, drewna i kości. W tym okresie kwitł handel.

Rozwój technologii obróbki żelaza

Technologia obróbki metali rozwijała się stale i szybko. Powstała wówczas broń spawana i stal damasceńska, a piece bloomery zastąpiono wyższymi piecami Stuckofena. Pod koniec XIII wieku te czterometrowe piece zaczęły być stosowane w nowożytnej Europie. Mogły one produkować do 250 kg żelaza dziennie.

W połowie XV wieku piece Stuckofen zostały zastąpione jeszcze wyższymi piecami Blauofen, wyposażonymi w podgrzewanie powietrza. Piece te miały jednak jedną wielką wadę: wyższe temperatury w piecach Blauofen nie tylko zwiększały uzysk żelaza z rudy, ale także zwiększały od 10% do 30% (w porównaniu z piecem Stuckofen) powstawanie nawęglonej „surówki”, czyli żelaza, z którym wówczas nie wiedziano, jak postępować. Było to motywacją do udoskonalenia technologii.

Kolejnym krokiem w rozwoju metod obróbki żelaza było wynalezienie wielkiego pieca. Większe rozmiary oraz wstępne nagrzewanie i mechaniczne doprowadzanie powietrza do wielkiego pieca zapewniały, że całe żelazo można było przekształcić w gorący metal. Piece pracowały w trybie ciągłym i były w stanie wyprodukować do półtorej tony gorącego metalu dziennie.

W XVI wieku w Europie rozpowszechnił się proces metalurgiczny, w którym żelazo przekształcano w gorący metal i usuwano z niego węgiel jeszcze w stanie ciekłym, przekształcając je w stal.

Później w metalurgii zaczęto aktywnie wykorzystywać technologie oparte na węglu, koksowanie, pudding i gorące piaskowanie. W 1856 r. angielski wynalazca Henry Bessemer zaprojektował konwertor i opatentował swoją technologię produkcji stali, która stała się znana jako proces Bessemera.

W XX wieku piece z otwartym paleniskiem zaczęły aktywnie zastępować konwertory Bessemera. Jednak nawet te piece stały się przestarzałe pod koniec wieku, kiedy zastąpił je podstawowy proces tlenowy. Wraz z pojawieniem się silnych elektrowni jako źródła energii, technologia elektrycznego wytwarzania stali stała się powszechna w przemyśle do produkcji zarówno metali nieżelaznych, jak i żelaznych.

W XXI wieku nastąpiły własne zmiany w przetwarzaniu żelaza, zmuszając nas do zastanowienia się nie tylko nad korzyściami, ale także nad szkodami, jakie metalurgia wyrządza środowisku. Obecnie najbardziej obiecujący z punktu widzenia ochrony środowiska wydaje się proces wykorzystania wodoru do bezpośredniej redukcji żelaza z rudy. Na kolejnym etapie procesu stal uzyskuje się poprzez topienie cząstek żelaza w piecach elektrycznych, a następnie dodanie węgla.

Nowoczesne innowacyjne procesy stają się czynnikiem decydującym o utrzymaniu konkurencyjności hutnictwa na rynku globalnym.

W ciągu ostatnich kilku stuleci żelazo poprawiło jakość życia. Świat rozwijał się najszybciej w czasach, gdy odkrywano bardziej zaawansowane technologie obróbki. Osiągnięcia przemysłu metalurgicznego w połowie XVIII w. doprowadziły do gwałtownego rozwoju inżynierii mechanicznej i prawdziwej rewolucji maszynowej.

Tak jak przed wiekami epoka żelaza zmieniła sposób życia ludzkości, tak możliwe jest, że wybuchająca Czwarta Rewolucja Przemysłowa będzie początkiem nowej epoki w rozwoju naszej cywilizacji.

Wszystko wskazuje na to, że to właśnie żelazo będzie początkiem nowej epoki w rozwoju naszej cywilizacji.