Hutnictwo na przestrzeni wieków

www.operon.pl
Hutnictwo
na przestrzeni
wieków
Ze 115 znanych obecnie pierwiastków 91 to metale, a 7 – pó∏metale. Cz∏owiek nauczy∏ si´ pozyskiwaç metale i wykorzystywaç
je do wytwarzania narz´dzi, broni i ozdób. Z czasem nauczy∏ si´
je otrzymywaç w wyniku procesów metalurgicznych. Obróbka
metali to jeden z najwa˝niejszych wynalazków cz∏owieka.
Ciekawostki
• W staro˝ytnym Egipcie pylony
(prostokàtne wie˝e) znajdujàce
si´ przy wejÊciach do Êwiàtyƒ
mia∏y zamocowane na wierzcho∏kach miedziane ostrza i prawdopodobnie pe∏ni∏y funkcj´ piorunochronów.
8.1. Epoka miedzi
Oko∏o VIII tysiàclecia p.n.e. ludzie odkryli rudy miedzi. Zacz´li
z niej wyrabiaç ozdoby, ró˝ne przedmioty, narz´dzia i uzbrojenie
(do tego czasu wykonywano je z koÊci i kamienia). Nie by∏y one
wprawdzie tak twarde jak kamienne, ale mo˝na je by∏o ∏atwo
ostrzyç i ponownie ich u˝ywaç. Poczàtkowo miedê obrabiano
na zimno przez kucie. Technik´ jej wytapiania ludzie poznali
pod koniec V tysiàclecia p.n.e. (z tego okresu pochodzà pierwsze piece hutnicze). T´ umiej´tnoÊç opanowali mieszkaƒcy Azji
Mniejszej, Egiptu i Europy.
Post´p techniczny, który dzi´ki kontaktom z Bliskim Wschodem nastàpi∏ w Europie w V tysiàcleciu p.n.e., zaowocowa∏ produkcjà narz´dzi miedzianych oraz ozdób. W Europie Zachodniej
obróbka miedzi upowszechni∏a si´ dopiero u schy∏ku III i na poczàtku II tysiàclecia p.n.e. z powodu niecz´stego wyst´powania
z∏ó˝ tego metalu.
• Archeolodzy uwa˝ajà, ˝e jeden
z siedmiu cudów Êwiata – piramidy wykonano przy u˝yciu miedzianych narz´dzi.
• W j´zyku ∏aciƒskim miedê
to cuprum. To okreÊlenie nawiàzuje do wyspy Cypr, która w czasach staro˝ytnych by∏a znana
ze z∏ó˝ tego metalu (w przyrodzie miedê wyst´puje w postaci
samorodków jako czysty metal
oraz w postaci rudy).
åwiczenie
Korzystajàc z ró˝nych êróde∏ wiedzy, wska˝, do jakich celów stosuje si´ dzisiaj miedê.
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
1
www.operon.pl
Epoka bràzu
Ciekawostki
• W grobowcu faraona Sechemcheta, który panowa∏ oko∏o 3 tysiàce lat p.n.e., znaleziono narz´dzia i przedmioty wykonane
z bràzu: ozdoby, lustra, naczynia.
• Z bràzu wykonywano równie˝
przedmioty kultu – posàgi. Do najbardziej znanych nale˝a∏ zaliczany
do siedmiu cudów Êwiata posàg
boga s∏oƒca Heliosa (280 r. p.n.e.).
Mierzy∏ on 32 metry i sta∏ u wejÊcia do portu Rodos. Zosta∏ zniszczony podczas trz´sienia ziemi
w 224 roku p.n.e.
• Narz´dzia z bràzu przygotowywano w prosty sposób. Najpierw
wykonywano woskowe modele.
Oblepiano je glinà, po czym wypalano w ogniu. Kiedy wosk si´
wytopi∏, pozostawa∏o miejsce
na odlew.
Narz´dzia wykonane z bràzu
Odkrycie bràzu – stopu miedzi i cyny poddanego obróbce
cieplnej – nastàpi∏o oko∏o III tysiàclecia p.n.e. Miedê i cyna cz´sto wyst´pujà w tych samych z∏o˝ach. Prawdopodobnie Sumerowie, lud zamieszkujàcy Mezopotami´, odkryli, ˝e po zmieszaniu rud obu metali otrzymuje si´ znacznie twardszy stop.
W krótkim czasie zacz´to wykorzystywaç bràz do wytwarzania
narz´dzi, ozdób, a zw∏aszcza broni. Produkowano z niego
na przyk∏ad d∏uta, sierpy, motyki, groty i ostrza strza∏. Na ziemiach polskich epoka bràzu rozwin´∏a si´ oko∏o 2000 roku
p.n.e. Âwiadczà o tym pochodzàce z tamtego okresu przedmioty odnalezione w grobowcach i siedzibach mieszkalnych.
Niewàtpliwie dzi´ki wykorzystaniu bràzu szybciej nastàpi∏ rozwój
gospodarczy i spo∏eczny.
åwiczenie
Korzystajàc z ró˝nych êróde∏ wiedzy, podaj, w jaki sposób wykorzystuje si´ dzisiaj bràz.
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
2
www.operon.pl
Epoka ˝elaza
Pierwsze ˝elazo, jakie cz∏owiek zaczà∏ wykorzystywaç, pochodzi∏o z meteorytów. Epoka ˝elaza trwa∏a od po∏owy II tysiàclecia p.n.e. do XIII w n.e. Oko∏o 1200–1100 roku p.n.e. obróbka
tego metalu sta∏a si´ powszechna. Jedne z najstarszych oÊrodków rozwoju hutnictwa ˝elaza znajdowa∏y si´ na Dalekim
Wschodzie: w Indiach, Chinach i Japonii. Wyroby z ˝elaza, które tam wytwarzano, cechowa∏y si´ du˝à trwa∏oÊcià (niektóre
z nich przetrwa∏y nawet do dziÊ). Najstarsze Êlady stosowania
˝elaza w Europie odnaleziono w okolicach austriackiej miejscowoÊci Hallstatt.
Z ˝elaza wykonywano ozdoby, narz´dzia i broƒ. Wzrost zapotrzebowania na nie przyczyni∏ si´ do wielkiego rozwoju techniki. Cz∏owiek nauczy∏ si´ wytapiaç ˝elazo z rudy.
Na ziemiach polskich w staro˝ytnoÊci w okresie wp∏ywów Celtów (IV–I w. p.n.e.) i imperium rzymskiego (od ok. I w. n.e.
do IV w.), funkcjonowa∏o kilka oÊrodków hutniczych. Najwi´ksze
z nich by∏y w rejonie Krakowa, w dzisiejszej Igo∏omi w Górach
Âwi´tokrzyskich, na Âlàsku oraz w po∏udniowej Wielkopolsce.
Rozwój hutnictwa ˝elaza wià˝e si´ przede wszystkim z rozwojem pieców hutniczych, zw∏aszcza dymarek, a póêniej
z rozwojem chemii, metalurgii i metaloznawstwa.
Ciekawostki
• Epok´ ˝elaza najprawdopodobniej zapoczàtkowali Hetyci
(lud mieszkajàcy na terenie
obecnej Turcji). WymyÊlili oni
sposób wytapiania ˝elaza.
• W Chinach w VI wieku
p.n.e. do prac rolniczych u˝ywano ˝elaznego p∏uga.
åwiczenie 1.
Na podstawie ró˝nych êróde∏ informacji napisz, jakie znaczenie ma ˝elazo.
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
...........................................................................................
Dymarka to dawny piec hutniczy, w którym otrzymywano
˝elazo z rud, poczàtkowo z zastosowaniem w´gla drzewnego.
3
www.operon.pl
åwiczenie 2.
Korzystajàc z pomocy nauczyciela, zapisz nazwy elementów, z których jest zbudowana dymarka.
1
2
3
4
1........................................................................................................................................
2.........................................................................................................................................
3.........................................................................................................................................
4.........................................................................................................................................
W I wieku n.e. na ziemiach polskich dymarki by∏y ju˝ znane. Ich pierwszà form´ stanowi∏y
do∏ki wykopane w ziemi. Z rud ˝elaza w jednej dymarce wytapiano kilkadziesiàt kilogramów
˝elaza. Aby udoskonaliç prac´ dymarek i tym samym usprawniç wytop rudy ˝elaza, zacz´to
je budowaç nad ziemià. Takie rozwiàzanie umo˝liwia∏o wykorzystanie nadmuchu powietrza.
Póêniej naturalny nadmuch zastàpiono pracà r´cznie poruszanych miechów, a z czasem
4
www.operon.pl
czynnoÊç ich nap´dzania przej´∏y ko∏a wodne. Dzi´ki tym udoskonaleniom zacz´to budowaç
coraz wi´ksze dymarki, które zyska∏y miano wielkich pieców.
W Polsce pierwszy wielki piec rozpoczà∏ prac´ w XVII wieku. Z czasem w´giel drzewny zastàpiono koksem otrzymywanym z w´gla kamiennego. Pierwszy na ziemiach polskich wielki
piec, do którego pracy wykorzystano koks, uruchomiono w XVIII wieku.
Wielkie piece sà wyk∏adane ceg∏à odpornà na dzia∏anie ognia. Jest to niezb´dne, poniewa˝
stopienie ˝elaza wymaga temperatury powy˝ej 1600°C. Piec pracuje w procesie ciàg∏ym
– od rozpalenia do jego wygaszenia up∏ywa kilka lat. Po tym czasie przerwanie pracy jest zwykle spowodowane uszkodzeniem wy∏o˝enia pieca, które nale˝y wymieniç.
åwiczenie 3.
Znajdê w podanym tekÊcie nazwy elementów, z których si´ sk∏ada wielki piec. Wymieƒ ich
nazwy. Skorzystaj z rysunku.
Do produkcji surówki wielkopiecowej wykorzystuje si´ mi´dzy innymi rud´ ˝elaza oraz koks. Sà
1
2
one dostarczane specjalnym wózkiem (skipem)
przez otwór zasypowy, który znajduje si´ na samej
3
górze pieca. Jest on zakoƒczony sto˝kiem zamykajàcym. Aby usunàç z rudy tlen i otrzymaç surówk´,
4
ogrzewa si´ jà, spalajàc razem z koksem (wysoka
temperatura, spowodowana spalaniem koksu,
przy nadmuchu do pieca goràcego powietrza powoduje powstanie temperatury ok. 1600°C, w któ5
6
rej topi si´ prawie wszystko: ruda, ska∏a, ˝elazo
7
a nawet w´giel). Podczas spalania goràce gazy spa8
linowe gromadzà si´ w górnej cz´Êci pieca i sà kierowane do nagrzewnicy, aby ogrza∏y znajdujàce si´
tam powietrze. Jest ono wdmuchiwane przez specjalne dysze do pieca, by przyÊpieszyç spalanie
koksu i podnieÊç temperatur´ pieca. Stopiona surówka jest ci´˝ka i gromadzi si´ na samym
dnie pieca. Stàd jest cyklicznie spuszczana przez otwór spustowy do kadzi. ˚u˝el, który jest
o wiele l˝ejszy od surówki, usuwa si´ oddzielnym otworem spustowym, znajdujàcym si´ powy˝ej otworu spustowego surówki.
1 ................................................................. 5 .................................................................
2 ................................................................. 6 .................................................................
3 ................................................................. 7 .................................................................
4 ................................................................. 8 .................................................................
5