Χύτευση

Αρχαίοι Χρόνοι

Η κατεργασία του σιδήρου είναι γνωστή εδώ και τουλάχιστον 3.500 χρόνια. Η ανακάλυψή του έγινε μάλλον τυχαία και σε διαφορετικά μέρη.

Ο σίδηρος παράγεται από σιδηρούχα ορυκτά. Πολύ μικρά κομμάτια σιδήρου - για την ακρίβεια ένα φυσικό κράμα σιδήρου με νικέλιο - βρέθηκαν σε μετεωρίτες, σφυρηλατήθηκαν και έδωσαν χρήσιμα σχήματα, αλλά οι ποσότητες ήταν τόσο λίγες που ο σίδηρος των μετεωριτών ήταν μόνο κάτι το περίεργο. Τα περισσότερα ορυκτά του σιδήρου έχουν καφέ-κόκκινο χρώμα , άλλα ορυκτά έχουν πιο σκούρα απόχρωση, σχεδόν μαύρα ή πορφυρά. Από πλευράς ποσότητας ο σίδηρος είναι το τέταρτο από τα στοιχεία στον κόσμο και το κόκκινο χρώμα του εδάφους δείχνει την παρουσία του εκεί.

Τα ορυκτά του σιδήρου είναι όλα ενώσεις σιδήρου και οξυγόνου (οξείδια του σιδήρου) με μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων. Στο έδαφος εμφανίζουν ποικιλία προσμίξεων, όπως με ασβεστόλιθο, άργιλο και άμμο. Μερικές από τις προσμίξεις αφαιρούνται εύκολα, ενώ άλλες απομακρύνονται δύσκολα και πολλές από τις ενδιαφέρουσες επινοήσεις στην ιστορία του σιδήρου και του χάλυβα συνδέονται με την αφαίρεση των προσμίξεων.

Όταν ορυκτά του σιδήρου θερμανθούν μαζί με άνθρακα, το οξυγόνο του σιδήρου και ο άνθρακας θα ενωθούν για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα, αφήνοντας ελεύθερο το σίδηρο. Αυτή είναι η βάση, όπου στηρίζεται η μετατροπή των ορυκτών του σιδήρου σε σίδηρο.

Η ανακάλυψη της μετατροπής των ορυκτών του σιδήρου σε μέταλλο έγινε βέβαια συμπτωματικά, και συνδέεται με τη χρήση της φωτιάς. Ο άνθρωπος της εποχής του σιδήρου (1500 π.Χ.) γνώριζε ήδη την επεξεργασία των μεταλλευμάτων του χαλκού και του κασσιτέρου που έλιωναν σχετικά εύκολα. Τα ορυκτά του σιδήρου όμως παρουσίαζαν σημαντική δυσκολία στην επεξεργασία τους, γιατί η εξαγωγή του σιδήρου απαιτούσε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (~1500 βαθμοί Κελσίου). Μετά από πολλούς πειραματισμούς οι άνθρωποι της εποχής αυτής κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ερυθροπυρωμένη μάζα των μεταλλευμάτων μπορούσε με τη σφυρηλάτηση να αποκτήσει συγκεκριμένο σχήμα, να δώσει δηλ. ένα χρήσιμο εργαλείο. Με αυτό τον τρόπο, σταδιακά, δημιουργήθηκαν τα πρώτα σιδερένια αντικείμενα, εργαλεία και όπλα, που ήταν πολύ πιο ανθεκτικά από τα ορειχάλκινα.

Η μεταλλουργία του σιδήρου φαίνεται ότι γεννήθηκε στη Μεσοποταμία γύρω στο 1500 π.Χ. και μέχρι το 1000 π.Χ. είχε διαδοθεί και στην Ευρώπη.

Αρχικά και επί πολλούς αιώνες, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιούσαν οι "σιδηρουργοί" ήταν πολύ απλός και η παραγωγή σιδήρου εξαιρετικά μικρή. Μια ομάδα ανθρώπων που εργάζονταν επί αρκετές ώρες μπορούσαν να παράγουν ένα κομμάτι σιδήρου, ίσως όχι μεγαλύτερο από μια γροθιά, που ζύγιζε λιγότερο από δύο χιλιόγραμμα. Όμως το εμπόριο του σιδήρου είχε αρχίσει και τα χωριά άρχισαν να έχουν τους σιδεράδες - ακριβώς όπως είχαν τους μυλωνάδες, τους κεραμοποιούς και τους υφαντές - όπου υπήρχαν ορυκτά σιδήρου. Σ' εκείνα τα μέρη του κόσμου που δεν υπήρχαν ορυκτά σιδήρου, οι έμποροι άρχισαν να ανταλάσσουν εργαλεία σιδερένια με άλλα προϊόντα και έτσι διαδόθηκε το εμπόριο του σιδήρου. Ο σίδηρος ήταν ακόμη σπάνιος και χρησιμοποιούνταν μόνο σαν εργαλείο ή όπλο.

Τα πρώτα σιδερένια προϊόντα ήταν από σφυρήλατο σίδηρο. Ο καθαρός σίδηρος είναι σπάνιος και δεν έχει εμπορική χρήση. Ο σφυρήλατος σίδηρος έχει παρόμοιες ιδιότητες. Έχει ινώδη δομή: αν ένα κομμάτι σφυρήλατου σιδήρου χαραχτεί σε ένα σημείο με μια σμίλη σε μια πλευρά και μετά χτυπηθεί με σφυρί, θα μαδήσει και θα ανοίξει δείχνοντας τη δομή του που φαίνεται σαν κομμάτι ξύλου. Ο σφυρήλατος σίδηρος μπορεί να μορφοποιηθεί με σφυρηλασία όταν είναι ερυθροπυρωμένος (ή αργότερα με πέρασμα μεταξύ δύο περιστρεφόμενων κυλίνδρων) και όταν δύο κομμάτια, στη σωστή θερμοκρασία, σφυρηλατηθούν μαζί κολλούν σε ένα κομμάτι.

Ο πρώτος εξοπλισμός για την παραγωγή σφυρήλατου σιδήρου ήταν απλός. Ήταν ένα καμίνι, που θερμαινόταν με ξυλάνθρακα και στη φωτιά προμήθευαν αέρα χειροκίνητα ή ποδοκίνητα φυσερά, και μερικές τσιμπίδες για τη συγκράτηση των κομματιών μετάλλου που χτυπούσαν για μορφοποίηση. Τα καμίνια αυτά διέφεραν σε σχήμα και μέγεθος αλλά όλα λειτουργούσαν με τον ίδιο τρόπο. Κατασκευάζονταν από άργιλο, που μπορεί να αντέξει στην υψηλή θερμοκρασία. Έβαζαν φωτιά στον ξυλάνθρακα μέσα στο καμίνι και μετά φυσούσαν συνεχώς αέρα με φυσερά χειροκίνητα ή ποδοκίνητα (οι χειριστές κρατούσαν σειρά). Τροφοδοτούσαν με περισσότερο άνθρακα και κομμάτια από ορυκτό του σιδήρου από κάποιο μικρό άνοιγμα στην κορυφή του καμινιού. Μετά μερικές ώρες είχε φύγει όλο το οξυγόνο από το ορυκτό και σχηματίζονταν μικρές σπογγώδεις μπάλες από σίδηρο. Έπειτα, έσπαγαν το εμπρός μέρος του καμινιού και έπαιρναν τα κομμάτια του σιδήρου τα οποία σφυρηλατούσαν σε αμόνι στο σχήμα που ήθελαν. Όπως οι εργάτες των άλλων επαγγελμάτων, έτσι και οι σιδηρουργοί βελτίωσαν την τεχνική μέσω της πρακτικής. Η πείρα π.χ. τους οδήγησε στο να κρίνουν πότε το περιεχόμενο του καμινιού είναι έτοιμο ή πώς θα επιλέξουν τα καλύτερα ορυκτά από την όψη τους. Αυτές οι γνώσεις αποτελούσαν τη βάση για τις εργασίες τους μέχρι τα σημερινά χρόνια, όπου άρχισαν να χρησιμοποιούνται επιστημονικές μέθοδοι.

Τα καμίνια εκείνα δεν μπορούσαν να λειτουργήσουν σε μεγάλη κλίμακα, ακόμη και αν διέθεταν μεγάλη μηχανική δύναμη. Μερικές τροποποιήσεις έγιναν στη μέθοδο εργασίας σε ορισμένα μέρη του κόσμου και μερικές φορές υδρόμυλοι χρησιμοποιήθηκαν αντί ανθρώπινης δύναμης για τους φυσητήρες. Η παραγωγή των καμινιών αυξήθηκε αλλά δεν παρατηρήθηκε ουσιαστική αλλαγή στην τεχνολογία στο πέρασμα των τριών χιλιάδων χρόνων μέχρι το δέκατο πέμπτο αιώνα μ.Χ.

Επιστροφή στην αρχή της σελίδας