تاریخچه آهن
سوال بسیار مهمی است که این عنصر بسیار پرکاربرد کجا و چطور برای اولین بار وارد زندگی ما انسان‌ها شد؟ پاسخ این سوال را حتی بهترین دیرینه‌شناسان و پژوهشگران تاریخ هم نمی‌توانند به درستی بدهند. در این مطلب تلاش می‌شود تا از اولین جرقه‌های کشف آهن تا تبدیل شدن آن به عنوان پایه‌ی تمدن‌های بزرگ مثل چین و ایران پرداخته شود.
کشف آهن در مصر
با شکل‌گیری روند‌های تولید صنعتی‌تر در تاریخچه آهن، سکونت‌گاه‌های انسانی پیشرفت کردند و بر تعداد شهرهای بزرگی که مردمش یکجا نشین بودند افزوده شد. برخی باستان شناسان بر این باورند که این اتفاق یک رخداد تاریخی در مصر باستان بوده است و کشف آهن، اول بار، به دست مصریان باستان در حدود ۳۰۰۰ تا ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح صورت گرفته است. در این دوران، فلز را چکش کاری می‌کردند یا می‌کوبیدند تا از آن ابزار و سلاح بسازند.
مصریان باستان آن را از دل شهاب‌سنگ‌ها پیدا کردند و استخراج کردند و از این سنگ معدن برای ساختن سر نیزه‌ها، چاقو و دیگر لوازم مثل سگک کمربند‌هایشان استفاده کردند. برخی به این دوران، عصر آهن لقب داده‌اند.
بین سال‌های ۲۰۰۰ قبل از میلاد تا ۱۲۰۰ قبل از میلاد، مصریان فرآیندی را برای ذوب آهن (حرارت دادن سنگ معدن آن برای خالص‌سازی) توسعه دادند. برای ادوار متمادی، تولید آهن به عنوان یک راز از نزدیک برای مردم مصر باقی ماند تا اینکه تقریباً ۱۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، زمانی که متالورژیست‌های چینی، برتری و کارایی آهن را کشف کردند. اما ابزارآلات آهنی تا حدود ۵۰۰ سال قبل از میلاد به طور روزمره در اختیار همه نبود و استفاده نمی‌شد.
در تاریخ آهن آمده است که ذخایر آهن در مصر قبل از دوره های پسین یا یونانی-رومی ذخیره نمی‌شد. اولین مکان‌های ذوب آهن در مصر در ناوکراتیس و دفنا یافت شده‌اند. آهن در آن زمان سودمندترین فلز بود (بیشتر برای ساختن چاقو استفاده می‌شد)، اما در تزئینات نیز کاربرد داشت. از ترکیبات مختلف آهن نیز به عنوان رنگ‌آمیزی برای وسایل تزئینی مانند طلسم و مهره استفاده می‌شد.
پس از آن که که قلع در دسترس قرار گرفت، آهن ارزان‌تر، قوی‌تر و سبک‌تر شد و آهن آهنگری برای همیشه جایگزین ابزار برنزی شد. در طول عصر آهن، بهترین ابزار و سلاح از فولاد، به ویژه آلیاژهای کربن ساخته می شد. سلاح‌ها و ابزارهای فولادی تقریباً هم وزن سلاح‌های برنزی بودند، اما بسیار قوی‌تر.
ریخته گری آهن در چین
پس از مصر، این تمدن چین بود که به اهمیت استفاده و کاربردهای آهن پی برد. برخی از اولین نمونه‌های ریخته‌گری آهن در چین باستان، چهار مجسمه‌ای هستند که در خارج از معبد ژونگویی در دنگ فنگ قرار دارند. این مجسمه‌ها تقریباً در سال ۱۰۲۴ قبل از میلاد ساخته شده‌اند. پیش از این، متالورژیست‌های چینی با برنز و مس برای ساخت قطعات ریخته‌گری کار می‌کردند که عمدتاً در صنعت کشاورزی این کشور استفاده می‌شد. زمانی که گاوآهن اختراع شد، انقلابی در نوع خودش پدید آورد. این امر کار شخم‌زدن را برای کشاورزان بسیار آسان کرد.
یکی از بزرگترین تأثیراتی که چین بر تکامل ریخته‌گری آهن داشت در سال ۶۴۵ قبل از میلاد رخ داد، زمانی که متالورژیست‌های چینی شروع به استفاده از قالب‌گیری با شن و ماسه کردند. در این فرآیند، ماسه به طور محکم در اطراف یک قطعه بسته بندی می‌شود و یک قالب ایجاد می‌کند.
سپس، فلز مذاب در قالب ریخته می‌شود تا یک قالب فلزی ایجاد کند. مزیت این فرآیند تنوع زیاد شکل‌ها و اندازه‌هایی است که می‌توان به راحتی آنها را قالب زد. از معایب آن می‌توان به اجتناب ناپذیر بودن نقص در نتیجه نهایی و این که فرآیند کاملاً کار فشرده و نفس‌گیری است، اشاره کرد. این مورد، اولین استفاده شناخته شده از این فرآیند است و نشان دهنده سهم قابل توجه چین در تاریخچه ریخته گری آهن.
کوره، یک اختراع چینی
یکی دیگر از ابداعات چینی کوره آهن بود که از آن برای ذوب فلزات صنعتی، معمولاً آهن خام، نوع کم کیفیت و شکننده آهن با محتوای کربن بالا استفاده می‌شد. قبل از اینکه بتوان از آن برای ساخت فولاد استفاده کرد، باید تصفیه‌اش می‌کردند. اصطلاح انفجار به هوای احتراق داغی اطلاق می‌شود که از طریق لوله هایی به قسمت پایینی کوره وارد می شود تا سوخت از بالا تامین شود.
تاریخ آهن در انگلستان
بین سال‌های ۱۷۰۰ و ۱۷۵۰، بریتانیا به شدت به واردات چدن از سوئد متکی بود زیرا خود نمی‌توانست ظرفیت مورد نیازش را با سرعت و میزان کافی برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای چدن افزایش دهد. این دوران، به قبل از انقلاب صنعتی بریتانیا بازمی‌گردد.
در آن زمان، صنعت تولید آهن شامل تأسیسات تولیدی کوچک و محلی بود که باید نزدیک به منابع مورد نیاز خود مانند آب، سنگ آهک و زغال چوب قرار می‌گرفتند به این دلیل که منابع محدودی برای حمل و نقل مواد خام و کالاهای نهایی وجود داشت.
در این زمان کوره‌ها کوچک بودند و ظرفیت تولید آنها بسیار محدود بود. اگرچه بریتانیا ذخایر سنگ آهن فراوانی داشت، اما آهنی که می‌توانست از آن تولید کند، آهن خام شکننده با کیفیت پایین با ناخالصی‌های فراوان بود که ناشی از کوره‌های بلند با سوخت زغال سنگ بودند.
در نتیجه، قابلیت استفاده از چدن بسیار محدود بود و بیشتر تقاضا برای آهن فرفورژه وجود داشت که پس از چکش کاری ناخالصی‌های آن، یک محصول به دست می‌آمد. اما انجام این کار زمان زیادی صرف می‌کرد و هنوز آهن فرفورژه وارداتی قیمت کمتری داشت. در نتیجه، آهن بریتانیایی در این زمان فقط برای اقلام ارزان قیمت مانند میخ استفاده می‌شد. با این حال، آهن به زودی به سنگ بنای صنعتی شدن اقتصاد بریتانیا تبدیل شد و تا سال ۱۸۰۰، کالای صادراتی اصلی آن بود.
ازجمله مهم‌ترین نوآوری‌هایی که این امر را ممکن کردند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استفاده از کک به جای زغال سنگ
- ظهور تکنیک‌های جدید عمل آوری
- توسعه بازارهای صادراتی
تاثیر کُک بر تاریخ ریخته گری آهن
تغییر چرخه صنعت بزرگ آهن در بریتانیا را می‌توان به انبوهی از نوآوری‌هایی نسبت داد که در طول دهه ۱۷۰۰ اختراع شدند. اولین مورد در سال ۱۷۰۹ زمانی رخ داد که آبراهام داربی اولین آهن را با کُک به جای زغال چوب در یک کوره پخت.
کک سوخت جامدی است که از گرم کردن زغال سنگ در غیاب هوا ایجاد می‌شود و عنصر کلیدی در تاریخچه ریخته گری آهن به‌شمار می‌رود.
