Революционные этапы развития чёрной металлургии мира

visibility
Сегодня мы публикуем статью Эдуарда Петровича Чернышова по истории металлургии. Он посвятил её Дню металлурга.

От редакции:

Эдуард Петрович Чернышов – выпускник металлургического техникума по специальности «техник-теплотехник», работал на старом мартене подручным сталеваром. Окончив МИСиС по специальности «автоматизация металлургических процессов», стал вести в ВМТ спецкурс «автоматизация металлургических процессов». В настоящее время пенсионер, большой друг газеты, пишет статьи и стихи. 



Маленькое предисловие

По выводам, сделанным из анализа археологических находок, каменный век человечества длился более 11 500 лет; бронзовый – около 2 000 лет. Железный длится уже четвёртое тысячелетие.

В начале XIX века на каждого жителя планеты получали менее 1 кг чёрных металлов. Сейчас – более 150 кг (журнал «Наука и жизнь», №2, 2002, с. 74-77). Продолжительности железного века нет конца, а начало его археологи регулярно отодвигают в глубь веков. По ТВК в передаче «Чёрные дыры. Белые пятна» от 13.03.2015 г. сообщали, что на Урале при раскопках (…) археологи нашли останки лошади с повозкой; колёса повозки с железными спицами. Возраст находки – примерно 5 000 лет. В.И. Ленин называл железо фундаментом цивилизации. 

Наука о металлах, их производстве и обработке достигла очень больших успехов, но, как говорили  в старину, «секрет стали – это одно из таинств богов». Сегодня эти боги по табели профессий называются просто: сталевар, мастер, кузнец… У каждого из них есть свой, пусть и маленький, но секрет в работе.

Жители города металлургов, хотите знать о металлургии Выксы? Сходите в наш музей, прочтите книги, статьи краеведов. Много интересного узнаете.


Революционные этапы

Агрикола (при рождении Г. Бауэр (1494-1555 гг.)) написал первый всеобъемлющий (на то время) научный труд по металлургии: «О металлах». Вышло 12 томов. Два века этот труд был лучшим в мире, он, по сути, породил всю научную литературу для общества. Он, как Прометей, похитивший огонь у богов для людей, раскрыл тайны Гефеста-Вулкана, колдунов-кузнецов-хитровцов, породив ремесленников-железо-делателей. 

1708 г. Абрахам Дерби (1-й), Англия. Впервые при выплавке чугуна в доменной печи заменил часть древесного угля на каменноугольный кокс, а в 1735 году Абрахам Дерби (2-й) провёл выплавку чугуна в доменной печи с применением только каменноугольного кокса.

В России это произошло в 1872 году. Переход доменного производства металла на применение каменноугольного кокса позволил, во-первых, сохранить громадные площади леса. А это – лёгкие Земли, защитники от наступления пустынь, разгула бурь и ураганов и дом для неисчислимого числа животных, растений, цивилизаций, хранителей климата. Во-вторых, это позволило резко увеличить рабочий объём печей. (На сегодня максимальный объём доменных печей – 5005-5010 м3. На череповецком комбинате «Северсталь» действует печь с проектным рабочим объёмом 5005 м3, которая при рождении получила не номер, а персональное имя «Северянка». (Я был на первом выпуске чугуна из этой печи). В-третьих, резко увеличилась производительность печей и съём металла с 1 м3 рабочего объёма. По высказываниям некоторых историков, великий Египет сошёл с мировой политической сцены, потому что сжёг свои леса, производя по тем временам большое количество бронзы и бронзового оружия. 

1765 год. Россия, Барнаул, Колывано-Воскресенский завод. Впервые в мире применена паровая машина И.И. Ползунова для подачи дутья в доменную печь. Уатт Джеймс (Англия) построил и пустил свою паровую машину спустя 19 лет, в 1784 году. Применялась она для откачки воды из шахты. Началась эра замены живого труда и водяного колеса на тепловые двигатели. Это исключило зависимость от климатических и сезонных колебаний, устранило громоздкие водотоки (подвод и отвод воды), ограничения в мощности.

1784 год. Англия. Г. Корт изобрёл и построил пламенную печь (пудлинговую) для выплавки стали. Пудлинговое производство стали – это замена кричного (горнового) производства. Пудлинговые печи – принципиально новый сталеплавильный агрегат. Топливо сжигалось в специальной камере-топке, отделённой от рабочего пространства печи порогом. Это позволило применять разное топливо. Я бы назвал пудлинговую печь сестрой стекловарочной печи. Шихта могла состоять из руды, флюсов (шлакообразующие добавки), чугуна и лома. В процессе выплавки шихту необходимо перемешивать (пудлинговать – англ.). Полученный металл по консистенции был похож на тесто. Извлекали его из печи, «намораживая» на стальной вращающийся лом. В отличие от крицы он не содержал шлаковых включений.

1802 год. Россия. В.В. Петров опубликовал научную работу по получению электрической дуги между электродами и предсказал возможность применения электродуги для сварки и  выплавки металлов (в том числе и тугоплавких).

1829 год. С.-Петербург, Александровский завод. Впервые в мире в доменную печь стали подавать горячее дутьё. Уже к концу XIX века все доменные печи мира работали только по этому методу. Воздуходувки приводились в работу паровыми машинами или паровыми турбинами. (Сейчас применяются только паровые турбины). Горячее дутьё заметно ускоряет ход печи и снижает расход кокса, следовательно, увеличивает соотношение «агломерат (окатыши)/кокс».

1850 год. Изобретение засыпного аппарата доменной печи (Пари, Англия) полностью решило вопрос вторичного использования доменного (колошникового) газа и исключило сброс его в атмосферу. Колошниковый газ горючий и ядовитый. Он используется в воздухонагревателях доменных печей, его применяют для работы других печей завода, избытки обязательно дожигают на специальных свечах. Первые попытки использования колошникового газа провели в 1805 году в России на Кусинском заводе и в 1809 году на заводе «Оберто» (Франция).

1855 год. Англия. Генри Бессемер применил принципиально новый способ получения жидкой стали. Специальный высококремниевый чугун заливают в реторту (конвертер) с кислой футеровкой (динасовый огнеупор, главный компонент огнеупора – SiO2) и начинают продувать воздухом через отверстия в донной части конвертера. За счёт окисления главным образом кремния и углерода, содержащихся в чугуне, температура металла увеличивается до 1680-1720оС. Продувка (в зависимости от тоннажа конвертера) длится 15-25 минут (!). Тоннаж первых конвертеров составлял 1,5-2,5 т. В ХХ веке тоннаж довели до 10-35 т. Жидкоподвижность стали при названных температурах соизмерима с водой. Это привело к необходимости выливать готовую сталь в специальный ковш, а потом разливать для остывания по специальным сосудам (изложницам). Размер слитков и их качество исключил молотовое отделение цеха и привёл к появлению новых прокатных станов. Небывало быстрый процесс получения стали. 

1857 год. Англия. Эдуард Каупер сконструировал воздухонагреватель, использующий доменный газ печи. Аппараты регенеративного типа. Усовершенствованные аппараты системы Каупера работают во всём мире.

1864 год. Франция. Пьер Мартен получил жидкую сталь в пламенной подовой печи. Во Франции и России эти печи называются мартеновскими. Высокая температура факела от сжигания даже среднекалорийного топлива, например, генераторного газа, стала возможна благодаря подаче воздуха для сжигания топлива, нагретого до температуры не ниже 1600оС в регенераторах системы братьев В. и Ф. Сименсов (Германия, 1856 год). Мартеновские печи всеядны по шихте (в шихту обязательно входит чугун, твёрдый (скрап-процесс) или жидкий (скрап-рудный процесс) в количестве 25-45% от металлической части шихты, может быть 100% металлической шихты – жидкий чугун – это рудный процесс. Последний вариант практически не применяется. В мартеновских печах можно выплавлять от рядовой до высоколегированной стали. Скорость процесса выплавки существенно больше, чем в пудлинговых печах (которые относительно быстро были заменены мартенами), но и существенно меньше, чем в бессемеровских и томасовских конвертерах, что и позволяло управлять ходом процесса, получая заданный (ожидаемый) состав готовой стали. Максимальный тоннаж (садка) мартеновских печей – 900 т. (СССР, Ждановский мет. завод («Азовсталь»)). Первая мартеновская печь в России пущена в 1869 (1870) году на Сормовском заводе (Нижний Ногород) А.А. Износковым и Н.Н. Кузнецовым.

1878 год. Англия. Сидней Томас заменил кислую футеровку бессемеровского конвертера на основную, что позволило перерабатывать в сталь чугун с повышенным содержанием фосфора.

1897 год. Италия. Себастьян Ферранти предложил конструкцию индукционной тигельной сталеплавильной печи. Первая индукционная электросталеплавильная промышленная печь появилась в Швеции в 1900 г. Все элект-роиндукционные (плавильные, нагревательные, термические) – это «дети», «внуки», «правнуки» Майкла Фарадея (англ. физик), который в 1831 году открыл явление электромагнитной индукции. 

1898 год. Франция. Поль Эру построил и пустил первую электродуговую сталеплавильную печь. В России первые такие печи пущены в 1910 году на Обуховском заводе (г. Петроград).

1933 год. СССР. Н.И. Мозговой впервые в мировой практике провёл продувку чугуна технически чистым кислородом вместо воздуха, что, во-первых, улучшило качество получаемой стали (отсутствие азота в дутье), во-вторых, позволило перерабатывать в сталь чугуны с малым содержанием кремния и фосфора; в-третьих, избыток тепла позволял перерабатывать чугун с добавкой в конвертер руды, металлолома; в-четвёртых, ускорялся процесс. Но первые промышленные кислородные конвертеры были пущены в Австрии (1952 год, г. Линц; 1953 год, г. Донавиц. Потому эти процессы в мировой терминологии получили название LD-процесс). В СССР первый экспериментальный кислородный конвертер пустили в Туле в 1945 году, а вот промышленные лишь в 1956 году на заводе им. Петровского (г. Днепропетровск, Украина), заменив бессемеровские конвертеры. Во всех кислородных конвертерах кислород подают сверху через водоохлаждаемую фурму (приспособления для вдувания газа в печь). На сегодня бессемеровское и томасовское производство не применяются. 

В 50-х годах ХХ века в институте Е.О. Патона (г. Киев, СССР) был разработан и доведён до промышленного применения электрошлаковый переплав (ЭШП). Этот способ позволяет получать слитки высочайшего качества и необходимых размеров. Появились плазменно-дуговые технологии, технологии получения сверхчистых металлов (попадание одной пылинки «загрязнения» на 1 кг металла приводит к браку по составу!); появились композиционные материалы (и изделия из них), в которых соединены несоединимые в природе вещества. Развитие систем автоматического контроля, регулирования и вычислительной техники небольшими шажками в итоге привело к тому, что работу доменной печи можно полностью перевести в автоматический режим.

1951-1955 гг. СССР. Пущены первые в мире машины (установки) непрерывной разливки стали. Заводы: «Красный Октябрь» (г. Сталинград), Ново-Тульский металлургический, Горьковский металлургический, «Красное Сормово» (г. Горький). Руководителем проектов был академик И.П. Бардин. Во всём мире примерно 2% выплавленной литой стали идёт на фасонное литьё, остальная часть разливается. Это революция с большой буквы в разливке жидких металлов. 

1970 год. СССР, завод «Электросталь». Создан первый в мире литейно-прокатный агрегат. 

Совершенствование металлургии, как и любого производства, продолжается. Появилась порошковая металлургия, позволяющая соединять несоединимые компоненты, используются нанотехнологии. Выксунский металлургический завод является достойным примером постоянного внедрения новейших технологий чёрной металлургии.

Фото с сайта ejinsight.com

blog comments powered by Disqus