Совершенствование доменного процесса и способов переработки чугуна в железо

Резкий рост машиностроения и металлообработки поставил вопрос об увеличении выплавки чугуна и переработки его в железо. Все это требовало совершенствования горнометаллургического производства и создания его научных основ. Поэтому весьма своевременным был выход в свет в 1763 г. работы М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел», представляющей пер-

вое учебное руководство по металлургии и настольную книгу для отечественных горных инженеров и металлургов.

Уже известный доменный процесс получил дальнейшее развитие и в первую очередь за счет перевода доменных печей на минеральное топливо (кокс), увеличения их размеров и совершенствования конструкции. К концу XVIII в. подавляющая часть чугуна уже выплавлялась на коксе, была усовершенствована система загрузки домен, стали применяться системы водяного охлаждения сводов печей.

В 1850 г. англичанин Парри изобрел загрузочное устройство для доменной печи. Огромное значение имело введение цилиндрических воздуходувок, приводимых в движение паровыми машинами. Впервые такая воздуходувка была предложена в 1769 г. английским изобретателем Д. Ом и установлена в 1776 г. на заводе Вилкинсона.

Получила свое успешное разрешение проблема горячего дутья и связанная с ней возможностью использования колошниковых газов, образующихся в доменной печи, которые раньше уходили в атмосферу. Первое исследование по вопросу использования доменных газов опубликовал в 1814 г. французский исследователь Пьер Бертье, а в России в 1830-40 гг. решением этого вопроса успешно занимался Фотий Ильич Швецов.

В 1828 г. Д. Нилсону был выдан патент на первый доменный воздухонагреватель, годом позже горячее дутье начинает применяться на Александровском литейном заводе в Петербурге. В 1835 г. в Вюртемберге на заводе Вассер-альфингене был поставлен нагревательный аппарат, послуживший прототипом всех позднейших изменений. В 1857 г. англичанин Эдуард Каупер изобрел способ подогрева воздуха отходящими газами доменной печи в устройствах, названных его именем, — кауперах. С этого времени кауперы стали постоянными спутниками доменных печей.

С совершенствованием доменного производства и ростом выплавки чугуна наметилось отставание его переработки в железо и прежде всего в Англии. Основной причиной этого было существование малопроизводительного и несовершенного «кричного передела» — традиционного способа передела чугуна на железо в кричных горнах, работавших на древесном угле. Только в 1766 г. англичане, братья Кранеджи, переконструировали кричной горн в газопламенную печь, а их соотечественник, мастер Петр Оньен предложил в 1783 г. способ передела чугуна в железо, напоминающий пудлингование.

Год спустя другой английский металлург Генри Корт запатентовал пудлинговую печь, на поду которой осуществлялось пудлингование (от англ. pudding — перемешивать), которое окончательно вытеснило «кричной передел». Пудлингование — это передел чугуна в железо в пламени пудлинговой печи, в которой топливо сгорает в топке, отделенной от загруженного в нее чугуна порогом и с ним не соприкасается. С 1817 г. пудлинговый процесс начал внедряться и в России.

В 1856 г. английский изобретатель Генри Бессемер создал так называемый бессемеровский процесс — конвертерный способ передела жидкого чугуна в сталь без подвода тепла путем продувки воздухом в специальном вращающемся сосуде, называемом конвертером (от лат. converto — изменяю, превращаю). В результате продувки избыток углерода и некоторые содержащиеся в жидком чугуне примеси быстро выгорали и он превращался в сталь, которую обычно разливали в изложницы. Но хорошую бессемеровскую сталь можно было получить только из малофосфористого чугуна, что препятствовало широкому распространению этого метода.

В 1864 г. французский инженер Пьер Мартен ввел в эксплуатацию отражательную печь с регенеративной (воздухонагревательной) установкой, ранее изобретенной немецкими инженерами Вильгельмом и Фридрихом Сименсами. В этой печи, названной в честь изобретателей мартеновской, можно было переделывать в сталь не только чугун, но и железный лом (скрап), который в большом количестве скапливался на предприятиях при их переоборудовании.

Мартеновский процесс не конкурировал с бессемеровским, а дополнял его, позволяя перерабатывать в частности и отходы бессемеровского производства. Мартеновское оборудование было дешевле бессемеровского, поэтому, несмотря на существенные затраты на топливо, он считался экономически выгодным. К концу XIX в. мартеновский способ стал основным процессом в производстве стали. Только за пять лет (1865-70) в результате внедрения в производство бессемеровского и мартеновского способов мировое производство стали возросло на 70%.

Уже упоминавшийся Генри Корт одновременно с изобретением пудлинговой печи запатентовал и способ прокатки железа с помощью валков (вальцов), который заменил трудоемкую операцию ковки криц под молотом. Первую практически пригодную конструкцию универсального прокатного стана создал, как считают, немецкий инженер Дэлен, в 1848 г. По другим сведениям, еще в 1830-40 гг. в Европе уже была налажена прокатка железнодорожных рельсов. В 1859 г. русский техник Василий Степанович Пятов впервые изготовил броневые плиты способом прокатки, заменив малопроизводительный пудлинговый способ.

В 1891 г. инженеры Рейнхард и Макс Маннесманы получили патент на пилигримовый стан для изготовления бесшовных труб. Братья использовали изобретение в производстве металлургического концерна “МАННЕСМАН”, единственного в то время поставщика таких труб.

В дальнейшем методом прокатки стало перерабатываться до 80% всей выплавляемой стали.

Дата добавления: 2015-07-25