Astronet > Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

<< Marganec | Oglavlenie | Kobal't >>

Geroyu znamenitogo romana Danielya Defo povezlo. Korabl', s kotorogo on spassya, sidel na meli sovsem nedaleko ot ostrova. Robinzon sumel pogruzit' na plot vse neobhodimoe i blagopoluchno perepravilsya na ostrov. Emu povezlo eshe raz - citiruem roman: "Posle dolgih poiskov ya nagnel yashik nashego plotnika, i eto byla dlya menya poistine dragocennaya nahodka, kotoroi ya ne otdal by togda za celyi korabl' s zolotom..."

Chto bylo v plotnickom yashike? Obyknovennyi zheleznyi instrument: topor, pila, molotok, gvozdi.

Cherez dva stoletiya na drugoi neobitaemyi ostrov popali geroi drugogo francuzskogo romana - pyatero amerikancev. Oni sumeli ne tol'ko vyzhit' na ostrove, no i sozdat' sebe bolee ili menee normal'nye usloviya zhizni, chto opredelenno ne udalos' by, esli by vsevedushii inzhener Saires Smit (zametim, chto po-angliiski "smit" oznachaet "kuznec") ne sumel naiti na tainstvennom ostrove zheleznuyu rudu i sdelat' zheleznye instrumenty. Inache opyat' prishlis' by Zhyulyu Vernu vyruchat' svoih geroev s pomosh'yu znamenitogo kapitana Nemo...

Kak vidim, bez zheleza ne mozhet oboitis' dazhe priklyuchencheskaya literatura. Chrezvychaino vazhnoe mesto zanimaet etot metall v zhizni cheloveka.

Cifry, otrazhayushie godovoi uroven' vyplavki stali, v znachitel'noi stepeni opredelyayut ekonomicheskuyu mosh' strany. Mirovoe proizvodstvo stali uzhe prevysilo 600mlnt, i predelov etomu rostu poka ne vidno. Sredi vazhneishih stroek desyatoi pyatiletki naryadu s BAMom i KamAZom vo vseh dokumentah neizmenno figuriruet Oskol'skii elektrometallurgicheskii kombinat.

Tochno tak zhe vazhneishimi stroikami pervyh nashih pyatiletok byli Magnitogorskii i Kuzneckii metallurgicheskie kombinaty.

Razvitiyu chernoi metallurgii - metallurgii zheleza - pridaval pervostepennoe znachenie Vladimir Il'ich Lenin. Eshe do Oktyabr'skoi revolyucii, v 1913 g., v stat'e "Zhelezo v krest'yanskom hozyaistvo" on pisal:

"Otnositel'no zheleza -... odnogo iz fundamentov, mozhno skazat', civilizacii - otstalost' i dikost' Rossii osobenno veliki". Deistvitel'no, v tot god, a 1913 god schitalsya v carskoi Rossii godom promyshlennogo pod'ema, v ogromnoi strane so 150-millionnym naseleniem bylo vyplavleno lish' 3,6mlnt stali. Seichas eto srednyaya godovaya proizvoditel'nost' srednego metallurgicheskogo zavoda. Segodnya Sovetskii Soyuz po vyplavke chuguna i stali uverenno derzhit pervoe mesto v mire. V 1975 g. v strane vyplavleny 141mlnt stali i 103mlnt chuguna (v SShA, sootvetstvenno, dlya sravneniya: 110 i 75mlnt).

Nachalo zheleznogo veka

Bylo vremya, kogda zhelezo na zemle cenilos' znachitel'no dorozhe zolota. Sovetskii istorik G.Areshyan izuchal vliyanie zheleza na drevnyuyu kul'turu stran Sredizemnomor'ya. On privodit takuyu proporciyu: 1:160:1280:6400. Eto sootnoshenie stoimostei medi, serebra, zolota i zheleza u drevnih hettov. Kak svidetel'stvuet v "Odissee" Gomer, pobeditelya igr, ustroennyh Ahillesom, nagrazhdali kuskom zolota i kuskom zheleza.

Zhelezo bylo v ravnoi stepeni neobhodimo i voinu, i paharyu, a prakticheskaya potrebnost', kak izvestno, - luchshii dvigatel' proizvodstva i tehnicheskogo progressa.

Termin "zheleznyi vek" vveden v nauku v seredine XIXv. datskim arheologom K.Yu.Tomsenom. "Oficial'nye" granicy etogo perioda chelovecheskoi istorii: ot IX...VIIvv. don.e. kogda u mnogih narodov i plemen Evropy i Azii nachala razvivat'sya metallurgiya zheleza, i do vremeni vozniknoveniya u etih plemen klassovogo obshestva i gosudarstva. No esli epohi nazyvat' po glavnomu materialu orudii truda, to, ochevidno, zheleznyi vek prodolzhaetsya i segodnya.

Kak poluchali zhelezo nashi dalekie predki" Snachala tak nazyvaemym syrodutnym metodom. Syrodutnye pechi ustraivali pryamo na zemle, obychno na sklonah ovragov i kanav. Oni imeli vid truby. Etu trubu zapolnyali drevesnym uglem i zheleznoi rudoi. Ugol' zazhigali, i veter, duvshii v sklon ovraga, podderzhival gorenie uglya. Zheleznaya ruda vosstanavlivalas', i poluchalas' myagkaya krica - zhelezo s vklyucheniyami shlaka. Takoe zhelezo nazyvalos' svarochnym; v nem soderzhalos' nemnogo ugleroda i primesei, pereshedshih iz rudy. Kricu kovali. Kuski shlaka otvalivalis', i pod molotom ostavalos' zhelezo, pronizannoe shlakovymi nityami. Iz nego otkovyvali razlichnye orudiya.

Vek svarochnogo zheleza byl dolgim, odnako lyudyam drevnosti i rannego srednevekov'ya bylo znakomo i drugoe zhelezo. Znamenituyu damasskuyu stal' (ili bulat) delali na Vostoke eshe vo vremena Aristotelya (IVv.don.e.). No tehnologiya ee proizvodstva, tak zhe kak process izgotovleniya bulatnyh klinkov, derzhalas' v sekrete.

Chto takoe bulat

I bulat, i damasskaya stal' po himicheskomu sostavu ne otlichayutsya ot obychnoi nelegirovannoi stali. Eto splavy zheleza s uglerodom. No v otlichie ot obychnoi uglerodistoi stali bulat obladaet ochen' bol'shoi tverdost'yu i uprugost'yu, a takzhe sposobnost'yu davat' lezvie isklyuchitel'noi ostroty.

Sekret bulata ne daval pokoya metallurgam mnogih vekov i stran. Kakih tol'ko sposobov i receptov ne predlagalos'! V zhelezo dobavlyali zoloto, serebro, dragocennye kamni, slonovuyu kost'. Pridumyvalis' hitroumneishie (i poroi uzhasneishie) "tehnologii". Odin iz drevneishih sovetov: dlya zakalki pogruzhat' klinok ne v vodu, a v telo muskulistogo raba, - chtoby ego sila pereshla v stal'.

Raskryt' sekret bulata udalos' v pervoi polovine proshlogo veka zamechatel'nomu russkomu metallurgu P.P.Anosovu. On bral samoe chistoe krichnoe zhelezo i pomeshal ego v otkrytom tigle v gorn s drevesnym uglem. Zhelezo, plavyas', nasyshalos' uglerodom, pokryvalos' shlakom iz kristallicheskogo dolomita, inogda s dobavkoi chistoi zheleznoi okaliny. Pod etim shlakom ono ochen' intensivno osvobozhdalos' ot kisloroda, sery, fosfora i kremniya. No eto bylo tol'ko poldela. Nuzhno bylo eshe ohladit' stal' kak mozhno spokoinee i medlennee, chtoby v processe kristallizacii snachala mogli obrazovat'sya krupnye kristally razvetvlennoi struktury - tak nazyvaemye dendrity. Ohlazhdenie shlo pryamo v gorne, zapolnennom raskalennym uglem. Zatem sledovala iskusnaya kovka, kotoraya ni dolzhna byla narushit' obrazovavshuyusya strukturu.

Drugoi russkii metallurg - D.K.Chernov vposledstvii ob'yasnil proishozhdenie unikal'nyh svoistv bulata, svyazav ih so strukturoi. Dendrity sostoyat iz tugoplavkoi, no otnositel'no myagkoi stali, a prostranstvo mezh ih "vetvyami" zapolnyaetsya v processe zastyvaniya metalla bolee nasyshennoi uglerodom, a sledovatel'no, i bolee tverdoi stal'yu. Otsyuda bol'shaya tverdost' i bol'shaya vyazkost' odnovremenno. Pri kovke etot stal'noi "gibrid" ne razrushaetsya, sohranyaetsya ego drevovidnaya struktura, no tol'ko iz pryamolineinoi ona prevrashaetsya v zigzagoobraznuyu. Osobennosti risunka v znachitel'noi mere zavisyat ot sily i napravleniya udarov, ot masterstva kuzneca.

Damasskaya stal' drevnosti - eto tot zhe bulat, no pozdnee tak nazyvali stal', poluchennuyu putem kuznechnoi svarki iz mnogochislennyh stal'nyh provolochek ili polos. Provolochki delalis' iz stalei s raznym soderzhaniem ugleroda, otsyuda te zhe svoistva, chto i u bulata. V srednie veka iskusstvo prigotovleniya takoi stali dostiglo naibol'shego razvitiya. Izvesten yaponskii klinok, v strukture kotorogo obnaruzheno okolo 4mln mikroskopicheski tonkih stal'nyh nitei. Estestvenno, process izgotovleniya oruzhiya iz damasskoi stali eshe bolee trudoemok, chem process izgotovleniya bulatnyh sabel'.

Kstati, posle smerti P.P.Anosova sekret bulata byl vnov' uteryan. V tretii raz ego otkryli uzhe v seredine XXv. Bulatnye plastinki byli svoeobraznymi suvenirami: metallurgi Zlatousta vruchali ih uchastnikam Vsesoyuznogo soveshaniya prokatchikov, prohodivshego v etom gorode v 1961 g.

Vernemsya, odnako, v te vremena, kogda bulat byl prekrasnoi i opasnoi dikovinoi.

Ot domnicy k domne

Syrodutnyi process vo mnogom zavisel ot pogody: nuzhno bylo, chtoby veter obyazatel'no zaduval v "trubu". Stremlenie izbavit'sya ot kaprizov pogody privelo k sozdaniyu mehov, kotorymi razduvali ogon' v syrodutnom gorne. S poyavleniem mehov otpala nadobnost' ustraivat' syrodutnye gorny na sklonah. Poyavilis' pechi novogo tipa - tak nazyvaemye volch'i yamy, kotorye vykapyvali v zemle, i domnicy, kotorye vozvyshalis' nad zemlei. Ih delali iz kamnei, skreplennyh glinoi. V otverstie u osnovaniya domnicy vstavlyali trubku mehov i nachinali razduvat' pech'. Ugol' sgoral, a v gorne pechi ostavalas' uzhe znakomaya nam krica. Obychno, chtoby vytashit' ee naruzhu, vylamyvali neskol'ko kamnei v nizhnei chasti pechi. Zatem ih opyat' zakladyvali na mesto, zapolnyali pech' uglem i rudoi, i vse nachinalos' snachala.

Samo slovo "domnica" proishodit ot slavyanskogo slova "dmuti", chto oznachaet "dut'". Ot etogo zhe slova proishodyat slova "nadmennyi" (nadutyi) i "dym". Po-angliiski domennaya pech' nazyvaetsya, kak i po-russki, dut'evoi - blast furnace. A vo francuzskom i nemeckom yazykah eti pechi poluchili nazvanie vysokih (Hochofen po-nemecki i haut fourneau po-francuzski).

Domnicy stanovilis' vse bol'she. Uvelichivalas' proizvoditel'nost' mehov: ugol' gorel vse zharche, i zhelezo nasyshalos' uglerodom.

Pri izvlechenii kricy iz pechi vylivalsya i rasplavlennyi chugun - zhelezo, soderzhashee bolee 2% ugleroda plavyasheesya pri bolee nizkih temperaturah. V tverdom vide chugun nel'zya kovat', on razletaetsya na kuski ot odnogo udara molotom. Poetomu chugun, kak i shlak, schitalsya vnachale othodom proizvodstva. Anglichane dazhe nazvali ego "svinskim zhelezom" - pig iron. Tol'ko potom metallurgi soobrazili, chto zhidkii chugun mozhno zalivat' v formy i poluchat' iz nego razlichnye izdeliya, naprimer pushechnye yadra.

K XIV...XVvv. domennye pechi, proizvodivshie chugun, prochno voshli v promyshlennost'. Vysota ih dostigala 3m bolee, oni vyplavlyali liteinyi chugun, iz kotorogo lili uzhe ne tol'ko yadra, no i sami pushki.

Podlinnyi povorot ot domnicy k domne proizoshel lish' v 80-h godah XVIIIv., kogda odnomu iz demidovskih prikazchikov prishla v golovu mysl' podavat' dut'e v domennuyu pech' ne cherez odno soplo, a cherez dva, raspolozhiv ih po obeim storonam gorna. Liha beda nachalo! Chislo sopel, ili furm (kak ih teper' nazyvayut), roslo, dut'e stanovilos' vse bolee ravnomernym, uvelichivalsya diametr gorna, povyshalas' proizvoditel'nost' pechei.

Eshe dva otkrytiya sil'no povliyali na razvitie domennogo proizvodstva. Dolgie gody toplivom domennyh pechei byl drevesnyi ugol'. Sushestvovala celaya otrasl' promyshlennosti, zanimavshayasya vyzhiganiem uglya iz dereva. V rezul'tate lesa v Anglii vyrubili do takoi stepeni, chto byl izdan special'nyi ukaz korolevy, zapreshayushii unichtozhat' les radi nuzhd chernoi metallurgii. Posle etogo angliiskaya metallurgiya stala bystro hiret'. Britaniya byla vynuzhdena vvozit' chugun iz-za granicy, glavnym obrazom iz Rossii. Tak prodolzhalos' do serediny XVIIIv., kogda Abragam Derbi nashel sposob polucheniya koksa iz kamennogo uglya, zapasy kotorogo v Anglii ochen' veliki. Koks stal osnovnym toplivom dlya domennyh pechei.

S izobreteniem koksa svyazana legenda o Dade Dadli, kotoryi yakoby izobrel koksovanie eshe v XVIv., zadolgo do Derbi. No fabrikanty drevesnogo uglya ispugalis' za svoi dohody i, sgovorivshis', ubili izobretatelya.

V 1829 g. Dzh.Nilson na zavode Kleid (Shotlandiya) vpervye primenil vduvanie v domny nagretogo vozduha. Eto novovvedenie povysilo proizvoditel'nost' pechei i rezko snizilo rashod topliva.

Poslednee znachitel'noe usovershenstvovanie domennogo processa proizoshlo uzhe v nashi dni. Sut' ego - zamena chasti koksa deshevym prirodnym gazom.

Glavnyi peredel

Process proizvodstva stali svoditsya v sushnosti k vyzhiganiyu iz chuguna primesei, k okisleniyu ih kislorodom vozduha. To, chto delayut metallurgi, ryadovomu himiku mozhet pokazat'sya bessmyslicei: snachala vosstanavlivayut okisel zheleza, odnovremenno nasyshaya metall uglerodom, kremniem, margancem (proizvodstvo chuguna), a potom starayutsya vyzhech' ih. Obidnee vsego, chto himik sovershenno prav: metallurgi primenyayut yavno nelepyi metod. No drugogo u nih ne bylo.

Glavnyi metallurgicheskii peredel - proizvodstvo stali iz chuguna - voznik v XIVv. Stal' togda poluchali v krichnyh gornah. Chugun pomeshali na sloi drevesnogo uglya, raspolozhennyi vyshe furmy dlya podachi vozduha. Pri gorenii uglya chugun plavilsya i kaplyami stekal vniz, prohodya cherez zonu, bolee bogatuyu kislorodom, - mimo furmy. Zdes' zhelezo chastichno osvobozhdalos' ot ugleroda i pochti polnost'yu ot kremniya i marganca. Zatem ono okazyvalos' na dne gorna, ustlannom sloem zhelezistogo shlaka, ostavshegosya posle predydushei plavki. Shlak postepenno okislyal uglerod, eshe sohranivshiisya v metalle, otchego temperatura plavleniya metalla povyshalas', i on zagusteval. Obrazovavshiisya myagkii slitok lomom podnimali vverh. V zone nad furmoi on eshe raz pereplavlyalsya, pri etom okislyalas' eshe kakaya-to chast' soderzhashegosya v zheleze ugleroda. Kogda posle pereplavki na dne gorna obrazovyvalas' 50...100-kilogrammovaya krica, ee izvlekali iz gorna i tut zhe otpravlyali na prokovku, cel' kotoroi byla ne tol'ko uplotnit' metall, no i vydavat' iz nego zhidkie shlaki.

Naibolee sovershennym zhelezodelatel'nym agregatom proshlogo byla pudlingovaya pech', izobretennaya anglichaninom Genri Kortom v konce XVIIIv. (Kstati, on zhe izobrel i prokatku profil'nogo zheleza na valkah s narezannymi v nih kalibrami. Raskalennaya polosa metalla, prohodya cherez kalibry, prinimala ih formu.).

Pudlingovaya pech' Korta zagruzhalas' chugunom, a podina (dno) i steny ee byli futerovany zheleznoi rudoi. Posle kazhdoi plavki ih podnovlyali. Goryachie gazy iz topki rasplavlyali chugun, a potom kislorod vozduha i kislorod, soderzhashiisya v rude, okislyali primesi. Pudlingovshik, stoyashii u pechi, pomeshival v vanne zheleznoi klyushkoi, na kotoroi osazhdalis' kristally, obrazuyushie zheleznuyu kricu.

Posle izobreteniya pudlingovoi pechi v etoi oblasti chernoi metallurgii dolgo ne poyavlyalos' nichego novogo, esli ne schitat' razrabotannogo anglichaninom Gunstmanom tigel'nogo sposoba polucheniya vysokokachestvennoi stali. No tigli byli maloproizvoditel'ny, a razvitie promyshlennosti i transporta trebovalo vse bol'shego, i bol'shego kolichestva stali.

Marten i konverter

Genri Bessemer byl mehanikom, vdobavok bez sistematicheskogo obrazovaniya. On izobretal, chto pridetsya: mashinku dlya gasheniya marok, nareznuyu pushku, razlichnye mehanicheskie prisposobleniya. Byval on i na metallurgicheskih zavodah, nablyudal za rabotoi pudlingovshikov. U Bessemera poyavilas' mysl' perelozhit' etu tyazheluyu "goryachuyu" rabotu na szhatyi vozduh. Posle mnogih prob on v 1856 g. zapatentoval sposob proizvodstva stali produvaniem vozduha cherez zhidkii chugun, nahodyashiisya v konvertere - grushevidnom sosude iz listovogo zheleza, vylozhennom iznutri kvarcevym ogneuporom.

Dlya podvoda dut'ya sluzhit ogneupornoe dnishe so mnogimi otverstiyami. Konverter imeet ustroistvo dlya povorota v predelah 300�. Pered nachalom raboty konverter kladut "na spinu", zalivayut v nego chugun, puskayut dut'e i tol'ko togda stavyat konverter vertikal'no. Kislorod vozduha okislyaet zhelezo v zakis' FeO. Poslednyaya rastvoryaetsya v chugune i okislyaet uglerod, kremnii, marganec... Iz okislov zheleza, marganca i kremniya obrazuyutsya shlaki. Taksi process vedut do polnogo vygoraniya ugleroda.

Zatem konverter snova kladut "na spinu", otklyuchayut dut'e, vvodyat v metall raschetnoe kolichestvo ferromarganca - dlya raskisleniya. Tak poluchaetsya vysokokachestvennaya stal'.

Sposob konverternogo peredela chuguna stal pervym sposobom massovogo proizvodstva litoi stali.

Peredel v bessemerovskom konvertere, kak vyyasnilos' pozzhe, imel i nedostatki. V chastnosti, iz chuguna no udalyalis' vrednye primesi - sera i fosfor. Poetomu dlya pererabotki v konvertere primenyali glavnym obrazom chugun, svobodnyi ot sery i fosfora. Ot sery v posledstvii nauchilis' izbavlyat'sya (chastichno, razumeetsya), dobavlyaya v zhidkuyu stal' bogatyi margancem "zerkal'nyi" chugun, a pozzhe i ferromarganec.

S fosforom, kotoryi ne udalyalsya v domennom processe i ne svyazyvalsya margancem, delo obstoyalo slozhnee. Nekotorye rudy, takie, kak lotaringskaya, otlichayushiesya vysokim soderzhaniem fosfora, ostavalis' neprigodnymi dlya proizvodstva stali. Vyhod byl naiden angliiskim himikom S.D.Tomasom, kotoryi predlozhil svyazyvat' fosfor izvest'yu. Konverter Tomasa v otlichie ot bessemerovskogo byl futerovan obozhzhennym dolomitom, a ne kremnezemom. V chugun vo vremya produvki podavali izvest'. Obrazovyvalsya izvestkovo-fosforistyi shlak, kotoryi legko otdelyalsya ot stali. Vposledstvii etot shlak dazhe stali ispol'zovat' kak udobrenie.

Samaya bol'shaya revolyuciya v staleplavil'nom proizvodstve proizoshla v 1865 g., kogda otec i syn - P'er i Emil' Marteny ispol'zovali dlya polucheniya stali regenerativnuyu gazovuyu pech', postroennuyu po chertezham V.Simensa. V nei, blagodarya podogrevu gaza i vozduha, v osobyh kamerah s ogneupornoi nasadkoi dostigalas' takaya vysokaya temperatura, chto stal' v vanne pechi perehodila uzhe ne v testoobraznoe, kak v pudlingovoi pechi, a v zhidkoe sostoyanie. Ee mozhno bylo zalivat' v kovshi i formy, izgotovlyat' slitki i prokatyvat' ih v rel'sy, balki, stroitel'nye profili, listy... I vse eto v ogromnyh masshtabah! Krome togo, poyavilas' vozmozhnost' ispol'zovat' gromadnye kolichestva zheleznogo loma, skopivshegosya za dolgie gody na metallurgicheskih i mashinostroitel'nyh zavodah.

Poslednee obstoyatel'stvo sygralo ochen' vazhnuyu rol' v stanovlenii novogo processa. V nachale XXv. martenovskie pechi pochti polnost'yu vytesnili bessemerovskie i tomasovskie konvertery, kotorye hotya i potreblyali lom, no v ochen' malyh kolichestvah.

Konverternoe proizvodstvo moglo by stat' istoricheskoi redkost'yu, takoi zhe, kak i pudlingovoe, esli by ne kislorodnoe dut'e. Mysl' o tom, chtoby ubrat' iz vozduha azot, ne uchastvuyushii v processe, i produvat' chugun odnim kislorodom, prihodila v golovu mnogim vidnym metallurgam proshlogo; v chastnosti, eshe v XIXv. russkii metallurg D.K.Chernov i shved R.Okerman pisali ob etom. No v to vremya kislorod byl slishkom dorog. Tol'ko v 30...40-h godah nashego stoletiya, kogda byli vnedreny deshevye promyshlennye sposoby polucheniya kisloroda iz vozduha, metallurgi smogli ispol'zovat' kislorod v staleplavil'nom proizvodstve. Razumeetsya, v martenovskih pechah. Popytki produvat' kislorodom chugun v konverterah ne priveli k uspehu; razvivalas' takaya vysokaya temperatura, chto progorali dnisha apparatov. V martenovskoi pechi vse bylo proshe: kislorod davali i v fakel, chtoby povysit' temperaturu plameni, i v vannu (v zhidkii metall), chtoby vyzhech' primesi. Eto pozvolilo namnogo uvelichit' proizvoditel'nost' martenovskih pechei, no v to zhe vremya povysilo temperaturu v nih nastol'ko, chto nachinali plavit'sya ogneupory. Poetomu i zdes' kislorod primenyali v umerennyh kolichestvah.

V 1952 g. v avstriiskom gorode Lince na zavode "Fest" vpervye nachali primenyat' novyi sposob proizvodstva stali - kislorodno-konverternyi. Chugun zalivali v konvertor, dnishe kotorogo ne imelo otverstii dlya dut'ya, bylo gluhim. Kislorod podavalsya na poverhnost' zhidkogo chuguna. Vygoranie primesei sozdavalo takuyu vysokuyu temperaturu, chto zhidkii metall prihodilos' ohlazhdat', dobavlyaya v konverter zheleznuyu rudu i lom. I v dovol'no bol'shih kolichestvah. Konvertery snova poyavilis' na metallurgicheskih zavodah. Novyi sposob proizvodstva stali nachal bystro rasprostranyat'sya vo vseh promyshlenno razvityh stranah. Seichas on schitaetsya odnim iz samyh perspektivnyh v staleplavil'nom proizvodstve.

Dostoinstva konvertera sostoyat v tom, chto on zanimaet men'she mesta, chem martenovskaya pech', sooruzhenie ego gorazdo deshevle, a proizvoditel'nost' vyshe. Odnako v konverterah snachala vyplavlyali tol'ko malouglerodistye myagkie stali. V posleduyushie gody byl razrabotan process vyplavki v konvertere vysokouglerodistyh i legirovannyh stalei.

Elektrichestvo plavit metall

Svoistva stalei raznoobrazny. Est' stali, prednaznachennye dlya dolgogo prebyvaniya v morskoi vode, stali, vyderzhivayushie vysokuyu temperaturu i agressivnoe deistvie goryachih gazov, stali, iz kotoryh delayut myagkuyu uvyazochnuyu provoloku, i stali dlya izgotovleniya uprugih i zhestkih pruzhin...

Takoe raznoobrazie svoistv vytekaet iz raznoobraziya sostavov stalei. Tak, iz stali, soderzhashei 1% ugleroda i 1,5% hroma, delayut sharikopodshipniki vysokoi stoikosti; stal', soderzhashaya 18% hroma i 8...9% nikelya, - eto vsem izvestnaya "nerzhaveika", a iz stali, soderzhashei 18% vol'frama, 4% hroma i 1% vanadiya, izgotovlyayut tokarnye rezcy.

Eto raznoobrazie sostavov stalei ochen' zatrudnyaet ih vyplavku. Ved' v martenovskoi pechi i konvertere atmosfera okislitel'naya, i takie elementy, kak hrom, legko okislyayutsya i perehodyat v shlak, t.e. teryayutsya. Znachit, chtoby poluchit' stal' s soderzhaniem hroma 18%, v pech' nado dat' gorazdo bol'she hroma, chem 180kg na tonnu stali. A hrom - metall dorogoi. Kak naiti vyhod iz etogo polozheniya?

Vyhod byl naiden v nachale XXv. Dlya vyplavki metalla bylo predlozheno ispol'zovat' teplo elektricheskoi dugi. V pech' kruglogo secheniya zagruzhali metallolom, zalivali chugun i opuskali ugol'nye ili grafitovye elektrody. Mezhdu nimi i metallom v pechi ("vanne") voznikala elektricheskaya duga s temperaturoi okolo 4000^oC. Metall legko i bystro rasplavlyalsya. A v takoi zakrytoi elektropechi mozhno sozdavat' lyubuyu atmosferu - okislitel'nuyu, vosstanovitel'nuyu ili sovershenno neitral'nuyu. Inymi slovami, mozhno predotvratit' vygoranie cennyh elementov. Tak byla sozdana metallurgiya kachestvennyh stalei.

Pozdnee byl predlozhen eshe odin sposob elektroplavki - indukcionnyi. Iz fiziki izvestno, chto esli metallicheskii provodnik pomestit' v katushku, po kotoroi prohodit tok vysokoi chastoty, to v nem induciruetsya tok i provodnik nagrevaetsya. Etogo tepla hvataet, chtoby za opredelennoe vremya rasplavit' metall. Indukcionnaya pech' sostoit iz tiglya, v futerovku kotorogo vdelana spiral'. Po spirali propuskayut tok vysokoi chastoty, i metall v tigle rasplavlyaetsya. V takoi pechi tozhe mozhno sozdat' lyubuyu atmosferu.

V elektricheskih dugovyh pechah process plavki idet obychno v neskol'ko stadii. Snachala iz metalla vyzhigayut nenuzhnye primesi, okislyaya ih (okislitel'nyi period). Zatem iz pechi ubirayut (skachivayut) shlak, soderzhashii okisly etih elementov, i zagruzhayut ferrosplavy - splavy zheleza s elementami, kotorye nuzhno vvesti v metall. Pech' zakryvayut i prodolzhayut plavku bez dostupa vozduha (vosstanovitel'nyi period). V rezul'tate stal' nasyshaetsya trebuemymi elementami v zadannom kolichestve. Gotovyi metall vypuskayut v kovsh i razlivayut.

Bochka meda i lozhka degtya

Stali, osobenno kachestvennye, okazalis' ochen' chuvstvitel'nymi k soderzhaniyu primesei. Dazhe nebol'shie kolichestva kisloroda, azota, vodoroda, sery, fosfora sil'no uhudshayut ih svoistva - prochnost', vyazkost', korrozionnuyu stoikost'. Eti primesi obrazuyut s zhelezom i drugimi soderzhashimisya v stali elementami nemetallicheskie soedineniya, kotorye vklinivayutsya mezhdu zernami metalla, uhudshayut ego odnorodnost' i snizhayut kachestvo. Tak, pri povyshennom soderzhanii kisloroda i azota v stalyah snizhaetsya ih prochnost', vodorod vyzyvaet poyavlenie flokenov - mikrotreshin v metalle, kotorye privodyat k neozhidannomu razrusheniyu stal'nyh detalei pod nagruzkoi, fosfor uvelichivaet hrupkost' stali na holode, sera vyzyvaet krasnolomkost' - razrushenie stali pod nagruzkoi pri vysokih temperaturah.

Metallurgi dolgo iskali puti udaleniya etih primesei. Posle vyplavki v martenovskih pechah, konverterah i elektropechah metall raskislyayut - pribavlyayut k nemu alyuminii, ferrosilicii (splav zheleza s kremniem) ili ferromarganec. Eti elementy aktivno soedinyayutsya s kislorodom, vsplyvayut v shlak i umen'shayut soderzhanie kisloroda v stali. No kislorod vse zhe ostaetsya v stali, a dlya vysokokachestvennyh stalei i ostavshiesya ego kolichestva okazyvayutsya slishkom bol'shimi. Neobhodimo bylo naiti drugie, bolee effektivnye sposoby.

V 50-h godah metallurgi nachali v promyshlennom masshtabe vakuumirovat' stal'. Kovsh s zhidkim metallom pomeshayut v kameru, iz kotoroi otkachivayut vozduh. Metall nachinaet burno kipet' i gazy iz nego vydelyayutsya.

Odnako predstav'te sebe kovsh s 300t stali i prikin'te, skol'ko vremeni proidet, poka on prokipit polnost'yu, i naskol'ko za eto vremya ohladitsya metall. Vam srazu stanet yasno, chto takoi sposob goditsya lish' dlya nebol'shih kolichestv stali. Poetomu byli razrabotany drugie, bolee bystrye i effektivnye sposoby vakuumirovaniya. Seichas oni primenyayutsya vo vseh razvityh stranah, i eto pozvolilo uluchshit' kachestvo stali. No trebovaniya k nei vse rosli i rosli.

V nachale 60-h godov v Kieve, vo Vsesoyuznom institute elektrosvarki im. E.O.Patona byl razrabotan sposob elektroshlakovogo pereplava stali, kotoryi ochen' skoro nachali primenyat' vo mnogih stranah. Etot sposob ochen' prost. V vodoohlazhdaemyi metallicheskii sosud - kristallizator - pomeshayut slitok metalla, kotoryi nado ochistit', i zasypayut ego shlakom osobogo sostava. Zatem slitok podklyuchayut k istochniku toka. Na konce slitka voznikaet elektricheskaya duga, i metall nachinaet oplavlyat'sya. Zhidkaya stal' reagiruet so shlakom i ochishaetsya ne tol'ko ot okislov, no i ot nitridov, fosfidov i sul'fidov. V kristallizatore zastyvaet novyi, ochishennyi ot vrednyh primesei slitok. V 1963 g. za razrabotku i vnedrenie metoda elektroshlakovogo pereplava gruppa rabotnikov Vsesoyuznogo instituta elektrosvarki vo glave s B.I.Medovarom i Yu.V.Latashom byla udostoena Leninskoi premii.

Po neskol'ko inomu puti poshli uchenye-metallurgi iz Central'nogo nauchno-issledovatel'skogo instituta chernoi metallurgii im. I.P.Bardina. V sodruzhestve s rabotnikami metallurgicheskih zavodov oni razrabotali eshe bolee prostoi sposob. Shlaki osobogo sostava dlya ochistki metalla rasplavlyayut i vylivayut v kovsh, a zatem v etot zhidkii shlak vypuskayut metall iz pechi. Shlak peremeshivaetsya s metallom i pogloshaet primesi. Metod etot bystr, effektiven i ne trebuet bol'shih zatrat elektroenergii. Ego avtory S.G.Voinov, A.I.Osipov, A.G.Shalimov i drugie v 1966 g. takzhe byli udostoeny Leninskoi premii.

Odnako u chitatelya uzhe, navernoe, voznik vopros: a k chemu vse eti slozhnosti? Ved' my uzhe govorili, chto v obychnoi elektricheskoi pechi mozhno sozdat' lyubuyu atmosferu. Znachit, mozhno prosto otkachat' iz pechi vozduh i vesti plavku v vakuume. No ne speshite v patentnoe byuro! Etot sposob uzhe davno byl ispol'zovan v nebol'shih indukcionnyh pechah, a v konce 60-h i nachale 70-h godov ego nachali primenyat' i v dovol'no bol'shih dugovyh i indukcionnyh elektropechah. Seichas sposoby vakuumnogo dugovogo i vakuumnogo indukcionnogo pereplava poluchili dovol'no shirokoe rasprostranenie.

Zdes' my opisali tol'ko osnovnye sposoby ochistki stali ot vrednyh primesei. Sushestvuyut desyatki ih raznovidnostei. Oni pomogayut metallurgam udalit' preslovutuyu lozhku degtya iz bochki meda i poluchit' vysokokachestvennyi metall.

Bez domen?

Vyshe uzhe govorilos', chto chernaya metallurgiya s tochki zreniya himika - zanyatie, myagko govorya, nelogichnoe. Snachala zhelezo nasyshayut uglerodom i drugimi elementami, a potom tratyat mnogo truda i energii dlya vyzhiganiya etih elementov. Ne proshe li srazu vosstanovit' zhelezo iz rudy. Ved' imenno tak i postupali drevnie metallurgi, kotorye poluchali razmyagchennoe goryachee gubchatoe zhelezo v syrodutnyh gornah.

V poslednie gody eta tochka zreniya uzhe vyshla iz stadii ritoricheskih voprosov i opiraetsya na sovershenno real'nye, i dazhe osushestvlennye proekty. Polucheniem zheleza neposredstvenno iz rudy, minuya domennyi process, zanimalis' eshe v proshlom veke. Togda etot process i poluchil nazvanie pryamogo vosstanovleniya. Odnako do poslednego vremeni on ne nashel bol'shogo rasprostraneniya. Vo-pervyh, vse predlozhennye sposoby pryamogo vosstanovleniya byli maloproizvoditel'nymi, a vo-vtoryh, poluchennyi produkt - gubchatoe zhelezo - byl nizkokachestvennym i zagryaznennym primesyami. I vse zhe entuziasty prodolzhali rabotat' v etom napravlenii.

Polozhenie korennym obrazom izmenilos' s teh por, kogda v promyshlennosti nachali shiroko ispol'zovat' prirodnyi gaz. On okazalsya ideal'nym sredstvom vosstanovleniya zheleznoi rudy. Osnovnoi komponent prirodnogo gaza - metan CH₄ razlagayut okisleniem v prisutstvii katalizatora v special'nyh apparatah - reformerah po reakcii 2CH₄+O₂ $\to$ 2CO+2N₂.

Poluchaetsya smes' vosstanovitel'nyh gazov - okisi ugleroda i vodoroda. Eta smes' postupaet v reaktor, v kotoryi podaetsya i zheleznaya ruda. Ogovorimsya srazu - formy i konstrukcii reaktorov ochen' raznoobrazny. Inogda reaktorom sluzhit vrashayushayasya trubchataya pech', tipa cementnoi, inogda - shahtnaya pech', inogda - zakrytaya retorta. Etim i ob'yasnyaetsya raznoobrazie nazvanii sposobov pryamogo vosstanovleniya: Midreks, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN i t.d. Chislo sposobov uzhe perevalilo za dva desyatka. No sut' ih obychno odna i ta zhe. Bogatoe zhelezorudnoe syr'e vosstanavlivaetsya smes'yu okisi ugleroda i vodoroda.

No chto zhe delat' s poluchennoi produkciei? Iz gubchatogo zheleza ne tol'ko horoshego topora - horoshego gvozdya otkovat' nel'zya. Kak by ni byla bogata ishodnaya ruda, chistogo zheleza iz nee vse ravno ne poluchitsya. Po zakonam himicheskoi termodinamiki dazhe vosstanovit' vse soderzhasheesya v rude zhelezo ne udastsya; chast' ego vse ravno ostanetsya v produkte v vide okislov. I zdes' na pomosh' nam prihodit ispytannyi drug - elektropech'. Gubchatoe zhelezo okazyvaetsya pochti ideal'nym syr'em dlya elektrometallurgii. Ono soderzhit malo vrednyh primesei i horosho plavitsya.

Itak, opyat' dvuhstupenchatyi process! No eto uzhe drugoi sposob. Vygoda shemy pryamoe vosstanovlenie - elektropech' sostoit v ee deshevizne. Ustanovki pryamogo vosstanovleniya znachitel'no deshevle i potreblyayut men'she energii, chem domennye pechi. A proizvoditel'nost' sovremennyh ustanovok uzhe dostigla dovol'no vysokogo urovnya. Takim obrazom, novyi, "bezdomennyi" sposob proizvodstva stali uzhe nachinaet priobretat' prava grazhdanstva. V nashei strane vblizi Starogo Oskola sooruzhaetsya bol'shoi metallurgicheskii kombinat, kotoryi budet rabotat' imenno no takoi sheme. Ego pervaya ochered' budet vvedena v ekspluataciyu v 1980 g.

Zametim, chto pryamoi pereplav - ne edinstvennyi sposob primeneniya gubchatogo zheleza v chernoi metallurgii. Ego mozhno takzhe ispol'zovat' vmesto metalloloma v martenovskih pechah, konverterah i elektrostaleplavil'nyh pechah.

Sposob pereplava gubchatogo zheleza v elektropechah burno rasprostranyaetsya i za rubezhom, osobenno v stranah, raspolagayushih bol'shimi zapasami nefti i prirodnogo gaza, t.e. v stranah Latinskoi Ameriki i Blizhnego Vostoka. Odnako, uzhe ishodya iz etih soobrazhenii (nalichiya prirodnogo gaza), poka net eshe osnovanii schitat', chto novyi sposob kogda-nibud' polnost'yu vytesnit tradicionnyi dvuhstupenchatyi sposob domennaya pech' - staleplavil'nyi agregat.

Budushee zheleza

Zheleznyi vek prodolzhaetsya. Primerno ⁹/₁₀ vseh ispol'zuemyh chelovechestvom metallov i splavov - eto splavy na osnove zheleza. Zheleza vyplavlyaetsya v mire primerno v 50 raz bol'she, chem alyuminiya, ne govorya uzhe o prochih metallah. Plastmassy? No oni v nashe vremya chashe vsego vypolnyayut v razlichnyh konstrukciyah samostoyatel'nuyu rol', a esli uzh ih v sootvetstvii s tradiciei pytayutsya vvesti v rang "nezamenimyh zamenitelei", to chashe oni zamenyayut cvetnye metally, a ne chernye. Na zamenu stali idut lish' neskol'ko procentov potreblyaemyh nami plastikov.

Splavy na osnove zheleza universal'ny, tehnologichny, dostupny i v masse - deshevy. Syr'evaya baza etogo metalla tozhe ne vyzyvaet opasenii: uzhe razvedannyh zapasov zheleznyh rud hvatilo by po men'shei mere na dva veka vpered. Zhelezu eshe dolgo byt' fundamentom civilizacii.

Kak pisal Plinii starshii

"Zheleznye rudokopi dostavlyayut cheloveku prevoshodneishee i zlovredneishee orudie. Ibo sim orudiem prorezyvaem my zemlyu, obrabatyvaem plodovitye sady i, obrezaya dikie lozy s vinogradom, ponuzhdaem ih kazhdyi god yunet'. Sim orudiem vystraivaem domy, razbivaem kamni i upotreblyaem zhelezo na vse podobnye nadobnosti. No tem zhe zhelezom proizvodim brani, bitvy i grabezhi i upotreblyaem onoe ne tol'ko vblizi, no meshem okrylennoe vdal' to iz boinic, to iz moshnyh ruk, to v vide operennyh strel. Samoe porochneishee, po mneniyu moemu, uhishrenie uma chelovecheskogo. Ibo, chtoby smert' skoree postigla cheloveka, sodelali ee krylatoyu i zhelezu pridali per'ya. Togo radi da budet vina pripisana cheloveku, a ne prirode".

Dragocennyi metall

V "Geografii" drevnegrecheskogo pisatelya Strabona upominaetsya o tom, chto afrikanskie narody za odin funt zheleza otdavali desyat' funtov zolota.

Izvlechennoe iz drevneskandinavskih grobnic oruzhie takzhe svidetel'stvuet o dragocennosti zheleza v proshlom - iz nego sdelany tol'ko ostriya mechei, a vse ostal'nye chasti - iz bronzy.

Oruzhie iz meteoritov

S davnih promen lyudi pytalis' ispol'zovat' meteoritnoe zhelezo, hotya sdelat' eto bylo ne prosto.

Buharskii emir prikazal svoim luchshim oruzheinikam otkovat' emu mech iz kuska "nebesnogo zheleza". No skol'ko oni ni staralis', nichego ne poluchalos'. Oruzheinikov kaznili. Oni pogibli iz-za togo, chto nagretyi metall ne poddavalsya kovke. Eto harakterno dlya nikelistogo meteoritnogo zheleza: ono kuetsya tol'ko holodnym, a pri nagrevanii stanovitsya hrupkim.

Nesmotrya na eto, u vlastitelya indiiskogo knyazhestva Dzhehangira v XVIIv. byli dve sabli, kinzhal i nakonechnik piki iz meteoritnogo zheleza. Est' svedeniya, chto iz etogo zhe materiala byli izgotovleny shpagi AleksandraI i Bolivara - geroya Yuzhnoi Ameriki.

Samorodnyi chugun

Metallicheskoe zhelezo vstrechaetsya ne tol'ko v meteoritah. Eshe v 1789 g. v "Slovare kommercheskom" Vasiliya Levshina o samorodnom zheleze pisalos': "Tak nazyvaetsya zhelezo, sovsem prigotovlennoe prirodoi v nedrah zemnyh i sovsem ochishennoe ot veshestv postoronnih nastol'ko, chto mozhno iz nego kovat' bez pereplavki vsyakie veshi".

Krupnoe skoplenie samorodnogo zheleza bylo naideno na yuzhnom beregu ostrova Disko u beregov Grenlandii. Ono zalegalo zdes' v izvergnutom cherez plasty kamennogo uglya bazal'te v vide blestok, zeren i inogda moshnyh glyb.

V otlichie ot meteoritnogo zheleza, vsegda soderzhashego sravnitel'no mnogo nikelya, samorodnoe zhelezo soderzhit ne bolee 2% nikelya, inogda do 0,3% kobal'ta, okolo 0,4% medi i do 0,1% platiny. Obychno ono isklyuchitel'no bedno uglerodom. Odnako vozmozhno obrazovanie i samorodnogo chuguna, naprimer, v rezul'tate kontakta raskalennogo ugleroda s zheleznoi rudoi. V 1905 g. geolog A.A.Inostrancev obnaruzhil v raione ostrova Russkogo na Dal'nem Vostoke nebol'shie plastoobraznye skopleniya samorodnogo chuguna, nahodyashegosya na glubine 30...40m pod skal'nymi porodami morskogo berega. V izvlechennyh obrazcah metalla soderzhalos' okolo 3,2% ugleroda.

Ubit iz-za zheleza

V 1735 g. vogul Stepan Chumpin nashel u gory Blagodat' bol'shoi kusok magnitnogo zheleznyaka i pokazal ego gornomu tehniku I.Yarcevu. Posle osmotra mestorozhdeniya Yarcev pomchalsya s dokladom v Ekaterinburg. Eta poezdka byla samym nastoyashim begstvom - po sledu Yarceva skakali vooruzhennye strazhniki nekoronovannogo korolya Urala Demidova, kotoryi ne dopuskal i mysli, chto novye bogatstva minuyut ego. Yarcevu udalos' uiti ot pogoni. Pervootkryvateli rudnika poluchili voznagrazhdenie ot Gornoi kancelyarii, no vskore Stepan Chumpin byl ubit. Ubiica ostalsya nepoimannym.

Kristall chernova

Znamenityi russkii metallurg D.K.Chernov (1839...1921) sobral kollekciyu kristallov zheleza. Nekotorye kristally, naidennye im v stal'nyh slitkah, dostigali dliny 5mm, bol'shinstvo zhe ne bolee 3mm.

Glavnoi cennost'yu kollekcii byl unikal'nyi "kristall D.K.Chernova", opisannyi vo mnogih uchebnikah po metallovedeniyu. Ego nashel v grude stal'nogo loma shihtovogo dvora podpolkovnik morskoi artillerii A.G.Bersenev, sluzhivshii priemshikom na metallurgicheskom zavode. Kak udalos' vyyasnit', kristall vyros v 100-tonnom slitke stali. Bersenev podaril ego svoemu uchitelyu Chernovu.

Chernov tshatel'no issledoval kristall. Ves ego okazalsya 3 kg 450 g, dlina 39 sm, himicheskii sostav: 0,78% ugleroda, 0,255% kremniya, 1,055% marganca, 97,863% zheleza.

Stal'noe vino

V starinnyh zhurnalah mozhno naiti recepty razlichnyh "zheleznyh" lekarstv. Tak, v "Ekonomicheskom zhurnale" za 1783 g. soobshalos': "V nekotoryh sluchayah i boleznyah i samoe zhelezo sostavlyaet ves'ma horoshee lekarstvo, i prinimayutsya s pol'zoi naimel'chaishie onogo opilki libo prosto, libo obsaharennye". Tam zhe perechislyayutsya drugie lekarstva togo vremeni: obsaharennoe zhelezo, zheleznyi sneg, zheleznaya voda, stal'noe vino ("vinogradnoe kisloe vino, kak, naprimer, reinvein, nastoyat' s zheleznymi opilkami i poluchitsya zheleznoe ili stal'noe vino i vkupe ves'ma horoshee lekarstvo").

Magnitnye lekarstva

V 1835 g. "Zhurnal manufaktur i torgovli", soobshaya o tovarah, prislannyh iz Veny v Peterburg, upominaet metallicheskie namagnichennye bruski kak sredstvo ot zubnoi i golovnoi boli. Bruski rekomendovalos' nosit' na shee. "Etot sposob lecheniya nyne v mode, - soobshalos' v zhurnale, - i, po otzyvam vrachei, zasluzhivayushim veroyatiya, pomogaet ves'ma mnogim".

V drevnosti i v seredine veka magnit upotreblyali ne tol'ko kak naruzhnoe, no i kak vnutrennee. Galen schital magnit slabitel'nym, Avicenna lechil im ipohondrikov, Paracel's prigotovlyal "magnitnuyu mannu", Agrikola - magnitnuyu sol', magnitnoe maslo i dazhe magnitnuyu essenciyu.

Himiya zheleza

Veroyatno, vy obratili vnimanie, chto i stat'ya, i zametki ob elemente N 26 posvyasheny glavnym obrazom zhelezu metallu. Eto i ne udivitel'no: imenno etim, prezhde vsego zhelezo interesno dlya nas. No, otdavaya dolzhnoe glavnomu metallu sovremennoi tehniki, nel'zya zabyvat', chto: element N 26 obladaet znachitel'noi himicheskoi aktivnost'yu, on obrazuet mnozhestvo soedinenii, proyavlyaya obychno valentnosti 2+ i 3+; sushestvuyut soli zheleznoi kisloty H₂FeO₄, no v svobodnom sostoyanii eta kislota ne poluchena, tak zhe kak i ee angidrid - FeO₃; prirodnoe zhelezo sostoit iz chetyreh stabil'nyh izotopov s massovymi chislami 54, 56, 57 i 58; zhelezo - zhiznenno vazhnyi element; v krovi cheloveka 14,5% ee vesa prihoditsya na dolyu gemoglobina - krasnogo pigmenta eritrocitov, v centre molekuly kotorogo nahoditsya atom zheleza.