Металлы и человек
Шрифт:
Мы рассказали о судьбах всех продуктов, вырабатываемых в вулканических недрах доменной печи, кроме главного — чугуна.
Вот рабочие проделали первое крохотное отверстие в глиняной летке, и первая тонкая, раскаленная добела струйка расплавленного металла побежала через него. Вот она выросла в ручеек, а затем и в целый пышащий жаром поток. Он сбегает по литейной канавке прямо в ковш, привезенный паровозом.
Чугун идет!
Нет, давно уже не растекается чугун на наших передовых заводах по сделанным в земле канавкам в формы. Его сразу увозят в жидком виде на переделку в сталь.
Чугун идет!
Это новые комбайны и автомобили, рельсы железных дорог и перемахнувшие через реки пролеты мостов, каркасы фабричных цехов и тонкие часовые механизмы.
Чугун идет!
Но долог еще путь этого огненного потока до того совершенного изделия, которое будет служить человеку…
Превращение в сталь
Когда-то железо выплавляли в небольших горнах. Оно получалось мягким, почти не содержащим углерода. Закалялось оно обычно очень плохо.
Росли потребности в металле, росли и печи для их выплавки. Уже в середине XIII века нашей эры в Европе появились шахтные печи. В России их несколько позже назвали домницами. Это уже довольно высокие башни, в которых и осуществлялась выплавка металла.
И тогда-то произошло неожиданное. Металл, выплавляемый в таких домницах, оказался никуда не годным. Он не ковался, был хрупким. Его считали безнадежно испорченным. Это был чугун. В переводе с английского это слово означает «свинское железо». Да и по-русски чугунные отливки нередко называют чушками.
Значительно позже научились выплавлять из чугуна сталь.
Для неспециалиста чугун и сталь совершенно разные металлы. Действительно, чугун — это неуклюжие, громоздкие станины тяжелых станков, неповоротливые катки асфальтоукладчиков, черные сковороды и чугуны домашних хозяек, а сталь — это кружевные переплеты железнодорожных мостов, упругая пружина механизма наручных часов, звонкие буры и сверла, не боящиеся ударов молоты и зубила, вибрирующие от напряжения механизмы станков. Все, что делается из чугуна, можно сделать из стали, и будет не хуже, а лучше.
Поэтому большая часть чугуна идет на переделку в сталь. Суть этой переделки ясна: надо удалить из чугуна избыток углерода, снизить его содержание в металле с 4–5 процентов до долей процента. Но как это сделать? Как извлечь из толщи расплавленного чугуна таящиеся между молекулами железа молекулы углерода?
Это чаще всего осуществляется в мартеновских печах.
Мартеновская печь напоминает снаружи огромный железный ящик. Внутри он выложен огнеупорным кирпичом. Весь этот ящик, вмещающий 300, 350, а то и 500 тонн металла, нередко делают способным наклоняться, поворачиваясь на огромных опорах вокруг горизонтальной оси.
…Жарко в мартеновском цехе и зимой, когда на улице сорокаградусный мороз, и особенно летом, в тридцатиградусную жару. По чугунным плитам пола подходим к мартену. В крохотное окошечко через синее стеклышко заглядываем внутрь. Там под ударами воздушного вихря колышется добела раскаленная поверхность расплавленного вещества. По ней пробегает мелкая рябь волн. Нет, это мы видим не сталь, это — шлак.
А в соседнюю печь тем временем загружают шихту — стальной лом, чугун, флюсы, железную руду. Все эти добавки сложены в специальных корытах — так называемых мульдах. Умная большая машина подхватывает мульду длинным стальным хоботом и засовывает в пышащее жаром нутро мартена. Там она переворачивает ее и высыпает содержимое на под печи. Вынимает пустую мульду, забирает новую и т. д. Работает она удивительно ловко и быстро.
После того как в печь будет загружено полагающееся количество шихты, печь начнут прогревать. Затем из ковша в нее зальют взятый из миксера расплавленный чугун.
Яростное пламя бушует под сводом мартеновской печи. Температура его достигает 1700–1800 градусов, а в фокусе горения — и до 2 тысяч градусов. Огнеупорные вещества, которыми выложены и свод, и стены, и под мартена, работают на пределе плавления. Зорко смотрит сталевар, как бы не потекли сосульки кирпича со свода печи.
Производство стали — это не просто профессия, это еще и сегодня искусство. Через каждые 15–20 минут лаборанты берут пробу металла и шлака. Сталевару помогают многочисленные приборы, в том числе спектрометры и магнитометры. Но очень многое сталевар должен еще просто чувствовать. Сложнейшие процессы обмена веществ происходят в шлаке и металле. Сталевар руководит этими процессами, добавляя в печь по мере надобности или железную руду, или флюсы, или шлак. Он сливает первый шлак с металла и наводит новый шлак, добавляя в печь известь. И, наконец, он сообщает: сталь готова.
К мартену подъезжает гигантский ковш, и струя стали льется в него. Весь процесс переделки чугуна на сталь занимает несколько часов.
В настоящее время 80 процентов всей выплавляемой на земном шаре стали производится в таких мартеновских печах.
Ну, а какие еще способы переделки чугуна в сталь известны сегодня? Какому из них принадлежит будущее?
Бессемер против мартена
Мартеновский способ производства стали возник лет на десять позже бессемеровского и все-таки практически почти вытеснил последний. Этому имеется целый ряд причин.
Бессемеровский способ, безусловно, более производителен. Заключается он в том, что в большой грушеобразный сосуд — конвертор — наливают жидкий чугун и продувают через него воздух. В толще чугуна начинаются энергичные реакции окисления кислородом воздуха содержащихся там примесей, в первую очередь углерода. Процесс этот идет очень энергично. Кипящий, чуть ли не взрывающийся металл бушует в конверторе, сноп искр вылетает под потолок цеха из его горловины. Пятнадцать-двадцать минут длится весь процесс — и сталь готова. Наклоняется горлышко сосуда, и успокоенная струя металла выливается в ковш.
Так легко, быстро, удобно! Не надо затрачивать дорогого горючего, как в мартене: металл здесь разогревается сам за счет тепла, выделяющегося при выгорании примесей.
Но мартен дает более качественную сталь. В бессемеровской стали растворено много азота: ведь воздух, который сквозь нее продували, на 4/5 состоит из этого газа. В ней встречаются крупинки окислов железа, целые воздушные пузырьки. Такую сталь рискованно применять для ответственных деталей. Она неожиданно может поломаться. А в мартене процесс выгорания железа идет ровно, спокойно, можно обеспечить практически любой состав выплавляемой стали. К тому же мартен позволяет использовать для выплавки стали не только жидкий чугун, но и металлический лом, чугунные чушки.