«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Черная металлургия

Генри Бессемер был механиком без образования. Он изобретал что придется: машинку для гашения марок, нарезную пушку, различные механические приспособления. На металлургическом заводе у Бессемера появилась мысль использовать для тяжелой «горячей» работы сжатый воздух. В 1856 г. он запатентовал способ производства стали продуванием воздуха через жидкий чугун, находящийся в конвертере — грушевидном сосуде из листового железа, выложенном изнутри кварцевым огнеупором.

Кислород воздуха окисляет железо в закись — FeO. Последняя растворяется в чугуне и окисляет углерод, кремний, марганец… Из окислов железа, марганца и кремния образуются шлаки. Процесс ведут до полного выгорания углерода.

На бессемеровском конвертере из чугуна не удалялись вредные примеси — сера и фосфор. От серы научились избавляться, добавляя в жидкую сталь богатый марганцем чугун или ферромарганец. С фосфором, который не удалялся в доменном процессе и не связывался марганцем, дело обстояло сложнее. Некоторые руды, такие, как лотарингская, отличающиеся высоким содержанием фосфора, оставались непригодными для производства стали. Выход был найден английским химиком С. Д. Томасом, который предложил связывать фосфор известью. Конвертер Томаса в отличие от бессемеровского был футерован обожженным доломитом, а не кремнеземом. В чугун во время продувки подавали известь. Образовывался известково-фосфоритный шлак, который легко отделялся от стали. Впоследствии этот шлак даже стали использовать как удобрение.

Революция в сталеплавильном производстве произошла в 1864 г., когда отец и сын Пьер и Эмиль Мартены использовали для получения стали регенеративную газовую печь. В ней благодаря подогреву газа и воздуха в камерах с огнеупорной насадкой достигалась такая температура, что сталь в ванне печи переходила в жидкое состояние. Ее можно было заливать в ковши и формы, изготовлять слитки и прокатывать их в рельсы, балки, строительные профили, листы. Кроме того, появилась возможность использовать громадные количества лома, скопившегося на металлургических и машиностроительных заводах.

Последнее обстоятельство сыграло очень важную роль в становлении нового процесса. В начале XX в. мартеновские печи почти полностью вытеснили бессемеровские и томасовские конвертеры, которые хотя и потребляли лом, но в малых количествах.

Температура в мартеновской печи достигает 1700–1800 °C, а в фокусе горения до 2000 °C. Более низкое качество конвертерной стали объясняется растворением в пей азота воздуха. Новую жизнь в конвертерный процесс вдохнуло кислородное дутье.

Опыты были впервые проведены в 1945 г. на московском заводе «Динамо». В 1956 г. на выплавку стали на чистом кислородном дутье перешел конвертерный цех металлургического завода имени Петровского. А в начале 1958 г. вступил в строй самый крупный цех такого типа на заводе «Криворожсталь».

Кислород подается через трубку, опущенную в металл сверху. В месте соприкосновения кислорода и металла температура поднимается до 3000 °C. При такой температуре плавятся самые тугоплавкие металлы.

Идеальным было бы такое ведение процесса, в котором не участвовали бы ни воздух, ни газы горения топлива. Только варьируя добавками, шлаками, примесями, можно сварить сталь точно заданного состава. И такой процесс существует. Это — электроплавка.

В печь загружают шихту. Включаются и опускаются графитовые электроды. В пламени электрических разрядов температура достигает 4000 °C. Шихта плавится, струйки металла стекают и накапливаются на подине. И вот электроды уже коснулись жидкого металла. Во время плавки сталевары добавляют в электропечь известь и другие флюсы, наводя первый шлак. В него начинает переходить из расплавленного металла фосфор. Затем они обеспечивают удаление из металла водорода, азота и неметаллических включений. И первый шлак удаляют. Для образования нового шлака в печь снова добавляют известь.

В результате всех манипуляций, длящихся около шести часов, получается сталь, какую нельзя получить никаким другим известным способом. Она содержит предельно малое количество фосфора и серы, очень немного неметаллических включений и точно заданные количества нужных добавок.