Металлы и человек - Михаил Васильев

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.

Соперник мартена — стремительный бессемер.

И все-таки бессемеровский способ передела еще нельзя сдавать на свалку. И у него есть свое, и неплохое, будущее. Обеспечивают его новейшие работы советских металлургов.

— Если главной причиной плохого качества конверторной стали является растворенный в ней азот, и он появляется там при ее продувке воздухом, то почему бы нам не отказаться от азота? — решили они. — Почему не продувать металл одним кислородом, который только и нужен для выгорания кремния?

Так и сделали. И оказалось, что сталь получается очень неплохая по качеству. Эти опыты были впервые проведены в 1945 году под руководством инженера Николая Илларионовича Мозгового на московском заводе «Динамо». В 1956 году на выплавку стали на чистом кислородном дутье перешел конверторный цех металлургического завода имени Петровского. А в начале 1958 года вступил в строй самый крупный цех такого типа на заводе «Криворожсталь».

Плавка в конверторе с применением кислорода осуществляется несколько иначе, чем с воздухом. Прежде всего кислород подается не снизу «груши», а через трубку, опущенную в металл сверху. Ведь в месте соприкосновения кислорода и металла температура поднимается до 3 тысяч градусов. При такой температуре плавятся самые тугоплавкие металлы — молибден, тантал, ниобий. Дно конвертора очень скоро прогорало бы, если бы кислород подавали через отверстия в нем, как подают воздух в бессемеровском контейнере.

Плавка на кислороде идет медленнее, чем на воздухе. Подачу газа несколько раз прекращают, чтобы металл несколько остыл и из него успел выделиться шлак. Поэтому она длится 20–25 минут вместо 15 с воздухом. Но и при такой замедленной плавке один конвертор емкостью всего в 35 тонн стали не уступает по производительности 500-тонному мартену: ведь конвертор успевает дать в сутки 50 плавок, то есть 1600 тонн стали, а мартен — лишь 2 плавки, то есть 1000 тонн. И конвертор, конечно, стоит значительно дешевле мартеновской печи. Так, строительство конверторного цеха на Кузнецком комбинате, запланированное на годы семилетки, обойдется, как сообщил в докладе на внеочередном XXI съезде КПСС Н. С. Хрущев, в три раза дешевле, чем строительство мартеновского цеха такой же мощности, и будет осуществлено в более короткие сроки. 1200 тысяч тонн стали будет давать ежегодно этот цех. Отличной стали, не уступающей мартеновской.

На наших глазах происходит второе рождение конвертора на новом техническом уровне.

Но вряд ли стоит спорить, кто кого победит: мартен бессемера или бессемер мартена. По всей вероятности, обновленный бессемеровский процесс будет мирно сосуществовать с мартеновским, вырабатывая для страны все больше, все лучшей по качеству стали. Тем более, что у них обоих есть очень серьезный соперник…

Сталь, рожденная молнией

Металлурги глубоко изучили к настоящему времени процесс превращения чугуна в сталь, влияние шлака того или иного состава, влияние различных примесей и добавок. И сегодня идеальным, с их точки зрения, было бы такое ведение процесса, в котором не участвовали бы ни воздух, ни газы горения топлива. Только варьируя добавками, шлаками, примесями, они берутся сварить самую лучшую сталь точно заданного состава.

Что ж, возможность осуществить такой процесс существует. Мало того, он довольно широко уже применяется. Это — электросталеплавильный процесс.

Печи для электроплавки вышли уже из младенческого лабораторного возраста — они достигают емкости в добрые 180 тонн стали. Это сложные агрегаты, имеющие разнообразное электрическое и механическое оборудование.

…В печь загружают шихту. Включаются и опускаются графитовые электроды. Вот они приблизились к металлическому лому шихты, и молнии обвили куски стали.

Начинается плавка.

В пламени электрических разрядов температура достигает 4 тысяч градусов. Шихта стремительно плавится, струйки металла стекают и накапливаются на подине. И вот электроды уже коснулись жидкого металла.

Уже во время плавки добавляют сталевары 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, скачивают. Для образования нового шлака в печь снова добавляют известь…

Мы не будем рассказывать весь ход плавки, перечислять все добавки железной руды, извести, плавикового шпата, присыпки шлака ферросилицием и молотым коксом, продувки сквозь жидкий металл кислорода и т. д.

Каждая из этих операций имеет свою задачу, свой смысл. И в результате всех этих манипуляций, длящихся около шести часов, получается сталь, какую нельзя получить никаким другим способом. Она содержит предельно малое количество фосфора и серы, очень немного неметаллических включений и точно заданные количества, тех добавок, которые запланированы металлургами.

Иногда в электропечах доваривают сталь, выплавленную в мартене или бессемеровском конверторе. В этом случае продолжительность плавки сокращается до трех часов.

У электростали есть только один существенный недостаток: она дорога. Ведь на производство каждой тонны стали надо затратить около 700 киловатт-часов энергии, не говоря уж о расходе флюсов, электродов и т. д.