Металлы и человек - Михаил Васильев

Это написал великий Менделеев в своих «Основах химии». Сто лет прошло с тех пор, и мы сегодня видим в применении кислорода один из важных путей интенсификации и совершенствования металлургии. Как далеко вперед умел предвидеть русский химик!

Мы уже говорили о ряде применений кислорода при производстве стали. Однако их значительно больше, чем мы перечислили.

Хорошие результаты дает обогащение кислородом дутья в доменных печах. Правда, при этом резко сужается факел пламени у фурм, через которые подается дутье, но это не мешает обычно нормальному ходу процесса. Зато велики выгоды.

Снижение количества азота в дутье уменьшает его общее количество и, значит, позволяет газам медленнее двигаться через слои шихты. Это улучшает процесс.

Медленное движение газов и снижение их количества позволяют им лучше охлаждаться, подходя к колоснику. Это уменьшает тепловые потери доменного процесса с отходящими газами.

Становится более богатым, энергоемким колошниковый газ. При дутье, содержащем 35 процентов кислорода, получается колошниковый газ, не уступающий по теплотворной способности обыкновенному генераторному.

Ну и, конечно, значительно растет производительность домны. К тому же обогащение дутья кислородом до 35 процентов его содержания не требует конструктивной переделки печи.

Интенсифицирует кислород и мартеновский передел стали. На многих заводах страны уже применяется обогащение подаваемого в мартены воздуха.

Никакой специальной переделки мартеновских печей это не требует, а процесс начинает идти значительно интенсивнее.

Применяется и продувание кислорода сквозь жидкий металл, находящийся в мартеновской печи. Для этого служат специальные фурмы, вводимые в нужный момент сверху в металл. Это несколько напоминает применение кислорода в бессемеровском конверторе.

И в результате на заводе «Запорожсталь», например, продолжительность плавки сокращается с девяти часов до шести.

Добавочный кислородный паек не помешает.

Интересны опыты с продувкой чугуна кислородом прямо в ковше, до заливки его в мартен. При этом — как это похоже на кислородное бессемерование! — частично выгорают кремний, марганец, углерод и можно варить из такого чугуна сталь в мартене без всякой добавки железного лома.

…Все чаще применяется кислород в производстве черного металла. Но это еще только первые шаги. Более крупные великий ускоритель сделает в ближайшем будущем.

В своем докладе на XXI съезде КПСС Н. С. Хрущев подчеркнул, что применение кислорода в металлургии найдет в годы семилетки широчайшее применение. «За счет этого, — сказал он, — можно будет увеличить производительность доменных печей на 8—10 процентов, мартеновских печей — на 20–30 процентов».

Дорогу кислороду!

Разведчики идут в будущее

Да, постоянно совершенствуются, ни на минуту не застывая в раз найденных формах, все звенья этого гигантского и сложного аппарата, служащего для превращения ржавых, бурых камней руды в сверкающий металл. Ученые, инженеры, новаторы — смелые разведчики будущего — выискивают новые и новые пути ускорения процессов, повышения производительности агрегатов, облегчения человеческого труда. И, конечно, в этом огненном конвейере есть еще много, что можно усовершенствовать. И в конце концов будут созданы типовые автоматические металлургические комбинаты, в которых окажется лишним присутствие людей. Все — и управление домной, и составление шихты для нее, и тонкое, ювелирное руководство сталеплавильными печами, и производство проката— возьмут в свои железные руки автоматические машины, снабженные электронными счетно-решающими устройствами. Может быть, один, может быть, два человека будут на целом комбинате для наблюдения над работой некоторых устройств, и все.

Возможно ли это? Да. Скоро ли это произойдет? Нет, конечно, не скоро. Но, может быть, таких комбинатов не будет и никогда, ибо уже давно, оценивая критическим взглядом этот грандиозный конвейер, и специалисты-металлурги и молодые рабочие, впервые знакомящиеся с ним, задают себе один и тот же вопрос: неужели невозможно осуществить это превращение более простым способом? Не через три ступени, а через одну? Существуют, наверное, тысячи проектов реорганизации всего металлургического процесса таким образом, чтобы сразу же получать не «свинское железо» — чугун, а сталь требующегося состава.

Действительно, чего бы, казалось, проще. Чугун собирается на самом дне доменной печи. Устроить в нем отверстия да за пятнадцать минут до выпуска металла продать через расплавленный чугун кислород, выжечь из него углерод прямо в домне и слить в ковши уже малоуглеродистую сталь. И хотя сделать так никто не пробовал, но, по всей вероятности, ничего не получится. Дело не только в том, что бешеный вихрь огня, газов, который начнет бушевать над чугуном, как он бушует над конвертором, нарушит ритмичный, размеренный ход печи. Нет, просто в домне столько углерода, что освободиться от него там немыслимо.

Да, и такие кружевные мосты воздвигнут из сверхпрочных сплавов.

А между тем пути прямого получения железа из руды есть. Их знали уже первые древние мастера. Нет, не утеряны их секреты. И сегодня в нашей стране, на Сулинском металлургическом заводе, в небольших количествах для специальных целей выплавляют сталь из руды в тиглях. В большие горшки из огнеупорной глины закладывают послойно железную руду, уголь, известняк. Затем тигли помещают в печь и нагревают до температуры около 1000–1100 градусов. Мы знаем, что при такой температуре ни железо, ни пустая порода не плавятся. Но за

50—60 часов «плавки» уголь успевает восстановить железо, и его извлекают из горшков в виде спекшегося губчатого куска. Его надо проковать, но это железо, а не чугун.

К сожалению, заменить трехступенчатый процесс домна — мартен — блюминг этот медлительный и неэкономичный способ не может. Он только свидетельство, что пути есть. Ищите!

А вот и попытка найти такой путь. Осуществлена она у нас, на Орско-Халиловском металлургическом комбинате.

Там работает цилиндрическая наклонная вращающаяся печь. Такого типа печей немало можно встретить на разных металлургических заводах. Но никто прежде не применял их для получения железа. В возвышающийся ее конец загружают руду, флюсы, уголь — все в измельченном виде. По мере вращения печи вся эта смесь постепенно скатывается к нижнему концу, а там бьется горячий факел пылеугольного или газового пламени. Газы горения с начальной температурой в 1200–1300 градусов движутся навстречу потоку шихты.

Пустая порода при этой температуре сплавляется с флюсами, образуя вязкие малоподвижные шлаки. А восстановленное железо спекается в комья — крицы. Полученную смесь железа и шлаков охлаждают водой, дробят и рассортировывают магнитным сепаратором. До 35 тысяч тонн крицы в год дает одна такая печь.

Но и этот способ не выдерживает экономического соревнования с существующими. И он только подтверждение, что надо искать.

Вероятно, большие возможности таит в себе обжиг руды в кипящем слое.

Представьте себе большой сосуд, в дне которого проделана масса дырочек и сквозь них непрерывно врывается воздух. Насыпьте теперь в этот сосуд какой-нибудь муки, песка или пыли. Частицы насыпанного вами вещества станут как бы висеть в потоке газов, непрерывно перемешиваясь, образуя волнующийся слой как бы кипящей жидкости. В таком слое очень интенсивно идут многие химические реакции.

Теперь представьте, что в вашем сосуде находится не пыль и песок, а мелко размолотая железная руда и через отверстия в дне врываются раскаленные газы, обладающие способностями восстанавливать железо, Конечно же, в вашем кипящем слое интенсивно пойдет этот процесс восстановления.

Сделайте теперь пол сосуда наклонным, в верхней части подавайте струйкой порции размолотой руды, с нижней сливайте частицы железа и пустой породы на ленту магнитного сепаратора.

Вот и готова первая модель печи с кипящим слоем для бездоменного производства. Сейчас этот метод проходит первые лабораторные испытания. Может быть, они и окажутся удачными.

Но это вовсе не значит, что не надо будет думать над дальнейшим усовершенствованием процесса или что не может быть совершенно другого, еще лучшего решения. Ищите его!

Однажды, в добрую минуту, думая о будущем, известный советский ученый-металлург Иван Павлович Бардин оказал:

— Нет, конечно, существующая сегодня технология получения черного металла далеко не лучшая из возможных… Почему бы не выкинуть из этой технологии все промежуточные энергоемкие, трудоемкие и дорогие процессы и не получать непосредственно из руды чистое железо или сталь требующегося состава, причем сразу в форме готового изделия — рельса, швеллера, двутавровой балки? Почему бы не сделать этот прерывистый сегодня процесс — сначала заготовили руду, потом выплавили чугун, потом его перерабатываем в сталь и т. д. — непрерывным?