8.4.Развитие техники металлургии

Технический переворот в металлургии заключался в изобретении и широком применении новой технологии получения чугуна, а также в существенном усовершенствовании способов передела чугуна в железо.

Первых успехов в применении каменного угля для получения чугуна достиг англичанин Д. Додлей, оформивший в 1619 г. патент на производство чугуна. Д. Додлею пришлось вести борьбу с предпринимателями, производившими чугун на древесном топливе и, в конце концов, разорившими его. Он был вынужден прекратить работу по усовершенствованию выплавки чугуна.

В 1735 г. английский инженер-металлург, владелец железоделательного завода Кольбрукдель А. Дерби-сын разрешил проблему применения минерального топлива в доменном производстве, использовав для доменной плавки не каменный уголь, а специально переработанный кокс. Использование кокса потребовало увеличения количества воздуха, подаваемого в доменную печь. Дерби произвел на своем заводе полное переустройство воздуходувного хозяйства, применив для привода воздуходувок паровую машину.

В Англии введение воздуходувных машин для доменных печей относится к 1782 г. Но только с половины XIX в. начали внедряться центробежные воздуходувки, обеспечившие доменное производство необходимым количеством воздуха. В 1775 г. английский инженер Вилькинсон впервые успешно внедрил паровую машину в доменное производство. Аппарат для подогрева воздуха – доменный воздухонагреватель – впервые был применен Дж. Нилсоном. Первые же опыты нагрева воздуха до 150-300 градусов позволили значительно (до 40%) снизить расходы топлива и резко повысить производительность доменных печей. Однако проблема повышения производительности доменных печей была разрешена только с изобретением специального аппарата для нагрева воздуха, подаваемого в домну. Такое воздухонагревательное устройство, работавшее на основе использования отходящих газов доменной печи, предложил в 1857 г. англичанин Э. Каупер.

8.4.1.Развитие способов передела чугуна в железо

Увеличение выплавки чугуна привело к несоответствию между количеством чугуна, получаемого из домны, и возможностью передела чугуна в железо. В середине XVIII в. передел чугуна в железо происходил в кричных горнах. Сначала здесь происходило частичное окисление металла. Затем он в том же горне подвергался переплавке. После нескольких переплавок чугун почти полностью обезуглероживался, превращаясь в ковкое железо. Полученную в результате этого крицу уплотняли под молотом. Кричный способ не мог обеспечить получение необходимого количества железа. В 1766 г. английские братья Кранеджи предложили переконструировать кричный горн в пламенную печь. В пламенной печи при плавке значительно уменьшалось количество серы, переходящей из топлива в металл. Для лучшего соприкосновения металла со шлаками металл непрерывно перемешивали, откуда и произошло название этого процесса – пудлингование, т.е. перемешивание.

В 1784 г. Г. Корт упростил процесс пудлингования. Г. Корт применил высокую дымовую трубу и ввел прокат криц на вальцах, чем обеспечил выдавливание из металла шлаков. Процесс пудлингования у Г. Корта протекал следующим образом: чугун, содержащий в себе различные примеси, разбивался сначала на куски и предварительно прогревался, вследствие чего он терял часть углерода. Затем его помещали в пламенную печь вместе со шлаками, богатыми окислами железа. Как только чугун начинал плавиться, содержащийся еще в нем углерод вступал в соединение с кислородом. Для содействия этому соединению жидкий металл в ванне сильно перемешивали. В итоге происходило своего рода кипение с выделением характерного синего пламени, получающегося из-за сгорания окиси углерода. Раскаленную добела массу продолжали перемешивать, увеличивая или уменьшая интенсивность огня. В результате мало-помалу чистый металл собирался в губчатую крицу. Эту крицу вытаскивали из печи, клали под молот, выжимавший из нее шлаки, и, наконец, прокатывали в вальцах. Прокатные вальцы были наиболее оригинальной особенностью изобретения Г. Корта. Пудлингование ликвидировало несоответствие между развитием доменного процесса и переделом чугуна в железо.