9.4.2.Изобретение бессемеровского способа получения стали

Требования, предъявляемые к металлургии тяжелой промышленностью, не могли быть удовлетворены существовавшими в 60-х гг. XIX в. методами получения железа и стали, т.е. кричным переделом чугуна и пудлингованием, т. к. последние обладали рядом существенных недостатков.

Бессемерование чугуна (по имени Г. Бессемера) – это процесс передела жидкого чугуна в литую сталь путем продувки сквозь него сжатого воздуха. Превращение чугуна в сталь в конвертере происходит благодаря окислению углерода и примесей, содержащихся в чугуне, кислородом воздуха. Процесс бессемерования происходит без подвода тепла извне и без применения какого-либо горючего материала. Тепло, необходимое для процесса, образуется благодаря окислению железа и его примесей.

Чугун заливается в конвертер. Наполнив конвертер, его поворачивают в вертикальное положение и через отверстия в дне начинают вдувать воздух, который пузырьками проходит через расплавленный металл. Кислород воздуха при этом приходит в соприкосновение с каждой частицей чугуна и в результате соединяется с углеродом, находящимся в чугуне, совершенно так же, как углерод угля, сгорая, соединяется с кислородом воздуха. Когда процесс закончен, конвертер переводят опять в горизонтальное положение и прекращают вдувание воздуха. После окончания процесса в конвертере образуется железо, в которое затем добавляют строго определенную дозу примеси, содержащей углерод, поддерживающий дальнейший процесс окисления железа. В результате в конвертере образуется сталь, содержащая требуемый процент углерода.

Процесс бессемерования протекает 15 мин. В конвертере 10-15 т чугуна превращается в железо или сталь в течение 10 мин. Для того чтобы получить такое же количество стали, раньше требовалось несколько дней работы пудлинговой печи или две недели работы старого кричного горна. Бессемерование стало внедряться в металлургическое производство лишь с 70-х гг. XIX в., спустя 20 лет после изобретения. В 50-х гг. XIX в. потребности тяжелой промышленности в металле были ограничены; капиталисты, вложившие большие средства в пудлинговые установки, боролись против введения нового способа получения стали. Бессемерование еще не было настолько усовершенствовано, чтобы занять доминирующее положение в металлургии.

На крупных металлургических заводах производительность конвертеров с 1870 по 1903 г. увеличилась в 62,5 раза.

В России внедрение бессемеровского процесса в промышленных масштабах началось лишь с 1872 г. на Обуховском заводе и с 1875 г. - на Нижне-Салдинском заводе. Сущность русского процесса бессемерования состояла в том, что в конвертер поступал уже сильно перегретый в отражательной печи чугун, и поэтому первый период английского процесса бессемерования – горение кремния и получение шлака – здесь или отсутствовал или был крайне ограничен. Нагрев чугуна до высокой температуры заменял первый период процесса и поэтому вел к ликвидации необходимости в искусственном увеличении содержания кремния в чугуне.

9.4.3.Разработка мартеновского способа получения стали

Бессемеровская сталь вследствие своей дешевизны очень быстро вытеснила старый пудлинговый металл. Образовались крупные нереализованные запасы пудлингового железа. Появилась насущная потребность передела его в сталь. В 1864 г. во Франции была впервые пущена в эксплуатацию построенная Мартеном регенеративная пламенная печь. Сущность мартеновского процесса заключается в том, что сталь производится на поду регенеративных пламенных печей путем переработки в них чугуна и стального лома. В мартеновской печи происходит не просто плавка загруженных материалов: до самого конца процесса идет в печи химическое взаимодействие между металлом, шлаком и газом.

Первая мартеновская печь представляла лишь подобие современной печи. Печь состояла из двух основных частей: рабочего пространства, которое по своей конструкции весьма близко к пудлинговой печи, и регенератов, где происходил подогрев воздуха и газа. Под мартеновской печи и служил той чашей, в которой находились металл и шлак во время плавки. В первых мартеновских печах под обычно изготовляли из огнеупорных «кислых» материалов. Высокая температура в печи возникала за счет подогрева воздуха и газа в регенераторах, которые располагались попарно (для газа и воздуха) с обоих концов печи.

Первая мартеновская печь имела емкость 1,5 т. В 1880 г. стали строиться печи емкостью 10-15 т металла, а в начале XX в. имелись мартены, перерабатывавшие за один раз до 100 т и более.