книги из ГПНТБ / Металлургия Кировского завода сборник статей к 100-летию мартеновского производства на заводе (1874-1974)

взял с собой из Сормова плавильного мастера, газогенераторщика и печника. После опытных плавок они были оставлены на Путиловском заводе и явились ядром при обучении местных рабочих, взятых Н. И. Путиловым из своей железопрокатной мастерской в количестве более 60 человек. Эти рабочие подготавливались для пуска строившейся большой сталеплавильной мастерской с восемью мартеновскими пе­ чами.

Таким образом, построенная на Путиловском заводе печь по­ добно сормовской послужила школой для обучения рабочих и техни­ ков мартеновскому производству.

H. Н. Кузнецов для кладочных работ использовал каменщиков,, знакомых с работой по чертежам и привыкших к теске и пригонке камней. Они не имели плохих привычек местных печников, надеяв­ шихся при кладке печей только на глину, которой все можно замазать снаружи. Кладку печи производили основательно, заботясь главным образом о качестве работы, о точном соблюдении размеров и об особо тщательной пригонке одного кирпича к другому. Такая стро­ гость и требовательность к выполнению работ воспитала хороших печников, которые в дальнейшем успешно справлялись с подобными работами на других заводах.

Сушка печи велась исключительно медленно, с доведением темпе­ ратуры рабочего пространства до светло-красного каления. После 36—40 час. с момента пуска газа печь доводилась до температуры, при которой можно было приступать к наварке рабочего слоя пода. Наварка производилась по способу, принятому в то время в Англии. Песок забрасывался тонкими слоями в печь, и каждый слой хорошо проваривался при высокой температуре.

Печь с первых же плавок работала хорошо, обеспечивая высо­ кую температуру, поэтому при наварке рабочего слоя пода толщиной 350 мм никаких затруднений не было. Для заделки выпускного отвер­ стия под первую плавку применяли смесь песка, который использовался для наварки пода, с древесным углем и коксом.

Конструкция печи имела ряд недостатков. К числу их следует от­ нести:

I. Короткое рабочее пространство и крайне примитивные головки вследствие чего часть газа сгорала в камерах генераторов, уменьшая срок службы насадок.

2.Отсутствие шлаковиков.

3.Пологие продольные откосы в районе газовых каналов, вслед­ ствие чего шлак часто попадал в насадки газовых камер.

4.Вогнутый свод рабочего пространства и малый объем его. Несмотря на конструктивные недостатки, печь выгодно отлича­

20

большего размера, чем у американской печи. Поэтому и использова­ ние тепла в рабочем пространстве печи было гораздо выше. По свиде­ тельству Н. Н. Кузнецова, благодаря хорошему использованию тепла кирпич служил надежной футеровкой в дымовых каналах, соединяю­ щих регенераторы с перекидными клапанами.

В табл. 2 приведены некоторые параметры первой русской мар­ теновской печи.

Печь имела оригинальную конструкцию, сравнительно небольшое рабочее пространство относительно тоннажа завалки, слабо выражен­ ные головки, что существенно отличает ее от современной малотон­ нажной печи.

Как и современные мартеновские печи с металлическим каркасом,

соединенных между собой заклепками.

Центральная часть и торцы печи были укреплены стойками из рельсов, которые соединялись между собой круглыми связями. Нижняя часть металлического кожуха печи была выложена чугунными пли­ тами, опирающимися на опорные столбы, установленные на регенера­ торах. Чугунные плиты являлись основанием для пода печи.

Печь работала на газе с подачей воздуха и с регенерацией отхо­ дящего тепла по каналам газового и воздушного питания; головки

21

печи с обеих сторон имели по 5 вертикальных каналов со стенками между собой в один кирпич.

Газ к рабочему пространству печи подводился по двум каналам, которые перекрывались кирпичами. При пуске печи каналы имели го­ ризонтальное перекрытие. Однако после нескольких плавок оказалось, что такая конструкция газовых каналов приводит к быстрому разру­ шению свода из-за направления пламени в вогнутую его часть.

Этот конструктивный недостаток был быстро устранен по предло­ жению Н. Н. Кузнецова, которому первому в России пришлось рабо­ тать на мартеновской печи Сормовского и Путиловского заводов. Пе­ рекрытие газовых каналов было сделано с уклоном к поду печи, в ре­ зультате стойкость свода значительно повысилась. Свод рабочего про­ странства был вогнутым, причем вогнутость его шла строго по дуге от торцовых стен к середине печи, где прогиб достигал максимального значения. Рабочие окна имели очень малые размеры и располагались на высоте около 1,15 м. Это было удобнее при обслуживании печи по ходу ведения плавки: среднее окно было устроено ниже, чем край­ нее. Выпускной желоб располагался с рабочей стороны печи и для

Регенераторы не имели специальной обвязки и металлического кожуха, как это принято в современных мартеновских печах.

Установка клапана Сименса на нужное рабочее положение произ­ водилась рабочими на месте с помощью рычагов, снабженных гру­ зами. Для регулировки тяги на общем дымоходе устанавливался ши­ бер, подъем которого производился вручную. Дымовая труба из крас­ ного кирпича была установлена рядом с мастерской.

Генераторный газ для отопления мартеновской печи получали в двух генераторах Сименса простейшего типа. Установленные в спе­

22

От газогенераторной станции до здания мартеновской печи газ поступал по металлической трубе диаметром 800 мм, проложенной с небольшим уклоном на высоте 5,5 м. Вследствие большой длины га­ зопровода газ, проходя по трубам, получал необходимое охлаждение. Затем по вертикальному кирпичному стояку, служащему опорой газо­ провода, газ поступал в подземный кирпичный газоход и далее к пе­ рекидным устройствам.

Для кладки подземного газового канала, дымовых каналов, ды­ мовой трубы, а также для каналов между клапанами печи и регенера­ торами был применен обычный красный кирпич.

Регенераторы до половины высоты были выложены из огнеупор­ ного шамотного кирпича второго сорта, а верхняя половина стен и своды — из шамотного кирпича первого сорта. Выше сводов регене­ раторов употреблялся динасовый кирпич.

Кладка каналов и стен производилась из динасового кирпича при помощи особого раствора, называемого в то время цементом. Этот раствор представлял собой особо тонко измельченный кварцевый по­ рошок, предварительно хорошо прокаленный и не дававший при сма­ чивании заметной связи.

После завершения кладки каналов, столбиков и стен печи присту­ пали к кладке свода. Очертанию свода в первое время придавали исключительно большое значение, а поэтому старались строго выдер­ жать принятые размеры. При кладке свода применялся следующий способ. На необходимой высоте плотно настилали доски, а на них на­ сыпали песок, который тщательно выравнивали двумя шаблонами (продольным и поперечным) до тех пор, пока не получали совершен­ но гладкую поверхность, соответствующую внутреннему очертанию свода. После этого печники со специальной опалубки, установленной на связях печи, производили укладку сводового кирпича.

Первое время сталь в мартеновских печах получали путем про­ стого сплавления чугуна и железа, заботясь главным образом о пре­ дохранении железа от окисления, и с этой целью вводили в шихту зеркальный чугун, который заваливался в печь вместе с другими ма­ териалами. При этом было очень трудно получать сталь с нужным со­ держанием углерода. По этой причине, как и при бессемеровском про­ цессе, очень скоро пришли к выводу, что лучше всего доводить металл до полного обезуглероживания и потом добавлять необходимое коли­ чество зеркального чугуна или ферромарганца для получения металла

требуемой твердости.

Применяемый в первые годы зеркальный чугун содержал не бо­ лее 8—9% марганца. Малое количество марганца содержалось в то время и- в стальном ломе. При выплавке рессорной стали с содер­ жанием углерода 0,6—0,75% в ванну вводилось не более 0,5% мар­ ганца.

Несмотря на малое количество марганца, вводимого в ванну, сталь получалась удовлетворительного качества. Объясняется это тем, что

23

материалы содержали очень мало вредных примесей, и, кроме того, ■благодаря наличию кислого иода происходило восстановление крем­ ния из шлака (до 0,2—0,3%).

Получению хорошего качества стали способствовал также при­ менявшийся в то время метод раскисления ее.

По аналогии с тигельной плавкой в мартеновской печи сталь после добавки зеркального чугуна продолжительное время выдер­ живалась. Время выдержки определялось в зависимости от количе­

того времени убеждение о вреде кремния в стали даже в малых коли­ чествах делало почти невозможным появление далее самой мысли об искусственном введении в сталь кремния.

В 1873 г. впервые был применен для раскисления стали ферро­ марганец. В В876 г. в России было освоено производство ферромар­ ганца, и с этого времени его стали широко применять в мартеновском процессе.

Появление ферромарганца явилось для мартеновского производ­ ства открытием большой важности, что позволило вводить в ванну вместе с потребным количеством марганца лишь незначительное ко­ личество углерода и тем самым получать мягкую сталь.

В течение первых 10 лет при производстве стали применялся только кислый процесс. Вследствие этого способ П. Мартена, как и бессемеровский процесс, был ограничен необходимостью употребления исключительно чистых материалов для получения металла хорошего качества. Это делалось вследствие того, что при высокой температуре лечи и кислой набойке пода фосфор, содержащийся в чугуне и же­ лезе, оставался в металле.

С начала 80-х годов для устройства пода постепенно стали приме­ нять основные материалы (доломит и магнезит). Возможность пере­ работки материалов, содержащих большое количество фосфора, имела важное значение для развития мартеновского производства. С 1885 г. получает широкое распространение основной мартеновский процесс, который в сравнительно короткое время становится доминирующим процессом производства стали.

Первые плавки велись для получения твердой стали с содержа­ нием углерода 0,6—0,65% и только позже начали производить мягкие сорта сталей с содержанием углерода 0,2—0,25%. Шихта составля­ лась из уральских чугунов, стальных и железных обсечек й стального лома. К шихте предъявлялись требования, чтобы она содержала ми­ нимальное количество фосфора, серы и посторонних примесей, загряз­

Продолжительность плавок была 5—6 час.

24

Характерной особенностью состава первых шихт являлось то, что в них мало содержалось марганца. При выплавке бандаж'ной стали в ванну вводилось не более 0,3% марганца, а при выплавке рессорной стали — не более 0,5%. Завалка шихты в печь начиналась неподогретым чугуном, а остальные материалы заваливались в подогретом со­ стоянии— в муфелях, устроенных с задней стороны печи. Средняя температура подогрева металлической шихты была 800—900° С.

После того как весь чугун был расплавлен и хорошо нагрет, из муфелей сталкивались в ванну подогретые материалы небольшими порциями — по 80—460 кг, учитывая температуру ванны. Перед новой посадкой проверяли состояние расплавленности произведенных ранее присадок и температуры ванны.

Когда шихта была уже расплавлена, брали пробу. Металл вместе с ложкой охлаждали в воде. После этого пробу удаляли из ложки и закаливали ее. Такая проба, разломанная пополам, давала возмож­ ность судить о твердости металла.

Для получения требуемого содержания углерода в стали добав­ ляли в печь зеркальный шведский чугун. После размешивания ванны снова брали пробу и повторяли это до тех пор, пока не убеждались в том, что полученный металл обладает необходимой твердостью и что сталь достаточно раскислена.

Длительность выдержки после дачи раскислителя (зеркального чугуна) составляла более или менее продолжительное время и нахо­ дилась в зависимости от количества введенного в плавку марганца. Вначале выдержка не превышала'25 мин., а позднее она была дове­ дена до 35—40 мин. Практикой первых лет было доказано, что для получения стали хорошего качества выдержка ее в печи имеет боль­ шое значение.

Сталь, не выдержанная в печи, всегда росла в изложницах, слит­ ки получались пузыристыми и часто красноломкими несмотря на боль­ шое содержание в ней марганца. Сталь, хорошо выдержанная в печи, этих пороков не имела.

Степень раскисления стали устанавливалась на пробе. Проба вы­ держанной стали в изломе пузырей не содержала. Невыдержанная или передержанная сталь давала пробу с рассеянными в ее массе пу­ зырями, которые иногда располагались и на поверхности металла.

Разливка стали производилась в чугунные изложницы из ковша емкостью 2,5 т, передвигавшегося на тележке по рельсовому пути па­ раллельно длинной оси печи. Чтобы устранить возможный рост стали, немедленно после заполнения изложниц на прибыльную часть слитков накладывали крышки из тонкого листового железа. Оставшееся сво­ бодное пространство изложниц засыпали сухим песком. После этого накладывали крышки из толстого листового железа и заклинивали из­ ложницы поперечиной.

Несколько позднее был введен способ отливки бандажных слит­ ков сифоном по 6 слитков одновременно. Разливка стали сифонным

25

способом давала вначале не очень качественные слитки. Главный не­ достаток сифонного способа заключался в том, что он понижал уса­ дочную раковину в слитках. Слитки получались пузыристыми, с глу­ боко расположенной усадочной раковиной и для изделий хорошего качества были непригодны.

В дальнейшем по предложению Н. Н. Кузнецова был введен но­ вый способ разливки стали, который заключался в следующем.

Чтобы произвести заливку каждой изложницы и избежать раз­ брызгивания струи, был построен промежуточный ковш.

Вначале разливали сталь в три струи, но вскоре перешли на раз­ ливку через два стакана, так как мастеру прежде не было хорошо видно, как наполняется изложница.

Процесс отливки был следующий. Большой ковш со сталью во­

воронки, которые после отливки первых слитков переставлялись рабо­ чими на следующие изложницы. Двумя такими подогретыми ворон­ ками отливались от 5 до 8 пар слитков рессорной стали сечением 125X125 мм и весом около 64 кг каждая.

В 1881 г. первую мартеновскую печь, пущенную в апреле 1874 г., снесли, так как уже действовала большая мартеновская мастерская в составе 8 печей. Здесь каждая печь в сутки давала 3—4 плавки. Печи без ремонта выдавали около 350 плавок. Под основных печей и стены у откосов выкладывались магнезитовым кирпичом. Толщина стен составляла 1,25 кирпича. Рабочий слой пода и откосы набивались магнезитовой массой, а сверху покрывались доломитом. Такой рабо­ чий слой пода стоял в среднем 2 года.

Шихту для основных печей составляли из 50% чугуна (чугунного лома) и 50% железной руды, стального лома (скрапа) и стружки; расход руды при этом достигал 12%. Объем воздушного регенератора колебался от 16,7 до 19,5 м3, а газового — от 19,5 до 21,5 м3.

Каждый регенератор состоял из четырех топок с общим камен­ ным столбом над ними. Столбы соединялись горизонтальными тру­ бами с газособирателями, из которых газ нисходящими трубами рас­ пределялся по печам. В дальнейшем каждая мартеновская печь снаб­ жалась газом из своих регенераторов. Большая часть печей имела также свои отдельные дымовые трубы. Высота их от цоколя состав­ ляла 20 м.

До 1890 г. на заводе было 8 мартеновских печей, из которых 3 основные. Основные печи появились в 1883—1884 гг.

26

В 1890 г. были построены две 12-тонные кислые печи, в 1892 г.— одиннадцатая печь почти такого же размера, но основная. Она давала плавки весом от 8,8 до 10,4 т.

Арочное здание старой мартеновской мастерской в 1898 г. было' перестроено без остановки производства. Расстояние между колонна­ ми достигало 19 м. После перестройки в цехе работали уже 11 основ­ ных печей емкостью от 12 до 20 т каждая, из которых 8 печей рабо­ тали на каменноугольном газе и 3 — на мазуте.

Новая мартеновская мастерская помещалась в металлическом арочном здании. В этом здании в 1894 г. была построена двенадцатая печь емкостью 12 т для отливки мелких паровозных деталей, потребо­ вавшихся в большом количестве после ввода в строй паровозного от­ дела. Двенадцатая печь была оборудована с отдельно стоящими ре­

ное стальное литье, в изготовлении которого завод достиг больших успехов.

Кроме разнообразных отливок, например частей судовых и паро­ возных котлов, гребных винтов, гидравлических цилиндров, завод про­ изводил отливки кормовых и носовых частей военных кораблей. Путиловский завод был первым заводом в России, освоившим производство­ крупных стальных отливок.

В 1910—1911 гг. на Путиловском заводе приступили к расширению существующих мастерских, а затем и к новому строительству. В 1914 г. была закончена постройка эллинга, открытого стапеля и двух судо­ строительных мастерских, рассчитанных на одновременное сооружение четырех миноносцев и двух крупных военных кораблей.

Строительство турбинной мастерской завершилось в конце 1913 г. Она была рассчитана на выпуск турбин общей мощностью 50 000 л. с. в год. В преддверии войны завод значительно расширил артиллерий­ ские и металлургические мастерские. В пушечной мастерской за эти годы почти в 2 раза увеличилось количество оборудования}

Параллельно с артиллерийским отделом развивался и металлурги­ ческий. Из общего выпуска завода продукция металлургии составляла

14% против 9% в 1902 г.

В 1913—1914 гг. была перестроена мартеновская мастерская. Нельзя не отметить заслуги заводских лабораторий в развитии ме­

таллургии на Путиловском заводе, в частности металлографической ла­ боратории. Основанная в 1904 г., эта лаборатория при наличии хорошо оборудованных химической и механических лабораторий многое сде­ лала, чтобы поставить на заводе выплавку и термическую обработку специальных сортов стали на научную основу. С переводом всех трех

27

.лабораторий в каменное здание, построенное специально для них в 1911 г., с расширением и увеличением их оборудования они стали цент­ ром исследовательских работ для всех крупных металлургических и ма­ шиностроительных заводов страны.

Построенные в 1914 г. мартеновская, прокатная и меднолитейные мастерские металлургического отдела не только поспевали за развитием артиллерийского отдела, но и значительно увеличили отпуск проката и литья другим предприятиям. Численность рабочих на заводе к началу 1917 г. достигла 29 332 чел.

В 1915 г. на заводе была пущена электропечь системы Жиро емко­ стью 7 т. Она работала на трехфазном токе и имела 11 подовых сталь­ ных электродов с водяным охлаждением.

В 1927 г. при модернизации печей от подовых электродов отказа­ лись, так как неисправности их часто вызывали аварии. Эта электро­ печь мощностью 1350 кВт была второй в России. Первая электропечь

конструкции емкостью по 45 т каждая. Новые печи были построены и пущены в эксплуатацию в 1914 г.

Тогда же впервые были установлены два завалочных крана. Рабо­ чая площадка на плавильном участке имела два уровня. На старых пе­ чах она находилась на 1,5 м ниже, чем на новых.

Это вызывало большие затруднения. С одной стороны были уста­ ревшие печи с ручной завалкой и примитивным оборудованием, а с дру­ гой— более современные новые печи большей емкости. Таким образом, перестройка цеха была не закончена. Все печи работали на каменно­ угольном генераторном газе, который получали в генераторах Хильгера. Генераторы (10 штук) находились в специальном помещении, рас­ положенном параллельно печному пролету.

В литейном зале мартеновской мастерской поперечные пролеты со­ здавали помехи при разливке стали. Передача оснастки и материалов

более низкий уровень рельсов по сравнению с канавами больших печей, которые обслуживались электровозом. По рельсам двигались тележки с ковшами.

Вскоре после гражданской войны и иностранной интервенции резко сократился подвоз в Петроград сырых материалов и топлива. Работа завода, жившего только за счет старых запасов каменного угля, пере­ дельного чугуна и других материалов, постепенно свертывалась. В мар­ теновской мастерской работали только 6 печей, но и они постепенно га­ сились, а к концу 1918 г. была остановлена последняя печь. С начала 1919 г. завод использовал лишь свои запасы проката и литья.

28