Металлургия и время - Том 3

Регенеративные печи Отто-Хоффмана

Проблемой, существенно затруднявшей эксплуатацию первых печей с улавливанием химических продуктов коксования, было снижение теплоты сгорания коксового газа после извлечения из него смолы. Для решения этой проблемы в 1881 г. Густав Хоффман (Гофман) предложил использовать принцип регенерации тепла. Отто заключил с Хоффманом лицензионный договор, на основе которого в 1883 г. были разработаны печи Отто-Хоффмана — первые регенеративные коксовые печи.

Впечах Отто-Хоффмана камера коксования была полностью отделена от вертикалов отопительного простенка, а газообразные продукты коксования из каждой камеры через два чугунных патрубка (стояка) в верхней части камеры поступали в общую трубу - газосборник (барильет), которая проходила по всей длине батареи. В случае ремонта печи, загрузки угля или выгрузки кокса стояки перекрывались клапанами для предотвращения попадания в барильет воздуха. Из барильета газ отсасывался мощным вентилятором (эксгаустером), пропускался через систему оборудования для охлаждения и выделения из него побочных продуктов

инаправлялся обратно к коксовой батарее.

Внижней части батареи располагались два тепловых аккумулятора – теплообменники-регенераторы. Расположены они были продольно, т.е. по всей длине батареи. Регенератор представлял собой кладку (насадку) из огнеупорного кирпича, сложенного таким образом, чтобы поверхность контакта кирпича с газом или воздухом была максимальной. Проходящий через насадку поток раскалённых газов нагревал её до высокой температуры. При этом один регенератор ак-

кумулировал тепло нисходящего потока продуктов горения, в то время как второй отдавал аккумулированное тепло восходящему потоку воздуха для сжигания газа.

Очищенный от химических продуктов газ подавался в левую или правую часть располо-

женного под камерой коксования подового канала, туда же подавался необходимый для сжигания нагретый воздух из расположенного под каналом регенератора. Поскольку подовый канал был разделён по длине на две части, то горение происходило только в одной из них. Образующиеся при этом горячие газы поднимались по вертикалам, соединённым с этой половиной подового канала (восходящий поток) в общий канал, проходящий в верхней части вдоль всего простенка. Затем через вертикалы второй половины простенка газы опускались во вторую половину подового канала (нисходящий поток), оттуда поступали в регенератор для его нагрева, а затем — в дымовую трубу.

Через некоторое время специальные перекидные клапаны переключали направление потоков газа и воздуха. Однако обогрев камер всё-таки был неравномерным, так как горячие продукты горения неравномерно распределялись по вертикалам. Эту проблему решил предложенный инженером Гильгенштоком нижний подвод газа. При этом горючая смесь газа с воздухом вводилась не в

общий канал, а индивидуально в каждый вертикал через горелки, которые устанавливались и обслуживались из тоннеля под печами.

Распределение газа в новых печах было настолько хорошим, что для обогрева хватало образующегося при коксовании газа даже без использования регенераторов. По этой причине фирма Отто начала строить печи преимущественно без использования тепла отходящих газов, а строительство регенеративных печей

было приостановлено.

Фасонный кирпич Семет-Сольвея

Ещё одной конструкцией печи с улавливанием побочных продуктов и без регенератора была оригинальная печь Семет-Сольвея, получившая распространение в Бельгии в конце

XIX в. В печи Сольвея отсутствие регенератора

Глава 1

компенсировалось крайне низкой толщиной стенки между отопительным простенком и ми Семет-Сольвея, камерой коксования. Собственно, простенка как такового и не было – камера изготавливалась из обычного не огнеупорного кир-

пича, а внутри выкладывалась огнеупорным фасонным кирпичом специальной конструкции. Этот кирпич имел внутри сквозное отверстие, так что при выкладывании ряда кирпичей образовывался горизонтальный канал вдоль всей камеры. Размеры кирпичей были таковы, что по высоте камеры они образовывали три ряда. Продукты горения перемещались в них слева направо и обратно, образуя большой зигзаг. Несмотря на невысокую стойкость такого кирпича, использование печей Семет-Сольвея было выгодно ввиду лёгкости ремонтов, и эта конструкция была признана специалистами очень удачной.

Регенераторы Копперса

Вначале XX в. в связи с повышением спроса на коксовый газ инженеры вернулись к регенеративным коксовым печам. Первым к выводу о том, что только они могут удовлетворить новые требования, пришел Генрих Копперс.

В1904 г. им была разработана коксовая печь, в которой два продольных регенератора были заменены индивидуальными поперечными регенераторами. Этот шаг был

Семья, живущая

в старой коксовой печи, США, Пен-

сильвания, 1934 г.

обусловлен тем, что загрузка продольного регенератора была неравномерной – чем ближе к трубе, тем больше было количество газа. В варианте Копперса пара регенераторов, расположенных уже вдоль камеры коксования, обслуживала только два соседних простенка, имела равномерную загрузку, благодаря чему обеспечивались равномерный обогрев камер коксования и необходимая технологическая надёжность процесса. Впоследствии такая схема стала общеупотребимой и сохранилась вплоть до наших дней.

Регенераторы долгое время использовались только для подогрева воздуха, поскольку сжигание коксового газа требовало по стехиометрии пяти - шестикратного, а в реальности – десятикратного превышения объёма воздуха над объёмом газа. Таким образом, не было никакого смысла нагревать газ, который составлял лишь одиннадцатую часть общего объёма. Однако в 1910 г. в качестве топлива для коксовых батарей стали применять доменный и генераторный газы, требовавшие другого соотношения с воздухом, их также стали пропускать через регенераторы для нагрева. Печи, работавшие на разных видах газа, получили название комбинированных.

Чередующиеся вертикалы

Направляющей идеей для дальнейшего развития конструкции коксовых печей стало стремление разделить обогревательный простенок на меньшие группы вертикалов, чтобы повысить равномерность нагрева. Ещё большую равномерность нагрева обеспечивало чередование вертикалов: в одном сжигается газ, в другом (соседнем) проходят продукты сгорания. Идею использования парных каналов обогревательного простенка Карл Отто высказал ещё в 1881 г., однако осуществлена она была только в 1913 г. Вольтерсом.

По новой схеме в одном из вертикалов (нечётном) сжигался подаваемый в него газ, продукты горения поднимались по нему вверх, а опускались вниз по соседнему (чётному) вертикалу (т.е. от общего канала в верхней части печи простенка отказались, как ранее и от общего подового канала). Через некоторое время происходило переключение потоков газа и воздуха (кантовка), в результате чего горение теперь происходило в чётном вертикале, а нисходящий поток шёл по нечётному. Таким образом, горение происходило не в одной половине простенка, а равномерно по его длине, а в целом по батарее – в шахматном порядке.

Динасовые огнеупоры

Повышению эффективности коксовых печей в значительной степени способствовал переход от использования огнеупорных кирпичей из шамота (материала на основе каолиновой глины), к кирпичам из динаса – материала на основе кремнезёма (SiO2).

Глава 1

Гениальный механик и изобретатель сим-

вола Промышленной революции Джеймс Уатт не бли-

стал предпринимательскими способностями. Он был так деликатен в денежных делах и так ненавидел житейские хлопоты и судебные процессы, что, не встреть он на своём жизненном пути двух замечательных людей, Уатт, по всей вероятности, остался бы бедняком. «Как только мне приходится иметь дело с людьми, – писал Уатт, – так я не на своем месте; для инженера совершенно достаточно одной природы, чтобы бороться с нею и видеть, как она на каждом шагу одолевает его».

Помимо основного занятия, которое увековечило его имя, Уатт занимался решением множества инженерных задач в самых разных областях. При этом изобретатель считал себя ленивым человеком, хотя его деятельность слабо согласуется с таким мнением. Возможно, он имел в виду тот факт, что им было высказано идей гораздо больше, чем разработано, но, как мы можем видеть на примерах многих ученых и инженеров, это общая беда практически всех гениальных изобретателей, полёт мысли которых часто значительно опережает скромные возможности их века.

История Промышленной революции и Индустриализации убедительно показывает, что в эту эпоху на смену изобретателям – одиночкам пришли инновационные команды, успешность которых в значительной степени определялась деятельностью «бизнес - ангелов» – частных инвесторов, вкладывающих деньги в инновационные проекты («стартапы»). «Ангелы», как правило, вкладывают свои собственные средства на этапе внедрения проекта в обмен на возврат вложений и долю

вкапитале (обычно блокирующий пакет,

ане контрольный). Этим они принципиально отличаются от венчурных фондов, ко-

торые управляют деньгами третьих лиц.

История создания паровой машины, как и история разработки способов производства литой стали, наглядно демонстрирует, что общественно значимые инновации сродни штурмуемой крепости.

Глава 2

Почему это актуально?

Современная инновационная деятельность представляет собой сложный процесс, результат которого определяется не только технической эффективностью внедряемой разработки, но и правильной коммерческой политикой инновационной команды. Любая инновация является результатом коллективной деятельности, и довести до промышленного применения и «коммерциализировать» изобретение зачастую сложнее, чем сделать его. Умение работать в коллективе – вот ключ к успеху в XXI веке. Но для металлургов подобный подход не является «тайной за семью печатями», ведь именно в горно-металлурги- ческом производстве он был сформирован более двухсот лет назад.

Бирмингем – город скульптур

Британский Бирмингем – некогда крупнейший промышленный центр, один из символов Промышленной

революции, а ныне город, живущий славой тех времён, насыщен музеями и скульптурами, посвящёнными выдающимся людям той эпохи, прославившим свой город на века. Есть среди них и такие известные личности, как естествоиспытатель, философ и общественный деятель

Джозеф Пристли, открывший кислород и углекислый газ,

статуя которого работы Франциса Уильямсона украшает город с 1874 г., знаменитый экономист и политик Томас Этвуд (Thomas Attwood), читающий новости на ступенях на площади Виктории, известный актёр Тони Хэнкок и великий Майкл Фарадей (впрочем, он вряд ли узнал бы себя).

Среди металлических и каменных обитателей Бирмингема есть даже выпущенный из тигля Джин Промышленного развития (The Genie Of Industry), не говоря уже о многочисленных абстрактных композициях, наглядно демонстрирующих возможности металла, у истоков масштабного использования которых стоял Бирмингем. Можно без преувеличения назвать Бирмингем городом скульптур.

«Продавцы ковров» — «золотые ребята»

Среди многочисленных скульптур Бирмингема выделяется одна, стоящая на Броад-стрит. Она изображает

трёх мужчин в старинных костюмах, рассматривающих какой-то план или чертёж и увлечённо что-то обсуждающих. Позолоченную бронзовую скульптуру местные жители называют — «Золотые ребята» (впрочем, некоторые предпочитают название «Продавцы ковров»). При-

мечательную композицию в 1956 г. создали Уильям Блойе