Выплавка чугуна

Сама техника выплавки чугуна из железной руды известна, по-видимому, с глубокой древности. В древности железо добывалось прямо из руды, прокаливанием ее в ямах и посредством дальнейшей проковки прокаленных кусков руды под молотком, при чем железо освобождалось от остатков руды и шло в изделия. Но далеко не всякая руда могла так перерабатываться, — бедные руды потребовали уже применения искусственного дутья мехами.

 Меха для раздувания пламени плавильных печей употребляли еще римляне и германцы, но родину металлургии железа, по-видимому, приходится искать дальше —в центральных и южных частях Африки, где и сейчас еще в ходу старые приемы выплавки железа. Применение дутья неожиданно повело к открытию чугуна, т.е. того же железа, но с примесью 2—3% углерода  ). В виду хрупкости и нековкости чугуна — его даже не считали чем-либо ценным и прямо пускали в отброс. Лишь. позднее, начав строить доменные печи и научившись способам превращать чугун в железо, достаточно оценили свойства этого материала.

 Для выплавки чугуна из руды повсеместно употреблялся древесный уголь, что повело в Англии к значительному уничтожению лесов. У нас на Урале почти вся чугунно-плавильная промышленность выросла также на древесных углях, в виду его большой дешевизны сравнительно с привозным каменным углем. После ряда неудачных попыток в середине XVIII века в Англии удалось, наконец, заменить древесный уголь — углем каменным, и с тех пор развитие этих главнейших отраслей промышленности — угольной и чугунно-плавильной — пошло гигантскими шагами вперед. Еще успешнее пошла выплавка чугуна после применения в 1730 году кокса (пережженного каменного угля, лишенного своих летучих примесей).

 За 60 лет производство чугуна и железа в Англии удесятерилось, и Англия стала на первое место в ряду других стран, производящих железо,—которое, однако, в последние годы заняли Сев.Амер. Соед. Штаты с их чудовищно развитой металлургической промышленностью. Сущность самой выплавки заключается в следующем. Руда смешивается с углем и подвергается действию высокой температуры, причем уголь соединяется с кислородом окиси железа, превращаясь в летучие газы, а расплавленный чугун каплями падает на дно плавильной печи. Этот процесс отнятия кислорода от окисей металлов называется в химии восстановительным процессом, а печь, где происходит выплавка чугуна из руды,— доменной печью. Из чугуна изготавливается задвижка 30ч6бр, которую можно заказать для своей организации на сайте  "steelbuild.com.ua".

 Печи эти устраивались раньше в виде больших башен из кирпичной кладки, имеющих внутри пустое пространство, суживающееся кверху и книзу. Сверху засыпалась руда вперемешку с углем и известью для очищения чугуна, снизу зажигался огонь и вдувался мехами воздух; жидкий чугун по мере его скопления выпускался через особые отверстия в нижней части печи. Такие печи могли давать в сутки лишь несколько сот пудов чугуна и были весьма несовершенны, так как теряли массу тепла с отходившими газами.

 Большим успехом в чугунно-плавильной технике было изобретение в тридцатых годах прошлого столетия дю Фором горячего дутья, существенно уменьшившего расход топлива — использованием теплоты уходивших из домны горячих газов. Газы эти стали пропускать между рядами чугунных труб, по которым шел воздух, вдуваемый в домну. Способ этот в шестидесятых годах был заменен более экономными воздухонагревателями системы Витвеля и Коупера, давшими возможность довести нагрев дутья до весьма высокой температуры.

 Каждое десятилетие вносило с тех пор что-нибудь новое в конструкцию прежних доменных печей, достигших в настоящее время значительного совершенства и огромной производительности. Еще в 1863 году суточная производительность доменной печи быта около 50 тонн; в 1880 г. она поднялась до 120 тонн, в 1898 году не редкостью были домны с 700 тоннами суточной производительности, а сейчас имеются печи, дающие в сутки до 900—1.000 тонн или до 60.000 пудов чугуна. Современная доменная печь складывается из огнеупорного кирпича и обшивается снаружи железом.

 В средней своей части печь расширяется и поддерживается на железных и чугунных столбах. Нижняя, суживающаяся от середины, часть печи покоится на солидном каменном основании. Такое устройство позволяет делать печи со значительно более тонкими стенками. Тележки с шихтой доставляются особым подъемником наверх, где они автоматически опрокидывают свое содержимое в устье печи и затем опускаются обратно. Отходящие газы улавливаются и по огромным железным трубам, одетым изнутри кирпичом, отводятся в так называемые коупера — высокие прямые башни, стоящие рядом, где отдают свое тепло воздуху, вдуваемому в домну.

 Эти воздухонагреватели устроены весьма остроумно по так называемому регенеративному способу: чтобы дым и газы не смешивались с чистым воздухом —они пропускаются сперва через эти башни, наполненные редкой кирпичной кладкой, и нагревают их докрасна, затем особым вентилем газопровод закрывается, —газ идет в другую башню, а через нагретый первый коупер продувают воздушными насосами-компрессорами свежий воздух, который в свою очередь там нагревается перед своим входом в доменную печь.

 Само вдувание происходит через чугунные сопла или фурмы, размещенные в нижней части доменной печи. В самом низу печи устраивается металлоприемник, куда стекает жидкий чугун и шлак, выпускаемые от времени до времени через небольшие отверстия, заложенные глиняными пробками. Руда, перед тем как она попадает в печь, подвергается иногда сортировке, при чем более крупные ее куски измельчаются в особых мельницах и дробилках. Толчеи и валки сейчас почти совершенно не употребляются.

 Промывка применяется чаще всего для обогащения. руд, смешанный с глиной и песком, и заключается в механическом отделении этих примесей посредством струи воды. Руда загружается в особый, слегка наклоненный, вращающийся барабан, где она разрыхляется водой, при чем более легкие части пустой породы вымываются и уносятся прочь. Чаще всего применяется химическая очистка — обжиганием руды. Обжигаются руды, содержащие много углекислоты, как, например, железняк, теряя при этом до 30% своего веса, что выгодно отражается и на удешевлении ее перевозки; магнитный железняк обжигается иногда для того, чтобы облегчить дальнейший процесс плавки в печи и для большего разрыхления руды. Раньше обжигание производилось в кучах, но в последние десятилетия почти всюду делается в особых рудообжигательных печах, причем в Швеции для обжига руды пользуются газами, отходящими от доменных печей.

 Говоря об обогащении руд, нельзя не упомянуть также о способе отделения более легких частиц "пустой" породы на машинах, где, посредством сотрясений слоя поступающей в них измельченной руды, легкие частицы задерживаются и скользят медленней, тогда как более тяжелые куски руды двигаются быстрее и отходят в сторону. Интересен способ обогащения руд, обладающих магнитными свойствами, главным образом железных. Впервые юн был применен в 1855 году и получил значительное усовершенствование в последующий период. Новые аппараты, называемые электромагнитными сепараторами, или отделителями, устроены таким образом, что измельченная руда тонким слоем проходит мимо сильного электромагнита, который притягивает магнитные частицы, падающие в одну сторону, тогда как частицы не магнитные падают в другое место. Такие чрезвычайно удачно работающие сепараторы построены Веттерилем и Эдисоном.

 Успехи химии позволяют теперь при плавке не идти ощупью как прежде, а точно определить те примеси, которые необходимы для получения чугуна хорошего качества. Примеси эти, или флюсы, как их называют, состоят обыкновенно из песку, глины и извести, примешиваемых к руде в специально для того устроенных шихтарнях. Под влиянием высокой температуры они спекаются в стекловидную массу, плавающую поверх чугуна, и так же выливаемую по мере ее скопления, образуя при застывании известный всем шлак.

 Температура плавления железа около 1400°, и такую же температуру имеет и выпускаемый чугун. Операция выпуска жидкого чугуна, особенно ночью, представляет из себя феерическое зрелище: сперва где-то вспыхивает огненная точка; медленно, а потом все быстрее, оттуда начинает течь расплавленный чугун, — и вскоре огненная струя, окруженная багровыми клубами пара, бежит по канавкам и желобкам к устроенным в песке формам, где и застывает в виде отдельных брусков, или свинок.

 Много труда берет разбивание таких соединенных между собою свинок. Для этой цели употребляется гидравлический пресс, отделяющий свинки одну от другой и дробящий их просто на 2 — 3 куска. Еще дешевле и производительнее оказался предложенный Улингом способ, заключающийся в том, что чугун из домны выпускают в огромные ковши, откуда он небольшими порциями разливается по отдельным изложницам, или формам, укрепленным на передвигающейся бесконечной цепи и, охлаждающихся в специальном баке, при чем застывшие свинки падают потом прямо в вагоны. Устройство это сберегает много труда и избавляет рабочих от весьма изнурительной и опасной работы.

 Для действия одной крупной домны необходимо огромное количество свежего воздуха,—так для печи с производительностью в 24.000 пудов, или 400 тонн, чугуна в сутки требуется не менее 1.200 куб. метров воздуха в минуту. Поэтому современные доменные печи обслуживаются мощными машинами и воздуходувками в несколько сот лошадиных сил. Лозунг современной техники, — что ничего не должно пропадать даром, — повел к использованию доменной печи в 1895 году в качестве источника энергии.

 Оказалось, химическая и тепловая энергия, теряемая с газами, отходящими из воздухонагревательных приборов, настолько велика, что на каждую тонну выплавляемого чугуна ими можно привести в действие газовый двигатель в 34 лош. силы. Отбрасывая отсюда около 6 лош. сил, нужных самому доменному заводу, имеем даровую энергию в 28 лош. сил; таким образом, домна средней величины, выплавляющая в сутки 200— 300 тонн чугуна, может развить энергию в 5.600 — 8.400 лош. сил, которая, будучи использована для ряда других производств, позволит значительно удешевить само производство чугуна.

 Такие приспособления для использования энергии доменных газов устроены в нескольких больших заводах Европы и Америки и работают настолько успешно, что сделали возможным выплавку чугуна из таких руд, которые раньше считались невыгодными.