Михаил Васильев - Металлы и человек

• Название: Металлы и человек
• Автор: Михаил Васильев
• Издательство: Советская Россия
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1962

Эта книга рассказывает о металлах. И о таких широкоизвестных, как железо, медь, алюминий, и о тех, даже названия которых приходилось слышать не всем: церий, гадолиний, тантал.

Вы сможете прочесть здесь и о волшебных свойствах юного соперника железа — титана, и об уране — новом топливе для электростанций, и о вольфраме — самом прочном и самом тугоплавком в семействе металлов. В общем — обо всех восьмидесяти металлах, которые существуют в природе.

Вместе с тем это книга и о человеке, о его великой власти над металлами. Ведь это человек превращает ржавые камни, руду в металлические изделия.

Это он собрал, в иных случаях буквально по атому, первые крупинки редких и рассеянных элементов и открыл их удивительные свойства. Он облагородил металлы: сделал сталь нержавеющей, слабый алюминий — прочным, желтое золото — разнообразным по цвету. Это человек нашел металлам бесчисленное применение — для сооружений высотных зданий и газопроводов, космических ракет и вагонов метро, для сшивания кровеносных сосудов и превращения солнечных лучей в электрический ток…

Книга эта рассказывает и о борьбе советского народа за металл, о наиболее прогрессивных методах получения и обработки металлов, о важности их экономии и рационального использования.

Книга написана очень популярно. Она рассчитана на то, чтобы ее с пользой для себя прочитал каждый интересующийся современной наукой и техникой и перспективами их развития.

---

Иногда в электропечах доваривают сталь, выплавленную в мартене или бессемеровском конверторе. В этом случае продолжительность плавки сокращается до трех часов.

У электростали есть только один существенный недостаток: она дорога. Ведь на производство каждой тонны стали надо затратить около 700 киловатт-часов энергии, не говоря уж о расходе флюсов, электродов и т. д.

Могучее дитя вырастает у такой няньки.

И все же выплавка электростали во всем мире стремительно растет. Уже в 1955 году в США производство ее достигло 7,6 млн. тонн — 7,1 процента от общей выплавки стали. В нашей стране в этом же году было выплавлено 3,4 млн. тонн электростали — 7,5 процента от общей выплавки. Таким образом, Советский Союз занимает второе место в мире по производству электростали.

Электросталь — могучий соперник конвертора и мартена. Но мы видим, что занимаемые ею сегодня позиции и в нашей стране и во всем мире еще не сравнимы с позициями конверторной, а тем более — мартеновской стали.

И все же, вероятно, за ней будущее, если только развитие металлургии не изменит резко своего пути и переделка чугуна в сталь не окажется вообще излишней.

Новорожденный соперник

Но если вы скажете, что вся сталь, получаемая в нашей стране сейчас, выплавлена или в мартеновских печах, или в бессемеровских конверторах, или, в крайнем случае, в электропечах, то вы все-таки ошибетесь. И дело не в том, что кое-где у нас выплавляют для специальных целей кричное железо прадедовскими способами прямо из руды, — нет, новый соперник мартена родился совсем недавно. Первый оборот он сделал в 1958 году в мартеновском цехе Нижне-Тагильского металлургического комбината.

Первый оборот? Что за странность?

Ничего странного здесь нет. Просто соперник мартена представляет собой вращающуюся цилиндрическую наклонную печь.

Она невелика, размером и формой внешне напоминает бетономешалку и так же невзрачно выглядит по сравнению с величественными мартенами, стоящими рядом, как сказочный Конек-Горбунок рядом со своими золотогривыми братьями. Но она, бесспорно, уже в первом своем варианте превосходит по всем показателям мартеновскую печь. Вот как она работает.

Нет, вовсе не с фантастической скоростью вращается ее корпус — он делает всего лишь от 0,2 до 1 оборота в минуту. Из подвесного бункера в нее, когда она еще неподвижна, загружают руду и известь, затем по желобу заливают из ковша чугун, а затем через это же отверстие две фурмы подают в печь кислород.

Одна фурма погружается в расплавленный металл. Пробивающийся сквозь жидкий расплав кислород соединяется с углеродом. Из металла вырывается угарный газ. Его-то и дожигает кислород из второй фурмы. Температура в печи поднимается до 2 тысяч градусов.

Оператор включает рубильник, и печь начинает поворачиваться. Это усиливает перемешивание металла, убыстряет процесс выплавки. Выгорают и сера и фосфор. Постоянное перемещение расплавленной массы по стенкам печи предохраняет, защищает их от разрушения высокой температурой.

Весь процесс варки стали занимает не более 20 минут. Вместе с загрузкой печи, сливом шлака и металла время плавки — 50 минут. Но и это означает возможность осуществлять 24 плавки в сутки.

Преимущества роторной печи даже перед усовершенствованным конвертором несомненны. Она выплавляет сталь с любым по существу содержанием углерода — от 0,05 до 0,8 процента. По качественным показателям эта сталь превосходит конверторную. При конверторном производстве выход годного металла равен 84 процентам, при роторном — на 3 процента больше. А кислорода на передел требуется меньше. Обслуживают роторную печь всего три человека. Малютка является серьезным соперником и мартеновским печам: ведь ее стоимость — даже первой экспериментальной установки! — в восемь раз ниже стоимости мартеновской печи такой же производительности. И места она занимает несравненно меньше. И топлива не требует — только на разогрев, после того как она находилась в ремонте и долго не работала.

Вторая такая же печь сооружается на «Азовстали». Опыт эксплуатации этих первых печей позволит более точно оценить их возможности и права на большую жизнь в металлургии.

Рожденная в вакууме

Перешагнем сразу через целую цепь технологических операций. И вот мы в цехе подшипникового завода. Автоматический контролер берет шарики по одному и быстро поворачивает их перед окуляром фотоэлемента. Электронный представитель ОТК придирчив, но справедлив. Он не забракует хорошего шарика, но и не пропустит бракованного.

И вот у нас в руках брак. В полированном сверкающем металле высокого качества видны какие-то черные точки, соринки.

— Посторонние неметаллические включения, — комментирует специалист-металлург.

Да, конечно, эти шарики не смогут работать в ответственнейших узлах машины — ее подшипниках. Автомат правильно сделал, забраковав их. Но какими путями попали эти соринки в сверхчистый, с превеликой тщательностью выплавленный и обработанный металл?

Таких путей несколько. Первый — их могли занести вместе с нечистыми шихтовыми или шлакообразующими материалами. Второй — это могут быть частицы, выкрошившиеся из футеровки печи или ковша, в котором несли сталь. Третий — это могут быть окислы тех веществ, которые специально вводят в расплавленную сталь для ее очистки, — марганца, алюминия, кальция, титана… И атмосферный воздух, в-четвертых, нередко является виновником таких образований, главным образом окислов и нитридов.

Как от них избавиться или хотя бы резко снизить их количество?

Ответ на этот вопрос ясен: готовить более чистую шихту, тщательнее ремонтировать футеровку, быстрее разливать металл, чтобы он меньше соприкасался с воздухом. И можно осуществить плавку металла вообще в вакууме.

Это дело, конечно, не простое — накрыть электропечь и автоматическое или имеющее дистанционное управление разливочное устройство колпаком, из-под которого выкачан воздух. К тому же откачку паров надо вести непрерывно, ибо они в большом количестве выделяются из металла. Частично они были растворены в нем, частично образуются за счет химических реакций, которые в нем протекают во время плавки.

И все же такие печи уже существуют. В них ведут выплавку лучших марок легированных сталей и сплавов титана, хрома и некоторых других металлов, особенно чувствительных к растворенным в них газам.

Бывает очень полезно осуществлять в вакууме хотя бы разливку полученной стали. В этом случае ковш со сталью помещают в вакуум. Из расплава начинают энергично выделяться растворенные в нем газы. Многие неметаллические включения так же быстро всплывают на поверхность металла и уходят в шлак. Сталь становится качественнее.

Так вакуум стал помощником металлурга. И у него большие перспективы стать одним из главных помощников. Недаром в докладе на внеочередном XXI съезде КПСС Н. С. Хрущев сказал: «Для повышения качества продукции намечается организовать широкое использование вакуума в металлургических процессах…»

Бесконечный слиток

И вот тяжелый ковш, вмещающий добрую сотню тонн стали, величественно плывет под сводами цеха.

«Сталь идет!» — говорят в таких случаях в цехе, и это звучит не менее величественно, чем слова «Чугун идет!» — у домны.

Вот ковш над изложницами — огромными чугунными сосудами, вмещающими по нескольку тонн стали. Они готовы принять металл. Их внутренние поверхности тщательно очищены стальными щетками, обдуты воздухом, смазаны особым составом. Огненная струя устремляется в изложницу.

Сталь застывает. Она застывает медленно: ее теплопроводность — нам это уже известно — в десять раз ниже, чем у меди, в шесть раз ниже, чем у алюминия. Не быстро проходит огромное количество выделяющегося при ее кристаллизации тепла через уже застывшие слои металла.

Кристаллизация стали начинается на периферии, с поверхности металла, прикоснувшегося к металлу изложницы. Здесь возникает корка мелких, хаотически расположенных кристаллов. От этой корки уже начинают расти со всех сторон слитка к его середине крупные, хорошо ориентированные кристаллы металла. К середине сталкивают они все посторонние примеси. И здесь, в связи с тем что при застывании сталь уменьшается в объеме, образуется усадочная раковина, слабина, область ослабленного и загрязненного металла.

Хитроумными ухищрениями удается перенести большую часть усадочной раковины в верхнюю часть слитка. А ее, перед тем как пустить слиток в прокатку, отрезают и отправляют на переплавку. Приходится обычно отрезать и отправлять на переплавку и нижнюю часть слитка. Таким образом до 10–15 процентов стали приходится возвращать в мартен. Пятнадцать тонн из каждых ста тонн выплавленной стали!