 |
Кричные технологии индустриальной эпохи
|
|
|
|
Металлургия железа накануне прорыва
До появления доменной печи продуктом восстановления железных руд в горнах различных конструкций была крица – губчатая масса восстановленного железа, пропитанная шлаком c включениями несгоревшего угля. Для удаления шлаковых включений, повышения плотности и придания железу формы, пригодной для дальнейшего передела, крицу несколько раз проковывали с получением железной заготовки – полуфабриката для дальнейшего передела в готовые изделия. Необходимо подчеркнуть, что в сыродутном горне железо находилось в твёрдом (точнее тестообразном)
состоянии. Поэтому даже в ходе длительной термомеханической обработки добиться высокого качества (равномерности химического состава и физических свойств) кричного металлабыло невозможно. После того как основным продуктом плавки железных руд стал чугун, были разработаны технологии его обезуглероживания (в кричном горне и пудлинговой печи) с получением железных криц более равномерного состава и высокого качества. Тем не менее, заключительная часть технологии производства железа не претерпела принципиальных технических изменений.
Ещё одной проблемой была необходимость производства стали со специальными свойствами, обусловленная стремительным развитием промышленности. Используемый для её производства метод цементации не позволял достигать требуемой однородности, а разработанный в1740 г. Бенджаменом Хантсманом тигельный способ производства литой стали не обеспечивал необходимой производительности и был высокозатратным. Это было обусловлено многостадийностью процесса: производство чугуна – обезуглероживание с получением крицы – проковка крицы науглероживание (цементация) железных заготовок – расплавление стали в тигле – разливка стали. При этом на каждой стадии расходовалось топливо и происходило окисление железа.
|
|
|
Такие разные инноваторы
Итак, в первой половине XIX века возникла насущная необходимость в процессе массового производства литойстали из чугуна. Над решением этой проблемы работали лучшие умы промышленности и науки, однако лишь спустя несколько десятилетий, в середине XIX века, успеха достиг англичанин Генри Бессемер. Позднее предложенный им процесс был усовершенствован его соотечественниками Сидни Томaсом и Перси Джилкристом. Затем выходцы из Германии, работавшие в Великобритании, братья Уильям (Вильгельм) и Фридрих Сименсы, разработали принципиально новый процесс производства стали, в совершенствовании и распространении которого важную роль сыграли французы — отец и сын Мартены. При этом подходы и к разработке, и к продвижению на рынок новых технологий разных инноваторов существенно различались.
Генри Бессемер был «профессиональным» изобретателем-инноватором, автором гениальных разработок, часть из которых опередила своё время и была реализована лишь спустя многие десятилетия, а остальные, благодаря умению их автора не только разрабатывать и внедрять принципиально новые технологии, но и с успехом защищать и продвигать плоды своего интеллекта, принесли ему славу и благосостояние. Представители знаменитого клана промышленников-предпринимателей и учёных Сименсов организовали транснациональную компанию современного нам типа, которая обладала научно-исследовательскими (R&D —Research and Development) отделениями, проводила дальновидную кадровую и социальную политику, осуществляла техническое сопровождение своих разработок и продукции. Благодаря этому компания Siemens благополучно дожила до наших дней, существенно расширив сферу своей деятельности.
|
|
|
Отец и сын Мартены представляют собой пример производственников-практиков, которые не только находились в курсе передовых разработок в отрасли, но и стремились эффективно применить их и усовершенствовать. Дав человечеству важнейшее изобретение, они практически не воспользовались его плодами, проиграв «патентную войну». Причина этого
заключается в том, что в их предложениях не было новизны, они сумели реализовать давнюю идею с помощью новейших разработок, что дало повод профессиональному сообществу отказать им в признании.
Сидни Томaс является примером увлечённого изобретателя, творческий порыв которого сдерживается отсутствием средств на его реализацию. История изобретения литой стали наглядно показывает, что в тени «победителей», тех, чьи имена на слуху, всегда скрываются полузабытые или даже практически неизвестные ученые, экспериментаторы и предприниматели, без помощи которых, возможно, даже и не было бы сделано само изобретение. Научные открытия и инновации являются результатом коллективного творчества, в котором кроме инноватора участвуют его конкуренты, единомышленники, контрагенты и многие другие члены общества.
К середине XIX в. малопроизводительные и высокозатратные процессы получения стали уже не удовлетворяли требованиям отраслей промышленности, которые получили мощный импульс к развитию благодаря внедрению паровой машины (в первую очередь это касалось железнодорожного строительства и военно-промышленного комплекса).
Пудлинговые печи были гениальным изобретением в конце XVIII века, действительно открывшим широкие горизонты в то время, когда железо требовалось тоннами. Пудлинговое железо и изготавливаемая из него сталь
были основными материалами, используемыми в машиностроении на протяжении почти всего XIX столетия, из него строили мосты и бурно разраставшуюся железнодорожную сеть. Но пудлинговая печь стала тормозом дальнейшего развития, когда железо стало потребляться сотнями и тысячами тонн. Несовершенство агрегата пытались компенсировать количеством – на крупных заводах работали десятки и сотни печей. Общая продолжительность пудлингового процесса составляла около двух часов. За это время перерабатывалось максимум 250 кг чугуна. Суточная производительность одной печи при непрерывной работе не превышала,
|
|
|
таким образом, 2,5 т. Но не меньших затрат и времени требовал и дальнейший передел. После получения железной крицы следовало «выжать» из неё шлак и превратить в плотный металл. Генри Корт прокатывал крицы в валках или проковывал их под молотом. Отжим шлака под молотом и в 1850-х гг. считался наилучшим способом, но применялся далеко не везде. На заводах Южного Уэльса, в том числе в Даулейсе (Dowlais), крица отжималась в особых прессах, по форме напоминающих пасть крокодила (американцы прозвали их «аллигаторами»). Пресс делал около 90 движений в минуту и требовал машины мощностью в 10—12 л.с. Один пресс обслуживал 10—16 пудлинговых печей. Существовали и другие конструкции механизмов для отжима шлака из крицы (кричные жомы).
Кричные технологии индустриальной эпохи
Обжатые крицы направлялись на обработку в прокатных валках, в которых они прокатывались в пудлинговую болванку размером 4×1 дюйм – так называемый«пудль-барс». Такая болванка содержит много шлака, с
поверхности имеет рвани и пластинки, – писал после поездки в Южный Уэльс майор Корпуса горных инженеров Гурьев. Пудлинговая болванка или пудль-барс разрезывается на куски по два, по три фута длиною. Куски
складываются в пакеты, провариваются (то есть нагреваются до белого каления) в сварочной печи и прокатываются в болванки тех же размеров под валками, делающими в минуту 80—100 оборотов. Это односварочное железо шлаковато и называется миль-барс. Для получения полосового железа миль-барс разрезают, сваривают пакетами и прокатывают в разные сорта. Это
двусварочное железо, называемое бар-айрон. Сортовое железо прокатывается в валках, делающих до 150 оборотов в минуту.
Полосовое железо (bar-iron) было лишь полуфабрикатом. Если размера полосы было недостаточно для получения конечного изделия, применяли технологию кузнечной сварки – необходимое количество полос складывали вместе в пакет, при необходимости обвязывали железной проволокой,
|
|
|
нагревали в сварочной печи и сваривали под молотом или в валках аналогично тому, как из пудль-барса получали миль-барс. Таким же способом получали крупные заготовки из стали либо комбинированные заготовки из полуфабрикатов с разными свойствами. Впечатляющим примером кузнечной сварки является 25-тонная пушка, откованная в Ливерпуле на заводе Мёрси под руководством Уильяма Клэя (William Clay) –
одного из участников памятного разговора, приведённого в начале главы. Орудие это было выковано из семи слоёв железа. Сначала был сварен и вытянут центральный стержень необходимой длины, поверх стержня были
наварены несколько слоёв трапециевидных заготовок. На заключительной стадии поперёк были наварены два слоя обручевидных полос, которые обеспечили плавное увеличение толщины пушки к казённой части. Изготовление орудия заняло семь недель, после сборки каждого слоя изделие подвергалось нагреву, центральная часть была высверлена. Можно представить, с какими затратами времени и материалов приходилось сталкиваться при изготовлении любого более-менее крупного изделия.
|
|
|
