Рафаил Бахтамов - Властелин Окси-мира
Что даёт, например, кислород в доменном производстве? Обычно на каждую тонну выплавленного чугуна нужно подать в печь 2830 кубических метров воздуха (около 4 тонн!). Это количество надо перемещать, сжимать, нагревать. И всё затем, чтобы полезно использовать лишь его пятую часть. Применение кислорода резко уменьшает размеры всего воздушного хозяйства: компрессоров, труб, нагревателей.
Это лишь одна сторона дела. Кислород даёт возможность повысить температуру в печи до 3000 градусов (вместо 1800). В результате руда плавится гораздо быстрее и легче восстанавливается. Высокая температура позволяет получать тугоплавкие и особо ценные сорта чугуна, содержащие 35 – 40 процентов кремния, 50 – 55 процентов хрома.
Однако и это не всё. В кислородной домне образуются газы, которые с успехом можно использовать во многих химических производствах – скажем, при синтезе аммиака. На каждую тонну чугуна – тонна аммиака. Тут уже трудно сказать, что главное.
С применением кислорода даже шлак перестаёт быть «шлаком». Из отходов производства он превращается в весьма ценный продукт. И всё это без дополнительных затрат топлива, без специальных агрегатов…
Большие преимущества даёт использование кислорода в мартенах и конверторах, в цветной металлургии. При получении серной кислоты кислород повышает производительность установки в пять-шесть раз; при производстве азотной кислоты – вдвое; ускоряет производство цемента, улучшает его качество.
Однако применение кислорода наталкивается на трудности. Иногда эти трудности очень значительны. Они-то и вызывают споры, ту самую «драму идей», без которой никогда, в сущности, не обходится рождение нового.
В этом смысле очень типична история вторжения кислорода в бессемерование.
Как известно, бессемеровский способ выделки стали появился в 1856 году, раньше мартеновского. Способ предельно прост. Через металлическую «грушу» – конвертор с расплавленным чугуном – продувают воздух. Воздух «выжигает» из чугуна часть углерода и примеси. Получается сталь. Дополнительного топлива не нужно, процесс питается «внутренним» теплом, теплом реакций. Скорость огромная: весь процесс занимает 20 – 30 минут. Идеал.
Но ещё несколько лет назад этим идеальным способом выплавлялось лишь около 4 процентов мировой стали. Основное количество получали в мартеновских печах, где и уголь расходуется, и процесс длится много часов, и оборудование гораздо сложнее и дороже. Логика…
К сожалению, логика есть. По крайней мере, была. У бессемеровского способа всего два недостатка, зато очень серьёзных. Для конвертора годится не всякий чугун, лишь такой, в котором содержится определённое количество кремния и фосфора – ведь в конверторе они играют роль горючего. А на земном шаре очень мало руд, пригодных для выплавки такого чугуна.
Второй недостаток – низкое качество стали. При бессемеровании в кипящем металле растворяется много азота. Азот портит сталь, делает её хрупкой, ненадёжной. Какими только методами не пробовали бороться с этим злом! Через металл продували, кажется, всё, что можно, – ацетилен, водород, углекислый газ, аргон, пар… Применяли вакуум. Пробовали добавлять алюминий и титан. Азот держался крепко, никакими силами его не удавалось «выгнать» из стали.
А зачем? Не надо пускать, тогда и выгонять не придётся. В чистом кислороде азота нет, и понятно, что если продувать им чугун, получится «безазотная» сталь высокого качества.
Вроде бы между прочим будет устранён и другой недостаток. Чистый кислород можно продувать через чугун, в котором вообще нет ни кремния, ни фосфора. Железо и углерод, окисляясь, дадут достаточно тепла.
Итак, сплошные «за». Есть, однако, и «против». При работе с кислородом фурма (то есть труба, по которой в конвертор подаётся газ) выдерживает одну-две плавки. Потом её надо менять, а это долго и сложно. Все попытки найти материал, способный выдержать хоть несколько плавок, до сих пор окончились безрезультатно. Пока что техника не создала материала, который мог бы выдержать контакт с расплавленным чугуном в атмосфере чистого кислорода»
Когда прямой путь не приводит к успеху (нет материала), инженеры ищут обходный. Стремятся «обмануть» препятствие оригинальностью конструкции.
Так и в данном случае. Многое предлагалось. Были конструкции вроде вечного карандаша: по мере сгорания грифель-фурма вдвигается в ванну. Были микропористые днища, напоминающие стенки альвеол: они пропускали газ и удерживали металл. Водяное и воздушное охлаждение, специальные экраны, расположение фурм сбоку ванны – всё это тоже было.
И прошло. Для жёстких условий, в которых работает фурма, требовалась конструкция предельно простая и предельно надёжная.
Её нашли. Фурму «вывели» из металла, её поместили сверху, над ним. Новое решение? Пожалуй. По крайней мере, в том смысле, в каком называют новым очень старое, давно забытое. История техники знает тысячи таких примеров.
С фурмы, расположенной над металлом, начинал Бессемер. У него ничего не вышло. Воздух, идущий сверху, «обжигал» лишь поверхность чугуна, основная же его масса оставалась нетронутой. Тогда Бессемер поместил фурмы внизу и добился успеха.
И вот фурма снова сверху. Но теперь через неё подаётся не воздух, а… кислород. Это во-первых. И не просто подаётся, врывается в чугун со сверхзвуковой скоростью, под давлением 8 – 9 атмосфер. Это во-вторых
А в целом – новый результат. Кислород проникает глубоко в чугун, вызывает бурное сгорание углерода и примесей, чугун перемешивается, кипит, превращаясь в сталь. В то же время фурма, удалённая от металла, надёжно защищённая струёй холодного кислорода, не прогорает.
Теперь кислороду открыт путь в конверторное производство, и, благодаря кислороду, сам конверторный способ выделки стали становится одним из главных направлений в развитии металлургии. Крупные конверторные цеха строятся у нас в стране, в Соединённых Штатах Америки, в Австрии.
Но спор не окончен. Металлурги, воспитанные на мартене, с трудом принимают новое. В своё время они доказывали, что конверторную сталь не удастся «освободить» от азота. Потом, когда это стало очевидно (сотни опытов, годы труда), они принялись утверждать, что применение конвертора ограничено рудами строго определённого состава. Снова опыты (а ведь получить для эксперимента конвертор нелегко, это не пробирка), снова годы. Прогорают фурмы, и скептики вновь пожимают плечами: «Ясно, ничего не выйдет».
Теперь и фурмы не прогорают, выдерживают десятки плавок. А противники всё ещё есть. Почему они спорят сейчас? По инерции? Или потому, что с «добрым, старым» мартеном легче и спокойнее жить?..
А победит всё-таки новое. В рядах борцов за идею были такие люди, как профессор Чекин, старый, партизан Семёнов, инженер Мозговой, отдавший кислородному конвертору всю свою жизнь. Тысячи и тысячи инженеров и учёных приняли от них эстафету.
Поиски продолжаются. Сравнительно недавно создана печь нового типа – роторная. Она предназначена для переделки чугуна в сталь и по конструкции напоминает печь, в которой обжигают цемент. С виду это огромный валик. Валик вращается, перемешивая жидкий чугун, а через полую ось в него подаётся кислород. Нетрудно заметить, что роторная печь развивает принципы, заложенные в бессемеровании. Она никогда не смогла бы появиться без конвертора.
Такие печи уже применяются. В конце 1958 года на Нижне-Тагильском комбинате пущена 20-тонная роторная печь. Результаты отличные. Печь ёмкостью 100 тонн даст больше металла, чем четыре 200-тонных мартена. Высокая производительность, надёжность, экономичность открывают «валику» широкую дорогу в промышленность.
Глава 7
В СТРАНЕ УЛЬТРАПОЛЯРНЫХ ТЕМПЕРАТУР
«И В ОГНЕ…»
И в воде мы не утонем,
И в огне мы не сгорим, —
напевает Смолин. Заложив руки за спину, он медленно ходит по кабинету. Остановится, задумается и снова начинает шагать. «И в воде…» – в который раз повторяется тот же мотив.
Сегодня он вернулся из Москвы. Мы ждём: должны быть новости. Это видно по его лицу. И вообще сегодня особый день – 31 декабря 1949 года. Через несколько часов наступит пятидесятый год – последний год первой половины XX века.
Мы украдкой поглядываем на портфель – большой, пузатый портфель, где скрыты, может быть, самые поразительные неожиданности. Чемодан тоже здесь, Смолин приехал в Отдел прямо с аэродрома.
– Сергей Петрович, хватит мучить ребят, – осторожно говорит Д.Д.
По-моему, дело не только в «ребятах». Сам Д.Д. ждёт новостей.
Ждут чего-то и остальные, весь Отдел собрался в кабинете Смолина.
– Ладно, – вздыхает Смолин и движением фокусника забрасывает чемодан на стол.
Я смотрю в окно. За стеклом хоровод снежинок. Они не хотят ложиться на мокрый асфальт и долго кружатся в воздухе. А на деревьях снег не тает, и глаз никак не может привыкнуть к редкому сочетанию, цветов – белого и зелёного.
