Техника в ее историческом развитии

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

К 70-м годам XIX в. быстро растущие запросы машиностроения, железнодорожного и морского транспорта потребовали значительного расширения производства черных металлов и повышения их качества. Увеличивались размеры доменных печей, совершенствовалась их конструкция, вводились новые вспомогательные устройства. К 1870 г. объемы отдельных доменных печей уже превышали 400 м3, а их высота достигала почти 23 м, применялись мощные воздуходувки, использовались разнообразные устройства для улавливания газа и распределения шихты.

Широко распространилась конструкция кирпичного воздухонагревателя регенеративного типа для доменных печей, предложенная в 1857 г. английским инженером Э. Каупером и поныне носящая его имя.

К концу XIX в. каменноугольный кокс почти повсеместно вытеснил другие виды топлива, используемые для выплавки чугуна. В 1900 г. доменные печи Англии, Германии и Франции работали только па коксе. В США во второй половине прошлого столетия для производства чугуна наряду с древесным углем широко применяли антрацит. Так, в 1860 г. 48,5% чугуна выплавляли на антраците, 43,2% — на древесном угле и лишь около 8% — на коксе. Однако к концу века доля коксового чугуна в США увеличилась до 87%. В России в это время на коксе выплавляли около 70% чугуна. Металлургия Урала работала в основном на древесном угле. Почти все доменные печи Швеции производили древесноугольный чугун.

В описываемый период металлурги все большее внимание стали уделять подготовке к плавке основного материала доменного производства — железной руды. Уже издавна использовали такие процессы, как дробление крупнокусковых руд, их обжиг и промывку. Помимо этого, в конце XIX в. начали применять окусковывание мелких и пылеватых руд методом брикетирования, а также сортировку железной руды по крупности кусков и химическому составу. В начале XX в. в производстве внедряется процесс агломерации, заключающийся в окусковывании мелких руд и колошниковой пыли, которые спекали в специальных агломерационных устройствах.

Предварительная подготовка железных руд, использование высококачественного топлива — кокса, применение более совершенных воздуходувных машин и горячего дутья позволили сооружать доменные печи значительно большего объема и более высокой производительности. Это, в свою очередь, вызвало необходимость разработки более рациональной конструкции самой печи, а также вспомогательных устройств и механизмов доменного цеха.

Особое внимание металлурги XIX в. уделили разработке профиля доменной печи, т. е. внутреннего очертания ее рабочих пространств. Шахта старинных доменных печей имела четырехгранное сечение. Однако уже в XVIII в. повсеместно перешли на круглое сечение всех зон печи. В то время горн печи, в котором сгорало топливо и накапливались расплавленные чугун и шлак, имел относительно небольшой диаметр по сравнению с другими зонами печи, особенно распаром. Английский металлург первой половины XIX в. Д. Гиббоне исследовал рабочее пространство доменной печи после ее многодневной эксплуатации. Он убедился, что уже после шести месяцев работы теряется половина толщины огнеупорных стенок горна и заплечиков. В дальнейшем процесс разгорания кладки шел значительно медленнее. В брошюре «Практические заметки о конструкции доменных печей Страффордшира», изданной в 1839 г., Гиббоне писал: «Мне казалось, что если я построю печь таким образом, что внутренние очертания рабочего пространства ее заранее уже будут иметь ту форму, которая получается вследствие разгара, то я ограничу разрушительное действие огня и предохраню значительную часть стен горна и заплечиков от разгара». Печь, построенная Гиббонсом на основании результатов его опытов, отличалась более широким горном и показала хорошую производительность. Однако еще долгое время продолжали строить невысокие печи с узким горном и широким распаром.

В 1872 г. была опубликована работа известного французского металлурга JI. Грюнера «О доменных печах», в которой были изложены прогрессивные взгляды на соотношение отдельных элементов доменной печи. Грюнер предложил вытянутый профиль печи, при котором отношение ее высоты к диаметру распара не должно быть меньше 4. Ученый доказывал необходимость увеличения поперечника горна и уменьшения диаметра распара. Выводы Грюнера использовались при строительстве доменных печей и привели к изменению их профиля [2, с. 265—272].

Во второй половине XIX в. непрерывно возрастают высота и полезные объемы доменных печей. В Англии их оптимальные объемы достигают 500—600 м3. В США в конце века полная высота доменных печей доходила до 30—32 м, а диаметр горна в наиболее крупных печах составлял 3,5— 4,5 м. В это время американцы достигли более значительных успехов в разработке рационального профиля доменных печей, опередив европейских конструкторов [1, с. 29].

К концу минувшего столетия была создана конструкция доменной печи, принципиально не отличающаяся от современной. Вновь сооружаемые печи имели облегченную шахту, опиравшуюся на металлические колонны. Для подвода воздуха к фурмам устанавливали кольцевой воздухопровод. На многих американских печах применяли охлаждение заплечиков и верхней части горна. Четко определились два типа конструкции доменных печей — американский и немецкий. Особенностью первого был металлический кожух, на который опираются все колошниковые устройства. Вес кладки шахты, кожуха и колошника передается на колонны, окружающие горн. Немецкая конструкция не имела сплошного железного кожуха. Кирпичная кладка стягивалась железными бандажами. Колошниковые устройства держались на колоннах, которые служили продолжением колонн шахтной части печи.

В последние десятилетия прошлого века коренной реконструкции подверглись отдельные элементы доменной печн. В 1867 г. немецкий инженер' Ф. Люрман впервые соорудил печь с закрытым горном. Для выпуска шлака в горн была вделана специальная фурма, охлаждаемая проточной водой.. Она расположена значительно ниже воздушных фурм, по которым в печь подается горячее дутье. Фурма Люрмана облегчила операции по выпуску шлака из печи и быстро получила широкое распространение.

Переход к сооружению горнов закрытого типа облегчил конструктивное решение устройств для их охлаждения. Специальные холодильники были предложены и для охлаждения заплечиков. Таким образом, интенсивное охлаждение горна и заплечиков наряду с использованием более высококачественных огнеупоров способствовало повышению долговечности службы этих важнейших элементов доменной печи.

Применение горячего дутья все более высокой температуры потребовало существенного изменения конструкции фурм. Когда температура вдуваемого в печь воздуха превысила 200° С, появились литые чугунные фурмы, внутри которых находился змеевик с проточной водой. В 1865 г. их начали заменять более совершенными бронзовыми фурмами с водяным охлаждением. Фурменный прибор доменных печей представлял собой довольно громоздкую конструкцию. Несмотря на охлаждение, фурмы часто горели и требовали замены. В дальнейшем стали использовать составные- фурмы. Наружная часть фурмы, охлаждаемая водой, прочно вделывалась в кладку печи, не достигая зоны горения топлива. В нее вставляли тонкую и длинную дутьевую фурму, соединенную патрубком с кольцевым воздухопроводом, окружающим печь и объединяющим все фурмы.

Отходящий газ доменных печей использовали в качестве топлива. В состав колошникового газа входят окись углерода и водород. Его теплотворная способность достигает 900 ккал/м3 и более.

В 1850 г. английский инженер Парри впервые сконструировал газовый затвор на колошнике печи, объединив его в один агрегат с прибором для засыпки шихты. Аппарат Парри состоял из засыпной воронки и конуса, запирающего ее снизу. Благодаря простоте и надежности это устройство с небольшими конструктивными изменениями используют и до нашего времени. Оно обеспечивает наиболее рациональное распределение шихты в доменной печи при ее загрузке. Колошниковый газ удаляется из печи по специальным газопроводам. Усовершенствование засыпного и газоулавливающего аппарата Парри заключалось в применении двойного конуса, что обеспечило полную сохранность колошникового газа при засыпке шихты. Американский инженер Мак-Ки предложил вращать воронку засыпного аппарата с помощью специального электромотора. Это обеспечивает равномерное распределение шихты в доменной печи.

Значительный рост высоты и производительности доменных печей в XIX в. потребовал серьезной реконструкции устройств для подачи сырых материалов и уборки продуктов плавки. Старые подъемники вертикального типа требовали присутствия рабочих на колошниковых площадках, которые вручную подавали вагонетки с шихтой от подъемника к загрузочному аппарату. Уже в середине прошлого столетия вертикальные подъемники стали заменять наклонными. Это позволило механизировать,, а потом и автоматизировать процесс загрузки печей.

На европейских металлургических заводах на рубеже XIX—XX вв.. наиболее широко использовали наклонный бадьевой подъемник. Цилинд-

рические бадьи, наполнявшиеся шихтой на складе сырых материалов доменного цеха, электролебедкой подавали по наклонному подъемнику на загрузочную площадку и устанавливали под засыпной воронкой. Затем днище бадьи автоматически открывалось и шихта высыпалась в печь.

В США подъемники вместо бадьи имели открытую с одной стороны вагонетку — скип. По наклонному мосту ходили одновременно два скипа. Пока один из них наполнялся шихтой в так называемой скиповой яме, второй скип автоматически переворачивался над колошником, шихта поступала в засыпной аппарат. Скиповой подъемник по сравнению с бадьевым отличался простотой устройства, надежностью в работе и более высокой производительностью. Скиповые подъемники стали использовать на металлургических заводах всех стран.

В 60-х годах XIX в. все шире осуществлялся переход к новым способам передела чугуна в сталь. Бессемеровские конвертеры перерабатывали жидкий чугун. В мартеновских печах также более экономичной была выплавка стали из жидкого чугуна; в этом случае не требовалось топлива для расплавления чугуна, который уже поступал в жидком виде, значительно сокращалась и продолжительность процесса плавки.

На металлургических заводах появились специальные сосуды для перевозки жидкого чугуна — ковши. Наружную оболочку ковша делали из толстых железных листов, внутреннюю выкладывали огнеупорным кирпичом. Ковши устанавливали на железнодорожные тележки и перевозили по рельсовым путям, связывающим доменный цех со сталелитейным.

Чтобы облегчить заполнение ковшей продуктами плавки, доменные печи начали строить на возвышенных фундаментах. Емкость первых ковшей не превышала нескольких тонн.

В 1895 г. в США был взят патент на разливочную машину, а годом позже такие машины уже начали появляться в заводских цехах. Разливочная машина представляла собой движущийся ленточный транспортер с установленными на нем продолговатыми чугунными формами. Лента находилась в непрерывном движении. Длина транспортера составляла 15—20 м. К одному ее концу подвозили в ковше жидкий чугун, который выливали в огнеупорный желоб, а оттуда — в формы. Заполненные формы по всему пути своего движения охлаждали водой. Чугунная чушка быстро затвердевала и к концу транспортера, когда форма переворачивалась, вываливалась из нее. На обратном пути пустые формы поливали известковым раствором, чтобы предотвратить прилипание к ним жидкого чугуна.

Для быстрой уборки шлака стали применять шлаковые ковши. Долгое время шлак считался отходом доменного производства и поступал в отвалы. Вблизи старых металлургических заводов накопились целые горы шлака. Однако уже в XVII—XVIII вв. доменный шлак стали использовать для получения строительных материалов, которые отличаются не только прочностью, но и высокими теплоизоляционными свойствами. В дальнейшем применение шлака расширилось. Доменный шлак используют в производстве цемента, строительных блоков, отличного теплоизо- лятора — шлаковой ваты и других материалов.

Рост размеров и производительности доменных печей потребовал увеличения количества вдуваемого в них воздуха. Во второй половине XIX в. появляются все более мощные паровые воздуходувные машины. В 1857 г. на одном из металлургических заводов Рура (Германия) была построена поршневая воздуходувка с паровым двигателем в 3500 л.е., засасывающая 1000 м3 воздуха в минуту [2, с. 385]. Диаметр воздушных цилиндров воздуходувок того времени нередко превышал 3,5 м.

Паровые машины большой мощности требовали громоздких пароко- тельных агрегатов. Уже в последней четверти минувшего века им на смену приходят более компактные и удобные в эксплуатации двигатели внутреннего сгорания, в которых механическая работа образуется в результате химической энергии топлива, сгорающего в цилиндре двигателя. В 1889 г. на бельгийском заводе Серен была пущена воздуходувная машина, приводимая в действие газовым мотором мощностью 600 л.с. [1, с. 35]. В качестве топлива использовали колошниковый газ доменной печи. В последующие годы газовые воздуходувки благодаря их экономичности и удобству эксплуатации получили широкое распространение. Однако в первые десятилетия нашего века их заменили более производительными турбовоздуходувками, приводящимися в действие паровыми турбинами или электродвигателями.

В конце 90-х годов суточная производительность отдельных доменных печей Великобритании достигает 100 т. Хорошо работающие печи Германии дают в это время 200 т и даже более чугуна в сутки. Лучшие доменные печи США выплавляют в сутки до 600 т металла. Более высокие показатели производительности американских печей объясняются прежде всего форсированным ведением доменного процесса — значительным увеличением количества вдуваемого в печь воздуха при более высокой его температуре. Этому же во многом способствовала более рациональная конструкция их профиля, в частности увеличение диаметра горна. И конечно, высокая производительность доменных печей США объяснялась также высоким

качеством исходных материалов — прочностью кокса и низким содержанием в нем золы и серы, богатством руды, содержащей 55—60% железа, и т. д. Английские заводы работали, как правило, на более бедных рудах, с 32—34% железа.

Наряду с ростом производительности доменных печей металлурги США постоянно снижали удельный расход топлива. Если в 1876 г. на лучших печах расход кокса составлял 1,25—1,35 т на тонну чугуна, то в 1896 г. доменные печи наиболее передового тогда завода Дюкен сжигали 0,77 т кокса на тонну выплавляемого металла. Мировое производство чугуна, составлявшее в 1870 г. 12 млн. т, возросло к концу века почти в 3,5 раза, достигнув в 1899 г. 41,5 млн. т [1, с. 35—40].

Во второй половине XIX в. быстро развивается металлургическая промышленность южных районов России, использовавшая в качестве источников сырья коксующиеся угли Донецкого бассейна и богатые железные руды Кривого Рога и других месторождений. Напомним, что первые попытки промышленного освоения Юга России были предприняты еще на рубеже XVIII—XIX вв. Однако потребовались десятилетия, чтобы металлургические заводы Ю га России заняли достойное место в металлургической промышленности страны. Доменные печи давали чугун низкого качества, с большим содержанием фосфора, серы (Луганский, Керченский, Бах- мутский заводы) [2, с. 84].

В 70-е годы начался новый этап промышленного освоения южных районов. В 1870 г. русский капиталист Н. П. Пастухов построил металлургический завод в Сулине. Его доменные печи работали на донецком антраците. В это же время было организовано так называемое «Новороссийское общество», состоявшее в основном из англичан. Возглавил это общество английский предприниматель Джон Юз. Он заключил весьма выгодный договор с царским правительством, по которому «Новороссийское общество» в течение десяти лет получало по 50 коп. премии за каждый пуд изготовленных рельсов.

В центре богатейшего угольного района Донбасса был построен Юзов- ский металлургический завод. Его оборудование было доставлено из Англии. Оттуда же прибыли опытные рабочие и мастера. Лишь чернорабочие были привезены из северных районов страны и набраны из местного населения. В 1871 г. была пущена первая доменная печь Юзовского завода, давшая за год 540 т чугуна. В конце века на заводе работало уже 6 доменных печей, а их годовая производительность превысила в 1895 г. 170 тыс. т [2, с. 89].

Развитие металлургии на Юге России долгое время задерживалось из- за отсутствия хорошей железной руды. Настойчивые геологические поиски, продолжавшиеся в 70-х годах, дали, наконец, великолепные результаты. В бассейне Днепра, всего в 500 км от угольного Донбасса, в районе Кривого Рога было открыто богатейшее месторождение малофосфористых железных руд, содержащих до 67% железа. В начале 80-х годов начали промышленную эксплуатацию нового железорудного бассейна. В 1884 г. Кривой Рог был соединен с Донбассом железнодорожной магистралью. Это послужило стимулом для строительства новых металлургических заводов. Западноевропейские капиталисты буквально ринулись на Украину. Сюда потекли капиталы английских, французских, немецких, бельгийских фирм, которые получали фантастические доходы вследствие хищнической эксплуатации рудных и каменноугольных богатств и крайней дешевизны рабочей силы.

Добычу руды в Криворожье быстро захватили французские капиталисты. Уже к началу нашего века по добыче железной руды Кривой Рог обогнал Урал, а еще через десятилетие Криворожский бассейн давал две трети всей руды, добываемой в России. В конце 80-х — начале 90-х годов на юге страны возникают крупные металлургические заводы в Каменском (ныне г. Днепродзержинск), Мариуполе, Енакиеве, Макеевке, Краматорске и других местах. Центр русской металлургии переместился с Урала в южные районы. В подавляющем большинстве металлургические заводы, железные рудники и угольные шахты оказались в руках иностранных капиталистов. В. И. Ленин писал об этом периоде: «В Южную Россию целыми массами переселялись и переселяются иностранные капиталы, инженеры и рабочие, а в современную эпоху горячки (1898) туда перевозятся из Америки целые заводы. Международный капитал не затруднился переселиться внутрь таможенной стены и устроиться на „чужой" почве: ,,ubi bene, ibi patria"  ». (Где хорошо, Taiv я отечество.)

Благодаря интенсивному развитию металлургической промышленности на юге выплавка чугуна в России быстро возрастает. В 1890 г. его было произведено 927 тыс. т., а в 1900 г.— уже 2,9 млн. т. При этом удельный вес южной металлургии по производству чугуна повысился с 24% в 1890 г. до 52% в 1900 г. й почти до 70% в 1913 г.

В первые десятилетия XX в. в технике доменного производства не произошло каких-либо принципиальных изменений. Усилия ученых и инженеров были направлены на улучшение отдельных элементов конструкции печи и технологии выплавки чугуна. Увеличивались объемы доменных печей, продолжалось совершенствование их профиля. В 1914 г. на заводе фирмы «Иллинойс» (США) была пущена в эксплуатацию печь, диаметр горна которой превышал диаметр колошника (5,4 и 5,2 м соответственно). Полезный объем этой печи равнялся 682 м3. В последующие годы строятся доменные печи еще больших размеров.

Производство черных металлов. Производство чугуна. Основы...

Производство черных металлов из железной руды — сложный технологический процесс … могут быть получены различные виды чугунов: передельные (80...90%), идущие в основном на производство стали; литейные (8...18 %), предназначаемые для получения чугунных отливок...

Как получают металлы. Металлические материалы

На основании этих принципов были разработаны самые разнообразные технологические варианты получения металлов. … Чугун-продукт доменной печи. Для производства чугуна в настоящее время служат преимущественно оксидные руды в виде агломерата или кусков...

Основы технологии черных металлов. Доменное производство.

Основы технологии черных металлов. Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах термической обработкой (нагревом до … Для получения стали используют шихту, в состав которой входят передельный чугун и стальной лом, а также шлакообразующие вещества...

...стали. Конверторный способ получения стали. Ковка металла. Литье...

Конверторный способ получения стали позволяет использовать в качестве шихты жидкий чугун, до 50 %' металлического лома, руду, флюс (9.4). … Недостатки способа: повышенный расход огнеупоров и высокий угар металлов. Производство стали в электрических печах — наиболее...

›Строительные материалы›

 ПЛАВКА И ЛИТЬЁ. Плавка металлов в литейном производстве

Наиболее часто литейный чугун выплавляют в вагранках(шахтная печь для плавки чугуна в литейном производстве), применяют также электрические … Получение некоторых сплавов из чёрных металлов, например белого чугуна, ведут последовательно в двух печах, например в...

Методы обработки металлов

Методы обработки металлов. Здесь мы поговорим о том, как из разнообразных металлов … Первые используются в литейном производстве, вторые в порошковой металлургии. … Формы второго типа, так называемые постоянные, чаще всего изготавливают из чугуна или стали и...

ЧУГУН. Чугуны марок СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 35-56 и СЧ 38-60

Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали. … Главный исходный материал для производства чугуна в доменных печах – железные руды. … … Основы технологии черных металлов. Доменное производство.

ФЕРРОСПЛАВЫ. Производство ферросплавов

Получение ферросплавов на специализированных заводах чёрной металлургии. … Получаемые чугуны подразделяют на: передельные, специальные (ферросплавы) и литейные. … Производство черных металлов.

Мартеновское производство стали. Производство в мартеновских печах...

...процесс отличался от других способов массового получения стали (большая гибкость и возможность применять его при любых масштабах производства … Ковка ... В мартеновских печах помимо чугуна может быть произведена переплавка. Как получают металлы.

ЧЕРНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ. Чугун представляет собой сплав железа...

Сталь содержит углерода до 2%. В отличие от чугуна — хрупкого металла — сталь пластична … и чугунов; разработана эффективная технология получения алюминия из нефелинов … В двенадцатой пятилетке будет ускоренно развиваться производство холоднокатаного листа...

обработка жидкого чугуна обескремнивание, дефосфорация...

Были разработаны новые способы обработки металла как в самом агрегате, так и вне его. Возможность получения стали с … рафинированный чугун и располагающих комплексом оборудования для виепечиой обработки, в основной источник производства чистой от примесей...

Черные металлы. Чугун ГОСТ 4832—58 содержит углерода...

В зависимости от способа .получения в чугун вводят следующие добавки; кремний, марганец, фосфор, серу. … Белый чугун тверд и хрупок; его используют главным образом как сырье для производства стали.

›Кровельные работы›

 Железо. Сталь. Краткая характеристика важнейших металлических...

В соответствии с тенденциями мирового развития в ГДР все более интенсивно растет производство чугуна со сферическим графитом и очень перспективного ковкого чугуна, поскольку эти … Из всех легких металлов наиболее важным в технике является алюминий.

Сталь и чугун. Внедоменная десульфация чугуна

После окончания обработки отбирают пробу металла и отсылают пневмопочтой в лабораторию. По получении анализа ковш движется в … электроэнергии и, следовательно, высокая стоимость производства не делает перспективным использование СаС2 яля десульфурации чугуна...

Аргоно-кислородная продувка стали

Часть хрома вводя в металл с феррохромом, а часть - с хромистой рудой, оксиды которой восстанавливаются углеродом чугуна. С использованием AOD-процесса на одном из заводов Японии (компании Ратсо") организовали производство коррозионностойкой стали из расплава...

Чугуны передельные, специальные ферросплавы и литейные

Нелегированный конструкционный чугун для производства отливок в машиностроении имеет следующий химический состав, %: 2,0 — 4,5 С; 1,0 — 3,5 Si; 0,5— 1,0 Мп; содержание примесей: не более 0,3 % S; не более 0,15 % S. Широкое распространение чугуна в … Черные металлы.

Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали

SMP-процесс используют в основном для получения стали промышленного производства с минимальными затратами на рафинирование путем стабилизации содержания кремния в чугуне на низком уровне (0,2—0,25 %). … Характерные свойства металлов. Как получают металлы?

Обработка металла твердыми шлаковыми смесями

Внепечная обработка чугуна и стали. Раздел: Строительство. … И в этом случае наилучшие результаты по десульфурации и получению стали с минимальным содержанием … Благодаря производству грубного металла в конвертерном Цехе с использованием ТШС и ковшей с...

Литейное производство. Производство литых изделий

В 1868 Д. К. Чернов открыл критические точки металлов. … Для производства чугуна в настоящее время служат преимущественно оксидные руды в ... поступающие далее на сталелитейные заводы или на литейное производство. ... bibliotekar.ru/materialy/22.htm.

ВНЕДОМЕННАЯ ОБРАБОТКА ЧУГУНА. обработка жидкого чугуна...

Один из вариантов современной технологии производства стали, освоенный на ряде заводов, включает обработку чугуна порошками на выпуске из доменной печи для снижения содержания кремния до 0,1-0,2 %, продувку … Характерные свойства металлов. Как получают металлы?