|
Коренные изменения в черной
металлургии и огнеупорной промышленности. Металлургическая промышленность
выдвинулась в передовую отрасль экономики благодаря Генри Бессемеру; который
в 1855 г. изобрел и запатентовал конвертор для передела жидкого чугуна в
сталь продувкой воздухом без применения топлива. Этот прогрессивный для того
времени метод получения стали открыл перспективы технического обновления
черной металлургии.
Великобритания — родина бессемеровского конверторного
способа, используя низкофосфористые руды из Швеции, Испании (руда Бильбао),
расширила сталеплавильное производство и стала ведущей металлургической
державой. Страны европейского континента, добывая в основном фосфорсодержащую
железную руду, не могли выплавлять бассемеровско-конверторным способом
стальные слитки хорошего качества, что обусловливало сомнение и негативное
отношение вообще к конверторному процессу.
Двадцать лет спустя, в 1878 г. англичане Сидней Дж. Томас и Перси Джил- крист, решая проблемы переработки высокофосфористого
чугуна в конверторе, создали так называемый томасовский процесс — один из
видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива. Процесс позволял
перерабатывать чугун, содер-, жащий до 2 % фосфора. Этот способ получил
большое развитие в Германии на базе лотарингских высокофосфористых руд.
Коренное отличие томасовского конвертора от бессемеровского заключается в
футеровке. Основная футеровка томасовского конвертора (из «намертво»
обожженного доломита) дает возможность загружать в него известь (12—15 % от
массы чугуна) для ошлаковывания и удаления фосфора. После загрузки извести
заливают чугун, температура которого 1180—1250 °С, затем поворачивают
конвертор и начинают продувку. В ходе продувки окисляются кремний, марганец и
фосфор. Основной конверторный способ стал возможен вследствие получения
высоких температур, способствующих удалению фосфора. При этом фосфор,
переходивший в шлак, вступал в реакцию с известью с образованием фосфата
кальция. Вначале футеровка основного конвертора, состоявшая из извести и
доломита на смоляной связке, была недолговечной. Попытки перейти на
магнезитовую футеровку не дали успеха из-за большой усадки магнезита.
Качество доломитовой футеровки было улучшено, когда удалось усовершенствовать
доломитовые изделия путем'добавления в них огнеупорной глины,
соответствующего обжига и пропитки смолой.
Основные конверторы, не получившие развития в
Великобритании, были внедрены в Германии, что в значительной мере
способствовало развитию ее черной металлургии.
Другими изобретениями, повлиявшими на развитие черной
металлургии, были разработки братьев Сименсов (Германия) и-Пьера Мартена
(Франция). В 1860 г. братья Сименсы, установив в отражательной печи
регенеративную топку из огнеупорного кирпича, предложили использовать принцип
регенерации тепла отходящих газов для предварительного подогрева горючих
газов и воздуха и тем самым повышения температуры в рабочем пространстве
печи. Этим обеспечивалась выплавка стали из чугуна и руды. В 1865 г. Мартену удалось построить и ввести в эксплуатацию первую регенеративную отражательную печь
для выплавки стали из железного скрапа с чугуном. Способ переплава чугуна в
мартеновских печах обеспечил производство стали, которое до этого сдерживало
развитие черной металлургии. Способы Сименсов —.Мартена до сих пор
используются для производства стали. К сожалению, в сталеплавильных печах с
кислой футеровкой из динасовых и шамотных кирпичей невозможна дефосфорация
чугуна. В этих печах в качестве сырья необходимо использовать низкофосфористый
чугун или низкофосфористую РУДУ-
Основной сталеплавильный способ применили также для
мартеновских печей, которые работали вначале с кислой футеровкой. Благодаря
сочетанию с конвертором появилась возможность полного использования железной
руды и железного лома. Одновременно начала устанавливаться современная
полноцикловая система производства, включающая получение чугуна, выплавку
стали и завершающаяся ее прокаткой.
Эти основные способы получения стали, естественно, вызвали
потребность в основных огнеупорах, в первую очередь доломитовых, которые в
настоящее время дополняются неформованными массами.
Кроме доломита, снова пробовали применять магнезит,
добыввавшийся в Австрии и Греции. Однако успеха эти попытки не имели,
поскольку еще не был налажен высокотемпературный обжиг.
В 1879 г. Кларк предложил выплавлять сталь в дуговых
печах. В. 1892 г. завершилась разработка электрического способа выплавки
стали, который совершенствовался в результате дальнейших достижений
электрохимии в XX в.
Таким образом, вторая половина XIX в. ознаменовалась
замечательными изобретениями и открытиями в черной металлургии. За короткий
срок была осуществлена модернизация печей и печного оборудования. В этом
заслуга не только рабочих, инженеров, но и ученых, работавших над решением
фундаментальных научно-технических проблем.
Развитие производства огнеупоров
Во второй половине XIX в. основными производителями стали
являлись США, Великобритания, Германия. Как показан о на 1, выплавка стали в
этих странах в 1900 г. составляла соответственно 1,1; 0,5 и 0,6 млн. т.
Такого уровня японская черная металлургия смогла добиться только в 30-х гг.
XX в.
До середины XIX в. в качестве огнеупоров применяли
жаропрочные камни, огнеупорные глины и песок, которые непосредственно
доставлялись на строительные объекты. В конце XIX в. начали строить заводы
для производства огнеупорных кирпичей и порошков. Известные в то время
огнеупорные кирпичи, сырьем для которых служила огнеупорная глина
стокбриджского месторождения (Великобритания), экспортировали даже в США.
В тот период много огнеупоров требовалось для футеровки
стекловаренных печей. Во второй половине XIX в. важной стала проблема
развития огнеупорной промышленности для нужд черной металлургии. Производство
кремнеземистых огнеупорных кирпичей было разработано в Великобритании в 1820 г. В США с 1875 г . производили кремнеземистые кирпичи на известковой связке. Однако качество
их было не слишком удовлетворительным. С 1899 г. успешно развивается производство кремнеземистых (динасовых) на известковой связке и
бокситовых кирпичей.
С 1886 г. в Великобритании начали производить хромитовые
кирпичи. Нейтральные огнеупоры для доменных печей производили в США с 1896 г.
При изучении основного способа производства стали С. Томас
обратил внимание на магнезиальное сырье, но хороших результатов не получил.
Проверка футеровки из доломитового клинкера прошла успешно. В это время в
Германии были разработаны два способа получения гидрата окиси магния:
Клоссона — на основе реакций между рапой и доломитом (бурый шпат, двойной
карбонат кальция и магния, CaC03-MgC03) и Шайблера — путем обработки
обожженного доломита раствором тростниково-сахарной мелассы [N(CH3)3] с
выделением жидкой извести. Впоследствии стали использовать мелассу,
являющуюся отходом производства свекловичного сахара. В 1881 г. во Франции Шлёссинг и др. построили на побережье Средиземного моря завод по производству
гидрата окиси магния методом его осаждения из морской воды с помощью
известкового молока. При прокаливании гидроксида магния получили магнезию,
которая служила сырьем при изготовлении огнеупорных кирпичей для футеровки
основных мартеновских печей. По сравнению с природным магнезитом гидрат окиси
магния легко поддается упрочняющему обжигу, однако микрокристаллы гидрата
окиси магния имеют много посторонних включений. Открытие в Австрии
месторождения магнезита с большим содержанием железа, который хорошо спекался
в процессе обжига в шахтной печи, привело к тому, что производство магнезии
из морской воды было временно приостановлено. Магнезит месторождения Штирия,
представляющий минерал брейнерит, содержащий карбониты железа, пользовался
большим спросом. В 1898 г. в США было ввезено 16 тыс. т штирийского магнезита
в качестве огнеупорного сырья.
Магнезитовые огнеупоры являлись необходимым футеровочным
материалом для основных мартеновских и электрических печей. В 1913 г. в США началось производство магнезии в металлических кассетах на основе греческого магнезита.
Затем в 1928 г. было освоено производство безобжиговых магнезитовых кирпичей
на химических связках.
В последующие годы в Европе на базе исследований по
улучшению качества обжиговых магнезитовых кирпичей со слабой устойчивостью к
термическому растрескиванию было освоено производство высококачественных
магнезитовых кирпичей, среди которых широкую известность приобрели кирпичи
марки «Радекс А» на глиноземисто-шпинельной связке.
Спустя несколько лет, в 1931 г. успешно была осуществлена разработка магне- зитохромитовых кирпичей на основе композита
хромитовой руды- с магнезией, что значительно расширило область применения
основных огнеупоров.
Использование динасового кирпича для футеровки свода
основной мартеновской печи не позволяло повысить ее рабочую температуру. Для
повышения темпе
ратуры нагрева пробовали делать футеровку мартеновской
печи полностью основной, но для крупногабаритной печи эти попытки не
увенчались успехом.
Великобритания наряду с использованием динаса особо
ответственного назначения осуществила разработку динасовых кирпичей с
небольшим содержанием ТЮ2.
Во время первой мировой войны Австрия прекратила экспорт
магнезитового клинкера в США и Великобританию. В итоге эти страны, имея мало
источников сырья, столкнулись с большими трудностями в обеспечении черной
металлургии магнезитовыми кирпичами. После первой мировой войны США и другие
страны организовали картель по производству и снабжению магнезитовым
клинкером с целью стабилизации работы огнеупорных заводов стран — участниц
этого картеля.
В связи с увеличением спроса на магнезитовые огнеупоры
усилилась промышленная добыча магнезии из морской воды. В Великобритании в 1938 г. был построен завод по производству магнезитового клинкера на основе морской магнезии. Затем и
в США завершилась разработка процесса изготовления магнезитового клинкера с
использованием морской магнезии (горькой земли). В магнезию добавляли
кварцевую муку и спеканием изготовляли магнезиальный клинкер — сильно
обожженный, плотный и очень крепкий огнеупор. Этот огнеупор сыграл большую
роль в дальнейшей разработке магнезиальных огнеупоров.
В связи с увеличением числа высокотемпературных печей
увеличилась потребность в высокоогнеупорных изделиях, что послужило толчком к
изучению высокоглиноземистых кирпичей, сырьем для которых служили боксит
(гидроокись алюминия А!(ОН) ->- А1(ОН)4), диаспор [модификация
метагидроокиси алюминия АЮ(ОН)], силлиманит (Al2[Al2Si2O10]) и др. В качестве
огнеупоров важное значение также приобрели цирконовый песок и графит.
Однако природного сырья не хватало. Это послужило толчком
для разработки процессов получения синтетического сырья, в частности спеченного
глинозема, муллита (3Al203-2Si02— составная часть твердого фарфора).
Получение искусственного сырья не является простым синтезом природных веществ
или их компонентов. От исходного сырья зависит качество готовой огнеупорной
продукций. Благодаря развитию новых химических процессов стало возможным
изготовление огнеупоров на основе синтетического сырья, обладающих
свойствами, необходимыми для черной металлургии, цементной, стекловаренной и
других высокотемпературных отраслей промышленности.
|