До и после Победы. Книга 1
Шрифт:
Так что существенная часть нашего чугуна уходила на изготовление бытовых изделий - прежде всего, для отопления - дверцы, колосники - нам потребуется много обогревательных приборов. Да и буржуйки - по сотне штук в день уже выделывали - но и это всего пять тонн чугуна.
А тридцатипятитонник мог выдать и пять тонн, но в час, в сутки - сто тонн, с учетом остановок на ремонты. А это почти что двенадцать кубометров металла. Не освоим. Пока все силы брошены на ремонт техники - не освоим. Так что часть литейщиков мы переориентировали на эксперименты с отливкой сложных крупногабаритных деталей - картеров, корпусов, рам - пусть потренируются, и если будет получаться - начнем разворачивать свое производство - прежде всего гражданской техники, так как военной - тех же танков - у нас пока и так выше крыши. Ну, на ходу-то примерно двадцать процентов, остальное - пока в ремонтном резерве. В общем, избыток производственных мощностей и металла, хоть и был временным, но подзуживал замутить какое-то более серьезное, чем мины и печки, производство.
ГЛАВА 19.
Вообще, плавильные печи могут быть самые разнообразные - тигельные, в которых металл не соприкасается ни с топливом, ни с пламенем, пламенные, в которых металл соприкасается только с продуктами горения, и
Причем объемы строительных работ использовавшихся тут печей были небольшими, как и сами печи. Так, печь для плавления ковкого чугуна емкостью 25-30 тонн имела площадь пода 13 квадратных метров - 7 на 1,8 метра. Глубина ванны - 30 сантиметров. При общем весе печи в 254 тонны кирпичная кладка составляла 90 тонн (то есть при весе кирпича в 3,5 килограмма потребуется где-то 26 тысяч штук - при нашем многомиллионном производстве кирпича - сущая ерунда), металлические детали - 21 тонну (то есть менее трех кубометров металла), фундамент и набивка пода - 132 тонны (при весе бетона в 2,3 тонны на кубометр - порядка шестидесяти кубометров). В общем - объемы материала - довольно ерундовые. Ну, еще труба высотой 20 метров и внутренним диаметром в метр. И такая печура плавила свои тридцать тонн за 10-12 часов, то есть почти три тонны в час, при расходе каменного угля в 9 тонн, или мазута - 6 тонн. Сейчас ее переделывали на генераторный газ. Подобная печь, но на 5-7 тонн, была уже легче - всего 95 тонн, из которых кирпича - 37 тонн (десять с половиной тысяч штук), металла - 11 тонн (полтора кубометра), фундамент и под - 48 тонн (20 кубов) - ну совсем смешные объемы. Труба - и пониже, и пожиже - высотой 14 и внутренним диаметром 0,7 метра. Свои семь тонн она плавила за пять часов - чуть более тонны в час - в два с половиной раза менее производительная, чем ее старшая сестра, но несмотря на это - и более прожорливая - 2,8 тонны угля или 1,75 тонны мазута на плавку - то есть относительно веса металла она потребляла топлива уже не 30 процентов угля или 20 процентов мазута, а 40 или 25 соответственно. Да, масштабные конструкции было строить тяжелее (хотя и ненамного), но эксплуатировать их - выгоднее.
Но для переплавки небольших порций металла или выделки стали из чугуна на местных заводах уже было достаточно много и другого оборудования, причем это были не те циклопические сооружения, что я запомнил по телевизионным репортажам - нет, это были вполне компактные объекты, по размерам сравнимые с человеком. И этих объектов хватало для местной промышленности.
Например, в так называемых малобессемеровских конверторах чугун переделывается в сталь не продувкой воздуха через всю толщу металла, а поверхностным дутьем - в этом случае сталь получается с низким содержанием азота, и ее использовали для тонкостенного и мелкого фасонного литья - например, ножи для сенокосилок, хотя их отливали и из чугуна, ну или заготовок затворов для пистолетов-пулеметов. Причем конвертор на одну тонну металла был небольшим сооружением. Внутренний диаметр - 70 сантиметров, да еще кладка 25 сантиметров - итого, стальной кожух был внешним диаметром 120 сантиметров, и столько же высотой - эдакий бочонок. Толщина стали - 15 миллиметров. У фурм кладка была потолще - 45 сантиметров. Глубина ванны - всего сорок сантиметров. Продувая 60 кубометров воздуха в минуту с избыточным давлением всего 0,2 атмосферы, за 15 минут переделывали тонну металла. Вес качающейся части - менее трех тонн, то есть опоры и поворачивающиеся механизмы были вполне компактными. Были тут конверторы и еще меньших размеров - на полтонны, а максимальный, что я тут видел - на три тонны. Это если считать только малобессемеровские.
А чугун для этих конверторов плавили в вагранках - это довольно экономичные печи для расплавления металла, в которых топливо и металл находятся в одном объеме. Вагранка производительностью полторы тонны расплавленного металла в час также была довольно компактным сооружением - внутренний диаметр печи - всего 50 сантиметров, толщина металлических стенок - 6 миллиметров, футеровка - 20 сантиметров, внутренняя высота, где плавился металл - 3,5 метра, до загрузочного окна - 4 метра. И всего четыре фурмы основного ряда, размером 70х140 миллиметров каждая, и четыре - дополнительного ряда, размером 30х40 - размер фурм подбирался таким образом, чтобы площадь каждой фурмы основного ряда составляла 20% внутренней площади вагранки, а дополнительного - 2-3%. И многие вагранки были с двумя, а то и тремя рядами - если в вагранке был только один ряд фурм, то воздух отклонялся к стенкам, где сопротивление шихты наименьшее, соответственно, в центре воздуха было недостаточно, углерод сгорал не полностью и эффективность использования топлива падала - а для расплавления металлов важно, чтобы топливо максимально окислялось, то есть превращалось в углекислый газ, а не в угарный - в этом плане кокс, антрацит были более преимущественным топливом, чем, например, бурые или каменные угли, а тем более древесный уголь, дрова, торф или торфяной кокс - у первых была наименьшая реакционная способность, то есть способность восстанавливать двуокись углерода до окиси, то есть угарного газа - при таком восстановлении затрачивается тепловая энергия, которая в противном случае шла бы на разогрев и расплавление металла, что, собственно, и нужно от вагранки - а так, в высокореакционных топливах много ее уходило впустую - на "производство" угарного газа. Так, если при использовании угольного кокса и антрацита терялось 7-20% тепла, то с торфом, торфяным коксом, дровами и древесным углем - 50-70% - наружу вылетало гораздо больше угарного газа, который внутри печи либо восстановился из углекислого, либо не прогорел во время движения внутри вагранки. Так вот - дополнительные ряды фурм как бы отжимали струи воздуха нижних фурм ближе к центру и там уменьшался недостаток воздуха - эффективность использования топлива повышалась - все большее его количество сгорало, отдавая тепло расплавляемому металлу - потери тепла снижались более чем на двадцать процентов. Причем даже однотонные
Причем, помимо добавления дополнительных рядов фурм, применялись и другие приемы экономии топлива. Например, воздух подают холодным, но могут ставить и рекуператоры - в стенках шахты или в трубе вагранки - так можно подогреть воздух до двухсот градусов, что сэкономит до 20% кокса. Но ваграночные газы - особенно при использовании топлив с высокой реакционной способностью, еще можно дожигать, нагревая вдуваемый воздух уже до 400 градусов - в этом случае экономия топлива составит уже 35%. Достаточно дорогой кокс можно частично заменить вдуванием угольной пыли - всего три процента пыли по весу от кокса снижает расход кокса на десять процентов и повышает производительность на 40%. Или природного газа - а это еще экономия кокса. Ну или генераторного, с которым можно сэкономить пару-тройку процентов. Короче - греть, греть и еще раз - греть все что только можно - и чтобы снизить расход основного топлива, и чтобы повысить производительность, а также и температуру выдаваемого металла - так он дольше может храниться до следующей операции без подогрева, что снижает напряженность процессов, а также повышается его текучесть, что хорошо сказывается на отливке в формы.
Причем во время плавки происходят изменения состава металла - тут и окисление, и выгорание углерода, и обратный процесс - науглероживание от соприкосновения с топливом, и даже насыщение серой - особенно интенсивно это происходит в нижней части вагранки, где уже расплавленный жидкий металл омывает куски топлива. Причем в начале плавки насыщение происходит особенно заметно - пока металл не вытянет серу из поверхностных слоев топлива. Потом-то насыщение серой падает, но в первых порциях содержание серы может подняться до полупроцента - и это тоже надо учитывать при дальнейшем использовании металла - можно ли его пускать в последующие процессы, или первые порции лучше отложить в сторону. В этом плане торфяной кокс или древесный уголь были предпочтительнее того же угольного кокса или антрацита, несмотря на их более эффективную работу по расплавлению металла - тут уже надо бы и посчитать - что выгоднее - использовать менее эффективное топливо либо тратить топливо, силы и время на удаление серы.
Вообще, плавка металла или его выплавка из руды - это обратимая реакция, и, как всякая обратимая реакция, она может проходить в обе стороны - либо с образованием соединений, либо - с образованием исходных элементов - направление зависит от температуры и концентрации элементов. Так, восстановление железа из руды - это, грубо говоря, разложение оксида железа на железо и кислород. Причем, чтобы разложить оксиды железа, необходимо затратить тепло - с увеличением температуры прочность оксидов снижается. Так, чтобы разложить окись железа II - FeO - требуется затратить 64 ккал на моль, то есть на 71,8 грамма оксида, на оксид железа III - Fe2O3 - требуется уже 197 ккал на моль, то есть на 159,7 грамма, а на четвертый - Fe3O4 - 266 ккал на 231,5 грамма. А образование из углерода и кислорода одного моля угарного газа даст 29 ккал на один моль весом 28 грамм, образование моля углекислого газа - уже 98 на 44 грамма - такую теплоту мы и получим, если сожжем 12 грамм углерода. Соответственно, в идеале для восстановления 55,8 грамм железа - а это чуть более семи кубических сантиметров - из окиси железа-2 надо затратить 44/64*12 = 8,25 грамм углерода - если в виде графита, то это 3,7 кубических сантиметра - ну, если он полностью соединится с кислородом, находящимся в окисле. А чтобы он соединился - окисел железа сначала надо разрушить, хотя бы немного. То есть нужно внешнее тепло. Или сжечь часть углерода, поставив в зону реакции внешний кислород.
Обратимая реакция при постоянной температуре в конце концов достигает равновесия - сколько образуется исходных веществ, столько же образуется и результатов реакции, и они не зависают в таком состоянии, а постоянно переходят друг в друга - исходные вещества реагируют и создают результаты реакции, а результаты - распадаются под действием тепла в исходные вещества. При образовании результатов тепло выделяется, при их разложении на исходные - тратится. То есть при некоторой температуре и условии, что объем замкнут, то есть отсутствуют потери или приход веществ, те же оксиды железа будут постоянно распадаться на чистое железо и кислород и соединяться в оксид железа. Повторю, это без внешнего воздействия. И чтобы сдвинуть эти обратимые реакции в нужную сторону - надо соответствующим образом воздействовать на них - например, постоянно вносить углерод, который будет соединяться с кислородом с выделением тепла, и удалять эти соединения, также удалять из зоны реакции и остающийся непрореагировавшим углерод обратно - другими словами, постоянно увеличивать концентрацию нужных веществ и уменьшать концентрацию ненужных. Естественно, сделать это довольно просто - результат окисления, то есть сгорания углерода - углекислый и угарный газы, которые могут естественным путем подниматься вверх. А результат восстановления железа - жидкий металл, который - также естественным путем - стекает вниз. То есть природа позаботилась о том, чтобы облегчить нужные процессы. Но, видимо, чтобы жизнь не казалась нам вечным праздником, она же подкинула в этот процесс несколько сложностей, борьба с которыми, собственно, и составляет секреты мастерства металлургов. И имя этим сложностям - примеси.
ГЛАВА 20.
Природа щедро замешала в руды и другие вещества все, что только оказалось под рукой и из всего, что только побывало рядом - осадочные породы, снесенные с соседних гор, потоки горячей воды, приносившие снизу десятки элементов, несвойственных данной местности, потоки магмы, вырывавшиеся в этом месте миллионы лет назад, да еще как следует перемешанные перемещениями коры, сдвигами и провалами - возможно, блендер сработал бы менее эффективно, чем природа. Кальций, магний, сера, фосфор, кремний, медь и цинк - все это и многое другое встречалось в рудах металлов в тех или иных пропорциях. Соответственно, все эти довески переходили и в металл. Какие-то из них были полезны, какие-то - вредны, третьи - не оказывали особого влияния на нужные человеку свойства металлов - и задачей металлургов было максимально избавиться от первых, сохранив, а при необходимости - и добавив - вторые. Ну а уж с третьими - как получится.