Металлургические печи: сначала чугун

Металлургические печи: сначала чугун

Металлургические печи — гигантские сооружения, внутри которых при высоких температурах происходят удивительные химические процессы, просто поражают воображение. Неудивительно, что людей, научившихся строить такие агрегаты, частенько посещали мысли о собственном величии и полномерной власти над природой.

Как оказалось, с природой не все так просто. Железо, самый распространенный на планете металл, в свободном состоянии практически не встречается: при соприкосновении с воздухом он быстро окисляется, прочно соединяясь с кислородом, и теряет ковкость и эластичность. Вот почему древние люди довольствовались метеоритным железом, которое еще не успело полностью окислиться в атмосфере.

Но с развитием ремесла человеку потребовалось большое количество металлических орудий труда, и пришлось придумывать способы освобождения железа из окислов.

Для начала люди попробовали подогреть железную руду до высокой температуры: засыпали ее вместе с древесным углем в большой теплоизолированный объем — горн или печку— и подожгли. В результате получилось вещество с неоднородной структурой, причем его характеристики каждый раз были разными — все зависело от качества топлива и руды и времени реакции. Иногда из полученного сплава получались неплохие изделия, иногда его приходилось выбрасывать. Так зародился первый этап развития металлургии.

Вскоре оказалось, что при восстановлении железа из оксидов с помощью угля оно слишком сильно насыщается углеродом, превращаясь в хрупкий и нековкий сплав — чугун. Для получения из чугуна более эластичного металла — стали — содержание углерода в нем нужно снизить до 1 % или меньше.

В те времена, когда процесс разделился, первая его стадия протекала уже в специально оборудованных доменных печах, которые позволяли выплавлять чугун хорошего качества и надежно отделять его от шлака. Благодаря строению и расположению отверстий для подачи горячего воздуха в печи на разной высоте устанавливается разная температура, поэтому химические процессы там происходят послойно.

В проветриваемой верхней части горна горит топливо, выделяя большое количество углекислого газа и тепла. Попадая в зоны, где недостаточно кислорода, газ взаимодействует с углем и переходит в монооксид углерода. Далее он вступает в реакцию с оксидами железа, восстанавливая их до металла, который начинает насыщаться углеродом из окружающего пространства.

Чтобы превратить чугун в сталь, надо снова подогреть его, уже в присутствии большого количества кислорода, он свяжет углерод и другие вредные примеси в окислы, которые либо улетучатся (если это газы), либо выпадут в виде шлака. Вот тут у древних металлургов начинались проблемы — технология восстановления железа из чугуна была только на начальном этапе развития.

До конца XVIII века они пользовались для этого так называемыми кричными горнами, в которых чугун нагревался на горящем угле, плавился и стекал сквозь продуваемую воздухом окислительную зону на дно печи. У этого способа было множество недостатков: низкая производительность, малый выход металла, неоднородность получаемого сплава, но это был единственный по тем временам дешевый метод производства железа.

Автор

Запись опубликована 21 Март 2011 в разделе Технологии