Особливо вимогливі були військові. Кримська війна поставила крапку в історії гладкоствольної зброї на чорному поросі. Тиск в нарізних стволах виросло в кілька разів, а динамічні навантаження на них більш ніж на порядок. Нарізний ствол в принципі не може бути виготовлений з чавуну, сирого заліза, міді або бронзи. Натомість пробивна здатність випущених з нарізних снарядів зросла також в рази - двухфутовие дубові борту і плетені фашини з земляний засипанням, в яких застрявали чавунні ядра, сталевий снаряд ожівальной форми пронизував як ніж масло. Військові флоти остаточно прощалися з вітрилами і одягалися в броню. В ході змагання снаряда і броні була винайдена торпеда. Її ідеальним носієм виглядала вже відома тоді підводний човен, але вже швидкохідний і глибоководна, з спецсталі. Під час громадянської війни в США був побудований і перевірений в бою перший в світі бронепоїзд.
Попит народжує пропозицію - в 1856 р Генрі Бессемер запатентував коверторний спосіб отримання сталі. Однак він був реалізуємо тільки на великомасштабному виробництві, розташованому поблизу джерел хорошою залізної руди і палива для доменних печей: переробляти чавун в сталь конверторним способом потрібно негайно по його виплавці. Це давало вирішальну перевагу країнам, здатним організувати у себе комплексне металургійне виробництво: єдиної системи світових економічних зв'язків, світової спільноти і міжнародних законів тоді і в помині не було. Щоб про них замислитися толком, після франко-прусської війни (яку марксисти вважають першою з імперіалістичних воєн) знадобилися ще дві світові бійні. А поки економічна карта світу була схожа на клаптикову ковдру, яке власники якісного вугілля і сталі могли перекроювати на свій розсуд.
У Франції це був час Другої імперії. Країною правив дуже дурний, самозакоханий, войовничий, зухвалим і хамуватий випивака племінник Наполеона Бонапарта Наполеон Третій, якому Віктор Гюго дав витончено-знущальне прізвисько Наполеон Малий - останній французький імператор був високого зросту і міцної статури. Наполеоном Другим бонапартисти вважали ніколи не правив і померлого в еміграції сина Бонапарта. У країні панували корупція, кумівство, Міліцейська і цькування неугодних спецслужбами; лютувала цензура.
Наполеон Малий не приховував своїх завойовницьких планів, не обтяжуючи себе забезпеченням їх ні зв'язковий конструктивної ідеологією, ні чіткої державною доктриною. Чи не приховував і того, що першою метою майбутнього нападу є Німеччина, успішно яка повставала в єдину сильну державу з купи політичного мотлоху, що залишився від «Священної Римської імперії німецької нації». Острівна Англія, що володіла могутнім паровим флотом, відверто підбурювала Малого: принцип Черчілля «нацькувати їх один на одного, і нехай вбивають якомога більше» домінував в британській зовнішній політиці задовго до народження сера Вінстона.
Німеччиною, тоді ще називалася Пруссією, керував холодний, жорстокий, але розумний, досвідчений, далекоглядний і розважливий Бісмарк. Він робив вигляд, що закриває очі на наполеонівські плани Малого, але поволі посилено готував країну до війни, особливу увагу приділяючи інфраструктурі, металургії і важкого машинобудування. Саме завдяки Бісмарку склався промисловий комплекс Рура. І в той же час Бісмарк вів складну дипломатичну гру, майстерно лавіруючи між Англією і Росією, з метою: виключити безпосередню військову допомогу Франції від кого б то не було.
Принцип дії
Мікроструктури чавуну і сталі
Примітка: в деяких марках спецсталі заліза менше, ніж хрому, нікелю, титану, танталу і ін.
Залежність температури плавлення евтектичного сплаву двох металів від співвідношення вмісту компонент
Порівняйте, наприклад: температура плавлення олова 230 градусів Цельсія, свинцю 330 градусів, а припою ПОС-61 для пайки компонент радіоелектроніки, що складається з (60 ... 62)% олова (решта - свинець) - 190 градусів. Пояснюється це тим, що при нагріванні починається взаємна дифузія компонент в мікрогранулах і утворюються мікроскопічні крапельки з цього розчину, швидко розчиняє в собі весь злиток. При охолодженні розплаву нижче критичної для евтектики температури розплав також швидко застигає, розділяючись на мікрогранули компонент.
Температура, градусів Цельсія
Верхній температурний поріг в 1500 градусів визначається також тактико-економічними міркуваннями. Нижче неї можна обійтися порівняно недорогим і доступним шамотом; вище - потрібні більш жаростійкі вогнетриви, у Франції того часу 100% імпортовані.
- Нагрівання запускається на повну потужність, щоб якомога швидше прогріти робочий простір вище 1200 градусів. Звід інтенсивно поглинає тепло;
- Проводиться заправка печі дрібним чистим ломом і залізною рудою (в скрап-рудному процесі, див. Далі);
- У піч завалюється вапняк і ординарний сталевий брухт;
- Заливається чавун;
- Внаслідок виділення тепла вигорає з чавуну вуглецем вміст ванни плавиться. Нагрівання зменшують, а якщо чавуну більш 56-57% по масі, то вимикають і включають наддув кисню. Далі в такому випадку піч працює як кисневий конвертор;
- Температура газів, що відходять підвищується до 1650-1700 градусів. Регенератори на їх шляху активно поглинають тепло і нагріваються до 1200-1300 градусів. Залишкові гази з температурою 600-800 градусів проходять теплообмінник котла-утилізатора і йдуть в димохід;
- Відбувається плавка металу, див. Далі;
- Здійснюється доведення розплаву і введення в нього (якщо потрібно) легуючих присадок);
- Розплав випускають;
- Проводять візуальний огляд печі на предмет необхідності ремонту та перевірку тяги на предмет необхідності чищення шлаковиків від шлакової пилу;
- Проводять профілактичний ремонт (наварку) подини дрібнодисперсним магнезитовим порошком;
- Перемикають перекидні пристрої і цикл повторюється, тільки впускні і випускні повітряні і газові вікна міняються місцями.
Основна плавка
- Якщо використовується чушкового чавун, попередньо плавлять його в вагранці.
- Після заливки рідкого чавуну домішки кремнію, марганцю і, частково, фосфору в чавуні активно забирають кисень з оксидів скрапу і руди. Або, при скрапова плавці, з оксидів скрапу і вільний надлишковий з вдихається.
- На поверхні розплаву утворюється шар основного шлаку, який зв'язує в оксидах ще фосфор і кальцій.
- Якщо завантажувався кондиційний чавун, то безпосередньо перед початком кипіння ванни шлак скачують. Якщо вводився фосфористий чавун, то скачування шлаку виробляють багаторазово за вказівками майстра-сталевара.
- Починається кипінняванни: утворилася під час плавлення шихти закис заліза FeO віддає кисень вуглецю чавуну і скрапу. Активно виділяється моноокись вуглецю CO (чадний газ), що і створює враження кипіння розплаву.
- Щоб підтримати кипіння, в піч довантажують руду (в скрап-рудному процесі) або вдувають кисень (при скрапова плавці).
- Розплав дегазується і гомогенізується (стає однорідним). З розплаву «висмоктуються» в шлак також неметалеві домішки. І, що дуже важливо, багаторазово збільшується поверхню розділу між расплавами шлаку і металу.
- У піч довантажують вапно з добавками розріджувачів - бокситу або плавиковогошпату.
- Наводиться хімічно активніший новий основний шлак.
- Кальцій в наведеному шлаку відбирає кисень у FeO, повертаючи залізо в розплав.
- CaO в наведеному шлаку пов'язує залишки фосфору в розплаві і більшу частину сірки. Для отримання особливих сортів сталей залишки сірки видаляють позапічної методами в ковші.
- Під час кипіння вигорає багато вуглецю. Тому перед закінченням кипіння (момент визначає майстер) зачерпують ручним ковшем (ложкою) пробу розплаву і відправляють в лабораторію на експрес-аналіз.
- За результатами першого експрес-аналізу додають в розплав дрібнодисперсний вуглець для отримання стали заданої марки.
- Коли розплав википить, роблять другий експрес-аналіз і за вказівками лабораторії додають в розплав раскислители: феросиліцій або феромарганець, для отримання нейтральної хімічної реакції розплаву. Виливки з розплаву кислого або лужного вийдуть красноломкость.
- Додають в розплав, якщо треба, легуючі присадки і доводять його годину-півтора. Доведення розплаву потрібна для повного розчинення і рівномірного розподілу в ньому раскислителей або присадок.
- Випускають розплав з печі.
Розберемося по порядку.
непродуктивності
трудомісткість
дефіцит руди
У чорній металургії є два золотих правила. Перше - ніякого палива на переділ. Друге - заліза в металі після переділу має залишитися стільки ж, скільки було до нього.
Бесемерiвський конвертор палива не вимагає: він сам розігрівається вигорає вуглецем, як тільки піде кисень. Втрати металу в конверторі в перерахунку на залізо становлять 3-5%. Електродугова піч втрачає 1-2% заліза і може бути незалежній: з урахуванням ККД перетворення виділяється з розплаву тепла з великим запасом вистачає на запалювання і підтримку дуги.
Початкові і додаткові витрати
Сучасність або анахронізм?
