Металлы и человек

Обыкновенно в качестве флюсов на металлургических заводах используют известняк, реже — доломит и еще реже — мартеновские шлаки.

Кокс…

Обыкновенным каменным углем, даже самым лучшим антрацитом, не может питаться доменная печь. Ведь она привередлива. Ей нужен кокс.

Это и понятно. Тридцатиметровой высоты столб перемежающихся слоев руды, флюсов, горючего лежит в железокаменной трубе доменной печи. И все это вместе должно составлять губчатую, пронизанную порами массу, иначе сквозь нее не смогут пройти газы. Каменный уголь не сможет удержать этого столба грузов, он не обладает такой прочностью. Поэтому, перед тем как использовать его в домнах, каменный уголь превращают в кокс.

Далеко не всякий уголь может превратиться в кокс. Далеко не всякий кокс может пойти в доменную печь.

Впрочем, и кокс сегодня также изготовляют обычно не из одного какого-нибудь угля, а из смеси их. Этот процесс смешения углей напоминает усреднение руд. На Ждановском коксохимическом заводе он осуществляется следующим образом.

Четырех марок уголь поступает на этот завод. Уголь каждой марки поступает в свое хранилище — огромные башни высотой с восьмиэтажный дом.

И этот «пирог» — домне.

Из них уголь через специальные дозаторы направляется на ленту транспортера. Из каждого хранилища течет своя струйка угля: из одного — струйка потолще, из другого — потоньше, из третьего — опять толстая. Как бы многослойный пирог создают они налейте транспортера.

Этот пирог попадает в машины, где осуществляются перемешивание и размол угля. Только после этого смесь углей поступает в коксовые печи.

Коксовая печь — это узкая, но длинная и высокая щель. Ширина ее не превосходит 0,4 м — ведь ее боковые стенки и являются теми противнями, на которых жарится коксовый пирог для домны. Если сделать щель коксовой печи шире, пирог может не пропечься насквозь. Высота этой щели достигает 4,5 м, а длина — 15 м. Вот в нее-то и засыпается смесь углей для коксования.

Коксовые печи строят целыми батареями — одна щель вплотную к другой. А между ними оставляют узкие ходы, в которых сжигают газ. Стенки щелей, в которых лежит уголь, нагреваются до 1000–1100 градусов. Происходит сухая перегонка угля — ведь загореться он из-за отсутствия кислорода не может. Из него испаряются летучие вещества, куски угля срастаются между собой. Весь процесс длится 12–14 часов.

Специальная машина открывает дверцу коксовой печи и выталкивает из нее готовый кокс. Его тушат, охлаждают и сортируют. Только куски не менее 25 мм в поперечнике поступают в домну. Самый мелкий порошок кокса используется на агломерационной фабрике. Промежуточные фракции идут в металлургические цеха. Крошкой посыпают чугун в ковшах, чтобы он не покрывался твердой коркой.

Приготовленный таким методом кокс придирчиво исследуют в лабораториях. В специальный барабан загружают 410 кг кокса и начинают его вращать. 150 оборотов должен выдержать он, причем сквозь щели барабана должно отсеяться не больше определенного количества мелочи. А иногда делают и полный подробный химический анализ.

Такой длинный путь проходит каменный уголь, прежде чем он станет пригоден в пищу доменной печи.

Домна дышит…

Она вдыхает воздух, выдыхает доменный газ.

Но и дышать обычным воздухом, каким дышим все мы, не может доменная печь. И воздух для нее должен пройти специальную подготовку.

Нелегко приготовлять для домны ежеминутно 3500 кубических метров воздуха. Воздуха, содержащегося в зрительном зале Большого театра в Москве, доменной печи не хватит и на десять минут нормального дыхания. За час она вдыхает 270 тонн воздуха, за сутки — 6500 тонн. Чтобы увезти этот воздух в сжиженном, например, виде, понадобилось бы шесть товарных эшелонов.

Подают такое количество воздуха специальные гигантские вентиляторы— воздуходувки. Они засасывают воздух и сжимают его до давления в 3–3,5 атмосферы. Приводятся в действие воздуходувки паровыми турбинами. Мощность паровой турбины, приводящей одну воздуходувку, — 14 тысяч лошадиных сил. Табун в 14 тысяч лошадей, оказывается, нужно, чтобы прогонять сквозь домну ежесуточно 6500 тонн воздуха!

Сжатый воздуходувками воздух надо нагреть до температуры 800—1000 градусов. Для этого на пути его к домне ставят специальные воздухонагреватели — так называемые кауперы. Они представляют собой гигантские, под стать домне башни. Внутри они имеют огнеупорную решетчатую кладку, занимающую большую часть внутреннего пространства. Эта кирпичная кладка и является своеобразным аккумулятором тепла.

Сначала в свободной от кладки части башни сжигают доменный газ. Яростное пламя клокочет в тесной камере. Горячие газы горения с грохотом проносятся сквозь решетку кирпичной кладки и нагревают ее до температуры более 950 градусов. Тогда пламя горелки выключают, а через каупер начинают прокачивать воздух, направляемый в домну. Он нагревается, проходя через кирпичную кладку, до температуры 800–900 градусов.

Конечно, кауперов около каждой домны строят несколько — три, а то и четыре. Пока один обслуживает домну дутьем, другой нагревается, третий находится на ремонте. Но ведь и температура воздуха, проходящего сквозь каупер, постоянно снижается. А ведь домне и воздух нужен с постоянной температурой.

Это обеспечивается специальными автоматическими устройствами, которые направляют в каупер только часть идущего в домну воздуха, причем изменяют постоянно эту часть таким образом, что, смешавшись за каупером с холодной частью потока, они создают смесь постоянной, ровной температуры.

…Когда-то, всего чуть больше ста лет назад, считали, что чем холоднее дутье, подаваемое в домну, тем «ровнее ее ход». Вывод этот делался из того, что зимой печи работали несколько лучше. Первый же опыт в этом направлении изменил все устоявшиеся представления.

Оказалось, что нагрев дутья всего на 300 градусов снижает расходы топлива почти на одну треть. Одновременно процесс интенсифицируется, идет более энергично, производительность домны повышается. Это и понятно: энергии кокса в этом случае не надо тратиться на подогрев воздуха. Заключенное в нем тепло целиком уходит на полезную работу.

Чем выше температура дутья, тем экономичнее работа домны. Поэтому металлурги ведут борьбу за повышение температуры дутья.

В последние годы делаются опыты по обеспечению и постоянства влажности дутья, постоянства содержания в нем водяного пара. Начали добавлять в дутье доменных печей и природный горючий газ — это снижает расход кокса. Доменная печь, оказывается, дышит не только подогретым, а прямо-таки кондиционированным воздухом. Таким воздухом мы едва-едва начали обеспечивать немногие лучшие концертные и театральные залы.

Доменной печи нужно не только есть, дышать, но и пить. Правда, воду она потребляет только для охлаждения. Целые реки ее текут в трубопроводах нижней части стенок печи, ее горна, охлаждают металл фурм, по которым подается дутье.

Для охлаждения доменной печи требуется около 20–25 кубометров воды на каждую тонну выплавляемого чугуна. Значит, в сутки крупная доменная печь прогоняет по венам своей охлаждающей системы 50 тысяч кубометров. Это целое озеро длиной в 100, шириной в 100 и глубиной в 5 м!