Черная металлургия сначала отрывает от кислорода железо, а затем долго с железом возится в жидком виде. Чистит его от нежелательных примесей, добавляет в него улучшающие свойства железа химические элементы (легирует его), из затвердевшего железа (которое уже называется сталью) катает балки, листы, проволоку, трубы и в ряде случае еще и наносит на их поверхность различные покрытия. Черная металлургия СССР производила стали больше, чем какая-либо иная страна мира, и работало в отрасли 3 млн. человек.
Те химические элементы, которые добавляются к стали, также находятся в природе в виде соединений и прямо из природы для добавления к стали не годятся, их тоже нужно выделить из окислов. Этим в составе черной металлургии занимаются ферросплавщики. Они отрывают нужный элемент от кислорода, вернее наоборот — кислород от нужного элемента, и сплавляют этот элемент с железом, получая железный сплав (ферросплав). Сплавляют нужные элементы с железом чаще всего потому, что для черной металлургии в чистом виде химические элементы получать не только очень дорого, но и очень невыгодно — они очень сильно угорают при введении их в сталь.
Из всех химических элементов, которые используются для легирования, три отличаются своей универсальностью и огромным объемом производства — кремний, марганец и хром. Первые два присутствуют практически в любой стали, а хром — в любой качественной стали.
Издалека процесс получения ферросплавов кажется проще пареной репы. Возьмем производство ферросилиция — сплава железа с кремнием (кремния в этом сплаве в зависимости от марки от 12 до 80 %). Есть в природе такой минерал — кварцит, в нем где-то в среднем 97 % двуокиси кремния — химического соединения, в котором один атом кремния удерживает два атома кислорода. При нормальной температуре кремний этот кислород не отдаст. Но если рядом с молекулой двуокиси кремния положить два атома углерода и начать нагревать, то с ростом температуры сила, с которой кремний удерживает кислород, ослабевает, а сила, с которой углерод может удержать кислород, растет. И при достижении нужной температуры атомы углерода отрывают от атома кремния по одному атому кислорода, образуют с кислородом газообразное соединение моноокись углерода (угарный газ), который улетает из зоны реакции, а свободный атом кремния уходит в жидкий сплав. Что может быть проще? (Точно так же можно описать производство всех ферросплавов). Но, к сожалению, эту реакцию всем металлургам хочется провести, да редко получается провести ее хорошо.
Проблемы технологии. Давайте поговорим немного о месте, в котором ведут химические реакции получения ферросплавов.
Я уже плохо помню необходимые числа, поэтому пусть меня извинят металлурги за неточности в описании параметров. Ферросплавный цех можно представить себе в виде 9-14 этажного здания, примерно метров 50 шириной и метров 200 длинной. Внутри в длину оно разделено на две части, на два пролета — печной и разливочный, названия пролетов говорят сами за себя. В разливочном пролете, вдоль которого расположены колонны, несущие высоко вверху рельсы крановых эстакад, мостовые краны переносят пустые ковши и ковши с металлом, разливают металл в Чугунные плоские емкости — изложницы, либо ставят ковши на опрокидыватели разливочных машин. Тут же таким же способом Перемещаются короба с металлом и с различными нешихтовыми материалами, поступающими в цех. Краны называются мостовыми, поскольку как мост переброшены с одной эстакады на другую, сами они перекатываются по рельсам вдоль пролета, а по мосту крана катаются поперек пролета две крановые тележки с лебедками для подъема грузов.
Цеха, в которых процесс получения сплавов сопровождается большим количество шлака (при производстве ферросилиция шлака очень мало, около 2–3 % от веса металла), имеют и шлаковый пролет (у нас в Ермаке в цехе углеродистого феррохрома шлаковый пролет был под открытым небом). В шлаковом пролете такие же мостовые краны обрабатывают шлаковни (короба, отлитые из толстого чугуна) с жидким и затвердевшим шлаком, вываливая шлак из последних в думпкары (самоопрокидывающиеся железнодорожные платформы).
В печном пролете находятся печи, обычно не более 8. Чтобы представить себе печь, возьмите реально или мысленно кастрюлю — это кожух печи, но выполняется он сварным методом из листов 10-20-мм стали. Диаметром кожух до 12 м и в высоту до 6 м. Теперь возьмите сахар и его кусочками плотно и ровненько заложите дно кастрюли примерно на треть ее высоты — это подина или под печи. В реальной печи подина выкладывается огнеупорами — угольными блоками или магнезитовым кирпичом. Теперь обложите сахаром внутренние стенки кастрюли на всю оставшуюся высоту примерно на четверть диаметра — это стены печи. Весь сахар (подина и стены) будет моделировать то, что на печи называется футеровкой, т. е. тепловой защитой, а металлурги, глядя на вас, скажут, что вы отфутеровали кастрюлю.
На уровне подины к наружной поверхности печи в футеровке делается сквозной канал. По нему из печи будут вытекать образующиеся на подине печи в ходе плавки металл и шлак. Этот канал называется леткой, место, в котором летка выходит из наружной стенки печи, называется горном печи, а металлурги, обслуживающие горн (вытекающие металл и шлак из печи), называются горновыми. Работают они на втором этаже печного пролета, который обычно расположен в 2,5–4 м от пола цеха и называется либо площадкой горновых, либо «отметкой» с указанием числа метров от уровня земли (все этажи в цехе принято называть так — «отметка»). Выше (если считать пол первым этажом, то на третьем этаже) на уровне верхнего среза нашей кастрюли (кожуха печи) находится площадка плавильщиков, которую можно называть и колошниковой (об этом ниже). На этой площадке находится пульт управления печью и работают металлурги, которых называют плавильщиками, поскольку их задача выплавить из сырья металл.
Город Актюбинск, 1956 год. Обер-мастера М. Друинский (слева)
и И. Галаган у печи на колошниковой площадке, На заднем плане
виден колошник печи весь в пламени догорающих газов. Под
зонтом виднеется электрододержатель первого электрода, справа,
на рельсах, — завалочная машина Плюйко
Внутренний объем вашей кастрюльки, образованный сахарным подом и стенами, а в настоящей печи — огнеупорной футеровкой, называется ванной печи. Поставьте в ванну три бутылки (если влезут), а лучше три бумажных цилиндра так, чтобы между ними и футеровкой было примерно одинаковое расстояние. Этими цилиндрами вы смоделируете расположение электродов. На самом деле электроды подвешены над ванной и каждый из них может перемещаться вверх или вниз. По электродам в ванну вводится электрическая мощность. Очень большая. (Забегая вперед, и для сравнения скажу, что тот завод в Ермаке, который построил М.И. Друинский, потреблял мощность, которую должны были бы выработать три такие электростанции, как знаменитая Днепрогэс, и этой мощности хватило бы, чтобы очень ярко осветить все квартиры города с 3–4 млн, жителей.)
Электроды состоят из кожуха, выполненного из стали толщиной 3–5 мм, внутрь кожуха засыпается электродная масса. По мере нагрева эта масса сначала размягчается, заполняя кожух, а затем коксуется, превращаясь в твердый угольный цилиндрический блок, диаметром (в зависимости от мощности печи) от 0,9 до 2 м. И по этому блоку внутрь печи вводится электрический ток силою от 40 до 100 кА (килоампер). В быту лампочка в 100 ватт считается достаточно яркой, а по ее спирали идет ток менее 0,5 А, т. е. через каждый электрод проходит ток, способный зажечь до 200 000 лампочек, но между электродом и находящимся на поде печи металлом этот ток зажигает электрическую дугу, температура которой около 10 000°. Вот этими дугами и нагревается то, что подается в печь. Теперь об этом.
Продолжим моделирование. Возьмем рис и будем считать, что это руда для получения кремния — кварцит, возьмем гречку, которая смоделирует кокс, возьмем пшено, которому поручим обозначать железную стружку, смешаем все крупы и засыплем доверху в ванну, в пространство между футеровкой и электродами.
Отдельный компонент — это сырье, а вот их тщательно отдозированная смесь для получения металла называется шихтой. Для подачи в печь шихта тщательно дозируется мелкими порциями и делается это так: в специальные весы сначала засыпается (к примеру) 300 кг кварцита, затем 90 кг кокса, затем 50 кг стружки (все компоненты шихты) — и так порция за порцией. Каждая порция называется колошей. Поэтому поверхность шихты в печи — место, куда подаются (вручную или механизированно) колоши, — называется колошником.
Думаю, что для начала терминологии хватит, новую буду пояснять по ходу повествования.
Темная металлургия
В биографии Друинского для меня невероятна та скорость, с которой он повышался в цеховых должностях. В январе 1943 на Актюбинском ферросплавном была пущена первая печь, и 17-летний помощник горнового Миша Друинский впервые увидел, как она работает, а всего через год, в мае 1944-го он становится бригадиром печи! Мало этого, он вспоминал: «В августе 1943 года была введена в эксплуатацию электроплавильная печь № 3, бригадиром в нашей смене был назначен 18-летний Александр Макшаев…». А в июле 1945 года Друинский уже мастер блока печей!
