Знание-сила, 2004 № 10 (928) - [2]
Меняются не только сталь и температурные режимы ее плавки, но и сам процесс производства. Вот лишь две идеи, которые, если удастся их реализовать, свершат революцию в мире доменных печей.
Вращающийся конвертер Бессемера
Современная установка для выплавки и разлива стали
Американский ученый Цзянь-Ян Хван из Мичиганского технологического университета разработал метод, который может существенно упростить производство стали. В своих лабораторных экспериментах он соединял шесть обычных микроволновых печей, увеличивая мощность их магнетронов — сверхвысокочастотных устройств, генерирующих импульсные и непрерывные электромагнитные колебания. Затем подключал каскад микроволновок к электрической дуговой печи, в которой переплавляют скрап — опилки, стружки, металлолом. В эту печь Хван засыпал оксид железа и уголь. Через несколько минут за счет энергии микроволновых импульсов образовалась расплавленная масса стали, поскольку железо в присутствии угля восстановилось из своего оксида и превратилось в сталь.
Этот метод значительно дешевле традиционных способов получения стали, поскольку число производственных операций уменьшилось вдвое. «Кроме того, оксид железа в доменной печи разогревается до температуры 1000°С в течение нескольких часов. В микроволновой печи все происходит за минуту» — отмечает Хван. Другие преимущества метода в том, что для восстановления железа используется обычный уголь вместо дорогого кокса, а выброс в атмосферу парниковых газов и диоксида серы сокращается. Американские сталелитейные предприятия уже заинтересовались необычной технологией.
Одна из опытных установок Бессемера
Конструкции из тонких стальных листов и стержней
Набор инструментов из стали
Современый способ разливки стали
Если сталь содержит от 1,5 до 0,7 % углерода, то она тверда и хрупка. Из такой стали изготавливают лезвия бритв, хирургические инструменты.
При содержании углерода 0,7 - 0,25 % сталь становится более вязкой; твердость ее снижается. Эта сталь идет на изготовление рельсов, деталей машин и каркасов домов.
Когда концентрация углерода в стали опускается ниже 0,25 %, пластичность ее заметно возрастает. Теперь из стали можно штамповать консервные банки, тянуть проволоку или плющить тонкие листы.
В некоторых случаях применяется сталь, вообще не содержащая углерода. Она очень мягка и быстро ржавеет. Ее используют в магнитных устройствах.
Другое направление поиска родилось еще лет сто назад — именно тогда впервые задумались о том, чтобы изготавливать листовую сталь непосредственно из расплавленной массы, минуя промежуточные операции. В то время эта идея была технически неосуществима. Раскаленную сталь по-прежнему разливали, получали из нее отливки, а затем раскатывали их в листы.
К забытой идее вернулись лишь в последние годы. Сейчас в Германии ведутся промышленные испытания технологии «литья в ленту». Выглядит это так: тигель с кипящим железом осторожно переворачивают. Расплавленная масса течет между двумя вращающимися валками и застывает в виде длинной тонкой ленты. Метод требует чрезвычайной точности. Если расплав выливается из тигля слишком быстро, то струя железа не попадает в зазор между валками и проливается на прокатный стан, повреждая его. Если валки вращаются медленно, возникает затор и раскаленный металл переливается в сторону Если они вращаются быстро, жидкая масса проскальзывает между ними, не успевая затвердеть, и опять же растекается по установке. Точность исчисляется долями секунд и сантиметров, экономия — миллионами долларов и рублей.
Возможности применения стали и теперь, несмотря на обилие новых искусственных материалов, кажутся неограниченными. По признанию ведущих специалистов, на исследование потенциала стали уйдет еще не одно столетие. И слава Богу! Недостатка в сырье не будет. Железо — один из самых распространенных элементов на нашей планете. Земное ядро состоит в основном из него.
Вдобавок сталь, в отличие от многих других материалов, хорошо поддается переработке. Сейчас объем ежегодного мирового производства стати составляет около 900 миллионов тонн; почти половину получают путем переработки металлолома Сталь, как облако у меня за окном, готова принимать все новые формы. Из старых вагонов рождаются каркасы мостов, из рельсов — ножи и скальпели. Качество стати из скрапа ничуть не хуже, чем из руды, зато цена вдвое ниже.
Главный недостаток стали — ржавчина. Литейный чугун, насыщенный углеродом, практически не ржавеет. Когда же содержание углерода падает, возникают проблемы. Убытки от коррозии астрономически велики. В странах Центральной Европы ржа съедает порядка четырех процентов валового национального продукта, в странах с более влажным климатом — и того больше. Приходится наносить на сталь лакокрасочные покрытия, оцинковывать ее, изготавливать специальные нержавеющие сорта стали. Некоторые из них противостоят даже чрезвычайно агрессивной среде, например, соленой морской воде.
А новшеств становится все больше. Черная металлургия опять переживает подъем, но о ее достижениях мы узнаем, скорее, по косвенным фактам — ведь мы невнимательны к этой ведущей отрасли хозяйства. Лишь мимоходом мы узнаем, что на такой-то электростанции снизился выброс вредных веществ, поскольку турбину изготовили из специальной стали, что повысило ее КПД, или что автомобиль данной марки стал потреблять меньше топлива, так как его кузов сделан из облегченного сорта стали. Наше незнание не умаляет достижений изобретателей. Жизнь и в XXI веке будет идти под знаком стали, под ее нестареющей маркой.
