Изобретение Бессемера, называемое «бессемерованием», произвело огромный переворот в железоделательном производстве. Бессемер открыл совершенно особый способ получения железа и стали, отличный от всех предыдущих. Изобретение его положило собой начало новой эпохе в области черной металлургии.
Генри Бессемер родился в 1813 г. в семье английского инженера, имевшего мастерскую для литья типографского шрифта. После окончания народной школы Генри стал работать в мастерской отца. Ему поставили особый токарный станок, дали возможность делать из типографского металла все, что угодно.
Генри не имел систематического теоретического образования, но в результате разносторонней практической работы он приобрел большие знания, проявляя интерес к всевозможным отраслям промышленности.
Изобретения Бессемера многочисленны (их около 120) и разнообразны. Начал он с изготовления металлических слепков с гипсовых фигур. Затем он придумал такой способ прессовки бархата, при котором тиснения надолго оставались прочными. Он же положил начало нынешнему способу фабрикации карандашей; вместо распиливания графитных брусков Бессемер предложил прессовать графитный корешок. Бессемер открыл способ производства золотого порошка; он сконструировал усовершенствованный пресс для выжимки без остатка сока из сахарного тростника; он изобрел непрерывно действующий тормоз для железных дорог, построенный точно на таких же основаниях, как нынешние тормоза.
Целый ряд изобретений Бессемера не получили практического применения только лишь потому, что они шли впереди нужд промышленности того времени. Изобретателю было уже свыше 40 лет, когда он впервые заинтересовался сталелитейным делом. Первый патент на новый способ получения железа и стали он взял в октябре 1855 г.
До того, как Бессемер предложил свое изобретение, существовало два способа переделки чугуна з железо и сталь. Первый способ называется кричным. При кричном способе куски чугуна накладывались в особый горн, похожий на кузнечный, и расплавлялись на древесном угле. В горн вдувался воздух. При этом углерод и вредные примеси чугуна выгорали. На дне горна собирались частицы железа, образуя так называемую крицу. Понятно, что этот способ не мог получить большого распространения, так как требовал дорогого древесного топлива. К тому же это топливо далеко не всюду находилось в достаточном количестве. Правда, кричный способ давал металл высокого качества, но препятствовал развитию массового производства железа и стали. Этот способ мог применяться только в таких лесистых районах, как наш Урал или Швеция.
 |
| Производство железа и стали по способу Бессемера на старом сталелитейном заводе |
Однако пудлингование имеет и целый ряд весьма больших недостатков: значительная затрата рабочей силы, большие затраты топлива (от 800 до 1 800 кг на одну тонну пудлинговой болванки), высокие потери металла при работе (угар равен от 8 до 15 проц.), небольшая производительность печей (в сутки печь давала около 9 т ковкого железа). Все это значительно удорожало получение пудлингового железа, качество которого было ниже кричного.
Бессемер предложил совершенно иной способ передела чугуна в железо и сталь. Для выжигания вредных примесей не надо никакого топлива, нет никакой необходимости нагревать снаружи плавильный металл.
 |
| Продувка чугуна в конверторе Томаса |
Температура в конверторе должна оставаться все время около 1 600°, т. е. настолько высокой, чтобы металл не застывал. Но чугун, поступая из домны в конвертор, имеет температуру всего около 1 200°, а воздух продувается сквозь конвертор холодным, т. е. еще отнимает тепло. Почему же температура в ванне бессемеровской печи не только не понижается, но даже повышается? — Очевидно здесь получается какой-то добавочный источник тепла.
Действительно, это так и есть. Добавочное тепло получается благодаря тому, что примеси чугуна (кремний, марганец, углерод) сгорают за счет кислорода продуваемого воздуха. При этом главное значение имеет кремний. Уже 1 проц, его повышает температуру металла почти на 200°.
При всех прежних процессах плавления всегда искали источник повышения тепла извне. Бессемер же нашел внутренний источник тепла. Оказалось, что для превращения чугуна в расплавленную сталь не требуется никаких горючих материалов, а нужен лишь постоянный приток воздуха.
Процесс бессемерования, стало быть, заключается в получении жидкого металла помощью выжигания примесей чугуна за счет кислорода воздуха.
Преимущества бессемеровского способа совершенно ясны. Процесс передела чугуна в железо и сталь не вызывает никаких расходов на горючие материалы. Металл получается не в тестообразном, а в жидком виде и совершенно свободным от шлаков. Качества получаемого при бессемеровании металла чрезвычайно высоки. Бессемерование позволило получать литое железо или сталь в больших количествах, так как производительность конвертора весьма велика (до 80 т в час).
 |
| При повороте конвертора в горизонтальное положение сталь выливается в разливочный ковш |
Процесс бессемерования, как видим, весьма прост. Тем не менее он требует весьма сложного оборудования как для вмещения больших масс металла, так и для вдувания воздуха. Однако затраты на это оборудование вполне возмещаются большими преимуществами бессемеровского способа.
Чем же было вызвано изобретение Генри Бессемера?
В 1826 г. в Англии между городами Стоктоном и Дарлингтоном была построена первая в мире железная дорога. Вслед за этим началось интенсивное строительство железных дорог и в других странах. Рельсы железных дорог делались в то время из чугуна. Но чугунные рельсы были пригодны лишь до тех нор, пока паровозы строились сравнительно небольшими и легкими. Как только в употребление начали входить более тяжелые паровозы, чугунные рельсы стали явно непригодными благодаря своей хрупкости. Для производства рельсов потребовался более прочный металл.
Вслед за железными дорогами спрос на прочный металл предъявила военная промышленность. Крымская война 1854—1856 гг. показала всю непригодность применяемых в то время пушек.
Потребности железнодорожного и артиллерийского дела поставили задачу получения прочной литой стали, ту самую задачу, которую разрешил своим изобретением Бессемер.
Крымская кампания показала низкий уровень артиллерийской техники. Бессемер заинтересовался артиллерией. Вскоре он предложил вместо круглого ядра удлиненное и заостренное на конце. Затем он первый предложил сделать на снаряде винтовые нарезы, которые придают ему вращательное движение, — таким образом достигается прямой полет.
Свое изобретение Бессемер предложил военному министерству. Но министерство категорически отказалось от него. Пришлось изготовить собственную пушку для производства опытов. Бессемер едет во Францию. С большим трудом ему удалось обратить внимание французского правительства на свои работы. На военном полигоне испытывались новые тяжелые снаряды. Стрельба прошла удачно. После стрельбы один из присутствовавших офицеров заметил:
— Опыты прошли очень удачно, но я считаю небезопасным стрелять этими снарядами из чугунных пушек. Сущность дела заключается в том, могут ли быть устроены пушки, достаточно прочные для столь тяжелых снарядов?
«Это простое замечание, — пишет в своей автобиографии Бессемер, — было искрой, которая должна была зажечь один из величайших переворотов в промышленности XIX столетия. В это мгновение я не имел еще ни малейшего представления о том, каким образом может быть решена эта новая и важная задача, но уже одно то обстоятельство, что может быть сделано изобретение, имеющее большое значение, подстрекало меня. Моя цель была — получить металл, со свойствами, подобными свойствам железа и стали, но который можно было бы в жидком состоянии отливать в формы или болванки».
Так родилась идея замечательного изобретения. Бессемер возвращается в Лондон и уже через три недели заявляет свой первый патент на «усовершенствование в получении железа и стали».
К этой работе Бессемер приступил с весьма слабыми познаниями. Однако сам он был склонен видеть в этом даже некоторого рода преимущество.
«Мои познания в металлургии железа были в это время очень ограничены. Для меня это было выгодно в том отношении, что мне не приходилось переучиваться. Я мог совершенно беспристрастно смотреть всякому вопросу прямo в лицо, мог по всем пунктам взвесить за и против без предубеждения и без предвзятых мнений, а в случае надобности не пугался пойти по совершенно новому пути».
Начал свои опыты Бессемер с применения пламенной печи. Сперва он расплавлял в ней только один чугун, а затем стал прибавлять и железные отбросы.
Однажды во время плавки чугуна Бессемер заметил, что с краю лежит еще нерасплавленный кусок чугуна. Он пытался расплавить кусок, усилив приток воздуха, но это не помогло. Тогда он решил втолкнуть стержнем кусок в расплавленную массу. Но тут Бессемер заметил, что кусок этот был пустотелым и его верхняя часть превратилась в кору обезуглероженного железа.
Бессемер начал упорно доискиваться, почему металл внутри сосуда расплавился раньше, чем по краям. И он пришел к выводу, что металл по краям содержал меньше углерода, так как воздух и пламя печи удалило углерод из крайней части болванки. Бессемер понял, что таким путем возможно обезуглероживать большое количество металла, — действием тока воздуха превращать чугун в сталь.
Но этот вывод надо было проверить. Бессемер поместил тигель с расплавленным чугуном в печь, плотно вставил в чугун газовую трубку, соединенную резиновым рукавом с воздуходувкой, и стал продувать сквозь тигель воздух. Через полчаса он убедился в правильности своих предположений: чугун не остывал, углерод горел, и получалась чистая сталь. Так Бессемер изобрел бессемерование.
«Ведь это был, — говорит изобретатель, — первый большей литой кусок ковкою чугуна, который видели человеческие глаза. Я имел теперь неопровержимое доказательство, что расплавленный чугун возможно в полчаса довести до неслыханной до тех пор температуры и отнять от него углерод и кремний, не употребляя никакого другого топлива, кроме того, которое содержится в нем же самом, и не затрачивая человеческой работы».
Бессемеру пришлось еще много поработать, прежде чем он нашел для конвертора наиболее подходящую форму груши, в которую воздух вдувается через отверстия, находящиеся на дне сосуда. Этот первый результат имел колоссальное значение для всего дальнейшего развития металлургии.
Оставалось перевести открытие из лаборатории в производство. Бессемер решает ознакомить со своей работой широкие круги инженеров и промышленников. Он ставит в Британской ассоциации свое сообщение на тему: «Изготовление железа и стали без огня».
Противниками Бессемера явились те предприниматели, которые боялись, что новый способ получения железа и стали приведет к обесцениванию старого оборудования (пудлинговых печей).
Однако нашелся один заводчик, предложивший бесплатно Бессемеру свой железоделательный завод для дальнейших опытов. Опыты дали блестящие результаты, и Бессемер сейчас же продал нескольким заводчикам право использования своего патента.
Бессемер торжествует, но не надолго. Все заводы, купившие у него патент, должны были вскоре прекратить производство: получался очень ломкий металл. Ясно, что произошла какая-то серьезная ошибка. Но в чем эта ошибка? Снова два года упорной работы. И снова удача. Вопрос разрешен. Оказалось, что Бессемер брал для своих опытов чугун с малым содержанием фосфора. Только из такого чугуна могла получаться хорошая сталь. Заводы же, находящиеся вдали от Лондона, пользовались чугуном, содержащим много фосфора, и сталь в этом случае получалась плохого качества.
Вслед за этим англичанин Томас открыл способ бессемерования, пригодный и для чугуна с большие содержанием фосфора. Для этого стенки конвертора обкладываются особой массой из доломита. При продувке фосфоритного чугуна в конверторе с доломитовой обмазкой фосфор переходит в шлак, и железо получается совершенно чистое. Изобретение Томаса открыло бессемерованию весьма широкую дорогу в металлургии.
Заслуги Бессемера огромны. Недаром его называют «отцом железного века».
Но вот несколько лет назад в Америке вышла книга, которая рисует изобретение бессемеровании совсем иначе.
В этой книге рассказывается, что в 1811 г. ирландец Келли, спасаясь от преследования за участие в восстании, бежал в Америку и поселился в Питтсурге, крупном металлургическом районе. У него родился сын Вильям, который впоследствии окончил университет, изучая металлургию и химию. Вильям хорошо знал свойства кислорода и углерода, он совершенно сознательно приступил к процессу выделки железа, продувая воздух через расплавленный чугун. Попытки получить горение путем продувания холодного воздуха через расплавленный чугун создали ему репутацию сумасшедшего. Его даже подвергли медицинскому освидетельствованию. Но он продолжал свою работу, и только седьмой его аппарат оказался настолько усовершенствованным, что дал великолепную сталь.
К Келли на завод нанялись рабочими два англичанина. Они оказались техниками. Келли, советуясь с ними, открыл им секрет своего изобретения. Через некоторое время англичане исчезли. Вслед за этим Бессемер получает патент На свое знаменитое изобретение. В 1864 г. компаньон Келли ездил в Англию и привез оттуда портрет прославившегося изобретателя. Келли и его жена сразу узнали в Бессемере одного из бежавших англичан.
Если все рассказанное в этой книге правда, то Бессемер на проверку выходит не великим изобретателем, а просто вором. Сейчас нет в живых ни Бессемера (умер в 1898 г.), ни Келли (умер в 1881 г.). Внук Бессемера утверждает, что дед его никогда не был в Америке. Внук Келли доказывает обратное. Где правда? Этого установить нельзя.
Доказано, безусловно, лишь то, что Келли в Америке применял на целых семь лет раньше Бессемера тот самый способ, который называется бессемерованием. Но из этого конечно ни в какой мере не следует, что Бессемер не мог притти к этому способу самостоятельно. История техники дает нам много примеров, как над одним и тем же техническим изобретением работают в одно и то же время люди разных стран, часто совсем не зная друг друга.
Это вполне понятно. Технические изобретения, способствующие развитию промышленности, сами появляются в результате требований промышленности. Например истребление лесов вызвало те изобретения в металлургии, которые позволили перейти к использованию каменного угля. Из необходимости в перевозке большого количества сырья и топлива родились железные дороги. Недаром первая железная дорога была сооружена как раз для перевозки каменного угля. А большие перевозки по железным дорогам поставили вопрос о прочных рельсах, ответ на который дало изобретение нового способа получения литой стали. В изобретении, как правильно говорят, нет ничего случайного. Необходимость — их мать.
Мы уже подчеркивали, что в конце XVIII в. в Англии возникла большая потребность в большом количестве литой стали. Но такая же потребность была в то время и в Америке. Соединенные штаты быстрым шагом приближались к гражданской войне, в которой восторжествовали промышленные северные штаты. Америка была уже на пороге такого состояния своего производства, о котором Карл Маркс говорил: «Одним из главных пунктов в системе американцев является; ничего не делать руками из того, что можно выполнить машиной. От качания колыбели до изготовления гроба, от доения коров до рубки леса, до пришивки пуговицы, до подачи голоса о президенте — он имеет машину почти для всякого дела» («Теория прибавочной стоимости», т. II).
Можно полагать, что бессемерование изобретено дважды — и Бессемером и Келли. Но это ни в какой степени не уменьшает заслугу Генри Бессемера.
Комментариев нет:
Отправить комментарий