Титано-магнетиты

Акад. М. А. Павлов, предложивший
наиболее пригодный метод плавки
титано-магнетитов

ЕВГ. ВОРОБЬЕВ

Встреча двух эпох

Вторая молодость пришла на Кусинский завод в тусклое зимнее утро, когда на литейном и рудном дворах, на колошнике домны, в утлой заводской лаборатории появились и начали распоряжаться какие-то незнакомые люди.

Ветхая «домница» Кусинского завода, затерявшегося в таежных лесах Южного Урала, очутилась на время в фокусе внимания всех металлургов страны.

На дряхлом заводе, который за выслугой лет вычеркнут из металлургического арсенала страны и мирно изготовляет в старческие будни художественное литье, встретились две металлургические эпохи.

В этом техническом оазисе седого, демидовского Урала бригадой Ленинградского научно-исследовательского института металлов были начаты под руководством акад. Павлова опытные плавки титано-магнетитов.

"Козел" в домне

Что же представляют собой титано-магнетиты? —  Это тугоплавкая железная руда, куда составными элементами помимо железа входят титан и ванадий.

С севера на юг вдоль Уральского хребта тянется титаномагнетитовый позвоночник. Некоторые позвонки этого горного кряжа выступают на земную поверхность и носят названия: гора Юбрышка, гора Кочканар, Первоуральские и Кусинские месторождения.

О гигантских запасах титано-магнетитов, содержание чистого железа в которых достигает 65 проц., знал еще современник Петра Великого, «начальник I Сибирского приказа — думный дьяк Андрей Андреевич Виниус большой любитель горного дела».

Титано-магнетиты никогда не могли жаловаться на отсутствие к себе внимания со стороны отечественных капиталистов и иностранных акционерных компаний.

Наряду с уральской платиной, асбестом, медью это тугоплавкое железо стояло в центре хищнических вожделений, особенно «больших любителей горного дела» — концессионеров.

Французское анонимное общество неудачно пыталось переплавить в чугун титаномагнетитовую сердцевину горы Юбрышки. В момент плавки в желудке доменной печи образовалась большая, неподдающаяся рассасыванию шлакообразная опухоль, называемая в доменном лексиконе «козлом».

Концессионеры взорвали свой завод и все материалы о первой в России опытной плавке увезли во Францию.

Удивительный осколок

Почему же титано-магнетиты пользуются таким неослабевающим вниманием, что вызывает к ним такой все возрастающий с каждым годом интерес? — Прежде всего высокоценные металлы — ванадий и титан — непременные и обязательные спутники этих капризных руд, не поддающихся обычной выплавке в доменных печах.

Даже ничтожное содержание в сталях ванадия резко улучшает механические качества металла. Ванадиевая сталь понижает чувствительность металла к перегреву, повышает сопротивление изнашиваемости и выносливость металла на истирание.

«В 1905 г.,— рассказывает Генри Форд,— я был на гонках в Пальм-Биче. Произошло грандиозное столкновение, и французский автомобиль был разбит вдребезги. После несчастья я подобрал часть стержня клапана. Он был очень легок и очень тверд. Я спросил, из чего он сделан. Никто этого не знал. Я передал его своему помощнику. 

— Постарайтесь узнать возможно больше,— сказал я,— это тот сорт металла, который нам нужен для наших автомобилей. И в конце концов он открыл, что осколок был из стали, содержащей ванадий. В результате мы выбрали для различных деталей автомобилей двадцать два различных сорта стали. В состав десяти из них входил ванадий. Ванадий употребляется везде, где требуется крепость и легкость» («Моя жизнь, мои достижения»).

Посмотрите спецификации сталей, необходимых Горьковскому и Ярославскому автогигантам, нашим тракторным заводам, «Красному путиловцу»,— вы везде встретите заявки на ванадиевые чугуны.

«Ванадиевая сталь создала возможность значительной экономии в весе. Ванадиевая сталь самая крепкая, нехрупкая и наиболее сопротивляющаяся. Из нее сделаны шасси и кузов автомобиля. Она является для этого самой пригодной из всех сортов стали, и цена ее не должна играть роли» (Г. Форд, «Моя жизнь, мои достижения»).

Исследование структуры и свойств рельсовой стали, полученной из уральских ванадиевых чугунов на заводе им. Петровского (Украина), дало совершенно исключительные результаты.

Присутствие ванадия больше чем вдвое повысило упругость рельсов, увеличило сопротивление рельсов на разрыв, что позволило их отнести к марке высшей крепости (сталь-7). Специальные испытания, на истирание показали, что ванадиевые рельсы оказались вдвое более стойкими, чем рельсы углеродистые.

«Идиотская» прочность, как говорят американцы! Но, что «цена ее не должна играть роли»,— здесь мы позволим себе с Генри Фордом не согласиться. Ведь только подумать! За каждую тонну импортного ванадия мы платим чистоганом 15 тыс. руб. золотом.

Конкурент цинка и свинца

А как постыдно мало знаем мы о втором непременном спутнике тугоплавких железных руд — титане!

Речь идет о чрезвычайно ценном элементе — легком, тугоплавком металле, идущем на производство высокоценных титановых белил. Титан — серьезный конкурент дорогим и ядовитым свинцовым и цинковым белилам. Титан бесповоротно вытеснит цинк и свинец — дорогостоящих импортных гостей — из лакокрасочной промышленности. Титановые белила безвредны, дешевы, укрывисты, стойки к атмосферным влиянием.

Присутствие титана в чугунах и сталях действует на их химические и механические свойства самым благоприятным образом. Титанистая нержавеющая сталь не подвержена интеркристаллизационной коррозии. А этот вид коррозии — самый пагубный для металлов, так как в этом случае окисление происходит не по поверхности, а внутри металла между кристаллами сплавов.

Наличие титана в литейных чугунах уменьшает размер листочков графита в структуре металла и поэтому резко повышает механические качества титанистых чугунов.

Титанистые шлаки являются сырьем для производства первоклассных сверхбыстротвердеющих цементов.

Наконец титан чрезвычайно нужен нашей химической оборонной промышленности.

Не следует забывать также, что после извлечения ванадия из чугуна мы получаем отличный металл, почти совершенно не имеющий серы и фосфора —  давнишних заядлых врагов чистого литейного чугуна. А оставшиеся следы ванадия и почти обязательное наличие в титано-магнетитовых рудах хрома ставят выплавленный чугун в рубрику первоклассных.

По наблюдениям акад. Павлова, выплавленный им ванадиевый чугун обладает в полтора раза большим сопротивлением на разрыв, чем обычный.

Очная ставка трех методов

В поход за освоение титано-магнетитов включился целый ряд советских научно-исследовательских институтов Москвы, Ленинграда, Свердловска. В поисках путей к овладению ванадием и титаном в 1931, 1932, 1933 гг. был проведен целый ряд опытных плавок по методу акад. Брицке (на Верхнетуринском и Тагильском заводах), по методу проф. Шадлуна (в Тагиле) и наконец по методу акад. Павлова (Кусинский и опять-таки Тагильский заводы).

Акад. Брицке пытался плавить титано-магнетиты при помощи соленого кокса. Обыкновенная поваренная соль — старое, известное средство разжижать шлак. Однако плавка на соленом коксе несколько ухудшает качество чугуна (повышает его сернистость) и частично разъедает как огнеупорную кладку печей, так и металлические части коксовых и доменный установок, что ведет к их преждевременному износу.

Метод проф. Шадлуна (через обогащение) заключается в предварительном разделении титано-магнетитов на титановые концентраты (с содержанием 40—45 проц. окиси титана) и железные концентраты. Содержащий ванадий железный концентрат, отделенный магнитной сепарацией, подвергался дальше агломерации (спеканию) и шел на нормальную переплавку в доменных печах. Железный концентрат отделяется магнитной сепарацией следующим образом: рудная масса пропускается через барабан, в котором создается магнитное поле. При этом железный концентрат отделяется от титанового, так как последний не подвергается воздействию магнитных сил, т. е. притяжению.

Титановый продукт для наиболее полного извлечения титана также подвергался обогащению.

Однако опытные плавки, проведенные по этому методу, дали плачевные результаты из-за плохой предварительной обработки материалов.

Акад. Павлов пошел к разрешению проблемы кратчайшим путем.

— Никакой соли! Титано-магнетиты можно и нужно плавить на обыкновенном древесном угле и коксе. Вся «соль» — в тщательной подготовке материалов, использовании в качестве флюса помимо обычных известняка и доломита еще и песка. Содержащаяся в песке кремнистая кислота отлично противодействует титановой кислоте — главной виновнице тугоплавкости руды.

Постепенно подбавляя к обычной руде все больше и больше титано-магнетитов, Кусинский «доменный самовар» приучали работать на одних чистых титано-магнетитах.

Сначала «самовар» закапризничал, но это было вызвано недостаточно внимательным приготовлением к доменному процессу. Вслед за тем, когда недостатки были устранены, печь решительно проголосовала за метод акад. Павлова.

Тысячетонный документ

Это было 6 января 1933 г. в начале второй смены. Из летки доменной печи полился молочно-золотой ручей чугуна. Молодой чугун ложился на литейный двор слепящими, огненными зигзагами.

Инженер-комсомолец Козлович, один из наиболее энергичных помощников Павлова, дирижировал выпуском металла. Перепрыгивая в белом асбестовом халате через искрящиеся оранжевые ручейки, он спешил взять пробу.

Жидкие горячие шлаки текли неудержимым потоком. Раз и навсегда были аннулированы обязательные до сих пор сравнения титанистых шлаков с замазкой и тестом. Выплавленный чугун содержал до 0,74 проц. ванадия, что сделало металл в полтора раза прочнее обычного.

Но советская научно-исследовательская мысль никогда не рассчитывает на дешевый успех, на срыв случайных аплодисментов, сенсационные сообщения в иностранной печати. Нам нужна, действительно, полноценная всесторонняя разработка проблемы.

Вслед за плавками на древесном угле на Тагильском заводе начались опытные плавки титано-магнетитов на обыкновенном коксе. И опять люди в асбестовых халатах сутками не отходят от домны, занося в блокноты записи дрожащими от усталости и волнения руками. И опять горновые мужественно заделывают летку, закупоривая глиной неистребимый жар домны.

7 марта в 13 ч. 45 м. старший горновой — комсомолец Московцев — выдал первую плавку чугуна с содержанием ванадия 0,6 проц.

С 7 по 26 марта было получено тысяча тонн ванадиевого чугуна.

Тысячетонный металлический документ удостоверял — с подлинным верно! — неопровержимый успех приверженцев способа акад. Павлова, вдребезги разбившего версию о металлургической немощности титано-матетитов.

Для окончательного подведения результатов этого ожесточенного научного поединка трех методов при Наркомтяжпроме под председательством акад. Байкова состоялось специальное экспертное совещание.

Это совещание установило, что:

«проведенные за последние три года научно-исследовательские работы и опытные плавки позволяют считать проблему титано-магнетитов в основном выясненной настолько, что в настоящее время следует считать возможным переход к выплавке на заводах качественного чугуна из кусинских руд в промышленном масштабе».

Экспортное совещание отвергло плавку на соленом коксе и отметило, что способ через обогащение и агломерацию «обещает наиболее полное и комплексное разрешение титано-магнетитовой проблемы».

Совещание пришло к заключению, что «промышленная эксплоатация титано-магнетитовых руд, с некоторым, правда, производственным риском, возможна теперь же по методу акад. М. Павлова».

Общий вид доменного цеха Нижнетагильского металлургического завода, где производились опытные плавки титано-магнетитов

Полученные при доменной плавке титанистые шлаки могут служить для промышленного получения окиси титана. Ванадиевые чугуны при дальнейшем переделе в мартеновских печах дадут возможность извлекать ванадий и получать ванадиевые стали.

Тыл автомобиля

Вместе с разрешением проблемы использования титано-магнетитов развертываются геолого-разведочные работы. Титано-магнетиты призываются на действительную службу пятилетки.

Шурфы, буровые скважины с каждым годом вносят в железный инвентарь Урало-Кузбасса новые миллионы тонн магнетитов.

До 15 месторождений титано-магнетитов зарегистрировано на Урале. Около четверти миллиарда тонн — четверть всего железнорудного баланса Урала! Не менее настойчиво требуют освоения магнетиты Монче-Тундры (Карельской АССР).

Советская научно-исследовательская мысль широким фронтом развивает успешное наступление на этом участке социалистической металлургии. Лучшие ученые Страны советов — акад. Павлов, Брицке, Байков, проф. Шадлун, инженеры Козлович, Любая, Тагиров, Снопова— встретили во время проведения опытных плавок помощь рабочих коллективов, немало способствовавших общему успеху работы.

В частности бригада акад. Павлова, подводя итоги опытной плавки в Кусе, отметила «энергичную, настойчивую помощь Златоустовского комсомола. Энергия, деловитость и высокая сознательность комсомольцев приводили в изумление акад. Павлова, который неоднократно и в тесном кругу работников бригады и публично заявлял, что успехи плавки, в значительной степени обусловлены работой комсомольцев».

Проблема титано-магнетитов перестает уже быть проблемой, воплощаясь в проект Кусинсксго химико-металлургического комбината, который будет давать ежегодно сотни тысяч тонн качественного металла, сотни тысяч тонн ванадия и титана.