Техника - молодёжи 1959-02, страница 6

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ

ЗАВОД БУДУЩЕГО

Основным сырьем для получения стали на металлургическом заводе будущего, как и сейчас, явятся железная руда и уголь, но требования к ним будут предъявлены иные. Они должны быть предварительно измельчены, превращены е тонкий порошок с размером частиц около 0,1 мм. Поэтому для металлургического процесса наиболее пригодными окажутся так называемые «пылеватые» руды, которых у нас очень много, но использовать которые в доменном процессе трудно.

В качестве топлива можно будет использовать даже самые низкосортные угли. Размельченные уголь и руда, из которой удалена пустая порода, в струе кислорода подаются в первый аппарат, служащий для получения чугуна. Это большая ванная печь. Вдоль поверхности ванны расположен факел пламени, в котором происходит превращение частиц руды в капельки расплавленного железа.

Обычно в котельных установках производят полное сжигание топлива, при котором углерод превращается в углекислоту СО*. В нашем случае количество подаваемого угля будет в два с лишним раза превышать то количество, которое можно было бы полностью сжечь в струе кислорода, подаваемого в печь. Вследствие этого горение углерода будет неполным, и вместо С0₂ будет получена окись углерода СО, которая при высокой температуре обладает способностью восстанавливать руду, то есть отнимать от иее кислород и превращать ее тем самым в железо.

Эта реакция будет происходить в факеле, причем железо в нем будет получаться в виде мельчайших капелек. Капельки расплавленного железа, сталкиваясь с избыточными частицами углерода, будут насыщаться им и превращаться в капельки чугуна, так же будут расплавлены частицы пустой породы руды и золы топлива. Все эти капельки при движении газов вдоль ваины будут осаждаться на ее поверхность, а затем в ванне произойдет их разделение иа чугун и шлак, состоящий из смеси расплавленной пустой породы и золы топлива. В ванне — два отверстия (летки): через нижнее вытекает чугуи, через верхнее — шлак.

Газы из печи, состоящие из смеси СО и СО,, являются ценным топливом, к тому же, имея высокую температуру (около 15О0э), они несут много тепла. Их можно направить в газотурбинную установку, как показано на вкладке, подведя воздух для полного сжигания СО в СО,. Теплота, которая при этом выделяется, превратится с помощью газовой турбины и электрического генератора в электроэнергию. Одна четверть ее пойдет на получение кислорода на

кислородной станции, а остальные три четверти могут быть отданы другим потребителям — заводам и городам.

Таким образом, из низкосортного угля и руды будут получены сразу чугун и электроэнергия.

Чтобы превратить полученный чугун в высокосортную сталь, из него следует удалить вредные примеси — серу, кремний, фосфор, растворенные в нем газы (водород и азот), снизить содержание углерода и ввести специальные легирующие добавки — марганец, никель, хром и другие в зависимости от марки стали. Эти операции совершаются в следующих аппаратах.

В одном из них происходит очистка чугуна от серы. В чугун вводят измельченный порошок извести СаО. Известь реагирует с серой и углеродом чугуна. Возникающий при этом сернистый кальций — твердое вещество — легко всплывает в чугуне и удаляется из аппарата, а окись углерода направляется на газотурбинную станцию.

Далее чугун, очищенный от серы, непрерывным потоком поступает во вращающуюся цилиндрическую печь, куда подводится кислород и подается известь. Здесь происходит окисление остальных примесей чугуна — кремния, фосфора, углерода, — и чугун превращается в сталь.

Удаление растворенных в стали вредных для ее качества газов — водорода и азота — происходит в следующем аппарате, где сталь подвергается вакуумированию. Сущность этого процесса заключается в следующем. Над поверхностью расплавленной стали действием мощного вакуум-насоса создается пониженное давление, составляющее несколько миллиметров ртутного столба. Уровень стали подымается. Газы бурно выделяются из стали.

Поток стали, освобожденной от вредных примесей и газов, попадает в аппарат для легирования, где в него вводятся в мелкораздробленном или расплавленном виде металлические добавки, и сталь приобретает нужный химический состав.

Теперь она готова, ее надо лишь остудить и превратить в стальной слиток. Это делает машина непрерывной разливки, представляющая собой движущийся канал-конвейер, состоящий из отдельных металлических элементов — изложниц. Стань в этом канале, отдавая тепло изложницам, застывает и превращается в непрерывный слиток; на рисунке показана двухручьевая машина непрерывной разливки — из нее выходят одновременно два слитка. Эти слитки непосредственно направляются в непрерывные прокатные станы, где превращаются в рельсы, балки, листы.

Тепло, заключенное в металле после прокатки, имеющем 800—1000°, в настоящее время теряется бесполезно. На заводе будущего оно может быть полностью утилизировано: охлаждение металла можно вести в канале, стенки которого состоят из полупроводниковых термоэлементов, превращающих это тепло в электроэнергию.

недавно, буря скважины, прокладывая шахты. Проникновение е недра Земли осуществлено на небольших участках и "на небольшую глубину (самая глубокая скважина — 6 000 м, шахта наибольшей глубины — 3 500 м). Но развитие техники идет столь бурно, что скважины глубиной в 10—15 км будут, ло-^димому, в следующем, XX! веке довольно распространенными. Недра Земли на таких глубинах известны очень мало. Возможно, что здесь будут найдены богатые месторождения металлов.

Будет ли какое-нибудь из направлений, рассмотренных нами, преобладающим? Практика показывает, что это ие исключено. На протяжении нескольких тысячелетий в металлургии преобладает огневая добыча металлов. В последние десятилетия она начинает сдавать позиции при добыче многих металлов. Но потребуется еще несколько десятилетий, чтобы вытеснить ее новыми методами, которые были бы столь же универсальны и экономически целесообразны. Можно предполагать, что гидрометаллургия станет со временем распространенным методом при получении металлов, но нельзя сомневаться и в том, что и другие направления будут развиваться также весьма интенсивно.

В «истории металлов возможна и еще одна метаморфоза. Известно, что сейчас во многих отраслях народного хозяйства очень широкое применение находят пластмассы, которые часто не только заменяют металл, но и представляют собой материалы, более «ценные, чем металлы, и тем самым двигают вперед технику. Не утратят ли со временем металлы свое былое значение? Не заменят ли их более доступные и дешевые материалы из пластмассы?

(Пластмассы, построенные »в основном из неметаллов (углерода, водорода, *^слорода и азота), имеют ковалент-ные, или малополярные, связи, лишены свободных электронов и не могут быть хорошими проводниками электрического тока. В этом отношении пластмассы не могут конкурировать с металлами. Нельзя из пластмасс построить и гальванические элементы, аккумуляторы, делать многие лекарственные препараты, реактивы для качественного и количественного исследований различных материалов. Они не могут заменить и жаропрочных материалов, так как нагревания выше 300° пластмассы, как правило, на выдерживают. Практика же (лампы накаливания, атомные реакторы, реактивные двигатели, нагревательные приборы и т. д.) требует материалов, устойчивых при температурах зна

4

чительно выше 1000° С. Отсюда вывод: металлы Никогда не потеряют своего значения, а некоторые из них будут в недалеком будущем играть еще большую роль.

(Промышленность предъявляет определенные требования к металлам и сплавам: металл должен быть достаточно широко распространенным в природе, легким, прочным, устойчивым к внешним условиям, жаропрочным и сравнительно легко получаться в свободном состоянии. Всем этим требованиям (за исключением последнего) в полной мере отвечает металл четвертой побочной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева — титан, в -самом деле, он составляет 0,61% от веса земной коры, имеет удельный вес 4,5, прочнее алюминия в шесть раз и железа в два раза, устойчив не только на воздухе, но даже в морской воде и имеет температуру плавления около 1750°С. Из этого перечня видно, что свойства титана почти идеальны, и если до сих пор он добывается в небольших количествах, то это объясняется тем, что его технология получения весьма сложна. Но. то, что трудно сейчас, может быть очень просто осуществлено через 10—15 лет, а раз так, значит есть все основания видеть в титане один из металлов будущего. Большая роль по тем же соображениям будет принадлежать и таким металлам, как ванадий, ниобий, цирконий, тантал, молибден, вольфрам, и некоторым другим элементам побочных подгрупп периодической системы.