Глава 4Победа над фосфором
Томас и Джилкрист сделали для величия Британии больше, чем все короли и королевы, вместе взятые. Моисей ударил в скалу, и из неё потекла вода. Они ударили в залежи бесполезной фосфористой руды, и превратили её в сталь... и это гораздо большее чудо.Он блестяще выиграл битву.,,,,
1.Процесс производства литой стали продолжал активно развиваться и после того, как Генри Бессемер отошёл от дел. Увеличивались размеры и производительность конвертеров, совершенствовалась технология, производились исследования процесса. К концу XIX в. вместимость конвертера достигла 15 т чугуна. Внутренний объём конвертера был в 10 раз больше объёма жидкого чугуна, у больших конвертеров диаметр доходил до 2,7 м при 5 м высоты. Расход воздуха составлял в среднем 300 м3 на тонну чугуна (150—250 м3/мин.).
2.После открытия в 1860 г. знаменитыми германскими физиками Кирхгофом и Бунзеном спектрального анализа профессор Роско (ученик и друг Бунзена) применил его для наблюдения за процессом продувки на заводе Джона Брауна в Шеффилде. Благодаря работам Роско спектроскопические исследования (с 1864 г.) стали обязательным элементом производственного контроля над ходом плавки.
3.В 1866 г., после работ австрийского профессора Купельвизера (Franz Kupelwieser), стала понятна картина происходящего в конвертере, был определен порядок выгорания примесей. Процесс продувки стали делить на три периода, каждый из которых соответствовал выгоранию конкретного элемента: сначала выгорал кремний, затем углерод и на заключительной стадии – марганец; если дутьё продолжали подавать и после третьего периода («передувка»), начинало окисляться железо.
Почему это актуально?
4.История техники знает мало примеров решения актуальных технологических проблем в короткие сроки «на заказ». Однако современная эпоха постиндустриальных технологий требует именно такого подхода к разработке инновационных проектов. История Сидни Томаса и его брата Перси Джилкриста служит редким примером эффективной реализации научного подхода к решению производственной проблемы, являвшейся главным сдерживающим фактором распространения нового процесса получения литой стали в эпоху индустриализации.
«Национальные» особенности технологии бессемерования
5.В 1860-х годах было разработано несколько вариантов технологии бессемерования. Наиболее распространён был английский способ, или «прямое бессемерование», при котором металл доводился практически до полного обезуглероживания, т.е. получалось жидкое малоуглеродистое железо. При этом имело место насыщение металла кислородом, которое требовало добавления зеркального чугуна для раскисления и науглероживания металла с получением стали.
6.При бессемеровании чугунов с высоким содержанием марганца, остающийся в металле после завершения продувки марганец препятствовал образованию оксидов, и в этом случае можно было завершать процесс при желаемом содержании углерода без добавки зеркального чугуна. Этот способ был известен под названием шведского. По этому способу из конвертера по ходу продувки брали пробы металла и шлака, что сильно затрудняло ведение процесса.
7.По немецкому способу чугун с низким содержанием кремния («химически холодный») сильно перегревался в вагранке или отражательной печи («физический нагрев»). Вследствие этого выгорание углерода начиналось с самого начала процесса вместе с кремнием и происходило спокойно, «без извержений». По этому способу после полного обезуглероживания металла требовалась «передувка» для удаления остатков кремния. Этот способ также назывался русским, поскольку уральские сталеплавильщики внедрили его даже раньше немецких. Заслуга Германии заключается в теоретическом исследовании этого способа профессором Мюллером.
Крепкий орешек
8.Триумфальное шествие конвертерного способа производства стали сдерживала практически единственная, но существенная проблема — фосфор.
9.Суть проблемы состояла в том, что огнеупорная футеровка бессемеровского конвертера изготавливалась из материалов, содержащих, преимущественно оксид кремния, который в химических реакциях проявляет свойства кислоты. Оксиды железа и марганца, которые могли бы связать растворённый в металле фосфор, имеют основные (щелочные) свойства и вследствие этого взаимодействуют, в первую очередь, с кислотными (кислыми) оксидами футеровки.
10.Кроме того, процесс дефосфорации в существенной степени зависит от температуры. Это обстоятельство вносило путаницу в представления металлургов того времени. Было известно, что оксиды железа, которыми богата футеровка пудлинговой печи, обеспечивают удаление фосфора в процессе пудлингования, однако далеко не сразу стало понятно, что этому способствуют также умеренные, по сравнению с конверторной плавкой, температуры пудлингового процесса. Решить проблему фосфора пытались многие выдающиеся металлурги.
Благодаря опытам Белла стало понятно, что использовать для удаления фосфора железистые шлаки в конвертере с кислой футеровкой не удастся, а кроме того, нельзя сделать и футеровку из железистых материалов (как в пудлинговой печи), поскольку она будет разрушаться из-за взаимодействия с углеродом чугуна.
Первосвященник английской металлургии
11.Айзак Лоутиан Белл (Isaac Lowthian Bell) — химик, промышленник и политик, которого современники называли «первосвященником британской металлургии», в 1870 г. выпустил книгу «Химические явления при выплавке чугуна», в которой подвёл итог своим почти сорокалетним изысканиям преимущественно в области доменного производства чугуна. В заключительной части своего труда он констатировал, что проблема удаления фосфора при производстве литой стали приобрела первостепенное значение, поскольку малофосфористые руды, из которых можно получать бессемеровский чугун, стали слишком дороги ввиду своей редкости и повышенного спроса на них.
12.С целью обогащения шлака бессемеровского процесса оксидом железа, Белл пробовал продолжать передувку до тех пор, пока шлак вследствие окисления железа не приблизится по его содержанию к пудлинговому и не начнёт взаимодействовать с фосфором. В конце плавки получался негодный металл – с высоким содержанием кислорода и с прежним количеством фосфора. Кроме того, оксиды железа взаимодействовали с кремнезёмом футеровки конвертера, разъедая (ошлаковывая) её. В другом опыте Белл влил в конвертер расплавленный шлак с высоким содержанием оксида железа. При повороте реторты произошла сильная реакция взаимодействия оксида железа с растворённым в металле углеродом, в результате чего большая часть расплава была выброшена из конвертера.
13.Благодаря опытам Белла стало понятно, что использовать для удаления фосфора железистые шлаки в конвертере с кислой футеровкой не удастся, а кроме того, нельзя сделать и футеровку из железистых материалов (как в пудлинговой печи), поскольку она будет разрушаться из-за взаимодействия с углеродом чугуна. Таким образом, успешная борьба с фосфором была возможна лишь в конвертере с основной футеровкой.
Основная футеровка
14.Идея футеровать конвертер материалами на основе основных оксидов возникла вскоре после начала распространения способа Бессемера: уже в 1860 г. известный австрийский учёный и металлург-практик, директор Леобенской Горной академии Петер фон Туннер (Peter von Tunner) предложил применять для этой цели магнезит (MgCO3). В 1865 г. один немецкий металлург предлагал использовать доломит (Ca,Mg(CO3)2), однако администрация завода Кёнигсхютте в Силезии не разрешила произвести опыт. В 1869 г. Мюллер высказал идею применения для кладки конвертора магнезитового кирпича, а кремнезём связывать известковыми шлаками. Француз Луи Грюнер в 1875 г. в своем учебнике металлургии указал материал основной футеровки – обожжённый доломит. Год спустя французский инженер Тесью дю Мотей проводил передел фосфористого чугуна, используя футеровку из магнезитового кирпича.
15.Основной причиной, по которой упомянутые исследователи не достигли успеха, было то, что процесс вёлся по «классической» технологии: продувку чугуна заканчивали после второго периода, когда окислялся углерод, как это обычно и делалось в бессемеровском процессе. При этом в конвертер не вводили добавок-флюсов, связывающих фосфор в шлаке. В этих условиях после завершения продувки фосфор переходил из шлака обратно в металл.
16.Проблема удаления фосфора при конвертерной плавке была комплексной – требовалось найти подходящий материал для футеровки, разработать способ её изготовления, подобрать шлакообразующие материалы, а также изменить технологию собственно конвертерной плавки в соответствии с изменениями в химизме процесса.
Научное обоснование
17.Серьёзное научное обоснование применению материалов на основе основных оксидов для футеровки конвертера появилось благодаря работам англичанина Джорджа Снелюса (George James Snelus). Снелюс получил блестящее образование. Он прошел обучение в Оуэнс-колледже (Манчестер) под руководством профессора Роско (применившего спектральный анализ для изучения бессемеровского процесса) и в лондонской Королевской Горной школе. Снелюс был он одним из лучших учеников Горной школы и по результатам экзаменов неоднократно занимал первые места и награждался медалями. На втором году обучения он был назначен ассистентом профессора Франкланда и с успехом вёл преподавательскую деятельность. В итоге Снелюс получил учёную степень (associate) в области горного дела и металлургии и был принят химиком на металлургический завод в Даулейсе – один из крупнейших в Великобритании.
18.Снелюс серьёзно занимался научной работой, был одним из первых членов организованного в это время Института Чугуна и Стали и регулярно выступал с докладами на его заседаниях наряду с такими светилами металлургической науки, как Джон Перси и Айзак Белл. Снелюс разработал оригинальный способ отбора газа из конвертера для последующего химического анализа. Его опыты позволили достоверно установить ход окисления углерода при продувке, что дало возможность более эффективно управлять процессом. Исследовав рафинировочные, пудлинговые и конвертерные шлаки различных заводов, Снелюс обнаружил, что чем более основным был шлак, т.е. чем выше в нём было содержание основных оксидов, тем выше было и содержание фосфора. Напротив – кремнистые, кислые шлаки содержали минимальное количество фосфора.
19.Работая с различными огнеупорными материалами, Снелюс установил, что известь, полученная путём обжига известняка (CaCO3), обладает необходимыми огнеупорными свойствами. Дальнейшие исследования показали, что из раздробленной до порошкообразного состояния извести с добавками оксидов железа (для снижения температуры обжига) можно формовать кирпичи для футеровки металлургических агрегатов.
20.Проведённые в небольшом конверторе опытные плавки показали, что использование основной футеровки и основного шлака позволяет снизить содержание фосфора с 1,5 до 0,01 % и получить практически свободный от фосфора металл, образец которого Снелюс бережно хранил долгие годы. Окрылённый успехом, Снелюс построил 7-тонный конвертер, но здесь его ждал неприятный сюрприз – сделанная из основного материала футеровка оказалась недостаточно прочной и для использования в конвертерах крупных размеров не подходила. Отложив на время дальнейшие эксперименты, Снелюс в 1872 г. взял патент «на употребление извести или известняка, доломита или других сортов (известняка) во всех формах, в которых он окажется применим, для футеровки всех видов печей, в которых металлы или оксиды перерабатываются в расплавленном состоянии».
Перфекционизм как тормоз прогресса
21.Не сомневаясь в правильности своего подхода с химической точки зрения, Снелюс не хотел ставить о нём в известность широкую металлургическую общественность, пока технология не будет доработана до промышленного применения, тем более что научное сообщество вообще было настроено скептически по поводу возможности удаления фосфора из литой стали. Перфекционизм (в психологии убеждение о необходимости достижения наилучшего результата) Снелюса сыграл с ним злую шутку: к 1879 г., когда Томáс объявил о своём успехе в решении проблемы дефосфорации металла, он так ещё и не довёл свой процесс до стадии промышленного применения и имел патент лишь с самыми общими формулировками. Тем не менее, конкуренты заключили мировое соглашение, согласно которому патентные права Снелюса распространялись на Великобританию и Северную Америку, а Томаса - на континентальную Европу.
22.Впоследствии Снелюс был назначен начальником бессемеровского производства Металлургического Завода Западного Камберленда (West Cumberland Iron Works), а затем и его директором. На этом заводе он внедрил множество усовершенствований, касающихся организации работы в бессемеровском цехе. Снелюс одним из первых предложил заливать чугун в конвертер непосредственно из доменной печи, используя для транспортировки жидкого чугуна в конвертерный цех 8-тонный ковш собственной конструкции.
23.В 1883 г. заслуги Джорджа Снелюса как одного из разработчиков технологии дефосфорации стали в конвертере были признаны металлургическим сообществом Великобритании, ему была присуждена Золотая медаль Бессемера «как первому человеку, получившему чистую по примесям сталь из чугуна, содержащего примеси, в бессемеровском конвертере, футерованном основными материалами».
Cамый знаменитый клерк XIX века
24.Над проблемой удаления фосфора в ходе конвертерного передела чугуна работали яркие и неординарные личности, признанные светила химии и металлургии, но решить её было суждено скромному младшему клерку лондонского полицейского суда Сидни Томáсу, который благодаря своему изобретению практически мгновенно стал мировой знаменитостью.
25.Сидни Джилкрист Томáс (Sidney Gilchrist Thomas) родился 16 апреля 1850 г. в лондонском квартале Кэнонбери (Canonbury). Его отец, Уильям Томас, уроженец Уэльса, служил поверенным в Департаменте внутренних доходов и был женат на Мелисент, старшей дочери преподобного Джеймса Джилкритса.
26.Сидни прошел обучение в Далвич-колледже (Dulwich College) недалеко от Лондона. Он получил классическое образование с целью в дальнейшем заниматься медициной. Томас готовился поступать в Лондонский университет с перспективой получения учёной степени, однако ранняя смерть отца поставила крест на его академической карьере. Несколько месяцев Томас работал помощником учителя в школе Эссекс, а затем в возрасте 17 лет поступил на гражданскую службу, которую оставил только в 1879 г.
Двойная жизнь судейского писаря
27.Томас служил на низкооплачиваемой должности клерка в одном из полицейских судов Лондона, это позволяло хоть как-то содержать мать и сестру. Впрочем, Томас вовсе не планировал посвящать этой работе всю жизнь. Поскольку он всегда проявлял интерес к науке, свободное время он посвящал изучению химии и металлургии. Он регулярно посещал вечерние занятия в Институте Биркбека (Birkbeck Literary and Scientific Institution) и в лондонской лаборатории мистера Вашé (Vacher).
28.На одной из лекций по химии, которую читал доктор Джордж Чалонер (George Chaloner), Сидни услышал слова, которые глубоко запали ему в душу и определили ход всей его жизни: «Тот, кому удастся удалить фосфор в конвертере Бессемера, сделает себе состояние». Интересно, что слово «fortune», произнесённое профессором, имеет несколько вариантов перевода: состояние, счастье, удача. В литературе советского периода эту фразу обычно переводили как «станет кузнецом своего счастья», но, скорее всего, Чалонер имел в виду именно благосостояние. Впрочем, несмотря на более чем скромное финансовое положение Томаса и его семьи, этот аспект имел для него второстепенное значение, главным была амбициозность и несомненная актуальность задачи.
29.Получив базовые знания по металлургии, Сидни занялся подготовкой к выпускным экзаменам в Горной Школе (School of Mines). Учебный план предполагал трёхгодичное обучение, однако Томас по понятным причинам не мог регулярно посещать лекции, несмотря на то, что читал их знаменитость того времени Джон Перси. Тем не менее, он успешно сдал все экзамены кроме экзамена по курсу металлургии, к которому допускались только те, кто присутствовал на лекциях. Сидни находил время и средства даже для создания небольшой лаборатории и посещения металлургических заводов, в том числе в континентальной Европе. Начиная с 1874 г. он регулярно публиковал статьи в журнале «Железо».
На одной из лекций по химии, которую читал доктор Джордж Чалонер, Сидни услышал слова, которые глубоко запали ему в душу и определили ход всей его жизни: «Тот, кому удастся удалить фосфор в конвертере Бессемера, сделает себе состояние»
Братская поддержка
30.Дальнейшие успешные эксперименты Сидни Томаса были бы невозможны без помощи его двоюродного брата Перси Джилкриста (Percy Carlyle Gilchrist). В 1875 г. Джилкрист устроился на работу химиком-аналитиком на завод Бленавон (Blaenavon). Здесь братья и начали эксперименты. Одному из них было на том момент 25, а второму 26 лет.
31.Первая серия экспериментов, которую они проводили в тиглях, футерованных различными материалами, заняла 18 месяцев. Затем наступил длительный перерыв, поскольку для дальнейших экспериментов требовалось соорудить миниатюрный конвертер, что в итоге и было сделано. Сталь высокого качества из фосфористого чугуна была получена в конверторе с футеровкой из известняка только осенью 1877 г. В качестве связки использовалось жидкое стекло (водный щелочной раствор силикатов натрия Na2O(SiO2)n и (или) калия K2O(SiO2)n впервые получен в 1818 г. немецким химиком и минералогом Яном Непомуком фон Фуксом).
32.Для продолжения работы требовались уже не лабораторные, а промышленные эксперименты, осуществить которые у братьев не было возможности. Было решено обратиться к Эдуарду Мартину (Edward Pritchard Martin) – главному управляющему Blaenavon Company. Эдуард Мартин – на тот момент ещё молодой человек, шестью годами старше Томаса, по достоинству оценил проделанную работу и, несмотря на то, что предыдущие эксперименты проводились на его заводе фактически нелегально (в старой кузнице, куда Сидни приезжал по выходным), предоставил братьям возможность продолжить работу.
Патент за пальто и шампанское
33.Благодаря помощи Мартина была построена печь для обжига огнеупорных кирпичей; в распоряжение Сидни и Перси поступил небольшой конвертер (небольшой по сравнению с промышленными, но огромный по сравнению с лабораторной моделью). Зимой в новой лаборатории были установлены ещё два конвертора — на 200 и 500 кг. Проведя около полусотни плавок, Томас и Джилкрист поняли, что для почти полного удаления фосфора — до сотых долей процента – необходимо продолжать продувку металла ещё некоторое время после окончания второго периода (обезуглероживания). Именно в этот момент, когда в металле остается не более 0,4 % углерода, начинается выгорание фосфора. При содержании в чугуне 0,88—1,46% фосфора братьям удалось получить сталь с содержанием фосфора 0,04—0,07 %.
34.Закрепляя успех, Томас взял патент от 23 ноября 1877 г. и сразу же его продал – нужны были деньги для продолжения исследований. В письме к сестре Сидни писал: «Дорогая моя, я уступил право эксплуатации своего патента одному знакомому, очень дешево. Из первых денег купил пальто и бутылку шампанского – надо же было отпраздновать такое событие. Твой брат, наконец, добился успеха. Буду работать дальше, ещё много надо сделать. Относительно моего здоровья не беспокойся – кашляю меньше».
35.Продолжив исследования, 26 марта 1878 г. Томас взял патент (германский) на приготовление основной футеровки, предложив состав – смесь трёх частей извести и двух частей портландцемента. В патенте также указывалось значение присадок извести в металл.
Удачное знакомство
36.К сентябрю 1878 г. на основе полученных результатов Томасом и его компаньонами к заседанию Института Чугуна и Стали в Париже был подготовлен доклад «Удаление фосфора в бессемеровском конвертере». Доклад этот не был допущен к прочтению на заседании, но во время поездки членов делегации из Парижа на завод в Ле Крёзó (Creusot) Томас познакомился с Эдуардом Ричардсом (Edward Windsor Richards) – главным управляющим завода Истон (Eston) компании Bolckow, Vaughan & Co. в округе Кливленд.
37.Более удачного знакомства трудно было и пожелать. Ричардс был металлургом-практиком с огромным опытом, виднейшим специалистом по бессемеровскому процессу (в частности он организовал бессемеровское производство на одном из крупнейших заводов в Эббв Вейл (Ebbw Vale)); позднее он был избран президентом Института инженеров-механиков, а затем и Института Чугуна и Стали. Кроме того, его заслуженно уважали за либерализм и готовность оказать помощь.
38.Получив одобрение владельцев компании, в октябре 1878 г. мистер Ричардс отправился в Бленавон, где Мартин и Джилкрист продемонстрировали ему возможность удаления фосфора. По распоряжению Ричардса на заводе в Мидлсбро (Middlesbrough) были построены два 1,3-тонных конвертера. 4 апреля 1879 г. были проведены успешные плавки, и уже 10 апреля Томас взял свой третий патент «на передувку после окончания обезуглероживания в связи с присадкой основных веществ, благодаря которым образуется основной шлак, – при дефосфорации стали в конвертере с основной футеровкой».
Знаменитость мирового масштаба
39.Новость об успешных плавках распространилась очень быстро, и, как позднее писал Ричардс, «Мидлсборо вскоре был осаждён объединёнными силами Бельгии, Франции, Пруссии, Австрии и Америки». На завод Ричардсона начали поступать телеграммы с запросами на разрешение осмотреть ход процесса на месте. Результатом осмотра и переговоров стала покупка 26 августа 1879 г. у Томаса патента Рейнской сталелитейной компанией (Rheinische Stahlwerke) из Рура и люксембургским обществом «Хёрдер ферайн». По случайному совпадению оба завода – Майдерих и Хёрде (Hörde) – провели первые плавки в один день 22 сентября 1879 г. На следующий день были прокатаны первые рельсы из томасовской стали – они были высокого качества.
40.Изобретение Томаса и его компаньонов произвело настоящую революцию в металлургии континентальной Европы, обладавшей существенными запасами руд, которые не использовались из-за высокого содержания фосфора. К 1882 г. 14 металлургических заводов Франции, Бельгии, Германии, Великобритании и России купили права на новый процесс. Началось массовое строительство новых предприятий, и уже в 1884 г. в мире новым способом было произведено 865 тыс. т стали, а в 1889 г. выплавка составила 2 млн. 275 тыс. т.
41.Эндрю Карнеги, американский промышленник родом из Шотландии, инвестировавший около 250 тыс. долларов за право использовать этот процесс в Соединенных Штатах, заметил: «Эти два молодых человека, Томас и Джилкрист из Бленавона, сделали для величия Британии больше, чем все короли и королевы, вместе взятые. Моисей ударил в скалу, и из неё потекла вода. Они ударили в залежи бесполезной фосфористой руды и превратили её в сталь... и это гораздо большее чудо».
Слава и смерть
42.В мае 1879 г. Сидни Томас наконец ушёл в отставку с должности младшего клерка полицейского суда. В 1881 г. состоялся его триумфальный визит в Соединенные Штаты. В 1882 г. Томаса избрали членом президиума Института Чугуна и Стали, а 9 мая 1883 г. ему была присуждена Золотая медаль Бессемера в знак признания ценности его изобретения для мировой металлургической промышленности.
43.Когда Томасу улыбнулась слава, его здоровье уже было безвозвратно подорвано развивающимся туберкулезом. В 1883 г. Сидни совершил длительное кругосветное путешествие. Первую половину 1884 г. он провёл в Алжире в тщетных попытках побороть болезнь. Здесь он также проводил ряд исследований, в частности, эксперименты по использованию фосфористых шлаков своего процесса в качестве сельскохозяйственного удобрения.
44.Летом 1884 г. Томас возвратился в Европу и вместе с матерью и сестрой поселился в Париже, где и умер 1 февраля 1885 г. в возрасте 34 лет. Похоронен великий изобретатель в районе Пасси, в XVI округе Парижа. На могиле Сидни Томаса поставлен памятник с надписью: «Он блестяще выиграл битву».
«Энтузиаст человеколюбия»
45.Отличительной чертой характера Томаса было то, что премьер-министр Великобритании Уильям Юарт Гладстон в рецензии на вышедшую в 1891 г. книгу воспоминаний и писем Томаса назвал «энтузиазмом человеколюбия» (enthusiasm of humanity). Как и предрекал профессор Чалонер, изобретение Томаса принесло ему состояние. Его собственная непростая жизнь и опыт работы в полицейском суде подсказали, как распорядиться немалыми средствами.
46.Томас приложил существенные усилия, чтобы заработанные им деньги принесли пользу таким же людям, каким был когда-то он сам. Томас организовал ряд социальных проектов. Согласно последней воле изобретателя его сестра продолжила благотворительную деятельность, оставив на личные нужды лишь малую часть состояния брата.
47.В июле 1960 г. на бывшем заводе Бленавон, ставшем к тому времени музеем, был установлен обелиск в память о Томасе, причём его установку совместно финансировали металлургические сообщества разных стран.
Сталь для Deutsches Reich
48.Практическое осуществление томасовского процесса в разных странах имело существенные особенности. В Великобритании и США томасирование развивалось слабо. Английский Ллойд (страховое общество) повысил стоимость страховки судов, изготовлявшихся из томасовской стали. Заводы США и в начале XX в. испытывали затруднения в сбыте томасовской стали.
49.Наибольшее распространение томасовский процесс получил в Германии, обладавшей большими запасами высокофосфористых руд (лотарингская руда «минет» (Minette) и «бобовая» руда, добываемая близ Пейне). Немецкая руда, по словам одного автора, была так насыщена фосфором, что почти светилась в темноте. Менее чем за год все заводы перешли на томасирование. В 1883 г. в стране работало более 40 конвертеров, производивших четверть миллиона тонн стали.
50.Объединение в 1870 г. крупных месторождений Лотарингии и каменного угля Рура в результате военных успехов Германии в войне против Франции в значительной степени послужило основой индустриализации Deutsches Reich («Германское государство» – самоназвание Германской империи, образовавшейся при объединении германских государств в 1871 г.). Но только с освоением томасовского процесса черная металлургия Германии стала бурно развиваться и опередила Англию. В конце XIX в. на Германию приходилось 2/3 общемирового производства томасовской стали (2,013 из 3,203 млн. т).
Миксер
51.Немецкие металлурги существенно развили томасовский процесс как в практическом отношении, так и с точки зрения теории. Наиболее значительные исследования были проведены на дортмундских заводах компании «Хёрде» и на заводах Рейнской сталелитейной компании около Рурорта.
52.Хильгеншток (Hilgenstock) на заводе Хёрде внедрил способ подготовки чугуна к конвертерной плаке, который применялся затем десятки лет. Благодаря работам Снелюса было установлено, что чугун выгоднее и удобнее подвергать конвертированию непосредственно из доменной печи, исключив разливку в слитки и последующее расплавление слитков в вагранке. Однако состав чугуна, выпускаемого из доменной печи, был подвержен существенным колебаниям, что затрудняло конвертерный передел. Для решения этой проблемы было предложено сливать чугун в специально устроенный коллектор (позднее он стал называться миксером). Коллектор, как правило, имел цилиндрическую форму, располагался на роликах и мог поворачиваться вокруг продольной оси гидравлическим устройством.
53.Емкость коллектора составляла 100—150 т жидкого чугуна, т.е. он мог вместить 10—15 конвертерных плавок. Помимо усреднения химического состава чугуна коллектор помогал решать ещё одну важнейшую технологическую задачу. При добавлении в миксер марганцовистого чугуна марганец связывал растворённую в чугуне серу и переводил её в шлак, который затем скачивали (убирали) с поверхности металла. Особенно важно это было именно для томасовского процесса, химические условия которого не позволяли эффективно удалять серу.
Томасшлак
54.Помимо стали процесс давал ещё один продукт – томасшлак, хорошее фосфорное удобрение. Это весьма выгодно сказалось на экономике томасовского процесса. Содержание фосфористого ангидрида в шлаке составляло 14—20 % (в лучших сортах суперфосфата содержалось 15—17 % Р2О5). Выход томасшлака достигал 18-20 % от массы металла.
55.Сам Томас незадолго до смерти писал, что новый способ «будет вскоре применяться не только в производстве сталей, но и для получения высокофосфористых шлаков для целей удобрения». Возможность использования томасшлака для кондиционирования почвы и стимулирования роста растений впервые была исследована и продемонстрирована практически в 1884 г. в Англии агрономом Дж. Райтсоном. В 1890 г. томасшлаки в качестве удобрений начали применять в Шотландии. Эта практика быстро распространилась по всей Европе.
Металлургический завод Даулейс, вид с юга. ДжорДж Чайлдс (George Childs), 1840 г.