Большая Советская Энциклопедия (МЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать онлайн полную книгу TXT) 📗
Возникновение М., как показывают археологические находки, относится к глубокой древности (см. рис. 1 ). Обнаруженные в 50—60-х гг. 20 в. в юго-западной части Малой Азии следы выплавки меди датируются 7—6-м тыс. до н. э. Примерно в это же время человек познакомился с самородными металлами: золотом, серебром, медью, а затем и с метеоритным железом. Сначала металлические изделия изготовляли путём обработки металлов в холодном состоянии. Медь и железо с трудом подвергались такой обработке и поэтому не могли найти широкого применения. После изобретения горячей кузнечной обработки (ковки) медные изделия получили более широкое распространение (эпоха энеолита ). Овладение искусством выплавки меди из окисленных медных руд и придания ей нужной формы литьём (5—4 тыс. до н. э.) привело к быстрому росту производства меди и к значительному расширению её применения. Однако ограниченное количество месторождений окисленных медных руд обусловило необходимость освоения гораздо более сложного процесса переработки сульфидных руд с применением предварительного обжига руды и рафинирования меди путём повторного плавления. Возникновение этого процесса относится примерно к середине 2-го тыс. до н. э. (Ближний Восток, Центральная Европа).
Во 2-м тыс. до н. э. начали широко применяться изделия из бронзы (сплава меди с оловом), которые по качеству значительно превосходили медные. Бронзовые орудия труда, оружие и др. предметы отличались большей устойчивостью против коррозии, упругостью, твёрдостью, остротой лезвия. Кроме того, бронза имела более низкую температуру плавления, чем медь, и лучше заполняла литейную форму. Из неё легче было отливать всевозможные изделия. Вытеснение меди бронзой означало переход к бронзовому веку . В конце 3-го и во 2-м тыс. до н. э. крупным центром М. меди и бронзы на территории СССР был Кавказ.
Примерно в середине 2-го тыс. до н. э. человек начинает овладевать и искусством получения железа из руд. Сначала для этой цели использовали костры, а затем специальные плавильные ямы — сыродутные горны (см. Сыродутный процесс ). В горн, выложенный из камня, загружали легковосстановимую руду и древесный уголь. Дутьё, необходимое для горения угля, подавалось в горн снизу (первое время естественной тягой, а впоследствии при помощи мехов). Образующиеся газы (окись углерода) восстанавливали окислы железа. Относительно низкая температура процесса и большое количество железистого шлака препятствовали науглероживанию металла и позволяли получать железо только с низким содержанием углерода. Процесс был малопроизводительным и обеспечивал извлечение из руды лишь около половины содержащегося в ней железа. М. железа развивалась очень медленно, несмотря на то, что железные руды гораздо более распространены, чем медные, а температура их восстановления ниже. Причина первоочередного развития М. меди заключается в том, что сыродутное железо по качеству значительно уступало меди. Это объясняется прежде всего тем, что при достижимых в то время температурах процесса медь получалась в расплавленном состоянии, а железо — в виде тестообразной массы с многочисленными включениями шлака и несгоревшего древесного угля. В связи с низким содержанием углерода сыродутное железо было мягким — изготовленные из него оружие и орудия труда быстро затуплялись, гнулись, не подвергались закалке; они уступали по качеству бронзовым. Для перехода к более широкому производству и применению железа необходимо было усовершенствовать примитивный сыродутный процесс, а главное — овладеть процессами науглероживания железа и его последующей закалки, т. с. получения стали. Эти усовершенствования обеспечили железу в 1-м тыс. до н. э. главенствующее положение среди материалов, используемых человеком (см. Железный век ). К началу н. э. М. железа была почти повсеместно распространена в Европе и Азии.
На протяжении почти 3 тысячелетий М. железа не претерпела принципиальных изменений. Постепенно процесс совершенствовался: увеличивались размеры сыродутных горнов, улучшалась их форма, повышалась мощность дутья; в результате горны превратились в небольшие печи для производства сыродутного железа — домницы (рис. 2 ). Дальнейшее увеличение размеров домниц привело в середине 14 в. к появлению небольших доменных печей (см. Доменное производство ). Увеличение высоты этих печей и более интенсивная подача дутья способствовали повышению температуры и значительно более сильному развитию процессов восстановления и науглероживания металла. Вместо тестообразной массы сыродутного железа в доменных печах получали уже высокоуглеродистый железный расплав с примесями кремния и марганца — чугун. Росту производства чугуна способствовало изобретение в 14 в. способа передела его в ковкое железо — т. н. кричного передела . Переплавляя чугун в кричном горне, его рафинировали от примесей путём окисления их кислородом дутья и специально загружаемого в горн железистого шлака. Кричный процесс постепенно вытеснил прежние малопроизводительные способы получения стали на основе сыродутного железа, несмотря на достигнутое с их помощью чрезвычайно высокое качество металла (см. Булат , Дамасская сталь ). Т. о., возник двухстадийный способ получения железа, сохранивший своё значение и являющийся основой современных схем производства стали. Следующим этапом развития М. стали в Европе было появление в Англии в 1740 тигельной плавки (задолго до того известной на Востоке) и в последней четверти 18 в. — пудлингования . Тигельный процесс был первым способом производства литой стали . Её выплавляли в тиглях из огнеупорной глины, которые устанавливались в специальной печи. В пудлинговом процессе, как и в кричном, получали т. н. сварочное железо. Для этого чугун рафинировали от углерода и др. примесей на поду отражательной печи.
Несмотря на большое значение для развития техники своего времени, тигельный и пудлинговый процессы не могли удовлетворить потребности в стали. М. чугуна развивалась опережающими темпами. Этому способствовало внедрение водяных воздуходувных труб (рис. 3 ), мехов с приводом от водяного колеса (с 15 в.), паровых воздуходувных машин (1782). В конце 18 в. в доменном производстве начали широко использовать каменноугольный кокс (1735); к 19 в. относится начало применения нагретого дутья и тщательной подготовки руды к доменной плавке. Отставание сталеплавильного производства проявлялось в том, что количество выплавляемого чугуна долгое время (до начала 20 в.) превышало количество производимой стали. Главная роль в наступившем переломе сыграло изобретение трёх новых процессов производства литой стали: в 1856 — бессемеровского процесса , в 1864 — мартеновского (см. Мартеновское производство ) и в 1878 — томасовского процесса . Распространение этих процессов (в первую очередь мартеновского, которому свойственно использование большого количества металлического лома) привело к тому, что к середине 20 в. выпуск чугуна составлял уже только 70% от выплавки стали.
Дальнейшее развитие сталеплавильного производства во 2-й половине 20 в. связано с существенным увеличением ёмкости и производительности агрегатов, широким применением кислорода для повышения эффективности металлургических процессов, появлением нового, быстро развивающегося способа получения стали в кислородных конвертерах (см. Кислородно-конвертерный процесс ), с развитием внепечного рафинирования жидкой стали в вакууме, обработки стали синтетическими шлаками и инертным газом, с внедрением непрерывной разливки стали , широкой механизацией и автоматизацией производственных процессов. Большое значение в современной М. железа имеет выплавка высококачественной и в том числе легированной стали , которая с начала 20 в. производится в основном в электропечах (см. Электросталеплавильное производство ). Со 2-й половины 20 в. для получения некоторых цветных металлов, а также стали особо ответственные назначения начали применять дополнительный переплав металла в дуговых вакуумных печах , электрошлаковых, электроннолучевых и плазменных установках (см. Электрошлаковый переплав , Электроннолучевая плавка , Плазменная металлургия ). В области извлечения железа из руд наряду с доменным производством, которое продолжает расширяться, развиваются разнообразные способы прямого получения железа . Этим процессам, позволяющим получать железо, пригодное для выплавки стали в электропечах, принадлежит большое будущее.
