История развития металлургии чугуна в России

Основой современной черной металлургии является двухступенчатая схема, в соответствии с которой на первой стадии выплавляют чугун, а на второй – различными способами переделывают его в сталь. Однако на заре развития черной металлургии чугун не был известен.

Как показывают археологические раскопки древних поселений на Урале, в Украине, Белоруссии и Закавказье, 2,5-3 тыс. лет назад оружие, орудие труда и предметы быта наши предки изготавливали из железа, которое получали сыродутным способом. Название «сыродутный» произошло от того, что в этом процессе использовалось «сырое» дутье (неподогретый воздух). При получении железа сыродутным способом руда нагревалась в небольших горнах – ямах, вырытых в земле и выложенных обожженной глиной. В дальнейшем появились наземные печи – домницы. Вместе с рудой в горн загружали древесный уголь, который разжигали, и начинали подавать дутье. По мере сгорания и «оседания» угля руда опускалась вниз, при этом в результате контакта с газами и раскаленным углем происходило восстановление железа из оксидов руды: на дне горна образовывалась крица – раскаленный пористый ком железа массой 20-25 кг. Его проковывали под молотом для уплотнения выдавливания шлаков. Железо получалось неоднородного состава, производительность печей была низкой, а расход топлива большим. Для увеличения производительности горнов повышали их высоту, подачу дутья интенсифицировали, что приводило к повышению температуры в горне и более продолжительному пребыванию шихтовых материалов в зоне высоких температур. При высоких температурах железо интенсивно науглероживалось, его температура плавления снижалась, оно начинало плавиться при более низкой температуре и выпускалось из печи в жидком виде. Такой металл назвали чугуном.

Вначале полученный чугун не умели применять и считали его нежелательным продуктом, так как он не поддавался ковке, но потом, используя хорошие литейные качества чугуна (низкую температуру плавления, хорошую жидкотекучесть), из него стали изготавливать несложные отливки. И только позднее, когда научились перерабатывать чугун в сталь (в кричных горнах), началось усиленно развиваться производство чугуна. Первые доменные печи для производства чугуна на Руси появилась в первой половине XVII века вблизи Тулы и Каширы.

Исключительно важную роль в развитии российской металлургической промышленности и науки сыграл М.В.Ломоносов. Он был первым исследователем российских руд, организатором горнозаводского дела, исследователем в области практики горного дела и металлургии и основоположником российской терминологии в этих областях. М.В.Ломоносовым впервые написан учебник «Первые основания металлургии и рудных дел». В учебнике он поместил также свой труд «О вольном движении воздуха в рудниках примеченном», в котором изложил новую теорию движения газов в рудниках и печах. Основы теории движения газов, разработанные М.В.Ломоносовым, по сей день остаются незыблемыми.

В 1735 г. Для доменной плавки в Англии вместо древесного угля стали применять минеральное топливо – кокс. По всей видимости, в первой половине XX в. кокс стали применять и в России. В 1829 г. На Александровском заводе в Санкт-Петербурге в доменную печь стали подавать горячее дутье, особенно применение горячего дутья стало выгодным, когда в 1832 г. для нагрева дутья, подаваемого в печь, стали использовать доменный газ, который раньше выпускали в воздух. Принципиальная конструкция воздухонагревателей регенеративного типа, используемых в современных доменных печей, была предложена в 1857 г. англичанином Каупером.

В 1913 г. Россия выплавляла 4,2 млн. т чугуна в год и занимала пятое место после США, Германии, Англии и Франции.

Успехи, достигнутые в отечественном доменном производстве, тесно связаны с именами академиков М.А.Павлова, М.К.Курако и др.

Михаил Александрович Павлов (1863 – 1958) обобщил имеющийся опыт в развитии профилей доменных печей и разработал метод расчета доменных печей, он изучил влияние различных факторов на ход доменной плавки и дал оптимальные параметры для расчета печей; провел исследования в области применения дутья, обогащенного кислородом, и разработал способы доменной плавки природнолегированных чугунов.

Михаил Константинович Курако (1872 – 1920) внес много нового в технику доменного производства. В 1903 г. М.К.Курако построил на Краматорском заводе доменную печь, применив свои изобретения, которые давали возможность накопить в доменной печи значительные количества чугуна. Устройство нижней части доменной печи, впервые разработанное М.К.Курако, стало почти стандартным для больших коксовых доменных печей. До его изобретения ни одна печь в России не могла выплавить столько чугуна. Выдающийся ученик М.К.Курако – академик И.П.Бардин (1883 – 1960) – строитель Кузнецкого металлургического комбината.