Архив№2 Ноябрь 2018

Павел Аносов, опередивший время

Павел Аносов, отец-основатель микроскопического анализа металлов, в книге «О булатах» упоминает о том, что еще в 1831 году он применял микроскоп для исследования внутреннего строения стальных сплавов. Он пишет: «...узоры ее (булатной стали. – Прим. ред.) столь мелки, что без помощи микроскопа с трудом распознаваемы быть могут». Труды русского металлурга с бесспорной очевидностью доказывают: он на 20 лет раньше британского естествоиспытателя Генри Сорби занялся микроисследованиями и таким образом положил начало микроскопическому анализу металлов.

Расширил сырьевую базу Урала. Будучи управляющим Златоустовского оружейного завода, уделял особое внимание местным сырьевым ресурсам: занимался разведкой, стремился установить общие закономерности размещения полезных ископаемых в Уральских горах.

Наладил производство отечественных тиглей. Во второй половине XIX века огнеупорные тигли были основным оборудованием сталеплавильного производства. Они приобретались за границей и стоили дорого. На Златоустовском оружейном заводе Аносову удалось наладить производство качественных и более дешевых (по 40–50 копеек за изделие) тиглей из местной огнеупорной глины, смешанной с мелко истолченным древесным углем.

Проводил опыты по выплавке высококачественной литой стали. В то время сталь получали так: железо науглероживали, затем переплавляли в тиглях. Аносов предложил объединить эти процессы и доказал, что проводить поверхностное насыщение стали углеродом можно печными газами, в которых содержится этот элемент. Метод назвали «газовая цементация металла».

Обосновал влияние макроструктуры металла на его механические качества. Аносов разработал метод травления металлов для выявления их макроструктуры. Выдающийся труд «Описание опытов, предпринятых для получения булатов: понятие, приобретенное из сих опытов; о различии булатов от стали и открытие самих способов приготовления их» был переведен на иностранные языки и вошел в золотой фонд мировой литературы по металлургии.


Будучи управляющим Златоустовского оружейного завода Павел Аносов, уделял особое внимание местным сырьевым ресурсам: занимался разведкой, стремился установить общие закономерности размещения полезных ископаемых в Уральских горах



Дмитрий Чернов, радеющий о качестве стали

Выдающийся русский ученый Дмитрий Чернов был высокоодаренным человеком. Его интересы не ограничивались инженерным делом и металлургией. Он превосходно играл на скрипке. Исследовал способы сушки и склейки дерева скрипки, формы изгиба ее дек, состав лаков и т.д. Сам изготавливал струнные инструменты. Его скрипки, альты и виолончели высоко ценились среди музыкантов. А еще Чернов внес вклад в развитие авиации, доказав, что подъемная сила винта зависит от скорости его вращения и от угла наклона лопастей. Для этого он собственноручно изготовил оригинальную модель, состоящую из пружинного механизма и вращающегося винта. Ученый-аэродинамик, «отец русской авиации» Николай Жуковский на своих лекциях по аэродинамике и теории авиации подробно освещал эксперименты русского металлурга.

Открыл факторы, влияющие на качество стали. Во время работы на Обуховском заводе Чернов решил разобраться в причинах массового брака при производстве стальных орудий. Установил, что в местах разрывов орудийных стволов сталь имеет крупнозернистое строение. Металл небракованных орудий при одинаковом химическом составе имел мелкозернистую структуру. Чернов экспериментально определил связь между тепловыми превращениями в стали и ее свойствами и структурой. Он доказал, что решающим фактором для получения стали высокого качества является термическая, а не механическая обработка.

Изобрел металлографию. Чернов считается основоположником этого учения о строении металлов и сплавов. Метод графического построения диаграммы внутренних превращений в стали при достижении критических точек, который он применил, послужил прообразом для последующего развития диаграмм плавкости и диаграмм состояния равновесных систем. Проделанная Черновым работа способствовала возникновению много лет спустя термического анализа – основного лабораторного метода изучения растворов солей, металлических сплавов и различных веществ.

Исследовал строение литой стали. Много внимания Чернов уделял изучению причин появления различных дефектов: пузыристости, рыхлости и усадочных раковин, способов устранения их. На основе наблюдений за образованием кристаллов при затвердевании воды, соляных растворов и изучения стальных слитков он создал теорию кристаллизации стали, введя понятия:

  • «центры кристаллизации»;

  • «твердые кристаллические растворы»;

  • «волновой характер роста кристаллов».

 

Усовершенствовал бессемерование (способ передела жидкого чугуна в сталь без подвода теплоты продувкой воздухом в конвертере. – Прим. ред.). Чернов составил подробное устройство конвертеров, а сам процесс разделил на четыре периода, впервые в мире определил их начало и конец. Сделать это ему помогли наблюдения за изменением состава ванны металла с помощью спектрального анализа пламени, выходящего из горловины конвертора. Изучение более чем 500 спектрограмм позволило определить момент окончания продувки воздуха и тем самым найти способ управления процессом конвертирования чугуна.

 
Работа Чернова способствовала усовершенствованию бессемеровского процесса получения стали, расширению области его применения (например, конвертировать чугун с низким содержанием кремния путем предварительного расплавления и перегрева их в вагранке или в другом подходящем плавильном агрегате).

Владимир Грум-Гржимайло, печных дел мастер

По воспоминанию учеников, Владимир Грум-Гржимайло был учителем с большой буквы: будущие металлурги слушали его лекции на одном дыхании. Один из своих первых курсов в Санкт-Петербурге он читал в революционной для начала XX века манере – как развернутое приложение законов физической химии к анализу.

В предисловии к своей книге «Производство стали» он писал: «Это была очень увлекательная работа. Туман, окружавший меня 22 года моей работы на заводах, стал рассеиваться, и выяснилось, что производство жидкой стали – есть великолепная иллюстрация принципа Ле Шателье» (принцип смещения химического равновесия Ле Шателье – Брауна. – Прим. ред.).

Проектировал доменные печи. В первый год работы на заводе в Нижнем Тагиле молодому инженеру Грум-Гржимайло было поручено перепроектировать доменную печь для выплавки ферромарганца. В новом проекте он предусмотрел использование горячего доменного газа в воздухонагревателях для нагрева воздуха. Это позволило увеличить производительность печи вдвое и в семь раз сократить потери марганца при выплавке сплава.

В период работы на металлургическом заводе в Нижней Салде спроектировал под ключ рельсопрокатный цех, оснащенный оборудованием отечественного производства. В итоге производство высококачественной продукции увеличилось в 2,5 раза и в три раза уменьшилась их стоимость.

Грум-Гржимайло первым использовал законы физической химии (а именно закон о равновесном состоянии системы в зависимости от изменения температуры и закон действия масс. – Прим. ред.), чтобы объяснить процессы, происходящие в стальной ванне мартеновской печи и в бессемеровском конвертере. Он четко установил:

  • требования к исходной шихте (смеси, состоящей из материалов, загруженных в металлургическую печь, и других агрегатов для получения конечных продуктов с заданным химическим составом и уровнем свойств. – Прим. ред.);

  • состав и степень нагрева шихты, которые гарантировали высокое качество продукции на выходе.

Разработал гидравлическую теорию. В энциклопедиях гидравлическую теорию Грум-Гржимайло называют первой в мире попыткой создать общую научную методику расчета печей. Она была подробно изложена в его книге «Пламенные печи» и широко признана как в России, так и за рубежом.

Взяв за основу идею Михаила Ломоносова, изложенную в работе «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», и аксиому «Движение пламени в печах подчиняется законам движения легкой жидкости в тяжелой (пламени в наружном воздухе)», он применил законы гидравлики к движению печных газов и вместе с ученым-гидравликом Иосифом Есьманом рассчитал «высоты газового фонтана» и «газослива» в печах.

Изучая свойства огнеупорных материалов, особенности динаса (огнеупорного материала, изготовленного из кварцитовых и кварцевых пород, содержащего не менее 93% диоксида кремния, широко применяется в кладке плавильных печей. – Прим. ред.), Грум-Гржимайло разработал «Теорию перерождения динаса». В книге «Прокатка и калибровка» раскрыл секреты методов калибровки прокатных валков (рабочих органов прокатного стана, выполняющих деформацию металла для придания ему требуемых размеров и формы. – Прим. ред.).

Все это позволило сформировать принципы проектирования и построения самых различных промышленных печей:

  • методических – для нагрева слитков перед прокаткой;

  • кузнечных – для термической обработки металла;

  • сушильных;

  • отжигательных;

  • мартеновских.

Положения гидравлической теории Грум-Гржимайло легли в основу проектов 800 печей, которые были построены и успешно эксплуатировались.


Скачать номер целиком