Развитие металлургии в России. П.П. Аносов

В России до XVII века производство желе­за носило кустарный характер. Выплавкой железа занимались отдельные крестьянские семьи. На землях Новгородчины, Псковщины, Карелии строили малые домницы.

В начале XVII века были построены более крупные доменные печи на Городищенских заводах около Тулы.

Началось строительство металлургических заводов на Урале и в 1699 г. был построен Невьянский завод. При Петре I заводчик Демидов построил на Урале крупную домен­ную печь высотою 13 м, выплавлявшую 14 т чугуна в сутки. На заводе работали крепост­ные крестьяне. Хорошие природные условия: железная руда, лес, из которого выжигали уголь, обилие воды, энергию которой исполь­зовали для приведения в движение различ­ных механизмов, способствовали бурному развитию русской металлургии. Россия за­няла первое место в мире по выплавке чугу­на, но вскоре уступила эти позиции капита­листическим странам Европы и США.

Развитие капитализма в России вызвало подъем уровня производства черных металлов в южных районах страны (на Украине).

На Златоустовском заводе знаменитый русский металлург П. П. Аносов получил высокопроч­ную углеродистую булатную сталь,лезвия клинков из которой не тупились и не кроши­лись при разрубании металла (сочетание твер­дости и упругости стали). С 1829 г. начинаются его систематические исследования в области металлургии, публикуются научные труды по геологии Южного Урала и по термической обработке стали. В 1826 г. выходит его труд "Геогностические наблюдения над Уральскими горами, лежащими в округе Златоустовских заводов", затем две работы по термической обработке стали: "Описание нового способа закалки стали в сгущенном воздухе" (1827) и "Об опытах закалки стальных вещей в сгущенном воздухе, произведенных в 1828 и 1829 гг." и статья "Об уральском корунде" (1829).

Златоустовская оружейная фабрика изготовляла сабли типа дамасских, известные больше под названием "турецкие". Аносов убедился, что качество этих сабель, вывезенных с Востока, значительно выше так называемых дамасских, производившихся в Европе и на Златоустовской оружейной фабрике, и пришел к выводу, что искусство их изготовления "составляет по сие время загадку для ученых и художников Европы". Аносов ищет ключ к разгадке: изучает образцы подлинных дамасских сабель, литературные источники и приходит к мысли, что необыкновенная острота восточных сабель в большей степени зависит от способов закалки, чем от материала, из которого они изготовлены. Его предположение подтвердилось: опыты по закалке обыкновенных стальных ножей в сгущенном (сжатом) воздухе заводских цилиндрических мехов показали, что эти ножи стали острее тех, которые закаливались обычным способом. Аналогичным образом Аносов произвел закалку кос, производимых на Артинской фабрике, и получил такие же результаты: эти косы не только легко косили сухую траву, но, по его сообщению, и "березовые кусты не могли противостоять остроте лезвия их". Способы закалки стальных изделий в сгущенном воздухе явились основой дальнейших исследований Аносова по термической обработке булатной (дамасской) стали.

Способ изготовления литой стали из предварительно цементированного железа путем науглероживания его твердым углеродом, применявшийся на Западе и на некоторых отечественных заводах, Аносов заменил своим, совершенно новым приемом - науглероживанием железа в газовой среде, содержащей окись и двуокись углерода. Производственный процесс при этом состоял в соединении цементации и плавки в открытом тигле, расположенном в древесно-угольном горне, в результате чего ускорялся процесс проникновения (диффузии) углерода в расплавленный металл. Такой способ изготовления литой высокоуглеродистой стали имел огромное научное и практическое значение, он получил широкое распространение в отечественной и мировой промышленности.

Исследования и эксперименты ученого-металлурга позволили научно обосновать процессы химико-термической обработки стали при газовой цементации жидкого металла. Благодаря многим своим технико-экономическим преимуществам газовая цементация до сих пор широко применяется в металлургии стали. В процессе освоения тигельного производства стали Аносов прошел все ступени этой новейшей технологии. Для плавки литой стали по новому способу он построил на оружейной фабрике особый корпус, где находились сконструированные им специальные камерные воздушные печи, которые позволяли достигать необходимой для расплавления стали температуры.

В результате проделанной работы Павел Петрович решил очень важную для своего времени проблему изготовления плавильных тиглей: они должны были обладать высокой огнестойкостью и прочностью. Златоустовский завод такие тигли выписывал с предприятий немецкого местечка Пассау по дорогой цене - 25 руб. за штуку. Переход на более дешевые отечественные тигли был принципиально необходим, ибо таким образом оправдывалась экономическая целесообразность предложенного Аносовым способа. Огнестойкость пассауских тиглей определялась наличием графита в глине, из которой они производились. В Златоусте же графита не оказалось, и Аносов со своими помощниками разработал собственный рецепт изготовления огнеупорных тиглей. Тигельная смесь состояла из десяти частей огнестойкой челябинской глины, пяти частей истолченных в порошок бывших в употреблении и предварительно очищенных от шлака горшков и пяти частей древесно-угольного мусора, просеянного сквозь сито. Златоустовские тигли оказались более огнестойкими, чем пассауские, и обходились всего в 44 коп. за штуку. Для прессования тигельной смеси Аносов построил специальный пресс и медную форму.

Работая над созданием булатов, выковывая свои знаменитые клинки, П.П. Аносов заложил основы науки о стали. Он оставил после себя плеяду талантливых металлургов, успешно продолживших его дело. Среди них А.С. Лавров, открывший важнейшие законы ликвации стали; Н.В. Калакуцкий - создатель теории определения внутренних напряжений в металле; А.А. Износ-ков - организатор мартеновской плавки стали; П.М. Обухов - первооткрыватель метода массового производства стали высокого качества; Д.К. Чернов - выдающийся ученый в области металлургии, металловедения, термической обработки металлов, первооткрыватель критических температур, связанных с фазовыми превращениями стали при ее температурной обработке (точки Чернова).

П.П. Аносов еще и основоположник качественной металлургии в нашей стране, которая в настоящее время занимает видное место в производстве металлических материалов с заранее заданными свойствами, с чем неразрывно связан прогресс машиностроения и новой техники, развитие металлургической промышленности.

В 1870 г. русский купец Пастухов построил в г. Сулине (теперь — г. Красный Сулин, Ростовская обл.) завод для выплавки чугуна на донецком каменном угле (антраците). В местечке Юзовка (ныне — г. Донецк) был введен в эксплуатацию крупнейший, по тому времени, Юзовский металлургический завод.

Развитие металлургии Юга России базиро­валось на использовании богатых залежей Криворожских железных руд и донецких каменных углей.

Производительность доменных печей юж­ных заводов, использовавших кокс в плавке чугуна, в шесть — семь раз была большей, чем на старых, приходивших в технический упадок, уральских заводах, использовавших непрочный древесный уголь и поэтому имев­ших доменные печи небольшой высоты.

В 1870 г. на Сормовском заводе в г. Ниж­нем Новгороде начали работать первые рос­сийские мартеновские печи, а в Донбасе появились конвертеры. В 1910 г. была уста­новлена первая электродуговая сталеплавиль­ная печь, а в конце 1917 г. под Москвой (г. Электросталь) начал работать электро­металлургический завод.

Накануне Первой мировой войны Россия производила стали в восемь раз меньше чем США, в три раза меньше, чем Германия и в два раза меньше, чем Англия. Отставали от зарубежного технический уровень и условия труда на металлургических заводах Урала и Украины. За годы Первой мировой и граж­данской войны металлургия нашей страны была приведена в состояние полной разру­хи. Только к 1926 году были восстановлены почти все прокатные станы страны, значи­тельно улучшены условия труда металлур­гов, превышен довоенный уровень производ­ства стали и проката.

В годы первых пятилеток (период индуст­риализации страны — с 1928 г.) были пост­роены крупнейшие в мире металлургические комбинаты: Магнитогорский, Кузнецкий, Нижнетагильский, заводы «Запорожсталь», «Азовсталь», «Криворожсталь», «Амурсталь», построены заводы качественных сталей: «Электросталь», «Днепроспецсталь» (г. За­порожье), подверглись коренной реконструк­ции старые заводы: Макеевский, Таганрог­ский, Днепропетровский, Нижнеднепровский.

Заводы были оснащены передовой, по тому времени, металлургической техникой, что позволило нашей стране уже в 1937 году выйти на третье место в мире по производст­ву стали.

Тяжелые потери понесла черная металлур­гия нашей страны в годы Великой Отечест­венной войны (1941—45 г.г.). Большая часть оборудования металлурги­ческих заводов была эвакуирована на Восток. За период оккупации западных районов страны были разрушены 28 металлургических заводов. В кратчайшие сроки, на Урале и в Сибири было организовано производство стали и проката, требующегося фронту. Построен новый Челябинский металлурги­ческий завод, увеличены объемы производ­ства на Магнитогорском и Кузнецком ком­бинатах. Вывезенное из фронтовых райо­нов, металлургическое оборудование уста­навливалось на заводах в Златоусте, Ниж­нем Тагиле, Серове. Металлурги освоили производство таких видов продукции, как броневой лист, сортовая орудийная сталь и другие виды проката, необходимые для побе­ды в войне.

В стране была создана база для наращи­вания производства всех видов вооружения и военной техники, и уже в 1943 году страна значительно превосходила Германию по про­изводству танков, орудий, самолетов и других видов вооружения.

В 1950 году объем производства черных ме­таллов в стране превысил на 45% довоенный уровень. В 1985 г. страна вышла на первое. В последние годы, четко наметились тенден­ции сокращения длительности плавки в ста­леплавильном агрегате и выполнения комп­лекса технологических операций по «довод­ке» стали на специализированном оборудо­вании для внепечной обработки стали.

Это позволяет резко увеличить пропускную способность сталеплавильных агрегатов и, по сути дела, из сталеплавильной печи вы­пускать жидкий полупродукт, химический со­став которого еще не соответствует требова­ниям стандарта.

Эффективность применения процессов внепечной обработки стали подтверждается прак­тикой эксплуатации современного электро­сталеплавильного (ЭСПЦ-2) цеха Оскольского злектрометаллургического комбината (ОЭМК).