Несообразности металлургического цикла. Их устранение (стр. 4 )

Некоторый избыток кокса приводит к образованию в горне «коксовой насадки», слоя кусков кокса, оставшихся излишними после реакций. Расплавы, образующиеся выше, фильтруются через эту «насадку», через слой кокса, и, при избытке углерода, металл несколько переуглероживается, и перевосстанавливается в том смысле, что концентрация растворенного кислорода в жидком металле становится очень низкой. Поэтому для получения конечного продукта, стали с содержанием углерода обычно менее 2 %, приходится выполнять еще один дополнительный (доводочный) сталеплавильный передел. При этом выполняется сравнительно небольшое обратное окисление металла, обратное обезуглероживание его на (2-4) %. Тепло в сталеплавильных агрегатах обходится намного дороже, чем в доменной печи, и этот передел обычно дороже самого доменного процесса получения металла. Отметим, что если в домне металл перевосстанавливается, обедняется растворенным кислородом, то в сталеплавильном агрегате он несколько пересыщается кислородом, переокисляется «по инерции». Приходится выполнять еще одно небольшое коррекционное обратное изменение состава – раскислять сталь.

Этот «порок 3» металлургического цикла, в отличие от «порока 1», обсуждается сравнительно широко, и имеется множество нереализованных изобретений по устранению такого порока, по прямому получению железа. Достаточно полный обзор изобретений и патентов по способам прямого получения железа потребовал бы больше времени и сил, чем, например, написание данной книги. Известно, в частности, высказывание по этому вопросу: «Я полагаю, что придет со временем пора искать способы прямого получения железа и стали из руд, минуя чугун» (1899 г.).

В литературе можно найти также много различных разрозненных высказываний по тем или иным обсуждаемым порокам цикла и их полный обзор также был бы весьма трудоемким. В частности, вопросы более полного использования химической энергии топлива, принцип Грюнера и др. затрагивались во время известной дискуссии 70-х годов в журнале «Сталь» с участием виднейших специалистов доменного производства - и других.

В прошлом попытки получать сталь непосредственно в шахтной печи оказались неудачными; при совместной продувке рудо-топливной смеси эта задача достаточно трудна.

При раздельной продувке можно плавить получаемую массу металлизованных окатышей без избытка углерода топлива, а при необходимости – даже без их контакта с твердым топливом, подавая в массу окатышей лишь горячие газы из газогенератора или из топливной зоны, из факела дутья с угольной пылью. Это открывает возможность не переуглероживать металл при его получении, а сразу в шахтной печи получить расплав с нужным содержанием углерода, то есть сталь.

2.5. Психологические сложности

Развитье здесь идет не по спирали,

а вкривь и вкось, вразрез-наперерез.

В. Высоцкий

Интересно, что отмеченные пороки цикла нередко в той или иной мере осознаются специалистами, или же их нетрудно осознать при желании. Этого, однако, не удается сделать в полной мере из-за психологических трудностей. Здесь создается интересная и парадоксальная ситуация: «пороки» в определенной мере понятны, их можно устранить несложными изменениями схемы процесса, но в то же время очень трудно убедить кого-либо в том, что устранение пороков вполне реально, этим можно и нужно заниматься. Уже при первых обсуждениях вопроса со специалистами часто возникает недоверие или даже резкое неприятие. Вполне ясно, что «это никто не будет делать!». Не только на заводах, но и в НИИ предложения устранить пороки воспринимаются как проявление глубокой наивности людей, совершенно оторванных от действительности, и др. Создается впечатление, что современный цикл может продержаться еще несколько столетий за счет одной лишь инерции, одних лишь психологических причин, несмотря на его очевидные и даже «вопиющие» несообразности.

Такая ситуация характерна для тех случаев, когда выдвигаемые предложения противоречат глубоко укоренившейся господствующей идеологии. Главная трудность здесь в том, что для полного осознания пороков и для поиска путей их устранения надо пройти коренное изменение или ломку очень давней и очень глубоко укоренившейся традиции.

Дело в том, что продувка рудотопливной смеси с древности является основным способом получения металла. Совместная продувка топлива и руды прослеживается в древних сыродутных горнах и в других древних агрегатах, останки или следы которых удается раскопать археологам. Видимо, этот принцип установили еще первые древние металлурги, еще при зарождении металлургии меди, где-то в эпоху перехода от каменного века истории человечества к веку бронзы, примерно 6 тысяч лет назад. Затем железо было получено по той же схеме процесса в стране древних хеттов, примерно 3,5 тысячи лет назад [1-5]. Конечно, нельзя ожидать, что выбор древних металлургов каменного века обязательно будет соответствовать данным современного физико–химического анализа процесса [17-31]. Но совместная продувка как принцип (или схема) получения металла держится все 6 тысяч лет до настоящего времени во многом силой инерции и силой очень давней, очень устоявшейся традиции.

Мы не решаемся нарушить столь древнюю и укоренившуюся традицию, столь «затвердевшую» или даже «закостеневшую» идеологию. Мы отваживаемся лишь на то, чтобы механизировать обслуживание процесса, интенсифицировать, оптимизировать, автоматизировать процесс древних металлургов, совершенствовать этот процесс в частностях, но не решаемся выдвинуть свой принцип, свой процесс получения металла, отличный от древней продувки рудотопливной смеси. Технический прогресс быстро и неузнаваемо изменяет оснащение процесса, то есть то, что существует вокруг процесса, но не затрагивает самого его принципа. Физико-химические исследования сосредотачиваются на периферийных вопросах, на деталях и частностях, но не решаются затронуть центральные вопросы, принцип или схему процесса.

Современная огромная доменная печь (например, объемом 5000 м3) может иметь совершенное и мощное механическое оборудование с применением «космических» материалов и технологий, оснащается обширной электроникой и автоматикой. Пульт управления доменной печью может выглядеть подобным пульту в Центре управления космическими полетами. Однако внутри такой доменной печи происходит все та же продувка смеси кусков топлива и рудной компоненты, как и в первых сыродутных горнах-ямах у «металлургов» конца каменного века.

Хотя наша современная металлургия по многим показателям достигла высокого совершенства и в частностях даже стала высоконаучной, она не может, тем не менее, вырваться из той колеи, в которую нас поставили древние пещерные люди где-то еще в конце каменного века истории человечества. Мы покорно движемся по этой колее, нас удерживает в ней огромная сила инерции и традиции.

Возможно, найти другие схемы получения металла было легче как раз на заре металлургии, в эпоху поисков, когда еще «не затвердела, не закостенела» традиция. Известно, что в прошлом металлургия была более многовариантной. Ремесленная металлургия имела много местных особенностей, изменяющихся со временем, однако она была вытеснена единым индустриальным металлургическим циклом, который окончательно сформировался в 18-19-м веке. Древний или средневековый металлург мог, в принципе, заметить, что процесс идет эффективнее, если в его маленьком сыродутном горне или в домнице топливо выложить внизу, а руду – сверху. Тогда мы имели бы сейчас, очевидно, высокоразвитую металлургию последовательной продувки, и были бы глубоко убеждены в том, что именно последовательная продувка и является единственно разумной, естественной, само собой разумеющейся, и что именно этот процесс «незаменим».

Чем больше совершенствовался процесс, чем больше практического опыта десятилетий и столетий аккумулировалось в практике совместной продувки рудотопливной смеси, тем труднее было забросить этот огромный накопленный опыт, «оторваться» от его основного принципа и отважиться искать новые схемы. Сейчас работает, почти по Гегелю, принцип: все действительное разумно! Доменный процесс кажется лучше любых иных схем уже потому, что он «действительный» – действующий в огромных масштабах, отлаженный, давно и многократно проверенный.

Анализ соответствующих сведений из истории металлургии и материалов по закономерностям ломки идеологий – задача двух последних глав книги, 9 и 10.

В данной книге сравнительно много места отведено вопросам психологии исследования, научно-технической идеологии, потому что эти вопросы обычно не затрагиваются и не учитываются в работах по металлургии. Между тем именно давление традиционной идеологии обрекает нас на ту «поразительную слепоту», которая мешает полностью осознать пороки цикла, и даже не позволяет осознать отмеченные явные и «вопиющие несообразности» ряда процессов, например, отапливание печей обжига неполным сжиганием кокса, в то время как их можно отапливать в 10 раз дешевле – полным сжиганием угля. Пока мы остаемся в рамках традиционной идеологии, само мышление по анализу цикла остается робким и непоследовательным. Если же мы освобождаемся от давления древних традиций, преодолеваем старые табу, то находятся простые решения, позволяющие устранить пороки цикла сравнительно небольшим видоизменением схемы доменного процесса. Такие видоизменения рассмотрены ниже.

2.6. Различия в мышлении физхимика и доменщика

А физхимики-то эти зачем нашему металлургическому институту?! Они же к нам идут только потому, что им не хватило ставок по специальности.

Из дискуссий

Отладка новых процессов в металлургии достаточно сложна, требует преодоления многих технических сложностей. Немало таких попыток закончились неудачами и авариями. Даже сравнительно небольшое, казалось бы, расстройство традиционного и хорошо отлаженного процесса может привести к опасным последствиям, большим потерям, а в пределе – даже к масштабным катастрофическим авариям. Поэтому металлурги-практики часто считают главнейшей своей задачей возможно более строгое выдерживание отлаженных режимов плавки, и очень настороженно встречают предложения хотя бы немного изменить режим, не говоря уже о радикальных изменениях всего цикла. Так, длительные трудные дискуссии вызывает предложение заменить несколько процентов кокса коксоподобным углем [23], даже после того, как такая замена успешно прошла на ряде доменных печей.