Люди. Техника. Изобретения

До конца XVIII века передел чугуна в мягкое ковкое железо происходил только в кричных горнах. Этот способ, однако, был неудобен во многих отношениях. Получавшийся в ходе него металл был неоднородным - местами приближался по своим качествам к ковкому железу, местами - к стали. Кроме того, работа требовала больших затрат времени и физических сил. Расход древесного угля был очень велик (в среднем,

на восстановление 1 кг железа уходило до 4 кг угля). В самых крупных горнах можно было за 24 часа получить не более 400 кг железа. Между тем, рынок требовал все больше железа и стали. Для удовлетворения этих запросов необходимо было найти более совершенный способ переделки чугуна.

Значительным шагом вперед на этом пути стал предложенный ещё в 1784 году английским металлургом Генри Кортом (1740 - 1800) процесс пудлингования в специально созданной для этого печи.

Принципиальное устройство пудлинговой печи состояло в следующем. В топке сжигали топливо. Продукты горения через каменный порог попадали в рабочее пространство печи, где на поду находился загруженный чугун с железистыми шлаками. Шлаки под действием пламени переходили в тестообразное состояние и частично расплавлялись. С повышением температуры чугун начинал плавиться и примеси его выгорали за счет кислорода, заключенного в шлаках. Чугун обезуглероживался, т.е. превращался в крицу губчатого железа.

Важное отличие пудлинговой печи от кричного горна заключалось в том, что она допускала использовать в качестве горючего любое топливо, в том числе и дешевый неочищенный каменный уголь, а объем ее был значительно больше. Благодаря пудлинговым печам железо стало дешевле.

Уже к середине XIX века пудлинговые печи перестали удовлетворять новым потребностям промышленности. Чтобы поспевать за спросом, приходилось строить на каждую большую домну несколько печей (в среднем одну домну обслуживало десять пудлинговых печей). Это удорожало и усложняло производство.

Многие изобретатели думали над тем, как заменить пудлингование более совершенным способом восстановления железа. Раньше других эту задачу удалось разрешить английскому инженеру Генри Бессемеру (1813 - 1898).

Опираясь на серию проведенных опытов, он предложил получать сталь путем усиленной продувки через расплавленный чугун воздуха. Кроме того, опыты показали, что нет никакой необходимости вводить в металлургический процесс тепло извне. Дело в том, что чугун содержит собственный горючий материал в качестве примесей: кремний, марганец, углерод - всего около 45 кг горючих материалов на каждую тонну чугуна. Своим горением они позволяли значительно повысить температуру плавки и получать сталь жидком состоянии.

В 1856 году Бессемер публично демонстрировал изобретенный им неподвижный конвертер. Конвертер имел вид невысокой вертикальной печки, закрытой сверху сводом с отверстием для выхода газов. Сбоку в печи было второе отверстием для заливки чугуна. Готовую сталь выпускали через отверстие в нижней части печи (во время работы конвертера его забивали глиной). Воздуходувные трубки (фурмы) находились возле самого пода печи. Так как конвертер был неподвижным, продувку начинали раньше, чем вливали чугун (в противном случае металл залил бы фурмы). По той же причине надо было вести продувку до тех пор, пока весь металл не был выпущен. Весь процесс длился не более 20 минут. Малейшая задержка в выпуске давала брак. Это неудобство, а также ряд других недостатков неподвижного конвертера заставили Бессемера перейти к вращающейся печи. В 1860 году он взял патент на новую конструкцию конвертера, сохранившуюся в общих чертах до наших дней.

Способ Бессемера был настоящей революцией в области металлургии. За 8—10 минут его конвертер превращал 10—15 т чугуна в ковкое железо или сталь, на что прежде потребовалось бы несколько дней работы пудлинговой печи или несколько месяцев работы прежнего кричного горна.

Наряду с бессемеровским способом производства стали, вскоре огромную роль приобрел мартеновский способ. Суть его заключалась в том, что чугун сплавляли с железным ломом в специальной регенеративной печи. Эта печь была придумана и построена в 1861 году немецкими инженерами Фридрихом и Вильямом Сименсами для нужд стекольной промышленности, но наибольшее распространение получила в металлургии. В 1864 году на заводе Сирейль французские инженеры Эмиль и Пьер Мартены (отец и сын) под руководством Сименса осуществили первую успешную плавку, для получения стали, в такой печи. Затем этот способ стал применяться повсюду. Мартеновские печи были дешевле конвертеров и потому имели более широкое распространение.

В целом введение бессемеровского и мартеновского процессов дало возможность производить сталь в неограниченных количествах. Литая сталь быстро завоевала себе место в промышленности, и начиная с 70-х годов XIX века сварочное железо почти совершенно выходит из употребления. Уже в первые пять лет после введения мартеновского и бессемеровского производств мировой выпуск стали увеличился на 60%

В последней четверти XIX века также была разрешена проблема промышленного производства металлического алюминия в свободном виде. До этого периода наука даже и не знала о его существовании, так как в свободном виде он не встречается в природе.

В 1825 году датскому физику Гансу Эрстеду (1777 - 1851) впервые удалось получить металлический алюминий в свободном состоянии из его оксида (глинозема - AI2O3). В 1856 году Девиль на заводе братьев Тисье в Руане организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия, но его стоимость была на столько высока, что алюминий использовали как полудрагоценный материал.

Промышленную установку для электролиза дешевого алюминия из глинозема, растворенного в криолите (Na3AIF6), а также всю технологию производства разработал француз Поль Эру (1863 - 1914) в 1885 году и независимо от него - американец Холл. В 1887 году швейцарская компания "Сыновья Негер" подписали с Эру контракт о реализации его изобретения на заводе в Нейгаузене. Уже в 1890 году здесь было выпущено 40 тонн алюминия, а вскоре завод стал выпускать 450 тонн в год. Так была налажено производство "легкого" металла, который сыграл намного позже важную роль в создании различных летательных аппаратов.

В рассматриваемом периоде произошли качественные изменения в типах и конструкциях силовых приводов машин. Совершенствовались старые типы двигателей и создавались новые, что привело к разработке новых типов технологических и транспортных машин.

Еще в1750 году венгр Сигнер, работавший в Геттингенском университете, выдвинул идею водяного двигателя, в котором наряду с напором и весом использовалась еще и реактивная сила, создаваемая потоком воды. Впоследствии такие двигатели стали называть турбинами (от латинского turbo - быстрое вращение). В XIX веке применялись два типа турбин: реактивные и струйные.

Наряду с гидротурбинами огромное значение имело изобретение и распространение паровых турбин - колес, приводимых во вращение струей разогретого пара. Первую работающую паровую турбину в 1883 году создал швед Густав Лаваль (1845 - 1913).

 Скачать реферат