Пока Пьер и Эмиль Мартены разрабатывали и распространяли процесс производства стали в регенеративной печи, Уильям Сименс тоже не сидел сложа руки. 21 августа 1867 г. Уильям Сименс получил свой первый патент непосредственно на способ производства стали. В этом патенте утверждалось, что «литая сталь может быть получена непосредственно из руды… или путём плавления чугуна (предпочтительно марганцовистого) совместно со стальным или железным ломом или пудлинговым железом или сталью в отражательной печи… или путём комбинирования обоих этих способов». Главной целью металлургических изысканий Вильгельма Сименса был «прямой» процесс, то есть получение стали непосредственно из руды, что позволило бы исключить из технологической цепочки стадию доменного производства. Убедившись, что в регенеративной печи это сделать невозможно, Сименс в 1869 г. спроектировал и построил на заводе Landore вращающуюся печь. В 1873 г. Сименс построил промышленную вращающуюся печь для прямого получения железа на заводе Towcester в Нортхемптоншире. Местная руда позволяла получить качественный металл, но имела слишком низкое содержание железа и не обеспечивала окупаемость процесса.
Разработанный процесс удалось внедрить в Америке. В 1883 г. в Питтсбурге во вращающейся печи Сименса стали получать губчатое железо из канадского магнитного песка месторождений на берегах реки Святого Лаврентия. Высокое содержание железа (свыше 50 %) позволяло производить менее чем за 4 часа железную крицу, которая после переплавки в регенеративной печи превращалась в отличную мягкую сталь.
Таким образом, Уильям Сименс является не только одним из «отцов» производства литой стали, но и одним из основателей нового направления в металлургии – «прямого» получения железа. Кроме того, вместе с братьями он проводил исследования по выплавке стали с помощью электричества, но дело не пошло далее лабораторных опытов. Сэр Уильям Сименс скончался 19 ноября 1883 г. и был погребён на знаменитом лондонском кладбище Кенсал Грин (Kensal Green Cemetery). За несколько месяцев до своей смерти он был посвящён в рыцари.
|
|
Приём против лома
К началу эпохи индустриализации металлургия получила ещё один источник железа — скрап (металлолом), то есть вышедшие из употребления железные изделия, а также отходы (обрезки, брак и т.п.). Количество их было
огромно, а цена, ввиду практически полного отсутствия спроса, низкая. Способами переработки металлолома в то время были перековка и перекатка (в некоторых случаях применялась переплавка в доменных печах и вагранках). Это налагало существенные ограничения на размеры перерабатываемых изделий (не все помещались в сварочную печь). Единственным видом железного лома, который перерабатывался более-менее регулярно, были рельсы, которые подвергали перекатке. Бессемеровский и томасовский процессы не решали проблему металлолома, поскольку в конверторах нельзя было перерабатывать железо и сталь – в них, в отличие от чугуна, не было примесей, играющих роль топлива (это отрицательно сказывалось на тепловом балансе процесса). Поэтому в конвертере перерабатывали только небольшие по размеру стальные обрезки, образующиеся при прокатке. Сименс-мартеновский способ выплавки пришёлся как нельзя кстати именно для переработки железного и стального
|
|
лома. По этой причине новый способ выплавки стали в регенеративной печи, представленный на Всемирной выставке в Париже в 1867 г. Сименсом, Мартенами и Берардом, произвёл фурор. Сталь Мартенов и печь Сименса
были отмечены призами выставки. После этого началось «победное шествие» нового процесса: в 1868 г. он был внедрён в Швеции, спустя год - на крупных заводах Террнуар и Фирмини (Франция), Круппа в Эссене и Штуммера в Вене. Внедрение сименс-мартеновского способа в промышленность Великобритании связано с одним из «крёстныхотцов» бессемерования – Джоном Рамсботтомом, главным инженером Лондонской и Северо-Западной железной дороги. Именно ему Сименс отправил письмо, в котором приводил расчёты выгоды переработки старых рельсов в регенеративной печи, что, решало как проблему лома, так и существенно снижало затраты на обновление дорожной сети. Ознакомившись с производством в Бирмингеме и убедившись в его перспективах, Рамсботтом в середине 1868 г. распорядился организовать производство в мастерских крупного железнодорожного узла Кру (Crewe).
Процесс выплавки стали в регенеративной печи имел большой успех, несмотря на конкуренцию с процессом Бессемера. Даже в условиях спада в металлургическом производстве выплавка стали новым способом в Великобритании увеличилась с 77,5 в 1873 г. до 436 тыс. т в 1882 г. В конце того же года в этой стране работало более 150 регенеративных печей, и ещё больше находилось на стадии строительства.
«Морской» металл»
Сименс-мартеновский металл находил применение в самых различных областях – и там, где раньше использовалась качественная и дорогая тигельная сталь, и там, где применялось мягкое железо. В конце XIX в. процесс в регенеративных печах считался наиболее приспособленным для производства крупных стальных отливок. Поскольку длительность плавки была достаточно большой(существенно дольше продувки в конверторе), можно было точно регулировать состав и свойства получаемого металла. Благодаря этому настоящее признание сименс-мартеновская сталь нашла в кораблестроении.
|
|
Первые стальные морские суда были построены в Великобритании в 1862 - 64 гг. Это были колёсный быстроходный корабль «Банши» (Banshee), винтовой пароход «Энни» (Annie), парусники «Формбэй» (Formbay) и «Алтея» (Althea). Суда были довольно дорогими из-за того, что сталь выплавлялась в тиглях.
Уильяму Сименсу удалось убедить руководство Адмиралтейства, что технология получения литой стали позволяет производить металл необходимого качества. В 1876 г. по заказу Адмиралтейства компания Landore Steel провела тестовые испытания. Из литой стали был получен сляб, прокатанный затем в трёхдюймовую броневую плиту. Результаты теста настолько удовлетворили Адмиралтейство, что Landore Steel сразу же получила заказ на производство стального листа для судов «Ирида» (Iris) и «Меркурий» (Mercury), которые в итоге полностью, за исключением заклёпок, были сделаны из стали Сименса. После этого Адмиралтейство приняло решение закупать стальной лист только у Landore Steel. В скором времени вся обшивка и котлы броненосцевна адмиралтейских верфях производилась из стали Сименса.
Опыт использования первых стальных судов показал, что они безопаснее в эксплуатации, чем железные. После осмотра повреждённых, но оставшихся на плаву кораблей «G.M.B.» и «Ротоманаха» специалисты единодушно
признали, что железные суда при тех же обстоятельствах неминуемо пошли бы ко дну. Этот факт существенно снижал потери судовладельцев в случае возможных катастроф. Кроме того, стальные корабли были дешевле в
производстве из-за снижения расхода металла (стальной лист можно было делать тоньше железного примерно на 20 % при сохранении прочности).
В 1880-х годах началось строительство понастоящему крупных стальных кораблей. Использование стали для судостроения в этот период росло с беспрецедентной быстротой. Если в 1879 г. для постройки судов было израсходовано около 20 тыс. т стали, то уже в 1883 г. корабелы использовали более 260 тыс. т. В 1899 г. в Великобритании был спущен на воду стальной двухвинтовой двухтрубный трансатлантический лайнер «Оушеник» (Oceanic) длиной 214,7 м и водоизмещением 28,5 тыс. т. Этот корабль превзошёл размерами знаменитое творение Изамбарда Брюнеля – же-
лезный «Грейт Истерн» (Great Eastern).
Окончательно морское господство стали было закреплено на заре XX в. «большой четвёркой» – английскими «Селтиком» (Celtic) (1901 г.), «Балтиком» (Baltic) (1904 г.), «Лузитанией» (Lusitania) (1907 г.) и немецким «Кайзерина Аугуста Виктория» (Kaiserin Auguste Viktoria) (1906 г.).