Химия. Узнавай химию, читая классику. С комментарием химика - Елена Стрельникова

Он лился и лился в широкую воронку большой струей, и казалось, ковш уйдет на один этот маховик, как неожиданно у самых моих ног поднялся по запасному отверстию – выпору – с другой стороны формы красный столбик чугуна.

– Стоп! – крикнул Жора.

Чугун в залитой форме застывал быстро – первым потемнел тонкий выпор, затем стала охлаждаться, краснеть широкая конусообразная воронка.

Следующие ковши на пару с Козакевичем таскали фабзайцы. Жора управлял рукоятками рогача, точно прицеливался струей в устье воронки, а фабзайцы только поддерживали ковш за круглую ручку с другой стороны. Я с тревогой следил, когда же наступит моя очередь нести чугун. А может, Полевой тайно распорядился, чтобы Жора не допускал меня к разливке? Может, снова они начнут тыкать мне в глаза, что я после операции, что мне нельзя надрываться? А если и в самом деле Жора не даст мне хоть раз подтащить к опокам ковш, ведь это будет позор! Учиться на литейщика, столько ждать этого для первой отливки – и не залить хотя бы одну форму!

Я старался изо всех сил обратить на себя внимание: я гонял туда и обратно за новыми затычками, бродил между рядами опок, держа наготове счищалку, подавал Жоре ломик.

Выпускали последний чугун.

Уже давно замолк мотор в соседней комнате, затихло в литейной, и только слышно было, как потрескивали опоки, тлели, исходили дымом их обуглившиеся местами стенки, как переговаривались фабзайцы-зрители. Снова подошел к рукоятке ковша светловолосый, скуластый Тиктор, он собирался тащить ковш вторично, а я все держал наготове деревянные посохи. Теперь отливка была уже для меня не мила.

Обо мне забыли нарочно, жалея, делали вид, что меня не замечают. Я стоял у вагранки, опустив голову, потный от жары, усталый и скучный. И вдруг я услышал голос Жоры:

– Погоди, Тиктор, ты уже разливал, дай-ка Василию!

Я бросил на пол затычки и мигом схватил за железное кольцо рогач.

Повел Козакевич.

Он шел согнувшись, я видел перед собой, за пылающим кружочком ковша, его широкую спину, его слипшиеся на затылке от жары волосы, его мускулистые, обнаженные и татуированные руки, по которым струился пот. Я шел позади, держа обеими руками кольцо рогача и мелко переступая ногами по мягкому грунту литейной. Ноги вязли в песке, я думал сейчас только об одном: как бы не упасть. А упадешь – тогда расплавленный чугун хлынет на ноги, обожжет лицо.

Заливать последнюю опоку было очень неудобно. Летник приходился как раз в углу, мы долго не влезали с рогачами в этот угол, я уже стоял на цыпочках, задерживая дыхание, а Козакевич подымал обе руки своего рогача как можно выше.

– Гляди, не танцуй! – крикнул Козакевич. – Замри. Будем лить сверху! – и наклонил ковш.

Струя чугуна полилась в опоку с высоты моей груди. Хорошо еще, что Жора нацелился точно: круглая воронка сразу приняла струю. Чугун бил туда сильно, мелкие брызги его разлетались повсюду, они жалили меня в лоб, в лицо, в руки. Так пекло, что хотелось кричать от жары. Я думал, что уже кожа слезает с лица, а тут еще от близкого огня глаза начали слезиться, я, точно в тумане, видел перед собой падающую вниз струю и едва удерживался на ногах. Я с надеждой ждал той минуты, когда ковш опустеет: эта минута наступала, ковш становился все легче и легче, форма наполнялась.

* * *

Что такое вагранка?

Вагранка – это печь для переплавки чугуна. А зачем его переплавлять? Для ответа на этот вопрос надо вспомнить, что такое чугун. Как мы уже знаем, чугун – это сплав на основе железа, содержащий более 2,14 % углерода, да и других примесей (кремния, марганца, фосфора и т. п.) в чугуне больше, чем в стали. Чугун получают из железной руды в огромных башнях – доменных печах, или домнах. Домны появились в металлургии как результат усовершенствования кричных печей (штюкофенов), шедшего по пути увеличения высоты и усиления дутья. Это привело к повышению температуры в печи. При температуре свыше 900 °C восстановленное железо поглощает углерод, а плавиться такой сплав (чугун) начинает при 1150 °C. Это много ниже температуры плавления чистого железа, и значительную часть продукции такой печи составлял расплавленный чугун. А в домне все восстановленное железо превращается в расплавленный чугун. Чугун не поддается ковке из-за высокой хрупкости, которая объясняется тем, что избыток углерода, содержащийся в чугуне, при его застывании кристаллизуется в форме графита.

Включения графита в чугуне и придают ему хрупкость: при ударе графит, в отличие от пластичного железа, легко раскалывается. Это свойство чугуна и предопределяет его дальнейшее использование. 90 % получаемого в домнах чугуна переделывается в сталь (передельный чугун), а 10 % идет на отливку чугунных изделий (литейный чугун). Казалось бы, жидкий литейный чугун, полученный в доменной печи, сразу же можно и даже нужно разливать в формы, пользуясь тем, что он еще жидкий. Но отливки из свежеполученного в домне чугуна имели низкое качество: «чугун первой плавки» содержал большое количество вредных примесей, повышавших его хрупкость. Проблема эта была решена путем повторной плавки доменного чугуна в специальных печах. Их и называют вагранками. В ходе повторной плавки из чугуна выжигаются лишние примеси, и «чугун второй плавки» обладает гораздо более высоким качеством.

Печь, явившаяся прообразом современной вагранки, была сконструирована и впервые запущена в 1774 г. на Гусевском чугуноплавильном заводе (теперь в этом месте расположился город Гусь-Железный), принадлежавшем Андрею Родионовичу Баташеву. В конце XVIII в. на заводах знаменитых заводчиков Баташевых выпускалась девятая часть российского чугуна и железа. Причем чугун производства А. Р. Баташева был лучший в Европе благодаря, в частности, проведению повторной плавки. Из баташевского чугуна были, например, отлиты скульптуры на Триумфальной арке в честь 1812 г., фонтан на Театральной площади, квадрига на фронтоне Большого театра. За поставку бесплатных ружей для российской армии Екатерина Великая в 1783 г. возвела род Баташевых в дворянское достоинство.

Появление вагранок привело в конце ХІХ – начале ХХ в. к отделению литейного производства от доменного. Ведь в них загружают не жидкий чугун, а застывший в виде болванок. Литейные цеха, оборудованные вагранками, стали появляться на многих заводах, в том числе небольших. Вагранка первоначально имела восьмигранную форму и складывалась из камня, а затем приобрела форму цилиндра, изготовленного из стального листа и выложенного изнутри огнеупорным кирпичом. Цилиндр помещался на четырех столбах (вагранка фабрично-заводского училища, описанная В.П. Беляевым, стояла «на изогнутых стальных лапах»).

Нижняя часть печи называется горном, там сгорает топливо. На дно складывают дрова, которые поджигаются с помощью лучин. В книге подробно описана последовательность действий: сначала зажигают лучины, а когда загораются дрова, дверцу в горне замуровывают и пускают дутье. Воздух гонится вентиляторами через специальные трубы – фурмы – в горн, горение усиливается, температура повышается, и загорается кокс, насыпанный поверх дров. В вагранке он играет роль топлива, горение которого дает энергию для плавления чугуна. Поверх кокса в вагранку загружают болванки литейного чугуна и металлолом, требующий переплавки. Кроме чугуна и кокса в печь обязательно загружают флюсы, способствующие образованию легкоплавкого шлака. В качестве флюсов обычно используют знакомые уже нам известняк, доломит, а также некоторые другие вещества, которые сплавляются с золой кокса и прочими примесями, образуя шлак. Он должен всплывать на поверхность расплавленного чугуна, не растворяясь в нем. Кокс, металл и флюсы чередуются в печи слоями. Это называется «шихта» (от немецкого die Schicht – «слой»). Горячие газы, образующиеся при сгорании топлива в горне, поднимаются вверх и нагревают шихту. В середине печи температура достаточна для плавления чугуна и образования шлака. Капли чугуна стекают в горн, нагреваясь до 1500 °C и попутно освобождаясь от излишних примесей, которые при этом выгорают и переходят в шлак. Жидкий чугун выпускают через отверстие в нижней части горна, которое называется «лётка». Когда надо остановить поток чугуна, летку затыкают затычкой из влажной огнеупорной глины (Жоре Козакевичу потребовалось две таких затычки). При необходимости выпустить чугун глину в летке пробивают. Жора Козакевич делал это вручную, стальным ломиком, рискуя оказаться под струей раскаленного чугуна. Сейчас, конечно, это делается автоматически.