ПОСЛЕ ВЗРЫВА

Место, где будет вестись строительство, выбирают, обычно мучительно и долго. Предлагается множество вариантов: у каждого свои достоинства, свои недостатки. Вспыхивают споры. Кого-то называют «консерватором», получая в ответ обидный упрёк в «легковесности».

При строительстве первой в мире кислородной домны всё было по-другому. Без споров. Домну можно было строить только там, где есть кислород. Достаточно мощная кислородная установка имелась лишь на одном заводе в стране – на Чернореченском химическом комбинате. Выбирать было не из чего.

Вариант, подсказанный бедностью, имел много достоинств. Чернореченский комбинат, расположенный недалеко от города Горького, – колыбель русской химии. С него начиналась химическая промышленность России. Опыт, традиции, специалисты – огромное и по тем временам редкое богатство. Кислородный цех комбината строился немецкой фирмой Линде. Конечно, цех устарел. Но имя Линде, создателя первой промышленной установки для получения кислорода методом глубокого охлаждения, гарантировало надёжность.

На этот раз решили строить настоящую домну. Специалисты учли производительность кислородного цеха и выбрали подходящие размеры. Объём печи 25 – 30 кубических метров.

Сразу встала почти неразрешимая проблема – материалы. С материалами было так трудно, что даже нарком тяжёлой промышленности не всегда мог «достать» металл или огнеупоры.

Вездесущие «разведчики» института узнали, что на одном из заводов есть небольшая бездействующая печь. Орджоникидзе помог немедленно. Было дано разрешение демонтировать домну и перевезти её на комбинат. Дело сразу пошло.

К этому времени всё помнящий и всё предусматривающий профессор Чекин привлёк к работе металлургов. Найти их было нелегко, металлурги упорно не верили в кислород. Но директор института считал, что нет правил без исключений.

Вадим Всеволодович Кондаков недавно окончил Свердловский металлургический институт. Само по себе это ещё ничего не доказывало. Чекин знал, что есть сколько угодно молодых консерваторов. Однако Кондаков, кроме института, окончил ещё Свердловскую консерваторию по классу рояля. Это говорило о широте интересов, о кругозоре.

– Надеюсь, что консерватория и консерваторы происходят от разных корней? – улыбаясь, спросил его Чекин.

– Боюсь, что от общего, – ответил Кондаков. – Но содержание всё-таки разное.

Имя Кондакова – одного из пионеров применения кислорода в металлургии, крупного инженера – известно специалистам. Однако лишь друзья знали, что есть у него и вторая страсть – рояль. Когда строителям первой кислородной домны бывало трудно (а случалось это часто), им помогал не только металлург, но и пианист…

Николаю Ефимовичу Новосёлову было около пятидесяти лет. Он работал на Кулебакском металлургическом заводе начальником цеха. Цех выполнял план – были и премии, и почёт, и спокойная жизнь. На Чернореченском комбинате, он знал, ничего этого не предвиделось, зато неприятности ожидались в избытке. Когда вывозили домну, Чекин спросил внезапно:

– Может быть, и вы?

Новосёлов усмехнулся:

– Ну, что ж… За компанию.

Из уральского института металлов, где раньше работал Кондаков, на помощь химикам приехал Максим Арефьевич Брылёв. По должности обер-мастер, а по опыту – король доменного дела. Лет ему было за пятьдесят, но держался он молодо. Худой, чёрный, горбоносый, он походил на цыгана. На одной руке у него было шесть пальцев, но это нисколько ему не мешало. Сутулый, как все доменщики, он, если надо, мог работать сутками. Мускулы у него не знали усталости…

Работали бешено. Укладывали на землю трубы кислородопровода. Тянули железнодорожную ветку для подвоза руды и кокса. Проводили водопровод, канализацию. Занимались монтажом домны.

Однажды, когда бетонировали фундамент, ударил мороз. Вода в трубах могла замёрзнуть. И тогда рабочие – те, кто кончил работу и сменился, – легли на трубы…

Даже по теперешним темпам строительство было закончено в рекордно короткий срок. Работы развернулись в начале 1932 года, а уже к концу лета печь подготовили к пуску.

На взгляд металлурга, домна выглядела странно. Прежде всего не было кауперов – огромных металлических цилиндров, которые всегда высятся рядом с печью. Кауперы служат для того, чтобы нагревать воздух, «дутьё», «Холодное дутьё – мёртвая печь», это знает каждый доменщик.

Однако конструкторы новой домны были химиками. И рассуждали они по-своему. Горение в кислороде должно идти гораздо интенсивнее, чем в воздухе. Тепла будет больше, и нет надобности в дополнительном подогреве.

Горячий воздух (его температура достигает 600 – 800 градусов) подаётся от кауперов к печи по специально оборудованным трубопроводам. С холодным кислородом предосторожности не нужны. Простые металлические трубы, а местами (страшно сказать!) резиновые шланги – так «несолидно» была оснащена первая кислородная домна.

И вот день пуска. Вернее, три дня, потому что прошло трое бессонных суток, прежде чем печь дала металл.

Стояла редкая по этим местам, жара – термометр в тени показывал 35 градусов. У печи нечем было дышать. Каждые четверть часа все – учёные, инженеры, рабочие – прямо в одежде лезли под душ. Выходили мокрые, обсыхали у печи и снова бросались под душ.

С едой было, в общем, неважно. А тут, к пуску, привезли мороженое. Его ели в невероятных количествах – по 800 граммов. И удивительно – ни один человек не простудился.

Выпустили металл, сделали анализы. Чугун получился не очень качественный, но получился – это главное! И газовая смесь (о которой за доменными делами стали забывать) имела подходящий состав. Во всяком случае, после обработки её можно было использовать при синтезе.

Впрочем, в тот момент о деталях не думали. Хотелось скорее добраться до кровати и лечь. Даже есть не хотелось, хотя питались урывками, всухомятку. Но по дороге, не сговариваясь, все вместе свернули к почте и дали телеграмму Орджоникидзе. Нарком был первым, кто узнал об успешном пуске первой в мире доменной печи на кислородном дутьё.

Трудности обнаружились скоро, буквально на следующий день. Печь вырабатывала много окиси углерода (CO). Вообще говоря, это достоинство. Окись углерода – горючий газ. Окисляясь до двуокиси (углекислого газа), она выделяет энергию.

Но в данном случае нужна была не окись углерода, а водород. Получить его, имея CO, просто: CO + H2O = CO2 + H2. Собственно, на этот процесс (его называют конверсией) и рассчитывали химики, когда решили, что печь дала нужную газовую смесь, хотя чистого водорода там почти не было.

Однако на практике реакция между CO и H2O идёт лишь при избытке паров воды. Профессор Юшкевич – отличный химик, относящийся, однако, к кислородной домне без большого энтузиазма, – произвёл расчёт. Получилось, что расход пара на конверсию будет чрезвычайно велик, а это связано со многими неудобствами.

Перспективы потускнели. Над работой нависла угроза гибели. Между тем сообщения об успешном испытании попали в газеты. Из управлений требовали подробных объяснительных записок. Редакции советских и иностранных журналов хотели получить обстоятельные статьи.

В этот критический момент инженер Иосиф Галынкер выдвинул смелую идею. Он предложил вести конверсию прямо в печи, то есть вдувать водяной пар непосредственно в домну! От этой идеи металлурги пришли бы в ужас. Но химики… просто побежали пробовать. Был быстро подан пар, и результаты оказались отличными.

Угроза катастрофы миновала. Через несколько дней Чекин и Семёнов должны были делать доклад на Коллегии Наркомтяжпрома. И вдруг телеграмма с комбината – на установке взрыв!

Дурные вести шагают быстро. Скоро о взрыве знали все. Металлурги даже не считали нужным злословить – всё и так было ясно. Взрыв не мог не произойти, и он произошёл.

Весь Институт азота собрался на комбинате. Началось расследование. Серьёзное, по всем правилам: с опросом свидетелей, осмотром вещественных доказательств. Взрыв был страшен. С компрессора сорвало тяжёлую чугунную крышку. Крышка проломила кирпичную стену, срезала телеграфный столб и, самое худшее, убила человека.

Но осмотр предохранительного клапана показал, что он покорёжен не от домны к компрессору (как было бы, если бы взрыв произошёл в домне), а от компрессора к домне. Постепенно стали ясны и другие обстоятельства. Кто-то в парокотельной перекрыл пар, компрессор остановился, и газы пошли назад. Окись углерода попала в компрессор, смешалась с кислородом, произошёл взрыв. Домна была тут ни при чём…

Доклад состоялся и прошёл с успехом. Коллегия Наркомтяжпрома одобрила результаты работ и приняла решение строить настоящую, промышленную домну на Днепропетровском заводе.

Печь эта должна была решить крайне важную для страны проблему – производство тугоплавких сортов чугуна, содержащих ценные примеси (ферросилиций, феррохром, ферромарганец).

Обычно их получают в электрических печах, потому что домна не в состоянии дать достаточно тепла. Но теперь в распоряжении металлургов был кислород, а значит, и высокая температура.

Печь строили долго. Сказывались и общие трудности 30-х годов, и непреодолённое до конца недоверие металлургов, и отсутствие опыта в сооружении мощных кислородных установок.

Но работа уже вышла из стен института и пошла шагать по свету, обрастая по пути друзьями и недругами, равнодушными и энтузиастами. На V Менделеевском съезде в Харькове доклад встретили аплодисментами. В 1935 году на Международном конгрессе промышленной химии в Брюсселе представителю Института азота Иосифу Галынкеру было задано множество вопросов. За границей сразу почувствовали, что с небольшой печи Чернореченского комбината начался новый этап в развитии металлургии. Директор Макеевки Гвахария, договорившись с Орджоникидзе, решил перевести на кислород доменную печь объёмом 800 кубометров…

Наконец, уже в 1940 году была пущена домна в Днепропетровске. Результаты превзошли ожидания – печь сразу же стала выдавать чугун самых тугоплавких марок. Началась война. Немцы подошли к Днепропетровску. Домну пришлось взорвать.

А работы уже шли широким фронтом. Ещё в 1933 году харьковский инженер Николай Илларионович Мозговой предложил использовать кислород в мартеновских печах и конверторах при выплавке стали. Предложение отвергли – всё та же боязнь «взрыва». Однако Мозговой продолжает борьбу. Опыты в Киеве на заводе «Большевик», на московском «Серпе и молоте», в Азовстали, в Запорожстали… В канун 1958 года на Криворожском заводе начал работать крупнейший в мире конверторный цех с чистым кислородным дутьём.

В середине 30-х годов было создано Кислородное бюро, которое направляло и координировало исследования по использованию кислорода в различных отраслях промышленности. Начались работы по применению кислорода в цветной металлургии, при производстве цемента, бумаги…

Не было лишь одного – кислорода. Старые установки Линде – громоздкие и медлительные – не удовлетворяли непрерывно растущий спрос.

Замечательное изобретение академика Капицы – турбодетандер – решило эту проблему. Уже в первые послевоенные годы промышленность освоила выпуск новых машин – высокопроизводительных, портативных, удобных. Создание мощной (самой мощной в Европе) кислородной «базы» имело колоссальное значение для страны, для всех отраслей народного хозяйства…

СПОР ПРОДОЛЖАЕТСЯ

И снова – библиотека. Те же книги по металлургии, напечатанные на плохой бумаге (такие книги почему-то редко печатают на хорошей). Академик уехал, тепло попрощавшись и не сделав никаких предложений. Со Смолиным они, правда, о чём-то договорились. Но Смолин молчит. Скафандр по новым чертежам ещё не готов. Вот мы и сидим в библиотеке.

Не стану уверять, что после рассказа приезжего книги сразу показались нам верхом занимательности. Так, по-моему, и не бывает. Для меня книга становится интересной, когда есть идея. Читаешь, допустим, учебник химии и поражаешься: ну зачем столько писать об алюминии. Потом приходит мысль создать новый термит. Хватаешься за ту же книгу и не можешь понять: куда девались подробные описания? Каких-то несколько строчек, и всё. Неужели о таком важном металле, как алюминий, нельзя рассказать серьёзно и обстоятельно…

На этот раз собственных идей у нас не было. Поэтому страстного, до зуда в пальцах, интереса к металлургии мы не испытывали. И всё-таки книги читались теперь другими глазами. За способами и конструкциями мы видели людей. И ощущали то, что великий Эйнштейн увидел в физике: «Это драма. Драма идей!»

Производительность заводов и установок металлургической, химической, топливной промышленности определяется скоростью химических реакций. Скорость же тем больше, чем выше концентрация веществ, участвующих в реакции. Воздух беден кислородом. Поэтому и процессы окисления идут сравнительно медленно.

Скорость зависит и от температуры. Чем выше температура, тем больше скорость.

Замена воздуха кислородом решает сразу обе задачи. Чистый кислород почти впятеро богаче «самим собой», нежели воздух. И применение его в большинстве случаев – простейший способ повысить температуру…

Что даёт, например, кислород в доменном производстве? Обычно на каждую тонну выплавленного чугуна нужно подать в печь 2830 кубических метров воздуха (около 4 тонн!). Это количество надо перемещать, сжимать, нагревать. И всё затем, чтобы полезно использовать лишь его пятую часть. Применение кислорода резко уменьшает размеры всего воздушного хозяйства: компрессоров, труб, нагревателей.

Это лишь одна сторона дела. Кислород даёт возможность повысить температуру в печи до 3000 градусов (вместо 1800). В результате руда плавится гораздо быстрее и легче восстанавливается. Высокая температура позволяет получать тугоплавкие и особо ценные сорта чугуна, содержащие 35 – 40 процентов кремния, 50 – 55 процентов хрома.

Однако и это не всё. В кислородной домне образуются газы, которые с успехом можно использовать во многих химических производствах – скажем, при синтезе аммиака. На каждую тонну чугуна – тонна аммиака. Тут уже трудно сказать, что главное.

С применением кислорода даже шлак перестаёт быть «шлаком». Из отходов производства он превращается в весьма ценный продукт. И всё это без дополнительных затрат топлива, без специальных агрегатов…

Большие преимущества даёт использование кислорода в мартенах и конверторах, в цветной металлургии. При получении серной кислоты кислород повышает производительность установки в пять-шесть раз; при производстве азотной кислоты – вдвое; ускоряет производство цемента, улучшает его качество.

Однако применение кислорода наталкивается на трудности. Иногда эти трудности очень значительны. Они-то и вызывают споры, ту самую «драму идей», без которой никогда, в сущности, не обходится рождение нового.

В этом смысле очень типична история вторжения кислорода в бессемерование.

Как известно, бессемеровский способ выделки стали появился в 1856 году, раньше мартеновского. Способ предельно прост. Через металлическую «грушу» – конвертор с расплавленным чугуном – продувают воздух. Воздух «выжигает» из чугуна часть углерода и примеси. Получается сталь. Дополнительного топлива не нужно, процесс питается «внутренним» теплом, теплом реакций. Скорость огромная: весь процесс занимает 20 – 30 минут. Идеал.

Но ещё несколько лет назад этим идеальным способом выплавлялось лишь около 4 процентов мировой стали. Основное количество получали в мартеновских печах, где и уголь расходуется, и процесс длится много часов, и оборудование гораздо сложнее и дороже. Логика…

К сожалению, логика есть. По крайней мере, была. У бессемеровского способа всего два недостатка, зато очень серьёзных. Для конвертора годится не всякий чугун, лишь такой, в котором содержится определённое количество кремния и фосфора – ведь в конверторе они играют роль горючего. А на земном шаре очень мало руд, пригодных для выплавки такого чугуна.

Второй недостаток – низкое качество стали. При бессемеровании в кипящем металле растворяется много азота. Азот портит сталь, делает её хрупкой, ненадёжной. Какими только методами не пробовали бороться с этим злом! Через металл продували, кажется, всё, что можно, – ацетилен, водород, углекислый газ, аргон, пар… Применяли вакуум. Пробовали добавлять алюминий и титан. Азот держался крепко, никакими силами его не удавалось «выгнать» из стали.

А зачем? Не надо пускать, тогда и выгонять не придётся. В чистом кислороде азота нет, и понятно, что если продувать им чугун, получится «безазотная» сталь высокого качества.

Вроде бы между прочим будет устранён и другой недостаток. Чистый кислород можно продувать через чугун, в котором вообще нет ни кремния, ни фосфора. Железо и углерод, окисляясь, дадут достаточно тепла.

Итак, сплошные «за». Есть, однако, и «против». При работе с кислородом фурма (то есть труба, по которой в конвертор подаётся газ) выдерживает одну-две плавки. Потом её надо менять, а это долго и сложно. Все попытки найти материал, способный выдержать хоть несколько плавок, до сих пор окончились безрезультатно. Пока что техника не создала материала, который мог бы выдержать контакт с расплавленным чугуном в атмосфере чистого кислорода»

Когда прямой путь не приводит к успеху (нет материала), инженеры ищут обходный. Стремятся «обмануть» препятствие оригинальностью конструкции.

Так и в данном случае. Многое предлагалось. Были конструкции вроде вечного карандаша: по мере сгорания грифель-фурма вдвигается в ванну. Были микропористые днища, напоминающие стенки альвеол: они пропускали газ и удерживали металл. Водяное и воздушное охлаждение, специальные экраны, расположение фурм сбоку ванны – всё это тоже было.

И прошло. Для жёстких условий, в которых работает фурма, требовалась конструкция предельно простая и предельно надёжная.

Её нашли. Фурму «вывели» из металла, её поместили сверху, над ним. Новое решение? Пожалуй. По крайней мере, в том смысле, в каком называют новым очень старое, давно забытое. История техники знает тысячи таких примеров.

С фурмы, расположенной над металлом, начинал Бессемер. У него ничего не вышло. Воздух, идущий сверху, «обжигал» лишь поверхность чугуна, основная же его масса оставалась нетронутой. Тогда Бессемер поместил фурмы внизу и добился успеха.

И вот фурма снова сверху. Но теперь через неё подаётся не воздух, а… кислород. Это во-первых. И не просто подаётся, врывается в чугун со сверхзвуковой скоростью, под давлением 8 – 9 атмосфер. Это во-вторых

А в целом – новый результат. Кислород проникает глубоко в чугун, вызывает бурное сгорание углерода и примесей, чугун перемешивается, кипит, превращаясь в сталь. В то же время фурма, удалённая от металла, надёжно защищённая струёй холодного кислорода, не прогорает.

Теперь кислороду открыт путь в конверторное производство, и, благодаря кислороду, сам конверторный способ выделки стали становится одним из главных направлений в развитии металлургии. Крупные конверторные цеха строятся у нас в стране, в Соединённых Штатах Америки, в Австрии.

Но спор не окончен. Металлурги, воспитанные на мартене, с трудом принимают новое. В своё время они доказывали, что конверторную сталь не удастся «освободить» от азота. Потом, когда это стало очевидно (сотни опытов, годы труда), они принялись утверждать, что применение конвертора ограничено рудами строго определённого состава. Снова опыты (а ведь получить для эксперимента конвертор нелегко, это не пробирка), снова годы. Прогорают фурмы, и скептики вновь пожимают плечами: «Ясно, ничего не выйдет».

Теперь и фурмы не прогорают, выдерживают десятки плавок. А противники всё ещё есть. Почему они спорят сейчас? По инерции? Или потому, что с «добрым, старым» мартеном легче и спокойнее жить?..

А победит всё-таки новое. В рядах борцов за идею были такие люди, как профессор Чекин, старый, партизан Семёнов, инженер Мозговой, отдавший кислородному конвертору всю свою жизнь. Тысячи и тысячи инженеров и учёных приняли от них эстафету.

Поиски продолжаются. Сравнительно недавно создана печь нового типа – роторная. Она предназначена для переделки чугуна в сталь и по конструкции напоминает печь, в которой обжигают цемент. С виду это огромный валик. Валик вращается, перемешивая жидкий чугун, а через полую ось в него подаётся кислород. Нетрудно заметить, что роторная печь развивает принципы, заложенные в бессемеровании. Она никогда не смогла бы появиться без конвертора.

Такие печи уже применяются. В конце 1958 года на Нижне-Тагильском комбинате пущена 20-тонная роторная печь. Результаты отличные. Печь ёмкостью 100 тонн даст больше металла, чем четыре 200-тонных мартена. Высокая производительность, надёжность, экономичность открывают «валику» широкую дорогу в промышленность.

Глава 7

В СТРАНЕ УЛЬТРАПОЛЯРНЫХ ТЕМПЕРАТУР