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

Что такое кокс?

Кокс – это продукт высокотемпературной обработки каменного угля. Он состоит в основном из углерода в кристаллической форме графита и пришел в металлургии на смену древесному углю.

В XVIII в. в вагранках, как и в доменных печах, а ранее в сыродутных печах, использовали древесный уголь. В период промышленной революции, которая в 60-е гг. XVIII в. набирала обороты в Англии, на фоне роста спроса на продукцию металлургии производство металла сокращалось. Дело в том, что древесный уголь резко рос в цене из-за вырубки лесов. Если в 1066 г. – во времена Вильгельма Завоевателя – лесами была покрыта шестая часть территории Англии, то к началу ХХ в. они занимали лишь 5 % суши. Пустоши и торфяные болота, по которым ночами бегала собака Баскервилей – плата Британских островов за развитие промышленности. И во второй половине XVIII в. Великобритании приходилось 60 % потребностей в железе и его сплавах удовлетворять за счет экспорта. Причем значительная часть металла ввозилась из России, в частности, с заводов Баташевых. Но британские промышленники искали выход из сложившейся ситуации.

Выход нашел английский металлург Абрахам Дерби. Его еще называют отцом английской металлургии. В 1713 г. он впервые добавил к древесному углю в доменной печи кокс. Абрахам Дерби решил применить кокс в доменном процессе для экономии дорогостоящего древесного угля. Первую плавку чугуна на коксе без добавления древесного угля осуществил в 1735 г. старший сын уже покойного Абрахама Дерби, тоже Абрахам. Он же изобрел чугунные рельсы для вагонеток, которые подвозили к домне сырье. Это изобретение увеличило скорость движения вагонов и было затем применено при создании железных дорог.

Для получения кокса каменный уголь в течение длительного времени нагревается без доступа воздуха до температуры свыше 1000 °C. Сложные органические вещества, образующие каменный уголь, разлагаются. В печи остается твердый остаток – кокс, содержащий до 98 % углерода.

Что значит «посадить козла»?

«Посадить козла» на металлургическом жаргоне – значит, допустить застывание расплавленного металла в печи. Козел может получится при застывании чугуна в доменной печи или вагранке, а Андрюха, герой сказа П. Бажова «Две ящерки», посадил козлов в две медеплавильные печи заводчика Турчанинова. Удалить козла трудно, обычно для этого требуется разбирать печь. Полевой предостерег Жору Козакевича от преждевременного выпуска чугуна. Чугун из вагранки выпускают, когда он раскалится добела, то есть достиг температуры 1500 °C. Если температура ниже, чугун может слишком быстро остыть и затвердеть.

Формовка

Для отливки чугунного изделия требуется форма, в которую заливают жидкий чугун. В книге В.П, Беляева рассказывается, как происходит литье «на плацу» – в разовые песчаные формы, изготовленные вручную с помощью деревянных моделей. Формовочная смесь, основной компонент которой песок с добавлением глины, помещается в ящик без дна – опоку. В фабрично-заводском училище, в котором учился Василь Манджура, использовали деревянные опоки, а в современном литейном производстве они чугунные или стальные. В формовочной смеси должен образоваться отпечаток модели, в который будет заливаться чугун, а стенки опоки должны удерживать полученную форму. В фабрично-заводском училище были деревянные модели, которые после формовки надо вынимать из опоки. Это сложный процесс, во время которого форма может быть легко повреждена. Для точного литья сложных изделий, например ювелирных, используют одноразовые модели из легкоплавкого материала (воска, парафина, стеарина), которые можно удалить из формы, расплавив. А еще модель можно изготовить из пенопласта (вспененного полистирола). Такую модель не надо удалять из формы, при заливке расплавленного металла она сгорает, освобождая место для металла.

Формы, которыми пользовались в литейном цеху фабрично-заводского училища, изготавливались так: на деревянную плиту устанавливают нижнюю часть опоки (деревянный ящик без дна), внутри которой помещают половину разборной модели будущей отливки. Поверхность модели присыпают мелким сухим песком, что бы она легче отделялась от формы (с той же целью форму для выпечки кекса хозяйки присыпают панировкой). Затем пустоты между стенками опоки и моделью набивают формовочной смесью до самого края. Сверху кладут еще одну деревянную доску и переворачивают опоку «вверх ногами». Доску, которая теперь оказалась сверху, убирают. На нижнюю часть модели кладут верхнюю часть, подгоняя их друг к другу, а на нижнюю часть опоки помещают верхнюю часть, после чего набивают ее формовочной смесью.

При формовке нужно не забыть про литник (В.П. Беляев называет его не совсем правильно «летник») – воронку для заливки чугуна, модель которой размещают в верхней части опоки. Чтобы дать выход газам из формы, заполняемой металлом, в опоке формируются цилиндрические отверстия – выпоры (или выпары). По подъему столбика металла в выпоре можно судить о заполнении формы. После извлечения отливки из формы чугунные столбики на месте литника и выпоров отламывают или отпиливают. Кроме того, для увеличения газопроницаемости формы смесь в опоке прокалывают длинной стальной спицей – душником. После установки литниковой системы верхнюю часть опоки аккуратно поднимают и переворачивают на 180°. Это половина литейной формы. Из нижней опоки извлекают модель. Полученный отпечаток модели в песке – это нижняя часть формы. Если в изделии должна быть внутренняя полость, в форму помещают изготовленный из формовочной смеси стержень, повторяющий рельеф предполагаемого отверстия. Такие стержни называются шишками. Разместив шишки в форме, ее внутреннюю поверхность выравнивают, сметают лишний песок, а затем верхнюю часть опоки размещают на нижнюю часть. Форма готова к литью.