Михаил Лесников - Бессемер

Сам Бессемер в своем письме Нэсмиту так описывает эти постепенные стадии. «Я подготовился провести другой опыт в тигле, снабженном железной трубой, проведенной через отверстие в его крышке и проходящей почти до его дна. Вокруг нее почти доверху тигель заполнялся мелкими кусками или зернами чугуна, поток воздуха, пущенный в трубу, должен был подниматься вверх между мелкими зернами или кусками чугуна и частично их обезуглероживать. Трубку можно было потом вынуть и усилить огонь, пока металл с его окисленной поверхностью не расплавится и не получится таким образом тигельная сталь». Вот собственно первый этап.

«Когда уже все было налажено, — пишет Бессемер дальше, — со мной вдруг случился один из коротких, но очень болезненных припадков недуга, которым я тогда страдал. Прикованный на некоторое время к постели, я часами думал о предстоящем опыте и мне пришла в голову мысль, что вместо того, чтобы обезуглероживать зерненый металл, пропуская воздух между кусками чугуна, можно получить гораздо более сильное и быстрое действие воздуха, если предварительно расплавить в тигле и пропустить струю воздуха через трубку, опущенную ниже поверхности расплавленного металла и, таким образом, выжечь углерод и кремний, содержащийся в металле. Это показалось столь осуществимым и вместе с тем столь крупным улучшением, что опыты с зерненым чугуном были оставлены и, как только я поправился, я попробовал проделать этот опыт с пропусканием воздуха над поверхностью металла. Результаты были поразительны. В полчаса произошло полное обезуглероживание металла. Получался огромный жар, но, к несчастью, больше половины металла было выдуто из тигля. Это привело к применению тигля с большими выпуклыми крышками с отверстиями (по бокам), которые препятствовали выбрасыванию металла.

Эти опыты велись непрерывно с февраля по октябрь 1855 года».

Надо сказать, что весь ход работ и постепенных изменений процесса так, как он изложен в этом письме у Бессемера, довольно правдоподобен, главное он объясняет непонятный без этих промежуточных стадий, о которых Бессемер почему-то совсем не говорит в своей автобиографии, переход от работы в пламенной печи к работе с тиглем.

Наблюдения с отражательной печью вероятно показали, что несмотря на все ее усовершенствования, температура в ней все же была недостаточна для расплавления ковкого обезуглероженного железа, да и сталь повидимому плавилась плохо. Единственно возможным средством представлялся таким образом тигель. Далее, в тигле в небольшом замкнутом пространстве можно было охватить струей воздуха значительно большую поверхность металла.

Результаты этих опытов были закреплены в патенте от 17 октября 1855 года.

«Струи воздуха или пара, лучше в сильно нагретом состоянии, должны пропускаться между частицами расплавленного чугуна, или рафинированного чугуна до тех пор, пока металл, оставаясь еще в жидком состоянии, не примет свойств стали. Процесс этот ведется в печах или тиглях, какие применяются для изготовления тигельной стали. В печи особой конструкции помещается несколько тиглей, в тигли наливается расплавленный чугун и через трубку, пропущенную через крышку, в расплавленный металл нагнетается воздух или пар. О ходе процесса можно судить по вылетающим (из боковых отверстий выпуклых крышек) искрам и пламени. В тиглях около дна устроено выпускное отверстие».

Тигель с трубкой для вдувания струи воздуха

Опыт велся в очень небольшом масштабе — в тигле помещалось 10–20 фунтов металла. Опыты далеко не всегда выходили удачными. Металл часто застывал до окончания процесса обезуглероживания. Очевидно, малый вес садки и слишком слабое дутье вызывали сильное охлаждение металла, а процесс окисления примесей и железа шел настолько вяло, что не мог повысить температуры ванны. Трудно сказать, что получал Бессемер в результате продувок. Патент был взят на литую сталь, письмо Нэсмиту и автобиография говорят о совершенно обезуглероженном железе. Повидимому получалось и то и другое.

В патенте отмечено очень важное явление, ставшее в сущности исходной точкой для перехода к собственно бессемерованию: это наблюдение над повышением температуры при процессе. Но вызывать это повышение температуры повидимому не всегда удавалось. Весьма вероятно, что Бессемер даже не вполне ясно на первых порах отдавал себе отчет отчего оно происходит, а видимо слишком бурные реакции, наступавшие при усилении дутья и уничтожавшие добрую половину металла, выбрасываемого из тигля и выгоравшего, побуждали очень сильного дутья не применять, а это в свою очередь вызывало быстрое охлаждение металла.

«Если бы не поддерживалась очень высокая температура в печи, — пишет Бессемер в автобиографии, — все время, пока продолжалось это слабое дутье в течение тридцати минут, то металл застыл бы в тигле гораздо раньше, чем было бы достигнуто полное обезуглероживание».

Получался своеобразный порочный круг и выйти из него не так-то было легко. Сила дутья, температура, угар металла сочетались в столь трудную задачу, что разрешить ее казалось почти невозможным.

Ближайшие взятые после октября патенты (патент 7 декабря 1855 года и патент 4 января 1856 года), указывают на эти поиски других путей. Возникает вопрос, были ли даже действительно построены все описываемые в них приборы. Они мало дают нового и интересного для технологической стороны процесса. Некоторые из них просто нелепы, но они интересны появлением в них тех отдельных элементов в механической части, развившейся в позднейшей заводской стадии бессемеровского процесса. Бессемер в сущности ставит себе в них гораздо более скромные задачи: струя воздуха служит только для рафинировки чугуна.

Бессемер отказывается от тигля и переходит снова к пудлинговой печи, действующей однако также с применением струй воздуха, вырывающихся через боковые стенки или под печи, через слой расплавленного металла. Это уже очень недалеко от идей Нэсмита — сочетание пудлингования с пропусканием через металл струи воздуха или пара. Но насколько был осуществлен самим Бессемером этот процесс — неизвестно. Бессемер нам ни слова не говорит о нем в своей автобиографии.

Во всяком случае, если опыт и был произведен, то результаты могли быть очень печальны: бурная реакция могла бы разрушить печь. Именно ведь это и случилось несколько позже на Уэльском заводе Эббв-Вэль, когда директор Пэрри попробовал проделать этот опыт. Трудно также себе представить, как возможно было пудлинговщику работать перед бушующим металлом.