Михаил Лесников - Бессемер

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».

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.

Очень может быть, что какие-то неудачи и с этими новыми видами продувки воздуха заставили Бессемера вообще отказаться от мысли продувать воздух через слой металла. Январский патент дает нам ряд комбинаций воздействия струи воздуха на поверхность металла, правда, искусственно значительно увеличиваемую. Некоторые конструкции отличаются прямо-таки замечательной нелепостью. То струя воздуха действует на металл, переливающийся поочередно из одной вагранки в другую, причем струя металла, падая на плоский камень, по пути разбивается на множество мелких брызг, а вагранки для переливания поочередно то поднимаются, то опускаются при помощи гидравлического подъемника. В другом проекте чугун, от действия центробежной силы, разливается тонким слоем по полушаровому дну, быстро вращающейся на вертикальной оси печи, и в это время обезуглероживается струей воздуха. В третьем проекте чугун переливается во вращающемся на горизонтальной оси цилиндрическом сосуде.

Техническая мысль билась как птица в клетке, тщетно ища выхода.

Но в этих двух патентах стоит отметить два элемента, которые лягут в основу дальнейшего развития бессемерования. В декабрьском патенте описан грушевидный или вернее яйцевидный, шарообразный сосуд, вращающийся вокруг горизонтальной оси, снабженный отверстием с носиком, через которое выливается металл. Он служит для рафинирования чугуна струей воздуха, пропускаемой через металл без применения нагревания.

В январском патенте речь идет о вращающихся печах и сосудах, в которых применяется полая ось, служащая для подвода воздуха.

Но повидимому, наряду с этими возможными проектами воздействия на поверхность металла, Бессемер продолжает и свои работы с продувкой воздуха через слой металла. Патент 12 февраля 1856 года отмечает крупнейший успех: «наблюдение повышения температуры при продувке, повышения достаточного для поддержания металла, несмотря на его обезуглероживание в расплавленном состоянии».

«Я открыл, — пишет Бессемер в своем патенте, — что если атмосферный воздух или кислород вводится в металл в достаточном количестве, то он вызывает сильное сгорание частиц жидкого металла и поддерживает или повышает температуру до такой степени, что металл остается в жидком состоянии во время перехода его из состояния чугуна до состояния стали или ковкого железа без применения топлива».

Механическая конструкция прибора была очень неудачна. При поворачивании конвертора, то есть сосуда, где происходило это «превращение», наполненного металлом, все части механизма должны были испытывать очень большие напряжения. Едва ли эта конструкция могла быть применима для крупных установок в заводском масштабе. Но характерно, что струи воздуха вводятся не сверху через трубку, а снизу через отверстие в нижней части сосуда, куда воздух подводится через полую ось.