Фернесс

Фернесс — это термин, используемый в металлургии и материаловедении для обозначения степени чистоты металла или сплава по содержанию углерода, а также в переносном смысле — характеристика технологического процесса, направленного на удаление примесей (обезуглероживание) при производстве стали. В узком значении «фернесс» (от англ. furness — «печь», «горн») может относиться к типу плавильных агрегатов или к историческому этапу развития металлургии, связанному с использованием сыродутных горнов. В современной русскоязычной технической литературе термин встречается редко и чаще всего применяется в контексте описания доменного или сталеплавильного производства, а также в исторических работах по металлургии.

Этимология и происхождение термина

Слово «фернесс» происходит от английского furnace («печь», «горн») и французского fournaise («жаровня», «горнило»). В русский язык термин попал, вероятно, через переводы западноевропейских технических руководств XVIII–XIX веков, когда в России активно развивалась металлургия. В то время «фернесс» обозначал не столько печь как конструкцию, сколько сам процесс плавки или обжига, а также степень выгорания углерода из чугуна при переделе его в сталь. В современной терминологии это слово вытеснено более точными понятиями: «обезуглероживание», «рафинирование», «плавка в конвертере» или «мартеновский процесс».

Исторический контекст

Сыродутный процесс

В древности и средневековье «фернесс» ассоциировался с сыродутным горном — примитивной печью, в которой железо получали из руды путём прямого восстановления. Температура в таком горне не превышала 1200–1300 °C, что позволяло получать крицу — пористое железо с высоким содержанием шлака. После проковки крицы получалось мягкое железо с низким содержанием углерода (менее 0,2 %). Такой металл называли «фернесс» или «сыродутное железо». Он был пластичным, но не подходил для изготовления орудий труда и оружия, требующих твёрдости.

Передельный процесс

С развитием доменного производства (XV–XVI века) чугун, содержащий 3–4 % углерода, стал исходным сырьём для получения стали. Для снижения содержания углерода чугун переплавляли в специальных печах — кричных горнах или пудлинговых печах. Процесс удаления углерода называли «фернесс» или «обезуглероживание». В России этот этап получил название «передел чугуна в железо» или «кричный передел». Термин «фернесс» в русских технических текстах XIX века иногда использовался для обозначения степени выгорания углерода: например, «фернесс стали» — это содержание углерода в готовом продукте.

Современное значение

В современной металлургии термин «фернесс» практически не употребляется в качестве самостоятельного понятия. Его заменили более точные термины:

• Степень обезуглероживания — отношение массы удалённого углерода к исходному содержанию в шихте.
• Рафинирование — удаление не только углерода, но и серы, фосфора, кремния и других примесей.
• Конвертерный процесс — основной способ получения стали из чугуна путём продувки кислородом (например, в конвертерах LD или AOD).

Тем не менее, в некоторых узкоспециализированных источниках (например, в учебниках по истории техники или в старых заводских инструкциях) можно встретить словосочетание «фернесс-процесс» как синоним обезуглероживания в мартеновской печи или в конвертере.

Технологические аспекты

Удаление углерода

При плавке чугуна в сталеплавильных агрегатах углерод окисляется кислородом, подаваемым в расплав, или кислородом, содержащимся в руде (в мартеновском процессе). Реакция идёт по схеме:

\[ C + O_2 \rightarrow CO_2 \]

или

\[ C + FeO \rightarrow CO + Fe \]

Выделяющийся угарный газ (CO) удаляется из ванны, что снижает содержание углерода. Скорость обезуглероживания зависит от температуры, состава шлака и интенсивности перемешивания. В современных конвертерах за 15–20 минут удаётся снизить содержание углерода с 4 % до 0,05–0,1 %.

Влияние на свойства стали

Содержание углерода — ключевой фактор, определяющий механические свойства стали:

• Низкоуглеродистая сталь (менее 0,25 % C) — мягкая, пластичная, хорошо сваривается, используется для листов, проволоки, строительных конструкций.
• Среднеуглеродистая сталь (0,25–0,6 % C) — более прочная, применяется для рельсов, валов, шестерён.
• Высокоуглеродистая сталь (0,6–1,4 % C) — твёрдая, хрупкая, идёт на инструменты, пружины, ножи.

Таким образом, «фернесс» в современном понимании — это не просто степень чистоты, а управляемый параметр, позволяющий получать сталь с заданными свойствами.

Применение термина в других областях

В переносном смысле «фернесс» иногда используется в материаловедении для описания процессов очистки металлов от примесей (например, при вакуумной плавке или электрошлаковом переплаве). Однако в официальной технической литературе этот термин не стандартизирован. В англоязычных источниках furness может означать также «печь» или «горн» в широком смысле, но в русском языке это значение устарело.

Интересные факты

• В России XIX века термин «фернесс» встречался в заводских отчётах, но уже к началу XX века был вытеснен словом «обезуглероживание».
• В некоторых старых учебниках по металлургии «фернесс» ошибочно отождествляли с «фурмой» — устройством для подачи дутья в печь.
• В современном английском языке furness — это также название города в Великобритании (Фернесс, графство Камбрия), известного своими металлургическими заводами.

Источники

1. Металлургия чугуна и стали: учебник для вузов / под ред. А. М. Бигеева. — М.: Металлургия, 1988.
2. История металлургии в России: от древности до XIX века / В. А. Ковшов. — М.: Наука, 2005.
3. Технология конструкционных материалов / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. — М.: Машиностроение, 1990.
4. Словарь-справочник по металлургии / под ред. И. А. Овчинникова. — М.: Металлургия, 1975.
5. Англо-русский металлургический словарь / В. И. Гусев. — М.: Русский язык, 1980.