Пудлинговое железо¶
Пудлинговое железо — сортовой кованый продукт, получаемый переработкой чугуна в кричном (ковочном) процессе, при котором загрязнённый углеродом металл превращается в ковкое железо. Название происходит от английского puddling («помешивание, ворожение»), что отражает основную операцию процесса — перемешивание расплавленного металла для обеспечения контакта с окислительной атмосферой печи. Пудлинговое железо содержит 0,02—0,06 % углерода, примеси кремния, марганца, фосфора и серы, а также характерные включения шлака, придающие ему волокнистую структуру. По сути это промежуточный продукт между чугуном и сталью, однако в ряде случаев пудлинговое железо рассматривается как самостоятельный сортовой металл.
¶История
¶Изобретение процесса
Пудлинговый процесс был запатентован в 1784 году английским инженером Генри Кортом, который предложил способ получения кованого железа непосредственно из жидкого чугуна без предварительного передела в наковальне. Корте приписывают также внедрение гибких (роликовых) прокатных станков, позволивших непрерывно прокатывать пудлинговую полосу. Ранее кованое железо получали в кричном горне, где твёрдый чугун перерабатывался многократными нагревами и ударами молота — процесс был крайне трудоёмким и малопроизводительным.
¶Распространение в России
В Российской империи первые пудлинговые печи были установлены в 1810-х годах. Крупнейшим предприятием, освоившим пудлинговую технологию, стал Александровский завод в Екатеринбурге (с 1824 года), где по проекту инженера В. А. Чеснокова были построены пудлинговые печи. В 1830-е годы пудлинговое производство развивалось на Урале и в Центральной России. К 1860-м годам Россия выпускала около 100 тысяч тонн пудлингового железа в год, уступая по объёмам только Великобритании, Бельгии и США. Крупнейшими центрами были заводы Урала, Санкт-Петербурга (Каменноостровский, Александровский чугунолитейный), а также Криворожский район.
¶Упадок
В 1860-е годы пудлинговый процесс начал вытесняться бессемеровским и мартеновским способами производства стали, которые давали более дешёвый и качественный металл. В России мартеновские печи появились в 1870-е годы, и к началу XX века пудлинговое производство резко сократилось. Окончательно пудлинговые печи были выведены из эксплуатации в 1930-е годы, когда полностью завершилась реконструкция металлургических заводов на непрерывный прокат и кислородно-конвертерные процессы. В СССР последние пудлинговые печи работали на небольших заводах до конца 1930-х годов.
¶Технология процесса
Пудлингование проводилось в отражательной печи, в которой топливо сжигалось в отдельной камере, а пламя и горячие газы омывали ванну расплавленного чугуна. Ванну устанавливали на под из огнеупорного кирпича, покрытого железной окалиной и шлаком. Температура в рабочей камере достигала 1300—1400 °C.
Процесс включал следующие стадии:
- Плавка чугуна. В печь загружали 150—250 кг жидкого чугуна (иногда твёрдый чугун плавили прямо в печи).
- Окисление примесей. По мере нагрева углерод, кремний и марганец окислялись кислородом воздуха и окислами железа. Кремний уходил первым, затем марганец, и наконец углерод.
- Ворожение (помешивание). Рабочий-пудлинговщик с помощью кочерги перемешивал металл, разрывая поверхность ванны и обеспечивая контакт с газовой средой. По мере обезуглероживания жидкий металл загустевал и превращался в полутвёрдую кашеобразную массу — «каплю».
- Сборка крицы. Полутвёрдые комья металла собирали в крупный шар (крицу) массой до 100 кг, вынимали из печи и проковывали молотом, а затем прокатывали в полосу.
Весь цикл занимал 20—40 минут. Производительность одной печи составляла 300—500 криц в смену. Ручное ворожение требовало значительного физического труда; впоследствии были разработаны механизированные пудлинговые печи с механическим перемешиванием (печи Уэбба, Рингера и другие).
¶Свойства
Пудлинговое железо обладало рядом характерных свойств:
- Низкое содержание углерода (0,02—0,06 %) — металл относится к категории почти чистого железа.
- Волокнистая (слоистая) структура — обусловлена вытянутыми при прокатке включениями силикатного шлака (FeO·SiO₂), которые придают материалу анизотропные свойства: прочность вдоль волокон выше, чем поперёк.
- Хорошая ковкость и свариваемость — пудлинговое железо легко ковалось, гнулось и сваривалось при кузнечной температуре.
- Сравнительно низкая прочность по сравнению со сталью: предел прочности при растяжении 350—450 МПа.
- Устойчивость к коррозии — за счёт шлаковых включений, которые замедляют распространение ржавчины по волокнам.
¶Применение
Пудлинговое железо широко применялось в XIX — начале XX века для изготовления конструкционных элементов: балок, ферм, арматуры, труб, крепёжных деталей, рельсов, цепей, инструмента. Из него изготавливали кованые ворота, ограждения, элементы мостов. В кораблестроении пудлинговое железо использовалось для набора корпусов пароходов. В сельском хозяйстве из него делали плуги, бороны и другие орудия.
В XX веке применение пудлингового железа ограничилось реставрационными работами и выпуском так называемого «шотландского» и «шведского» кованого железа для художественных изделий. В настоящее время пудлинговое железо не производится промышленно; под ним в быту иногда понимают современное кованое железо или низкоуглеродистую сталь.
¶См. также
- Кричное железо
- Бессемеровский процесс
- Мартеновский процесс
- Кованое железо
¶Источники
- Статья «Пудлингование» в Малой советской энциклопедии
- Гуслистов К. Г. «История металлургии Урала», Екатеринбург
- Анурьев В. И. «Справочник конструктора-машиностроителя»
- Хмельницкий Л. С. «История металлургии в СССР»