Сидни Гилкрист Томас

Сидни Гилкрист Томас (англ. Sidney Gilchrist Thomas; 16 апреля 1850, Лондон — 1 февраля 1885, Париж) — британский изобретатель и металлург. Совместно с двоюродным братом Перси Карлайлом Гилкристом разработал томасовский процесс (томасование) — способ передела чугуна в сталь, позволяющий эффективно удалять фосфор из руды с высоким содержанием этого элемента. Изобретение Томаса произвело революцию в сталелитейной промышленности конца XIX века, обеспечив возможность массового производства качественной стали из фосфористых железных руд, широко распространённых в Европе.

Биография

Ранние годы и образование

Сидни Гилкрист Томас родился в Лондоне в семье уэльского происхождения. Его отец, Уильям Томас, был солиситором, а мать, Мелисента Гилкрист, происходила из семьи, имевшей связи с металлургической промышленностью. После смерти отца в 1857 году семья оказалась в стеснённых финансовых обстоятельствах. Сидни получил начальное образование в школе в Лондоне, а затем в 1864 году поступил в Далвич-колледж.

Из-за нехватки средств Томас не смог продолжить обучение в университете. В 1867 году он сдал экзамены на должность клерка в магистратском суде и начал работать в юридической конторе. В свободное время он самостоятельно изучал химию и металлургию, посещая лекции в Королевском колледже химии и в Горной школе. Интерес к металлургии был вызван, в частности, осознанием того, что британская сталелитейная промышленность сталкивалась с серьёзной проблемой — высоким содержанием фосфора в большинстве местных железных руд, что делало их непригодными для переработки в конвертерах Бессемера.

Работа над проблемой фосфора

В 1870-х годах основной технологией производства стали был бессемеровский процесс, изобретённый Генри Бессемером. Он позволял быстро и дёшево перерабатывать чугун в сталь, но имел критический недостаток: футеровка конвертера (кислая, из кремнезёма) не вступала в реакцию с фосфором, который оставался в металле, делая его хрупким и непригодным для многих применений. Для переработки фосфористых руд требовалась принципиально иная технология.

Томас, работая клерком, начал экспериментировать с различными огнеупорными материалами. Он пришёл к идее использования основной (щелочной) футеровки, которая могла бы химически связывать фосфор в шлак. В 1877 году он познакомился с Перси Карлайлом Гилкристом, который работал химиком на металлургическом заводе в Блайнавоне (Уэльс). Гилкрист обладал практическими знаниями и доступом к лаборатории, что позволило начать систематические опыты.

Разработка томасовского процесса

Ключевым открытием стало использование доломита (обожжённого карбоната кальция и магния) в качестве материала для основной футеровки. Томас и Гилкрист также разработали способ добавления в конвертер извести, которая связывала фосфор в твёрдый шлак (томасшлак), который затем можно было удалить. В 1878 году они подали патент на изобретение.

Первый успешный промышленный опыт был проведён в 1879 году на заводе в Блайнавоне. Результаты превзошли ожидания: сталь, полученная из фосфористого чугуна, оказалась высокого качества. В 1879 году Томас и Гилкрист представили свою работу на заседании Института чугуна и стали (Iron and Steel Institute), где она вызвала огромный резонанс. Вскоре томасовский процесс начал внедряться на заводах Великобритании, Германии, Франции, Бельгии и других стран.

Последние годы и смерть

Несмотря на успех, здоровье Томаса было подорвано многолетней работой в условиях вредного производства. Он страдал от хронического бронхита и других лёгочных заболеваний. В 1883 году он перенёс операцию, но улучшения не наступило. Сидни Гилкрист Томас скончался 1 февраля 1885 года в Париже в возрасте 34 лет. Он был похоронен на кладбище Пасси.

Томасовский процесс

Сущность технологии

Томасовский процесс (томасование) — это способ передела жидкого чугуна в сталь в конвертере с основной футеровкой. Основные этапы процесса:

1. Загрузка конвертера: в конвертер заливается жидкий чугун, содержащий фосфор (обычно от 1,5 до 2,5%).
2. Продувка воздухом: через чугун продувается воздух (позднее — кислород), что приводит к окислению примесей (углерода, кремния, марганца, фосфора).
3. Добавление флюса: в конвертер добавляется известь (CaO), которая связывает образующийся оксид фосфора (P₂O₅) в твёрдый шлак — томасшлак. Реакция: 4P + 5O₂ → 2P₂O₅; P₂O₅ + 3CaO → Ca₃(PO₄)₂.
4. Удаление шлака: после завершения продувки шлак, содержащий фосфат кальция, сливается. Этот шлак (томасшлак) используется как фосфорное удобрение в сельском хозяйстве.
5. Раскисление и разливка: полученная сталь раскисляется (например, ферромарганцем) и разливается в изложницы.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Возможность переработки фосфористых руд, которые составляли значительную часть мировых запасов (особенно в Лотарингии, Эльзасе, Люксембурге, Бельгии).
• Высокая производительность (до 10–15 тонн стали за одну плавку).
• Получение ценного побочного продукта — томасшлака, используемого как удобрение.

Недостатки:

• Высокий расход огнеупоров (основная футеровка изнашивалась быстрее кислой).
• Необходимость тщательного контроля температуры и состава шихты.
• Сталь, полученная томасовским процессом, часто содержала повышенное количество азота, что могло ухудшать её механические свойства (хрупкость при низких температурах).
• Процесс был менее эффективен для переработки чугунов с низким содержанием фосфора.

Значение и влияние

Промышленная революция в металлургии

Изобретение Томаса и Гилкриста стало одним из ключевых событий второй промышленной революции. Оно позволило использовать огромные запасы фосфористых железных руд, которые ранее считались непригодными для производства стали. Это привело к резкому росту сталелитейной промышленности в Германии, Франции, Бельгии, Люксембурге и других странах. К концу XIX века томасовский процесс стал основным методом производства стали в Европе, наряду с бессемеровским и мартеновским процессами.

Экономические последствия

• Снижение стоимости стали: массовое производство дешёвой стали из местных руд привело к падению цен на сталь, что стимулировало развитие железнодорожного транспорта, строительства, машиностроения.
• Развитие регионов: в Лотарингии, Люксембурге и Сааре возникли мощные металлургические центры, ставшие основой экономического роста этих территорий.
• Сельское хозяйство: томасшлак стал важным источником фосфорных удобрений, что способствовало повышению урожайности в Европе.

Научное значение

Работа Томаса и Гилкриста продемонстрировала важность систематического подхода к решению технологических проблем. Их метод, основанный на химических принципах, стал примером успешного применения фундаментальной науки в промышленности. Томасовский процесс также стимулировал развитие металлургии как науки — в частности, изучение физико-химических процессов в сталеплавильных агрегатах.

Память

• Имя Сидни Гилкриста Томаса носит улица в Лондоне (Sidney Gilchrist Thomas Road).
• В 1885 году, после смерти Томаса, в его честь была учреждена медаль Томаса — награда Института чугуна и стали (ныне — Института материалов, минералов и горного дела).
• В 1950 году, к столетию со дня рождения, в Великобритании была выпущена памятная марка с изображением Томаса.
• Томасовский процесс (томасование) до сих пор упоминается в учебниках по металлургии как классический пример основной сталеплавильной технологии.

Источники

• Томас, Сидни Гилкрист // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Томасовский процесс // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Металлургия чугуна и стали. Учебник для вузов / Под ред. Ю. А. Минаева. — М.: Металлургия, 1988.
• The Life and Work of Sidney Gilchrist Thomas. — London: The Iron and Steel Institute, 1940.
• Habashi, F. (2000). "Sidney Gilchrist Thomas and the Basic Bessemer Process". CIM Bulletin, 93(1040), 99–103.