"Железная шляпа" попаданца / Яр Серебров

"Железная шляпа" попаданца

Автор: Яр Серебров

 Продолжаю серию про "простые решения" попаданцев. 

Что обеспечит доход попаданца, что нужно для развития промышленности, для военного дела и пушек?  Конечно, сталь и чугун. Железо — кровь прогресса, без него далеко не уедешь. В средние века топор из дряного железа стоил столько, что на эти деньги крепкая крестьянская семья могла безбедно прожить целый месяц.  Но наш герой не хочет получать железо архаичными способами, он видел в интернетах, что сейчас сталь получают в конвертерах — в каких-то больших железных грушах, где чугун продувают воздухом. Ну а что сложного, сделал яму, облицевал, залил чугун, продул его воздухом и, вуаля, у него отличная сталь за три копейки и никакой возни с крицами и мартеновскими печами! 

     А теперь рассмотрим этот увлекательный процесс повнимательней, под лупой. 

 Первым способом получения железа стал кричный передел — кузнец проковывал рыхлую крицу выплавленную в одноразовой сыродутной печи. Процесс был чрезвычайно трудоёмким, что и обусловило высокую цену железа. 

  Настоящая революция произошла в 1766 году - для получения стали начали использовать отражательные печи. Заливали чугун и перемешивали штангой смесь расплавленного металла и шлаков. В ходе процесса на штангу налипал металл, расплав становился более вязким образуя тяжёлую тестоподобную массу, которую ломами разбивали на несколько кусков. 

  В следствии отделения топки от ванной с металлом  для разогрева можно было использовать любое топливо, а не только дефицитный древесный уголь. Повысилось качество металлов, но главное, на порядок увеличился выход железа на одного работника. Кстати, в СССР этот процесс сохранился до тридцатых годов, что свидетельствует о неплохом качестве пудлинговой стали.

     И вот в XIX веке очередная революция — конвертеры. Выяснилось, что при продувке воздухом расплавленный чугун  не охлаждается как предполагали прежде, но, напротив, его температура возрастает настолько что чугун остаётся жидким, хотя сталь, которая образуется из него благодаря продувке имеет более высокую температуру плавления. 

  Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению при дутье вредных примесей - кремния, марганца и углерода. Сам чугун остаётся в жидком состоянии благодаря выделению тепла при реакциях окисления. 

  При начале эксплуатации первых конверторов всплыла масса проблем. Оказалось, что годная  сталь получается только из малофосфористого чугуна,  а из остального   она  выходила не годная  — хрупкая и ломкая. 

    Конвертер обеспечивает  выжигание примесей за счёт  реакции шлаков  с кислородом для чего в чугун добавляют известь и другие флюсы, связывающие их и образующие шлак. Большую  роль в процессе играет футеровка. Бесемеровский   процесс по другому  именовали   кислым - для облицовки конвертера  использовался кремнистый материал, в основном динасовый кирпич. 

    Попаданцу предстоит непростая  работа по подбору нужного флюса и футеровки. Но главная засада — углерод. Этот злодей имеет нехорошее свойство растворятся в расплаве железа. Если его больше 2%, то получается чугун, если меньше — инструментальная сталь, а меньше 0.7% —конструкционная сталь. Так что без хорошей лаборатории добиться  точного определения углерода в металле неподьемное дело, на которое могут уйти годы работы. Столкнулись с этой проблеме и в первых конвертерах. 

     Как определить момент прекращения продувки на заданном содержании углерода в стали?  Примерно до 40-х годов XX века этим занимались опытные мастера и они определяли содержание углерода на глазок, по цвету искры. Точность сами понимаете никакая и  продувка  заканчивалась при пониженном содержании углерода в стали. После   её дополнительно науглероживали в ковше. 

  Зачастую продувка приводила к повышению содержания в металле остаточного кислорода, а следовательно к увеличению расхода ферросплавов — раскислителей, в результате повышалось также содержание в стали неметаллических включений, что снова приводило к снижению качества.  Если мы промахнулись и углерода в стали оказалось мало, то в конце плавки её необходимо  науглероживать древесным углём, а если много, то раскислять ферромарганцем, феррокремнием или алюминием. Не проблема, если попаданец  их в калашном ряду прикупит.

     Проблему решили только в середине ХХ века, когда были установлены спектроскопы. По спектру вырывающегося из горловины конвертера пламени  с их помощью определяли содержание углерода, что позволило точно  определять момент требуемого окончания продувки. Нынче при  каждом металлургическом заводе есть своя лаборатория которая проводит анализ каждую плавку!  В начале, в середине и ближе к концу (для взятия проб временно прекращают продувку)

     Есть и ещё одна шляпа.  В конвертерах, работающих на воздушном дутье можно переплавлять только   чугун в котором содержится достаточно кремния, марганца и других примесей  способных вступить в реакции, сопровождаемые большим выделением тепла. А у попаданца будет именно такая руда? Точно... 

     Температура в конверторе с воздушным дутьем поддерживается за счёт выгорания кремния и марганца. Теплотворной способности одного  растворённого углерода  недостаточно. С переходом на кислород проблема отпала. Для поддержания температуры стало хватать растворённого углерода. Отсюда вытекает следующая проблема — регулирование температуры металла. Попаданцы  придётся его чем-то измерять и при необходимости  охлаждать добавками руды, окалины или скрапа (отходы, мелкие частички при выплавке металла). В РИ с регулированием температуры  выходило не шатко ни валко и дело сдвинулось с мёртвой точки только во второй половине ХХ века когда   конвертеры догадались вращать и тем самым перешивать массу металла.  

     Поскольку для большей части руды бессемеровский процесс не годился,   появился томасовский конвертер который  использовался для получения стали из чугуна, загрязнённого фосфором и другими нехорошими веществами. Этот конвертер   больше бессемеровского и  футерован   доломитом что дало возможность загружать в него известь, а значить получилось ошлаковывать, удалять вредный фосфор. 

     По сравнению с этими проблемами, остальные сущая ерунда: сконструировать и рассчитать водоохлаждаемую много-сопловую медную фурму (это трубка, через которую вдувают в расплав воздух).  В частности, могут возникнуть проблемы с расположением и  формой сопл.  Мы по умолчанию  рассчитываем что ГГ знает химию процесса и в состоянии рассчитать потребный объём вдуваемого воздуха. Что?!  Нет?!  В таком слцчае он не узнает, когда заканчивать продувку и загубит не одну тонну стали. 

    Агрессивный шлак и высокая температура быстро прикончат футеровку, для неё шамот уже не прокатит, нужен магнезит или хромомагнезит, как основой слой и выгорающий, внутренний слой из более дешёвого смолодоломита,  нужно правильное связующее, кладочная смесь и  печь на 1700 градусов для обжига огнеупоров.   Подробней о проблемах огнеупоров в первой  статье  https://author.today/post/52551. 

   Конвертер должен надо делать из клёпаных железных или бронзовых листов, желательно иметь механизм наклона и вращения. Для многотонной  конструкции  не такая простая задача. Нельзя сделать его неподвижным. Ведь его необходимо   наклонять после каждой плавки чтобы  сливать шлак, а после  металл, к тому же без внешнего каркаса не выдержит футеровка.

    Как только появились мартеновские печи, которые позволяли легко регулировать уровень углерода о таких примитивных конвертерах сразу забыли и вспомнили лишь спустя сто лет. Ближе к 70 годам 20 века  кислородный конвертер начал своё победное шествие по планете, а получение  кислорода  отдельная история.

     Вы ещё считаете постройку конвертера хорошей идеей? Тогда не забудьте о сотнях предварительных, экспериментальных тигельных плавках для  подбора пропорций  шихты, раскислителей, угля и руды. При загрузке конвертера потребуется  не толь чугун, но и железной лом  доля доходить до 30 % и попаданцы  его придётся  где то брать. 

     И ещё ложка дёгтя. Если попаданец думает, что у него выйдет хороший металл, то спешу его разочаровать. Конвертер, даже кислородный выдаёт лишь промежуточный продукт, как правило, металл придётся дополнительно рафинировать, выдерживать в ковшах или тиглях. При хорошем раскладе бессемеровская сталь сгодится на рельсы, молоты, станины. Стволы пушек из неё не отлить, а  доспехи и холодное  оружие будут хуже чем тем что  делали в Средние Века.

     По моему скромному мнению, попаданцу не стоит бежать впереди паровоза. Начните с тигельной плавки, отработайте состав шихты, огнеупоров и плавней, обаготите руду, поднимите уровень химии и  потом замахивайтесь для начала на пудлинговую печь... Быстро оно только кошки родятся, а металлургия, как и многое другое всегда идёт за общим уровнем развития технологий. Перепрыгнуть то можно, но это ж надо знать как!

  

+40
383

74 комментария, по

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Валевич Георгий Владимирович
#

Определить содержание углерода в стали элементарно на глазок, считая площади зерен и прослоек на срезе (из перлита и аустенита - не забыть протравить) ну или в простейший мелкоскоп Левенгука х30, если зерно мелкое. Вот примеси - да там сложнее - уже зная содержание углерода измерять твердость/гибкость/пластичнось и помнить все эти таблицы/графики "тысяча чертей"(С). Так что, со сталью сравнительно "просто" определить состав, а вот с друими сплавами, особенно если это истинные расплавы "принес? включай дизель - нам нужен свет!":)))))

Кстати, я топлю именно за начальное развитие энергетики попаданцем, а материаловедение уже потом подтянется. Как только какой-то процесс становится энергетически выгодней он сразу  (ну, лет за несколько, максимум десятилетий) начинает расползаться от места изобретения, не смотря ни на какие запреты/мировоззрения.

 раскрыть ветвь  7
Яр Серебров автор
#

Хотел бы я посмотреть как попаданец за 20 минут продувки будет срезать остывший окатыш чугуна и считать площадь зёрен и проделывать это как минимум дважды, да а сам метод не фонтан не многим лучше определения по искре, а а если речь про травление пошла уж лучше немного озадачится и сделать газоизмерительную бюретку. Навеску чугуна сжигать в токе водорода и определять массовую долю двуокиси углерода. Химия там простейшая едкий кали, пермаганат, раствор соли. Но ещё лучше спектроскоп, не самый сложный прибор и то что попаданцы нужно в первую очередь. 

 раскрыть ветвь  6
Роман Терехов
#

Как же скучно это будет все читать!

 раскрыть ветвь  4
Яр Серебров автор
#

В лит-РПГ этой байды нет, там магия рулит. Каждому своё, а пост не руководство к действию а для понимания принципов работы. 

 раскрыть ветвь  3
Кельта
#

То чувство, когда суть всех упомянутых процессов, включая химию и термодинамику, хорошо понимаешь без подглядки куда либо...

 раскрыть ветвь  0
Яр Серебров автор
#

Стараемся. 

 раскрыть ветвь  0
Владимир Маузе
#

Полезно, етитская сила!

 раскрыть ветвь  0
Яр Серебров автор
#

А не процесс ковки стали (создания командирской башенки и т.п.). Всё что вы написали - прекрасно, грамотно и познавательно, но лично я страницы с таким подробным описанием создания вундервафли буду пролистывать

  Есть такая вещь как производственный роман. У меня, к примеру - Фронтир Индикона   именно такой. Какой то части людей с техническим складом ума именуемых заклёпочниками это будет интересно. Для тех кто пишет классическую литературу это конечно не нужно  ( хотя почитайте тот же Таинственный остров Жюля Верна там и не такие подробности )  Однако знать это нужно чтобы не допускать ляпы в своих произведениях  с пониманием процесса, трудозатратами и временными рамками. Ладно, плавно  перетекаем к главному вашему посылу. 

А зачем попаданцу вообще что-то менять, какой в этом смысл? Для чего внедрять технологии и ускорять технический прогресс, кроме как почесывания собственного самолюбия и зуда стать самым главным в мире, куда он (наш герой) угодил? Мне кажется, что самое главное - мотивация,


 Жанр про попаданцев именно про  то так ГГ прогибает мир который в серой реальности прогнуть по объективным и субьективным причинам не может  и это и сопоставляет суть, соль всего жанра. Попаданцы-нагибаторы  могут вообще не внедрять никаких новаций, а носиться с топорами и мечами - завоёвывать себе лично империи и царства. Таких произведений в  жанре полно. Я лично такие не читаю, потому как тот же исторический роман  намного интересней.

 Отсюда вытекает мотивация и она для всех одинакова - еда, размножение и доминантность - биологическое, животное составляющее, смотрите профессора Савельева.  Доминировать можно с мечом и топором, а можно за счёт построения нового технологического  уклада что энергетически выгодней и намного безопасней. Быть самым главным, нет отставить, транслировать своё понимание устройства  мира и его "правильное" дальнейшее развитие глубок сидит как раз в доминантности. Тема доминантности и мотивов попаданца впрочем столь не-охватна, что немного позже я наверное напишу поэтому поводу статью.

  Идём дальше, есть процентов 5-7 людей которые являются окстоцинтниками, за подробностями к Назгулу. То есть они пассионарны и активны. По большей части это и военные и бандиты и выдающиеся учёные и предприниматели -люди дела, люди долгой воли именно они двигают прогресс и цивилизацию.  Остальные обыватели  плывут по течению в силу объективных и субъективных причин. Когда у человека появляться Шанс, не важно какой -  найдет миллион долларов или попадёт в другой, менее развитый мир. Он может схватиться за него и превратиться  из серого обывателя в человека дела. Именно этот шанс описывает жанр попаданцев. На 99 % это и есть мотивация.

 Конечно бывают  исключения. Кто то  и там захочет остаться планктоном,. Я как то раз по диагонали прочел про попаданца в Императора Александар 3 который за 15 лет будучи царевичем имея в руках колоссальные ресурсы и влияние  в плане прогрессорства освоил только постройку мыловаренного заводика на паях с Демидовыми.  У того же Поселягина в те времена, когда я его читал, было произведение где герой за всю жизнь в трёх томах осилил аж цельную лесопилку. Полагаю и такие "романы" находят своих читателей. на вкус и цвет товарищей нет.

  Литературное описание, диалоги, интриги   во многом зависят от аудитории, пола, возраста и уровня развития читателей и тут выстреливает то как именно автор угадал с целевой аудиторией и само собой искусство владения словом, оно не за один год нарабатывается, но опять же это тема совсем другая. 

 раскрыть ветвь  1
Валевич Георгий Владимирович
#

У Поселягина, кстати, практически ни одной натяжки в том произведении не чувствуется. Очень ровно написано. Т.е. это вполне добросовествный анализ того, чего может добится очень средний человек при соответствующей мотивации. Эдакая идиализированнная реализация "американской мечты". Чего ты стоишь, то того же и добьешься. Именно тем, ну, не столько интересна, сколько не противна, читаешь и рояль в ушине наяривает. Так, доносятся пассажи.

 раскрыть ветвь  0
Сергей Колентьев
#

Продолжаю серию про "простые решения" попаданцев. Что обеспечит доход попаданца, что нужно для развития промышленности, для военного дела и пушек?

деньги нужны,будут деньги будет сталь а  в военное дело лучше вообще не лезть ибо придумаешь пушку и после первого  же применения  срисуют и сделают,но так как всегда есть правители круче и богаче то   через годик пушки будут  направлены уже на попаданца,значит продвигаем что нибудь достаточно денежное и делаем промышленный центр а безопасность обеспечиваем местными силами с местным вооружением,я сомневаюсь что сталь обеспечит доход ибо это достаточно трудоёмное и затратное дело которое потребует много закупок,потратиться понадобиться  изрядно а будет ли выхлоп под вопросом

 раскрыть ветвь  37
just Tigra
#

ибо придумаешь пушку и после первого  же применения  срисуют и сделают,но так как всегда есть правители круче и богаче то   через годик пушки будут  направлены уже на попаданца

Копировать технологию не имея необходимого багажа знаний? Лол. Да ещё и не имея образца? Тройной лол.

В качестве примера, попробуйте, как умный человек с высшим образованием, сделать примитивнейший каменный топор. Вы ж их столько видели на картинках и кино.

 раскрыть ветвь  11
Яр Серебров автор
#

Чугун и сталь обеспечат колоссальный доход,даже не сомневайся. У нас, на Земле, на них самые колоссальные состояния и делали в 19 веке. Крупп, Карнеги...  Англия поднялась в основном за счёт чугуна и стали, а не за счёт заморских колоний.

 раскрыть ветвь  24
Morgot Eldar
#

А зачем попаданцу вообще что-то менять, какой в этом смысл? Для чего внедрять технологии и ускорять технический прогресс, кроме как почесывания собственного самолюбия и зуда стать самым главным в мире, куда он (наш герой) угодил? Мне кажется, что самое главное - мотивация, и, по большей части именно она больше заинтересует потенциального читателя. А не процесс ковки стали (создания командирской башенки и т.п.). Всё что вы написали - прекрасно, грамотно и познавательно, но лично я страницы с таким подробным описанием создания вундервафли буду пролистывать. Пример минимума объяснений и великолепной подачи - второй роман про Ясона дин Альта авторства Гаррисона - "Специалист по этике" ("Этический инженер").

 раскрыть ветвь  1
just Tigra
#

А зачем попаданцу вообще что-то менять, какой в этом смысл?

А это вопрос к соответствующем аффтарам.

Пример минимума объяснений и великолепной подачи - второй роман про Ясона дин Альта авторства Гаррисона - "Специалист по этике" ("Этический инженер").

Яся там не делал вообще ничего, что было за гранью имеющихся на месте технологий и материалов. Хороший пример как правильно, но вот совсем не в тему поста.

 раскрыть ветвь  0
Пашка В.
#

Поэтому лучше всего попаданцу попадать туда, где колдунство. Уж в колдунстве-то автор всяко разбирается хорошо!

А этом вашем реализме - одни препоны. То физика мешает, то геология, то психология и социология... Никак не прыгнешь сразу в светлое будущее!

Ну, еще, может, попаданки с романтикой могут попытаться попасть... если не слишком брезгливые :)

 раскрыть ветвь  14
Павел Тукеев
#

Да, ведь политика и судьбы мира немедленно начнет вращаться вокруг женской сути попаданки. Мы же знаем полным-полном примеров из истории, когда за доступ к сладостным глубинам самим по себе (без пол-царства, или хотя бы жирного приданого впридачу) развязывались войны и менялся ход истории.

 раскрыть ветвь  13
Toyama
#

👍                                                                                                       

 раскрыть ветвь  0
Написать комментарий
Наверх Вниз