khimie.ru

Успехи в рационализации металлургического производства, в частности выплавки чугуна и переработки медной руды, начались с работ Р. Бунзена по анализу доменных и колошниковых газов. Анализируя колошниковые газы, Бунзен установил, что с ними выносится из печи 50% и более тепла, необходимого для процесса. Почти все приборы и методы для газового анализа он разработал сам. В основу анализа газов Бунзен положил их поглощение и сжигание. В книге «Газометрические методы» Бунзен описал ход анализа: отбор пробы, методику анализа газовой смеси, способы определения различных газов, методы определения плотности пара, поглощение отдельных газов различными жидкостями, диффузию и сжигание газов.
Исследования Бунзена способствовали дальнейшему усовершенствованию газового анализа, особенно в промышленности. Клеменс Винклер и Вальтер Хемпель разработали несложный в обращении прибор для быстрого и точного анализа. Результаты этих исследований принесли большую пользу металлургической промышленности: благодаря совершенствованию конструкции печей удалось значительно уменьшить расход топлива при проведении плавки металлов. Были разработаны также новые методы выплавки стали, которые вообще впервые сделали возможным ее крупнотоннажное производство. Это в свою очередь способствовало увеличению темпов строительства железных дорог, мостов, автомобилей и других машин.
В 1856 г. Генри Бессемер «произвел революцию» в выплавке стали, предложив использовать для этой цели специальные устройства — конвертеры, получившие впоследствии название «бессемеровские». В конвертере грушевидной формы расплавляли чугун и через форсунки продували в расплав воздух. В результате ряда реакций с кислородом воздуха железо очищалось от кремния и большей части углерода. Правда, для выплавки стали нельзя было использовать чугун с большим содержанием фосфора до тех пор, пока Сидни Дж. Томас в 1877 г. не предложил выкладывать внутренние стенки бессемеровского конвертера основной футеровкой из обожженного известняка, который превращал образующийся при плавке пентоксид фосфора в фосфат кальция. После этого в производстве железа и стали начали использовать сырье из крупных месторождений фосфорсодержащих железных руд на западном побережье Англии и в Лотарингии. Побочно в томасовском процессе получалось искусственное удобрение, так называемый томас-шлак.
Важным для металлургии стал метод улучшения сортности (легирование) стали путем добавления точно дозированных количеств различных металлов или других веществ, свойства которых, а также возможности использования были уже изучены химиками. Например, в 1882 г. Роберт Эббот Хэдфилд получил патент на получение «марганцевой стали», содержащей 12 % марганца. После нагревания до 1000 °С и охлаждения в воде она становилась тверже обычной стали. Добавлением к стали в определенных соотношениях различных металлов (хрома, ванадия или вольфрама) были получены и другие легированные стали. В 1916 г. Катаро Хонда, добавив к вольфрамовой стали кобальт, получил сплав с высокими магнитными свойствами. Через три года Элвуд Хейнс изготовил нержавеющую сталь, содержавшую добавки хрома и никеля.