Превращение сырья в предметы

Там плавят медь, варганят крицы:
И горен день и ночь кипит;
И мех вздувает надувальный;
И, раз под раз подъемлясь в лад,
Стучит и бьет за млатом млат
По ребрам звонкой наковальни...

Ф. Глинка

Как точно ухвачены в этих стихах тонкости процесса... чего? Перейдя от поэтического языка к техническому, назовем этот процесс обработкой металла.

Вот полезные ископаемые извлечены из-под земли, добыты из-под толщи океанских вод или, не исключено, доставлены к нам из космоса. Но это все — сырье, природные материалы. Для того чтобы превратить добытое в топливо, предметы быта или детали машин, требуется еще долгий путь. И проходили его в разные времена по-разному.

Горючие ископаемые сперва употребляли, что называется, по прямому назначению. Дрова, торф, уголь, а впоследствии и нефть можно было просто сразу сжигать и получать тепло. В общем-то не столь давно человек догадался, что их можно перерабатывать в более ценные материалы.

Добытая глина, конечно, годится для постройки из нее нехитрой хижины. Но если придать ей определенную форму и обжечь, то получится прекрасно известный нам кирпич — небольшая деталь для строительства огромных зданий.

Когда-то, возможно, после лесного пожара, люди обнаружили на земле капельки застывшего металла и додумались до того, чтобы "приручить" процесс его выплавки — сделать искусственным. Оказалось, что руда, содержащая металл, при нагреве способна "отдать" его, и нам он достанется более чистым, чем находился в природе. Так появились первые плавильные печи.

Получить металл из руды отнюдь еще не все. Его предстоит обработать. В зависимости от того, какие качества нам нужны — твердость, прочность, упругость, — и подбирают способ обработки. Одним из первых таких способов была ковка, которую описывает в эпиграфе Ф. Глинка, а одной из почетнейших профессий — кузнец.

Казалось бы, вот оно, нужное нам готовое изделие. Но проходит время, и оно теряет свои первоначальные качества: ржавеет, становится ломким, хрупким. Чтобы продлить ему жизнь, надо его защитить. И тут человек проявил также немало изобретательности.

Вот как непроста цепочка превращений сырья в предметы, которыми мы пользуемся. Попробуем перебрать несколько ее звеньев...
ЗАЧЕМ ПЕРЕГОНЯЮТ НЕФТЬ?

Еще в прошлом столетии наш великий ученый Д. И. Менделеев говорил, что топить нефтью — то же самое, что топить ассигнациями (бумажными деньгами). И он был совершенно прав.

Даже если употреблять нефть как топливо, все равно прежде стоит ее переработать. И сегодня в развитых странах предпочитают не "гнать" нефть на продажу в сыром виде, а на специальных нефтеперерабатывающих комбинатах путем нагрева разделять ее на части — фракции. Названия многих из них вам хорошо знакомы — это, прежде всего, бензин и керосин. Такое топливо значительно более эффективно, нежели сырая нефть.

Давно было замечено, что двигатели внутреннего сгорания, потребляющие бензин, работают намного лучше при повышении качества топлива. А для этого в него добавляли соединения свинца, очень вредные для окружающей среды. Исследования последних десятилетий показали, что во время переработки нефти можно использовать вещества-катализаторы, не только ускоряющие этот процесс, но и заметно улучшающие свойства топлива. Эти разработки позволили создать новую технологию получения бензина и избавиться от вредных примесей.

При перегонке (разделении) нефти дополнительно выделяется много полезных продуктов, например смазочные масла. Более того, немалая доля получаемых из нефти веществ является основой для производства пластмасс, химических волокон, искусственной резины. Без преувеличения можно сказать, что нефть — один из основных поставщиков сырья для современной химической промышленности.

Все вышесказанное в полной мере относится к горючему газу, активно добываемому сегодня. Да-да, речь идет именно о том газе, который горит в кухонных плитах. Наверное, нелегко себе представить, но лежащие где-нибудь рядом пластиковые пакеты или пластмассовые стаканчики также изготовлены на его основе.

Так, может быть, стоило бы найти столь ценному сырью лучшее применение? Но пока нефти и газа добывают столь много, что их, к сожалению, предпочитают не перерабатывать в изделия, а сжигать...

ЧЕМ РАЗЛИЧАЮТСЯ ЧУГУН И СТАЛЬ?

Обратимся к твердым ископаемым и прежде всего — к рудам, содержащим железо. Когда-то умение выплавлять этот металл в прямом смысле слова влияло на ход истории. Наконечники копий и стрел, сделанные из уже хорошо освоенной бронзы (сплава меди с оловом), уступали по прочности железным. И те государства, где овладели выплавкой и обработкой железа, получали значительное военное преимущество перед "отсталыми" соседями.

Как же получить хорошее железо? А знаете ли вы, что чистого железа, в общем-то, нет? Дело в том, что некоторые чистые металлы либо проявляют не самые лучшие свойства, либо быстро окисляются — ржавеют — на воздухе. О чем же тогда идет речь?

Конечно, вы слышали о чугуне и стали. Так вот, и то, и другое — железо, но соединенное в разных пропорциях с углеродом, получаемым из угля. В чугуне его больше и качества чугуна похуже, чем у стали. Он очень тверд, однако весьма хрупок. Эти свойства часто сочетаются, например твердая стеклянная ваза очень легко разбивается, не так ли?

А в стали, мало того, что уменьшено количество углерода, но еще и добавлено много разных элементов — марганца, хрома, вольфрама и других. Каждый из них вносит, как разные художники — в портрет одного и того же человека, свои черты. И сталь получается то более упругой, то более прочной, то более жаростойкой.

Но процесс выплавки стали до сих пор очень трудоемок. В большинстве случаев сперва из руды, соединяемой с углем, выплавляют в доменных печах чугун. Затем его в мартеновских печах или в так называемых конвертерах переплавляют в сталь. И главное в этих процессах — найти наилучшее сочетание железа с другими добавками.

Вот этот сложный переход от руды к стали и вызвал постройку огромных металлургических заводов, занимающих большие площади и очень сильно загрязняющих воздух и воду.

Но отказаться от производства стали пока невозможно. Для чего она только не нужна: и для обшивки кораблей, для паровых котлов, артиллерийских орудий, проволоки, бтюни, колес... И люди стали изобретать иные способы получения стали.

ЧТО ТАКОЕ НЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ?

Можно ли сократить бег по такой длинной дистанции? Изучение свойств металлов привело к новым открытиям. Наука снабдила металлургов знаниями о внутреннем строение вещества. И оказалось, что вовсе не обя-зательно делать процесс получения стали таким многоступенчатым.

Ведь когда-то железо получали из руды в маленьких печурках-горнах "в один присест" — просто нагревая ее вместе с древесным углем. Вооружившись современными знаниями и техникой, инженеры как бы воссоздали древний способ, но в значительно больших масштабах. Например, вместо угля стали использовать иное топливо — водород. Сократилось количество вредных выбросов, "обязанных" углю, потребление энергии и материалов, а также, разумеется, — время производства. Сегодня, пользуясь таким способом, называемым прямым восстановлением железа, получают уже десятки миллионов тонн стали. И эта доля год от года растет.

Огромные объемы производства стали требуют и сокращения времени при проведении каждой из операций на пути от руды до изделия. Вот, скажем, сталь сварена и ее разливают в ковши, в которых она застывает. Затем остывшие заготовки привозят для обработки в другие цеха, к примеру, для прокатки. Кстати, для этого ее вновь приходится подогревать.

Так вот, выяснилось, что и здесь многие процессы можно совместить. Пусть сталь вытекает из ковша еще горячим (тысяча градусов!) ручейком, а по мере охлаждения и затвердевания ее и будут сразу прокатывать. Это очень нелегко сделать: представьте, что вы тянете одной рукой трос, другой конец которого — в расплавленном состоянии!

Тем не менее непрерывная разливка стали уже не просто громко заявила о себе, но даже потребовала постройки новых заводов.

Все это — попытки выплавить сталь более дешевым и быстрым способом. И, конечно, не последние...

Вернуться в раздел: Энциклопедия Науки и техники

Обсудить эту статью на нашем форуме >>>

§ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ - НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ, ИЗОБРЕТЕНИЯ, ДОСТИЖЕНИЯ

Ключевые слова этой страницы: энциклопедия, научные, открытия, изобретения, достижения.

Скачать zip-архив: Энциклопедия - Научные открытия, изобретения, достижения - zip. Скачать mp3: Энциклопедия - Научные открытия, изобретения, достижения - mp3.