Создатель мартеновских печей

Политолог, публицист Александр Механик – о жизни выдающегося французского инженера-металлурга Пьера Мартена.

18 августа 1824 года родился выдающий французский инженер-металлург Пьер Мартен — создатель технологии получения стали, на основе которой работали знаменитые мартеновские печи. Правда, судьба его сложилась так, что вклад Мартена в развитие металлургической промышленности оценили, когда его жизнь уже подходила к закату.

В конце первого десятилетия XX века доля мартеновской стали в мировой выплавке превысила долю конверторного металла, и французские промышленники решили поставить памятник великому французскому изобретателю широко распространенного процесса, давшего миллионные прибыли всем сталелитейным фирмам. Стали искать сведения об изобретателе, выяснять даты его жизни. И вдруг o6наружилось, что изобретатель… жив! И прозябает в нищете в маленькой деревушке, всеми забытый.

Объединение французских металлопромышленников «Комите де форж» быстро организовало торжественное заседание в честь Пьера Мартена. Виновника торжества усадили в президиум, рядом с председателем собрания, крупным заводчиком, производителем артиллерии Шнейдером. На заседании присутствовали представители металлургических объединений Франции, Англии, Германии, Бельгии. Прислали приветствия из Австрии, Венгрии, Италии. С большой речью выступил профессор Анри ле Шателье.

Было много приветствий, речей, тостов. Было и торжественное вручение от имени общества и организаций разных стран особой художественно выполненной золотой медали, а правительство Франции почтило изобретателя офицерским крестом Почетного легиона. Была организована международная подписка, собравшая Мартену около 200 тысяч франков.

В 1915 году Лондонский институт железа и стали присудил Пьеру Мартену золотую медаль имени Бессемера, а через несколько дней после этого Мартен скончался. Ему было почти 90 лет. Могила великого изобретателя была покрыта плитой из металла, выплавленного в мартеновской печи.

На поду пламенной печи

Настойчивые поиски новых методов выплавки стали еще в XVIII веке привели к появлению метода ее получения на поду пламенной регенеративной печи. Идея получать чистую сталь на поду впервые была высказана еще в 1722 году Реомюром — он писал о возможности превращения мягкого железа в сталь путем погружения его в жидкий чугун. Но по-настоящему этой идеей заинтересовались лишь в первой половине XIX века, когда запросы промышленности стали подталкивать металлургов к поискам новых способов массового получения стали.

Пламенная регенеративная печь и бессемеровский процесс

Под (поди́на) — это элемент конструкции печи, на котором располагаются материалы или изделия, подвергаемые тепловой обработке (нагреву, плавлению, обжигу и т. д.); выполняется обычно из огнеупорных материалов.

Пламенная печь — промышленная печь, в которой обрабатываемый материал, не смешиваясь с топливом, нагревается жаром пламени.

Регенеративная печь — это топливная печь, в которой применяется регенератор — теплообменное устройство периодического действия для утилизации теплоты дымовых газов, в котором горячий и холодный теплоносители попеременно омывают одну и ту же поверхность теплообмена огнеупорной насадки.

Бессемеровский процесс, названный в честь его изобретателя, англичанина Генри Бессемера, был первым недорогим промышленным процессом для массового производства стали из расплавленного чугуна. Ключевым принципом являлось удаление примесей из железа путем окисления с продувкой воздуха через расплавленный чугун. Окисление также повышало температуру железной массы и сохраняло ее расплавленной. Бессемеровский процесс осуществляется в установках, получивших название конвертор.

Только входивший в это время в заводскую практику бессемеровский процесс еще нуждался в усовершенствовании и к тому же имел большие ограничения по химическому составу чугунов.

Практический успех в создании альтернативной технологии на поду пламенной регенерационной печи был достигнут именно Пьером Мартеном, которому помогал отец — Эмиль Мартен (1794‒1871), основавший собственное дело, приобретя в 1822 году железоделательный завод в Фуршамбо.

Пьер Мартен в 19 лет поступил в Горную школу в Париже. Но уже через год отец отозвал сына в Фуршамбо, и тот начал работать на заводе. Девять лет спустя Эмиль Мартен основывает новый железоделательный завод в Сирейле и назначает сына директором. В этой должности тот и пробыл 30 лет, с 1854-го по 1883-й.
Многие годы Пьер Мартен вместе с отцом занимался поиском методов получения литой стали, то есть стали с максимальным содержанием углерода около 0,75%, путем сплавления лома и чугуна на поду пламенной печи.

Мартены терпели неудачи, как и другие исследователи, из-за того что не могли создать в пламенной печи температурный режим, необходимый для сталеплавильного процесса. Нужна была температура свыше 1600 °С. Делу помогло использование принципа регенерации тепла, предложенного братьями Сименс.

По чертежам Сименса

Фридрих Сименс применил регенеративную печь в стекольной промышленности. Идею использовать регенеративную пламенную печь для производства литой стали на поду в 1857 году предложил французский металлург Луи ле Шателье. Под влиянием этих идей брат Фридриха Сименса Вильгельм провел в Англии ряд опытных плавок стали на поду pereнеративной печи, но большого успеха не добился. Тем не менее Сименсы заключили договор с французской фирмой «Буабю, Рамбур и Ко», у которой были права производить литую сталь на поду регенеративной печи по способу, предложенному ле Шателье, получив такие же права на свою фирму.

Параллельно Вильгельм Сименс начал переговоры с Эмилем Мартеном о предоставлении ему права построить на заводе в Сирейле регенеративные печи для производства литой стали на поду. Получив чертежи регенеративной печи от Сименса и усовершенствовав ее, Пьер Мартен построил в Сирейле печь, в которой 8 апреля 1864 года получил годную литую сталь. На это производство он взял патент от 10 апреля во Франции и от 15 августа в Англии. Предложенные Мартеном решения позволили в дальнейшем решить очень острую для того времени проблему, что делать со старыми, изношенными бессемеровскими стальными рельсами, которых к тому времени накопилось очень много. Возможность переработки скопившегося бессемеровского скрапа, то есть металлического лома и металлических отходов производства, во многом способствовала распространению мартеновского процесса. Заслугой Пьера Мартена стало практическое применение принципа регенерации в процессе производства литой стали, а также разработка основ технологии скрап-процесса путем выбора правильного соотношения исходных материалов в шихте.

В успехе Мартена сказался двадцатилетний опыт практической работы на металлургических заводах. Имела значение и постройка печи из наиболее прочных материалов: стен и свода — из динаса, огнеупора, содержащего не менее 93% диоксида кремния (кремнезема), а подины — из местного песка, оказавшегося наиболее огнеупорным. После получения патента Пьер Мартен продолжал работу над процессом. С первых же плавок выяснилась необходимость добавки зеркального чугуна (с содержанием марганца 15‒30%, углерода — 4,5‒6,5%) в конце плавки в целях получения доброкачественной стали нужного состава (процесс раскисления). 25 июля 1867 года Мартен взял патент, в котором указал на применение зеркального чугуна в целях обуглероживания и получения стали определенных свойств.

Успех первых плавок позволил ему сразу наладить производство литой стали в промышленном масштабе. На заводе в Сирейле работали попеременно три печи емкостью по две-три тонны. Из полученной стали производили листы, бандажи для паровозов, сталь рессорную, инструментальную, ружейные стволы, лафеты и фасонные отливки. В 1867 году Пьер Мартен представил стальные изделия своего завода на Всемирной выставке в Париже, где получил Большую золотую медаль. Вильгельм Сименс там же получил за регенеративную печь Гран-при.

Господствующая технология

Рост популярности мартеновского процесса в мировой металлургии был вызван рядом его преимуществ по сравнению с другими. В мартеновской печи можно использовать большое количество старого лома и возможна работа на любом чугуне. Здесь годилось самое разнообразное сырье, в то время как в конверторном процессе имелись определенные ограничения в химсоставе исходных материалов. Успеху мартеновского процесса способствовала и его разносторонность, пригодность к выплавке самых разнообразных марок стали — от обычной углеродистой до сложнолегированной.

Мартеновский процесс с самого начала получил благоприятные условия для развития: цены на скрап в 1860‒1870-x годах были невысоки ввиду трудности его использования. Он не конкурировал с бессемеровским, а как бы дополнял его, перерабатывая стальные отходы бессемеровского производства, в больших количествах скопившиеся на заводах. Оборудование в мартеновском цехе стоило много дешевле, чем в бессемеровском, так как мартеновская фабрика того времени имела весьма примитивное оборудование. По этим причинам, несмотря на несовершенство первых мартеновских печей и большой расход топлива, скрап-процесс был экономически выгодным.

Мартеновский процесс быстро распространялся по металлургическим заводам разных стран. Емкость печей, вначале не превышавшая трех тонн, постепенно была доведена до восьми тонн, к концу 1880-x достигла 10‒12 и даже 15 тонн, а к началу XX века в США строили печи садкой свыше 100, а затем и 200 тонн.

В России быстрое распространение мартеновского производства начинается с середины 1870-x, о чем свидетельствуют следующие факты: в 1877 году в стране действовало всего около 15 печей, а в 1893-м уже 105, которые давали 255 766 пудов стали.

Однако лично Пьеру Мартену это не принесло ни славы, ни богатства. Мартену не удалось сохранить за собой привилегию на изобретение, так как ему предшествовали патенты других изобретателей, хотя и не добившихся успеха. Все его состояние ушло на многолетние тщетные попытки защитить свой патент. В 1883 году он отошел от дел и поселился в своем небольшом имении около Фуршамбо. Вскоре его забыли.

Вспомнили о Мартене, как мы уже рассказали в начале статьи, в 1909 году, и хотя бы остаток жизни он прожил в почете и славе.

В XX веке мартеновский процесс занял господствующее положение в мировом производстве стали. До середины века порядка 80‒85% всей стали в мире производилось мартеновским способом.

Мартеновское производство сыграло выдающуюся роль в экономической истории мира. Упоминание о мартеновских печах даже вошло в нашу знаменитую песню «День Победы»: «Дни и ночи у мартеновских печей не смыкала наша Родина очей». Однако за последние годы произошло резкое сокращение числа мартеновских печей в мире, а в России последний мартен закрыли в 2018 году. На смену ему пришли кислородно-конвертерный способ (около 63% мирового производства) и электроплавка (более 30%).

Ранее опубликовано на: https://stimul.online/articles/innovatsii/dvesti-let-martenu/