Что такое кокс в кулинарии
Что такое кокс в кулинарии
(нем. Koks, от англ. соке)
искусственное твёрдое топливо повышенной прочности; получается при нагревании до высоких температур (950—1050 °С) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки (см. Коксование). В зависимости от вида сырья различают каменноугольный, электродный пековый и нефтяной К. Основное количество К. производится из каменного угля.
Каменноугольный К. применяют главным образом в доменном процессе для выплавки чугуна (доменный К.). К. здесь служит одновременно топливом и восстановителем железной руды. В значительно меньших количествах К. используется в литейном производстве (литейный К.), для агломерации руд, в химической промышленности, цветной металлургии и др.
Производство каменноугольного К. возникло в 18 в., когда понадобилось заменить становившийся всё более дефицитным древесный уголь для доменных печей. Первая промышленная плавка на К. была выполнена в Великобритании в 1735. К 1970 мировое производство К. превысило 300 млн. т в год. В СССР, занимающем по производству К. 1-е место в мире, в 1972 было произведено 79,75 млн. т.
Содержание углерода в горючей массе К. выше 96%, выход летучих веществ 0,8—1,0%. Содержание влаги в К. при сухом тушении не превышает 0,5%, а при мокром — обычно 2—4%. Содержание серы в доменном К. из донецких углей составляет 1,5—1,9%, из кузнецких — 0,4—0,5%; для литейного К. оно не должно превышать 1,2%. Содержание фосфора в К. при выплавке, например, бессемеровского чугуна не должно превышать 0,015%. Зольность доменного К. должна быть не выше 9—10,5%. При увеличении количества этих составных частей К. ухудшается качество металла, повышается расход К. и шихты и резко снижается производительность доменной печи.
Электродный пековый и нефтяной К. имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3% (до 0,8% у нефтяного К.) Электродный пековый К. получают коксованием в камерных динасовых печах высокоплавкого каменноугольного пека. Нефтяной К. образуется также при крекинге и пиролизе продуктов перегонки нефти. Электродный пековый и нефтяной К. — основное сырьё для производства электродов.
Лит.: Справочник коксохимика, т. 2, М., 1965; Гофтман М. В., Прикладная химия твердого топлива, М., 1963.
Кокс: виды и применение
С развитием технического прогресса возможности классических видов топлива перестали отвечать требованиям мануфактур. А поиски новых решений привели к тому, что уже в середине 18 века промышленники научились перерабатывать породы угля с высоким содержанием углерода и изготавливать качественно новый продукт повышенной прочности – кокс.
Кокс представляет собой твердый вид топлива, получаемый при нагреве природного горючего до высоких температур. Современное оборудование позволяет производить несколько видов кокса, используя разные исходные материалы и режимы горения.
Виды кокса
Сегодня необходимые для образования кокса температуры без труда нагнетаются в специализированных печах. Это дает возможность изготавливать кокс как из угля, так и из нефтепродуктов. В зависимости от состава и качества базового сырья, а также от техники переработки, можно получить несколько разновидностей продукта:
В целом каменноугольный вид можно охарактеризовать, как твердое, пористое вещество серого цвета, получаемое в процессе сухой перегонки каменного угля. Однако в зависимости от разновидности и назначения, характеристики будут меняться.
По качеству получаемого сырья доменный кокс считается лучшим вариантом из всех разновидностей каменноугольного. Содержание серы в этом продукте составляет 2 %. Доменный или кузнечный кокс правильной консистенции имеет куски размером 25-80 мм. Допускается присутствие примеси из гранул меньшей фракции, но их количественное соотношение не должно превышать 3% от общей массы вещества.
Литейный кокс отличается от доменного преобладанием более крупных кусков: от 60 мм. А также меньшим содержанием серы: до 1 %.
Бытовой кокс наименее прочный из всех разновидностей, что не мешает ему пользоваться постоянным спросом. Больше чем бытовой, востребован мелкий кокс или орешек. В промышленных масштабах используют кокс с фракцией 10-25 мм.
Особенности производства
Производство нефтяного кокса российскими промышленниками стало осваиваться совсем недавно. Но перспективы этой отрасли пророчат большие. Нефтяной кокс изготавливают из вторсырья. Что делает его производство более выгодным с экономической точки зрения и позволяет рационально использовать природные ресурсы.
В зависимости от используемого сырья, этот вид будет различаться по содержанию серы в готовом продукте: малосернистые (содержат до 1% серы), сернистые и высокосернистые (свыше 2%).
Самой популярной разновидностью считается каменноугольный кокс. Ежегодно в мире производится порядка 400 миллионов тонн этого вещества (из общего количества производимого кокса 600 миллионов тонн).
Качество каменноугольного кокса зависит от состава пласта, из которого был добыт уголь. Например, наличие газового угля приведет к получению кусков более мелкого размера, снизит прочность кокса и повысит пористость.
Повысить прочность можно увеличив температуру плавления. А медленный разогрев и длительное время прокаливания коксуемой смеси позволяют получить более крупную фракцию.
Где используется
Главным заказчиком кокса на сегодняшний день остается металлургическая промышленность. На нужды этой отрасли уходит порядка 80 % всего вырабатываемого кокса. Литейная промышленность забирает на себя еще 10 % от общей массы производимого продукта. Около 6 % потребляет химическая отрасль. Оставшиеся проценты распределяются на бытовые, строительные и другие нужды.
Черная металлургия работает с доменным и литейным коксом. Но возможно использование и более мелких фракций. В цветной металлургии преобладает использование видов с более мелкими кусками: мелочь до 10 мм, орешек.
В строительстве пользуется спросом нефтяной, электродный пековый, мелочь, орешек. А также литейный в качестве бездымного топлива, для сушки помещений.
Используют кокс и для очистки воды. Литейная разновидность мелкой фракции позволяет очистить воду от маслянистых примесей.
В более обобщенном виде распределение кокса по областям выглядит так:
Применение
Нефтяной и электродный пековый применяются при производстве сварочных электродов, изготовлении алюминия, огнеупорных материалов и др. В тяжелой промышленности, и в частности машиностроении применяют литейный кокс, отличающийся малым выделением летучего вещества и отсутствием электропроводимости. С его помощью производят стальные сплавы. Кокс мелкой фракции незаменим для изготовления ферросплавов.
Доменный кокс используют при производстве чугуна, с его помощью восстанавливают железную руду и разрыхляют шихтовые материалы.
Химическая промышленность активно применяет кокс при изготовлении таких элементов, как фосфор, кремний, сернистый натрий и другие. Пищевая промышленность обращается к использованию кокса для выработки сахарного песка.
Кокс востребован во многих отраслях промышленности, каждая из которых специализируется на применении продукта определенного «сорта», обладающего особенными техническими и химическими характеристиками. Однако определенная универсальность при классификации кокса все же присутствует. На любом производстве предпочитают работать с сырьем высокой прочности, малой зольности, минимальным содержанием серы и мелких фракций.
Свойства
Кокс представляет собой твердый материал с пористой структурой. Цвет может варьировать от серого до черного.
Основными показателями качества кокса считаются:
Любая разновидность кокса обладает следующими свойствами:
Свойства во многом зависят от соблюдения технологии коксования и состава химических элементов в исходном сырье.
В целом, изготовление кокса довольно трудоемкий процесс, требующий специального оборудования, специализированных знаний и занимающий довольно много времени. Но, в итоге, затраченные ресурсы окупает широкий спектр применения, экологическая, экономическая и рациональная составляющая использования это продукта.
Производство кокса: технология и особенности
Что такое кокс? Это стратегически важный продукт, полученный путем термического бескислородного разложения. Подразделяется он на многие виды. Так, выделяют нефтяной и пековый, торфяной и каменноугольный кокс. Но основным из них является последний вид. Именно каменноугольный кокс выступает базовым компонентом доменного производства.
Важный продукт
Что означает слово «кокс»? Морфология данного понятия говорит нам о том, что это горючий твердый остаток, образующийся при термическом безкислородном нагреве некоторых органических веществ, в числе которых уголь (бурый или каменный), нефть, а также торф. Само слово имеет английские корни. Coke означает не что иное, как продукт, полученный путем термического разложения.
Шихта
Для поддержания горения доменных печей требуется большое количество каменноугольного кокса. Данный продукт представляет собой пористую, но в то же время твердую спекшуюся массу. Она получается в результате удаления летучих веществ из каменного угля.
Кокса химическое производство основано на процессе гидролиза. Помимо этого, возможен и сухой перегон каменного угля. Но в любом случае производство кокса связано с нагреванием исходного продукта без малейшего доступа воздуха. Целью гидролиза является отделение углерода от всех остальных веществ, входящих в состав угля. Что представляет собой сырье для производства кокса? Это каменный уголь различных сортов, в том числе жирный и коксовый, газовый и тощий. Называют такое сырье шихтой. Основу данного продукта составляет самый дорогой сорт – коксующийся уголь. На металлургические заводы России шихту доставляют из месторождений Кузбасса, а также Печоры. Богатыми залежами коксующихся углей может гордиться и Якутия. Здесь их добывают на территории Нерюнгри, до которой специально была проведена ветка железной дороги.
В связи со своими масштабами производство кокса требует большого количества сырья. Его доставляют к производственным цехам в насыпных вагонах. Здесь шихту перегружают в огромные башни, в которых специальные механизмы, будто насосы, закачивают поступивший уголь в коксовые колонки. Зимой шихта поступает, как правило, в замерзшем состоянии. И поэтому перед выгрузкой ее отогревают прямо в вагонах, загоняя их в специальные огромные ангары.
Подготовка шихты
Непосредственно само производство кокса начинается с сортировки шихты. Весь уголь, пришедший на завод, разделяется по своему свойству и составу на нужные группы. После этого шихта дробится и перемешивается. Далее следует ее дозировка. Она производится на автоматических весах. После такой подготовки шихта обогащается с использованием обеспыливания, грохочения, мытья, флотации и прочих способов. Все это позволяет устранить из сырья посторонние примеси. После шихта подлежит сушке и поступает на заключительный этап дробления, в результате которого получаются зерна, радиус которых не превышает 3 мм.
Подготовленное таким образом сырье готово для того, чтобы начать производство доменного кокса. Оно перегружается в смесительные агрегаты, а затем поступает в бункеры накопителя, находящиеся в угольной башне.
Коксовые батареи
Готовое сырье, которое необходимо для того, чтобы осуществить производство кокса, высыпается из угольной шахты в бункер загрузочного вагона. После этого оно доставляется в коксовые батареи. Это система, состоящая из нескольких камер, в которых и происходит процесс производства конечного продукта.
Коксовая камера представляет собой сооружение, стены которого выложены огнеупорным кирпичом. Его длина – 13-15 м, ширина – 0,4-0,5 м, высота – 5-5,5 м. Подобные габариты камеры позволяют осуществить процесс производства кокса достаточно быстрыми темпами.
В сводах подобных камер имеется по три-четыре люка с плотно закрывающимися крышками. Они предназначены для загрузки сырья. В торцевых стенах камер также имеются герметичные металлические двери. В процессе того, как образуется кокс, производство требует отвода появляющихся при этом газообразных продуктов. Это также предусмотрено в конструкции камер. В своей верхней части они имеют специальные стояки, по которым летучие вещества попадают в газосборник.
В то время, когда осуществляется производство кокса, технология процесса требует значительного обогрева камер. Для этого между ними конструируют специальные простенки. Они представляют собой целую систему отопительных каналов, по которым перемещаются горячие газы. В результате происходит обогрев стенок камер. В нижней части сооружений для производства кокса размещены регенераторы. Они необходимы для подогрева камер газами, подаваемыми через газопроводы, а также теми, которые отходят из воздуха.
Прогрев шихты
Над коксовыми камерами располагается рельсовый путь. По нему перемещается загрузочный вагон. С него шихта через люки попадает в камеру. Это происходит благодаря расположенным на вагоне специальным механизмам, которые могут откручивать, а затем и закрывать герметичные крышки.
По рельсовому пути, расположенному вдоль одной из сторон камеры, передвигается специальная коксовыталкивательная машина. Именно она подходит к боковым дверям и вскрывает их. Далее это устройство выталкивает полученный кокс. С другой стороны к камере подходит тушильный вагон. Он принимает раскаленный продукт и транспортирует его в зону, находящуюся под башней для тушения, выгружая затем на рампу.
Образование конечного продукта
Все производства металлургического кокса строго соблюдают технологические процессы, которые требуют не допустить попадания воздуха в камеру. Как это происходит? Процесс получения кокса начинается сразу после того как загрузочный вагон поставляет отмеренную дозу шихты в камеру. При этом происходит закрытие ее люков и включение подогревающих устройств.
Что происходит на начальном этапе, когда осуществляется производство кокса? Технология процесса на первой своей стадии предусматривает выделение из готового сырья газов и воды. После этого происходит плавление и оседание шихты. Дальнейшее повышение температуры приводит к вспучиванию данного промежуточного продукта. Это происходит в связи с дальнейшим выделением газов и паров. Далее шихта постепенно отвердевает. Что представляет собой последняя стадия процесса, в результате которой получается кокс? Производство этого продукта осуществляется при растрескивании и усадке спека. В итоге происходит образование так называемого коксового пирога. Все фракции, имеющие парогазовую форму, отводятся по стоякам в газосборник.
Процесс нагрева шихты в камерах идет от ее нагреваемых стенок к центру. В связи с малой теплопроводностью сырья в различных местах стадии коксования находятся на разных этапах.
Весь процесс образования кокса длится от 14 до 17 часов. Его продолжительность зависит от температуры сгорания шихты, ее состава и размеров камеры.
После завершения технологического процесса производства кокса выключаются нагревательные устройства и перекрываются стояки. К дверям коксовой камеры подходит выталкиватель, с помощью которого полученный продукт выгружается в тушильный вагон. Таким образом и происходит освобождение печи. После этого выталкиватель навешивает герметичные двери и отправляется по рельсам к следующей камере. Туда же следует и загрузочный вагон. Он открывает люки и загружается новой дозой переработанной шихты.
Доставка продукта в башню
Полученный в камерах кокс необходимо подвергнуть тушению. Ведь после его соприкосновения с воздухом происходит самовозгорание. В тушильном вагоне кокс доставляется в башню, где он окончательно гасится водой. Далее продукт высыпается из вагона на наклонную бетонированную поверхность, называемую рампой. Здесь в течение двадцати минут происходит его остывание. После этого кокс при помощи транспортеров поступает на сортировку.
Попутные продукты
Производство кокса невозможно без выделения летучих веществ. Они представляют собой смесь газов и паров. Такие компоненты в совокупности называют прямым коксовым газом. После обработки одной тонны шихты, влажность которой достигает 6 %, получается 270 кг прямого коксового газа. В объемном выражении эта цифра равна 330 метрам кубическим.
В прямом коксовом газе, полученном из одной тонны шихты, содержится:
— около тридцати килограмм каменноугольной смолы;
— 10 кг сырого бензола;
— 3 кг аммиака;
— 5 кг сероводорода;
— 80 кг воды;
— 140 кг обратного газа.
До недавнего времени коксохимическое производство являлось единственным поставщиком, предлагающим бензольные углеводороды. Однако после развития сферы нефтепереработок данные продукты стало возможным получать с меньшими капиталовложениями. Это привело к тому, что доля коксохимического производства в поставках бензольных углеводородов упала до сорока процентов. Данный продукт используют в качестве сырья в процессе органического синтеза. Легкая же его фракция перерабатывается с сырым бензолом.
Другие виды попутных продуктов после их ректификации и обработки химическими реагентами, а также после вымораживания с последующей кристаллизацией дают возможность для получения около трехсот химических соединений высокого качества.
Использование нефти
Это природное вещество, так же, как и уголь, является стратегически важным для нашей страны. Их него осуществляется производство кокса и нефтепродуктов, которые представляют собой:
— топливо;
— церезины и парафины;
— смазочные масла;
— битумы;
— пластичные смазки;
— сырье, предназначенное для основного органического и нефтехимического комплекса;
— прочие продукты.
Нефтяной кокс
Такое словосочетание носит собирательный характер. Под нефтяным коксом понимают продукты глубокой переработки «черного золота». Сырьем для его производства служат компоненты, полученные при первичной переработке нефти. Это гудрон и полугудрон, асфальт и экстракт.
Производство нефтяных коксов происходит одним из двух способов:
— замедленным коксованием, которое осуществляется в необогреваемых реакторах;
— в кубовых установках с применением горизонтальных реакторов обогреваемого типа.
Первый из этих двух способов является самым популярным. С его помощью производят практически восемьдесят процентов этого вида продукта.
Нефтяной кокс в дальнейшем используется при производстве электродов, а также анодных масс и анодов при выплавке алюминия. Находит он применение и в технологических процессах изготовления ферросплавов, абразивов, кремния. Широко задействуют нефтяной кокс в химической промышленности.
Получение данного продукта происходит при низком давлении. При этом поддерживается температура от 480 до 560 градусов. Это позволяет произвести нефтяной кокс и бензины, углеводородные газы, а также керосино-газойлевые фракции.
Процесс коксования представляет собой расщепление всех компонентов, входящих в состав сырья. При этом образуются жидкие дистиллятные фракции и углеводороные газы.
Промышленный процесс получения нефтяного кокса осуществляется с использованием установок трех типов. Помимо периодического коксования в специальных кубах и замедленного процесса в камерах оно может происходить непрерывно в псевдоожиженной массе коксаносителя. Рассмотрим один из них, применяющийся наиболее часто, подробнее.
Замедленное коксование
Данный процесс называют еще и полунепрерывным. Этот способ получения нефтяного кокса наиболее распространен в мировой практике. Он подразумевает такой технологический процесс, при котором предварительно нагретое до 350-380 градусов сырье непрерывно подается на особые тарелки, находящиеся в ректификационных колоннах. Подобные установки работают при атмосферном давлении. Сырье для производства нефтяного кокса стекает по тарелкам и контактирует с парами, поднимающимися из реакционных аппаратов. Результатом такого массо- и теплообмена становится конденсат. Именно он и образует вместе с исходным продуктом вторичное сырье, подлежащее дальнейшему нагреванию до 490-510 градусов в трубчатых печах.
Далее смесь поступает в коксовые камеры. Это вертикально расположенные полые цилиндры, высота которых достигает 22-30 метров, а диаметр – 3-7 м.
Реакционная масса поступает в коксовые камеры непрерывно. Причем этот процесс длится на протяжении от 24 до 36 часов. За это время масса, благодаря удерживаемой ею теплоте, постепенно коксуется. Когда камера заполняется конечным продуктом на 70-90 процентов, его удаляют с помощью обычной струи воды, находящейся под высоким давлением.
Далее кокс помещают в дробилку, в которой измельчается на кусочки, размер которых не превышает 150 мм. После этого продукт с помощью элеватора подается на грохот, сортирующий его на фракции разных размеров. Камера, в которой был получен кокс, подлежит прогреву водяным паром и теми парами, которые подаются из работающих аппаратов. Далее емкость вновь заполняется сырьем.
Применение кокса
Кокс – это остаток, который получается при нагреве без доступа воздуха любого органического материала. Нагрели дерево до температур 500 – 700ºС градусов в закрытой реторте – получили древесный кокс, или как его по началу назвали – древесный уголь. А, если нагреть уголь, тоже без доступа воздуха до температуры 1000ºС – получится каменноугольный кокс.
Почему каменноугольный кокс в металлургии вытеснил древесный уголь? Пользуясь древесным углем, невозможно было удовлетворить потребности промышленности в металле. Во-первых, это обратило бы земной шар в безлесную пустыню. Во-вторых, древесный уголь имел малую прочность. Для производства большого количества металла необходимо было строить доменные печи больших размеров. Чем выше доменная печь, тем больше столб руды, флюсов, угля, тем большая нагрузка приходится на уголь. Не выдерживая нагрузки, уголь крошится. Образовавшаяся при этом угольная пыль набивается между кусками руды. Газы не могут преодолеть сопротивление столба шихты, плавка замедляется, а то и прекращается полностью. Хрупкость, недостаточная прочность древесного угля не позволяла сооружать большие домны. Для этого необходим был более прочный углеродистый материал.
Все это не значит, естественно, что неизбежная победа каменноугольного кокса оказалась простой и легкой. Путь кокса в домны оказался длиной почти в двести лет.
И каменный уголь, и кокс, получаемый из него, содержат немало примесей, которых нет в древесном угле. Так, в древесном угле практически нет серы, а в каменных углях ее немало. Даже в малосернистых углях, добываемых в Кузнецком каменноугольном бассейне (Кузбассе), содержится до одного процента серы. В углях Донецкого угольного бассейна ее в три раза больше, а из шахт Кизеловского бассейна в Пермской области, где добывали коксующийся уголь в Х1Х – ХХ вв. серы 3 – 5%. Сера из кокса попадает в чугун, а из него в сталь. Чем больше серы в стали, тем хуже она работает при высоких температурах. Именно примеси серы делают металл ломким в нагретом состоянии (прокатка, штамповка). Это и называется «красноломкостью».
Стандарты устанавливают очень жесткие нормы содержания серы в сталях и ограничивают применение стали, в которой «много» серы. Конечно, серу кокса можно связать в шлаки. Но это означает, что в домну надо подать дополнительное количество флюсов, в основном, известняка и доломита. А чтобы их нагреть, расплавить шлак, нужно подавать дополнительные тонны кокса, при этом уменьшается производительность доменной печи.
После сгорания древесного угля остаются всего десятые доли процента золы. А зольность каменного угля и тем более кокса намного выше. В среднем, зольность металлургического кокса, полученного из каменного угля, составляет 10 – 12%. Зола является балластом, и ее обращают в плавкий шлак. А для этого в доменную печь надо добавлять дополнительно флюсы, в основном, известняки и доломиты, а значит расходовать больше тепла на плавление шлака.
Что же такое кокс? Сравним каменный уголь и приготовленный из него кокс. Уголь – вещество черного цвета. В нем заметны блестящие и матовые прослойки. Кокс – серо-стального цвета, плотный, оплавленный, намного прочнее угля. Уголь горит коптящим пламенем, а кокс дает розовато-голубое пламя без следов копоти. Отличаются они и по химическому составу.
Кокс – точнее его горючая масса – почти чистый углерод. В угле же содержится много водорода и кислорода. Получают кокс путем нагрева каменного угля без доступа воздуха. При этом разлагается вещество угля, выделяются газообразные продукты распада.
Как топливо уголь известен человечеству более 25 столетий, а поделочный камень (гагат), тот же уголь по происхождению, известен намного раньше.
Еще ученик Аристотеля Теофраст в книге «История камня» сравнивал каменный и древесный угли и указывал на возможность применения каменного угля для выплавки металлов.
В Европе добыча угля как топлива велась уже римлянами на территории Британии. Имеются сведения, что более двух тысяч лет назад в Китае, в провинции Юннань, производили кокс. Письменные источники указывают на подземную добычу угля в XII в. на территории Бельгии и Моравии (тогдашней Чехии). С XIII в. в Европе известны случаи применения каменного угля в кузнечных горнах. Эти сорта угля и в настоящее время в Западной Европе называют кузнечными.
Первые патенты по коксованию углей относятся к концу XVII в. Пионерами в этом деле не зря стали англичане.
Для получения древесного угля в XV — XVI вв. на английских островах было предано сожжению столько лесов, что над ними нависла угроза полного истребления. А ведь немало древесины требовалось и для строительства домов, кораблей, мостов. Было тут, отчего забить тревогу. Напомним, что в 1558 г. королева Елизавета издала указ, запрещавший на большей части территории Англии использовать лес для выжига древесного угля. Но, видимо, металлурги ухитрялись нарушать королевское веление, поэтому спустя четверть века появился новый государственный указ, согласно которому в ряде графств вообще не разрешалось заниматься выплавкой железа. В последующие годы этот запрет распространился почти на все районы Англии. Остывшие доменные печи «прозябали» без живительного топлива — выплавка чугуна в стране резко упала. Железо приходилось ввозить из России, Швеции и других стран.
Тяжелое положение, в котором оказалась в связи с этим английская промышленность, вынудило металлургов искать замену древесному углю. И, прежде всего их взоры обратились к каменному углю, которым природа, не скупясь, одарила британские острова. Крупные угольные залежи располагались близко к поверхности земли. После прядения и ткачества добыча угля и металлургия была одной из главных отраслей развивающейся промышленности.
К этому времени каменный уголь, выделявший при сгорании больше тепла, чем древесный, уже успел снискать репутацию отличного топлива, но… не для доменных печей. Все попытки выплавить чугун на каменном угле кончались неудачей: металл содержал вредные примеси — серу и фосфор, расход топлива был очень большим.
И все же слишком заманчивой была идея замены в доменной плавке древесного угля каменным, крупные залежи которого могли надолго обеспечить топливом металлургическую промышленность. Не мудрено, что многие англичане, да и не только они, пытались решить эту задачу.
История донесла до нас имя священника Симона Стуртеванта, немца по происхождению, который в паузах между молитвами предавался сугубо земным металлургическим заботам. В 1611 г. он получил привилегию, касающуюся употребления «морского или горного угля» при различных железоделательных операциях. Но то ли наскучило ему вскоре это дело, то ли мысли о спасении души заполнили все его бренное существование, во всяком случае, уже через год Стуртевант отказался от своей привилегии.
Пожалуй, одним из первых, кому определенно удалось добиться успеха, был совсем еще молодой английский металлург Дод Додлей — побочный сын знатного лорда, владевшего несколькими железоделательными заводами. В 1619 г. Додлей получил королевский патент, свидетельствовавший о том, что его владелец «открыл после долгих трудов и многих дорогостоящих опытов секрет, способ и средства выплавки железной руды и производства из нее чугунного литья или брусков путем применения каменного угля в печах с раздувательными мехами, причем результаты получились такого же хорошего качества, как и те, что до сих пор производились при помощи древесного угля, — изобретение, еще никем до сих пор не совершенное в нашем английском королевстве…».
Долгая жизнь, прожитая Додлеем, была до краев наполнена драматическими событиями. Чего только не довелось ему испытать: конкуренты разрушили его завод, он сидел в лондонской долговой тюрьме, принимал участие в гражданской войне, дважды попадал в плен и приговаривался к расстрелу, но оба раза бежал, получил тяжелое ранение, был коварно обманут своими компаньонами — словом, скучать ему не приходилось. Но, к сожалению, в этом жизненном калейдоскопе Додлей так и не смог осуществить на практике свое изобретение. Он никому не пожелал открыть секрет, и после его смерти металлургия вновь осталась без минерального топлива.
Дод Додлей в своей книге по металлу писал: «Если леса будут и впредь уменьшаться, для нас будет потеряно то, что составляет главную силу и величие Англии: ее корабли, ее торговля, ее матросы, ее рыболовство, военный флот ее величества, наше наступательное и оборонительное оружие».
Используя каменноугольный кокс, Додлей получил хороший чугун. Но ему не повезло. Повсеместного распространения его способ не получил, а патент был составлен, вероятно, не совсем понятно и поэтому не был расшифрован.
В 1651 г. англичанин Бук получил один из первых патентов на выработку железа с использованием каменного угля взамен древесного. Но железо или чугун получались плохого качества. В 1681 г. известный немецкий химик Иоганн Бехер затребовал патент на «новый метод получения кокса и смолы из торфа и каменного угля, никем никогда ранее не открытый и не примененный»
Лишь в 1735 г., т. е. спустя 116 лет после выдачи патента Додлею, доменный процесс был впервые осуществлен полностью на коксе — полученном из каменного угля – топливе, без которого немыслимы сегодня ни доменная плавка, ни ряд других металлургических процессов.
Изобретение коксования — важное событие в истории техники, связанное с именем английского железопромышленника Абрахама Дерби-сына. Семейный клан Дерби владел железоделательным заводом в Колбрукдейле.
Опыты по превращению каменного угля в кокс и использованию его при выплавке чугуна начал проводить еще родоначальник династии — Абрахам Дерби-отец, но до конца решить проблему ему не удалось.
Каменноугольный кокс получали также как и древесный – коксованием в кучах различных видов угля, но пригодного для доменной плавки получить никак не удавалось.
Работу отца продолжил сын, прекрасно понимавший значение перевода доменной плавки на минеральное топливо. Однако получить отвечающий всем требованиям кокс оказалось необычайно сложно. На эксперименты, проводившиеся один за другим, понадобился не один год. Когда же желаемый кокс, наконец, был получен, его тут же загрузили в доменную печь
Как пишет С.А. Венецкий, по семейному преданию, Дерби круглые сутки, не зная сна, дежурил у печи в ожидании результатов плавки. Прошло несколько дней, наполненных волнением и тревогой, надеждами и разочарованиями. Лишь на шестой день, под вечер, домна дала отличный чугун. И тут же прямо у печи счастливый Дерби уснул мертвецким сном. Так и отнесли его, спящего, домой.
К концу XVIII в. практически все доменные печи Англии работали на каменноугольном коксе. Однако переход на топливо со значительно большей теплотой сгорания потребовал увеличить количество воздушного дутья, подаваемого в печь. Водяное колесо уже не могло справиться с такой задачей — на смену ему пришла паровая машина.
Еще в 1711 г. англичанин Томас Ньюкомен изобрел пароатмосферную поршневую машину для подъема воды из шахт. Спустя четыре десятилетия все тот же Абрахам Дерби-сын применил эту машину для привода доменной воздуходувки. Но машина была далека от совершенства и работала с частыми перебоями. Усовершенствованием машины Ньюкомена в одно и то же время занимались два замечательных изобретателя — англичанин Джеймс Уатт и наш соотечественник И. И. Ползунов.
В 1763 г. Ползунов, работавший на медеплавильном заводе в Барнауле, создал проект «огнедействующей машины для заводских нужд». Ползунову не суждено было увидеть свое детище в работе: в 1763 г., за неделю до пробного пуска машины, изобретатель умер. В течение некоторого времени установка успешно обеспечивала воздушным дутьем три плавильные печи. Однако квалифицированных специалистов, способных обслуживать машину, на заводе не было. Начались поломки, котел дал течь, машину остановили, а потом и вовсе сломали.
К работам Д. Уатта судьба оказалась благосклоннее: в 1784 г. он получил патент на универсальную паровую машину двойного действия. К этому периоду относится и появление первой паровой воздуходувки на доменных печах английских заводов.
Следующий значительный шаг в развитии доменного производства был сделан спустя примерно полвека, когда шотландский изобретатель Джеймс Бомон Нилсон предложил нагревать воздух, прежде чем подавать его в доменную печь. Как это часто бывает, это замечательное открытие, произведшее подлинную революцию в металлургии, возродило английскую железоделательную индустрию и открыло широкие перспективы перед каменноугольной промышленностью и металлургией, сразу не было оценено.
Воздухонагреватель Нилсона был далек от совершенства: проходя по чугунным трубам, расположенным в топке, воздух мог нагреваться лишь до 300 — 400С (иначе трубы перегорали и быстро выходили из строя). В 1857 г. английский инженер Эдуард Альфред Каупер предложил оригинальную конструкцию доменного воздухонагревателя — высокую цилиндрическую башню из стальных листов, внутри которой по всей ее высоте была выложена решетка из огнеупорного кирпича. Кирпичи нагревались докрасна горячими газами, а затем подачу газов прекращали, и через решетку, или, точнее, насадку, пропускали воздух. Благодаря большой поверхности кирпичей воздух теп0ерь мог нагреваться до 600 — 700С. Спустя несколько лет Каупер развил свою идею, предложив для нагрева огнеупорной насадки сжигать отходящие газы доменной печи.
Были заложены первые основы неразрывного союза этих двух гигантских областей производства. Логическим продолжением изобретения Додлея и Дерби явилось применение каменного угля при переработке чугуна в ковкое железо и сталь, осуществленное Генри Кортом в его пудлинговых печах.
Угольная промышленность Англии (особенно в окрестности Нью-Касла) становится центром мировой добычи угля. Удобный порт, он быстро становится центром добычи и торговли углем двух обширных графств – Нортумберленда и Дергема.
«Черной Индией» называли этот край, приносящий их торговцам и владельцем копей баснословные богатства, такие же, какие английская аристократия и молодая буржуазия выкачивали из захваченной Индии. Уголь вывозился не только в разные районы Англии, но и за границу. «Неукостильское уголье» пылало в кузнечных горнах на заводах Кронштадта, Санкт-Петербурга, Сестрорецка, Петрозаводска.
В XVIII в. топливная проблема черной металлургии в Европе была разрешена, кокс начинают применять и в других отраслях промышленности.