Оздоровление чугуна

Охлаждённая крица, пропитанная шлаком

Крица, прокованная вручную и её срез

Принципиальной разницы между двумя видами ковкого железа нет – оба продукта представляли собой губчатую массу из сварившихся между собой частиц железа, пропитанную шлаком. Но кричное железо получалось путём восстановления из оксидов руды, а сварочное – в результате обезуглероживания чугуна.
Фришевание (дословно – «оздоровление», очистка, рафинирование) представляло собой переплав слитков (штыков) чугуна в кричном горне, заполненном раскалённым древесным углем, продуваемым подводимым через фурму воздухом (рис. 3). В России для этого процесса применялся термин «кричный передел» или «свежевание». В ходе фришевания чугун плавился и стекал в виде капель по кускам угля в нижнюю часть горна. Содержащиеся в чугуне примеси (углерод, марганец, кремний, фосфор) окислялись кислородом вдуваемого воздуха и формирующихся в горне шлаков. Помимо примесей при кричном переделе подвергалось окислению и железо. Угар его был очень большим и составлял от 8 до 25 % от массы перерабатываемого чугуна (в зависимости от технологии и содержания примесей), при переделе на сталь он доходил до 30 %. В нижней части горна постепенно накапливались частички обезуглероженного железа, которые при слипании формировали крицу. Масса крицы составляла от 60 до 130 кг, но иногда достигала 190 кг.

Чем медленнее плавился чугун, т. е. чем дольше он мог находиться в переходном, тестообразном состоянии, тем эффективнее происходило окисление. Высокое содержание в чугуне углерода и кремния сильно замедляло ход процесса, приводило к большому угару (окислению) железа и большим его потерям со шлаком. Окисление марганца также снижало скорость процесса, но зато его присутствие в сварочном шлаке способствовало очищению чугуна от вредных примесей. Сера, обусловливающая красноломкость железа (склонность к образованию трещин при ковке или прокатке в горячем состоянии), удалялась очень трудно, в особенности при легкоплавких чугунах. Фосфор считался самой нежелательной примесью в чугуне, так как при кричном способе почти не удалялся, а своим присутствием делал железо хладноломким (склонным к образованию трещин при механическом воздействии на охлаждённый металл).

Для улучшения условий фришевания получаемый в доменной печи серый чугун с высоким содержанием углерода подвергали операции «отбеливания», которая заключалась в частичном обезуглероживании и рафинировании. Эту операцию производили либо в доменной печи, изменяя технологию плавки после накопления в горне жидкого чугуна (увеличивали расход дутья, меняли угол наклона фурмы, добавляли железистые шлаки и пр.), либо в специальных «отбеливательных» горнах с применением фурм большего диаметра. Полученный таким образом белый чугун с низким содержанием углерода далее фришевали в кричных горнах.

Основные элементы конструкции кричного горна

Горючим материалом при кричном способе служил исключительно древесный уголь, по-скольку он практически не содержит вредных примесей, даёт мало золы и развивает требуемую температуру в горне. Попытки применять торф, каменный уголь и кокс для кричного производства были признанными неудачными из-за большого количества содержащихся в этих материалах примесей. Кокс, кроме того, создавал в горне чрезмерно высокую температуру.
В качестве флюсов при кричном переделе часто использовались богатые железом шлаки и окалина, которые получаются попутно при кричном процессе и при дальнейшей обработке крицы. Они содержат до 80 % (масс.) оксидов железа, которые окисляют примеси чугуна, вследствие чего происходит обезуглероживание и очищение чугуна от кремния, серы и частично от фосфора. С целью удаления серы и фосфора применялась известь и порошок Шавгаутля (6 частей поваренной соли и 3 части перекиси марганца), который образовывал легкоплавкий шлак.