Почему каменноугольный кокс 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 каменноугольный кокс.
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 нет серы, а в каменных углях ее немало. Даже в малосернистых углях, добываемых в Кузбассе, содержится половина процента серы. В углях Донбасса ее в три раза больше, а из шахт Кизеловского бассейна в Пермской области добывают уголь, в котором три-четыре процента серы. Сера из коксе попадает на металл. Чем больше серы в стали, тем хуже она работает при высоких температурах. Именно примеси серы делают металл ломким при нагревании.
Стандарты устанавливают очень жесткие нормы содержания серы в сталях и ограничивают применение стали, в которой много серы. Обычная углеродистая сталь содержит не больше 0,055 процента серы. Химический агрегат из такой стали может работать при давлениях не больше 10 атмосфер и при температурах до 350 С. Но стоит ограничить верхний предел содержания серы до 0,04 процента и рабочее давление можно увеличить до 60 атмосфер, а работать такой аппарат может уже при температурах до 450 С.
Конечно, серу из кокса можно связать в шлаки. Но это означает, что в домну надо подать дополнительное количество флюсов. А чтобы их нагреть, расплавить шлак, нужно подавать дополнительные тонны кокса, при этом уменьшается производительность доменной печи.
В древесном угле почти нет золы - всего десятые доли процента. А в каменном угле и тем более в коксе золы содержатся единицы, десятки процентов. 8 - 12 процентов золы содержится в среднем в металлургическом коксе. Зола является балластом. Чтобы убрать золу из домны, ее обращают в плавкий шлак. А для этого в доменную печь надо добавлять дополнительно флюсы, известь, надо расходовать больше тепла на плавление шлака.
Что же такое кокс? Давайте 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 по химическому составу. Кокс - точнее его горючая масса - почти чистый углерод. В угле же содержится много водорода и кислорода. Получают кокс путем прокаливания каменного угля без доступа воздуха. При этом разлагается вещество угля, выделяются газообразные продукты распада. Кокс из каменного угля получают так же, как древесный уголь из дров. Существенная разница лишь в количестве получаемого кокса. Всего одна десятая часть древесины обращалась в древесный уголь, остальное улетучивалось, сгорало. А из тысячи килограммов каменного угля сегодня мы получаем 750 - 790 килограммов кокса.
Как топливо уголь известен человечеству более 25 столетий, а поделочный камень (гагат), тот же уголь по происхождению, известен намного раньше.
В Европе добыча угля для 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 12 веке на территории Бельгии и тогдашней Моравии. С 13 века 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 1590 году. В 1619 - 1622 годах в Англии были зафиксированы первые попытки провести плавку руды на каменном угле. В том же году таким образом пытались применить торф для замены древесного угля в доменной плавке.
В 1651 году англичанин Бук получил один из первых патентов на выработку железа с использованием каменного угля взамен древесного. Но железо или чугун получались плохого качества.
Дод Додлей в свой 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, Дод 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.
Только после удачного промышленного опыта Авраама Дерби, который в 1735 году после длительного изучения плавки чугуна на каменно-угольном коксе получил наконец-то хороший чугун, появился многотоннажный потребитель каменноугольного кокса.
Это замечательное открытие, произведшее подлинную революцию в металлургии, возродило английскую железоделательную индустрию и открыло широкие перспективы перед каменноугольной промышленностью и металлургией.
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-Кастля) 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 владельцам 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 18 веке топливная проблема черной металлургии в Европе была разрешена, кокс начинают применять и в других отраслях промышленности.
естественно, что неизбежная победа каменноугольного кокса оказалась простой и легкой. Путь кокса в домны оказался длиной почти в двести лет.
Давайте 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 по химическому составу. Кокс - точнее его горючая масса - почти чистый углерод. В угле же содержится много водорода и кислорода. Получают кокс путем прокаливания каменного угля без доступа воздуха. При этом разлагается вещество угля, выделяются газообразные продукты распада. Кокс из каменного угля получают так же, как древесный уголь из дров. Существенная разница лишь в количестве получаемого кокса. Всего одна десятая часть древесины обращалась в древесный уголь, остальное улетучивалось, сгорало. А из тысячи килограммов каменного угля сегодня мы получаем 750 - 790 килограммов кокса.