Фронтир Индикона. Дорогами ветров. Часть III

Чтобы быстро разбить лагерь, в комплекте оборудования имеются две палатки с тентом из прорезиненной ткани, со сферическим сборно-разборным каркасом из фанерных дуг с коннекторами.

В самой последней телеге реагенты для бурового раствора в мешках. Раствор готовит не абы кто, а специально обученный человек. В зависимости от веса породы, по прилагаемой таблице, он добавляет барит, пенообразователь на основе масла ши, бентонит и конечно камедь, которая придаёт буровому раствору уникальные свойства – вязкость, устойчивость к влиянию ферментов, солей, кислот и температуре. Камедь ещё и великолепный пластификатор с высоким модулем упругости, который мало расходуется при циркуляции, минимально повреждает пласт и снижает трение о стенки скважины при бурении.

Не нашли водоносного слоя, шланг не дотягивается до ближайшего ручья, не страшно. Воду можно привести в мешках-сосисках. Если их надуть, сгодятся для переправы через реку.

Звенья геологов прочесали берега Галаны вплоть до водопада Лугарда и побережья океана, от морского порта до стоянки пиратов включительно. Натаскали много всего, в том числе пару весьма интересных подарков. Амблигонит, в буквальном переводе с греческого тупоугольный, фосфат лития и алюминия, он слабо светился в темноте, вот его и притащили показать. Типичный минерал богатых фосфором альбитизированных гранитов, подвергшихся метасоматозу. Пару узких мест он закроет – соли лития идут на смазки, у нас их мало, и фосфор, который уходит центнерами, наконец-то разошьём проблему. Пирофилит. О! Весьма редкий гость. Силикат алюминия с примесями кальция и тантала. Три в одном: можно применять для увеличения прочности керамики, как огнеупор и шихту для получения пенокерамики. Вот только с железом кисло. Нашли какой-то дрянной пирит, не представляющий для меня никакого интереса.

Но на ловца, как говорится, и зверь бежит. Ситуацию спас один из торговцев Камаля, что привез из среднего течения Цаво гематит. Местные племена кику, а мы всем хорошо платим за необычные камни, показали место, где их кузнецы собирали «железные камни». Недолго думая, отправил туда все свободные звенья геологов. На месте всё оказалось не так радужно, как рисовалось, россыпи гематита бедные. Что-то собирали, да, но только для наших объёмов сущие крохи.

Группы получили однозначные указания – бурите до посинения! И бурили, что делать? Составили карту рудных выходов и разметили площадь квадратно-гнездовым методом, били штреки и разведочные каналы.

Помог случай. Третье звено решило опробовать наклонный способ бурения, в полевых условиях. Схалтурили, взяли немного ближе к реке, где породы не такие крепкие и на горизонте восемнадцать метров вышли на рудное тело! Они не поняли, что это такое, а вот мне одного взгляда хватило. На срезе керна, в массиве чёрного кварцита бликовали серой сталью пластинчатые, расположенные подобно лепесткам розы, кристаллы с кровавыми пятнами окислов. Спектроскопия, а после дихроматический анализ методом перганатометрии показали высокое содержание оксида железа в образцах. Шестьдесят два процента!

Пришли первые разведочные керны – ребята вышли на рудное тело, сложенное железистыми кварцитами или роговиками. Тонкие слои кварца, чередующиеся с магнетит-гематитовыми прослойками с примесью силикатов и карбонатов. Мало серы и фосфора, а ванадия до двух процентов. Ну, сказка же!

Оконтурить границы проявлений, чтобы определить запасы, дело долгое. Не дожидаясь результатов разведки, отправил к буровикам пять звеньев рабочих с инструментом для проходки вертикального ствола шахты. Павлу Петровичу отстучал телеграмму, и тот выдвинулся на место для общего контроля и строительства причальной инфраструктуры. Он же взял на себя переговоры с вождём на предмет снабжения припасами и привлечения местных в качестве дешёвой рабочей силы. Строить там обогатительный цех не имело смысла, слишком далеко. От слияния с Ани и Цаво вверх по течению сто семнадцать километров, соответственно от нашей базы в три раза больше. Начали пробивать ствол пиками и клиньями и сразу уперлись в особо крепкий слой пегматитов. Блажь. Это я про идею проходить ручками скальный монолит на глубину двадцать два метра. Работая кайлом, да клиньями, ой-ой. И за полгода не уложишься. Тут либо тратить драгоценный порох, либо пневматический молот, других вариантов не просматривалось.

Монстрика изготовили на основе цилиндра от пневмо-вибратора бетонной смеси. Не молот, пневматический бетонолом весом тридцать килограмм, с силой удара за двести джоулей и частотой ударника сто колебаний в минуту! Один минус, с таким инструментом могли работать только настоящие силачи вроде Куруну. Ничего, наскребем по сусекам. Бетонолом, в отличии от молота бьёт реже, но сила удара запредельная.

Выставил красный режим, для всех деталей молота. Изготовили их за четыре дня! Что, впрочем, не удивительно, ведь цилиндры, клапаны и тарельчатые пружины у нас имелись в резерве. Вместе с молотом отправили переделанные героторные компрессоры от гидромонитора и батарею бронзовых баллонов.

Дело сдвинулось с мёртвой точки. Крепчайшие гнейсы и кварцит молот крушил словно труху. Только в первые сутки прошли три метра, а перед этим три недели долбили круглые сутки и едва полтора метра осилили.

Прочной породе крепь не нужна, и её не монтировали. Над шахтой собрали подъёмник барабанного типа. Пробили шурфы для вентиляции вертикального ствола. К этому времени рудное тело полностью оконтурили, и я оценил запасы железа в тысячу триста тонн. Слёзы… Хорошо если половину хотя бы извлечём. Скажи мне раньше, что из-за жалкой тысячи тонн кто-то будет ствол в гнейсах пробивать, я бы только пальцем у виска покрутил. Этот мусор даже в реестр и то стыдно заносить. Сейчас же случайное, по сути, рудное тело за величайшую удачу полагаю. Проблему с дефицитом металла месторождение не решит, но даст нам небольшую отсрочку.

К сентябрю, по реке сплавили почти двести тонн руды. С плавкой таких объёмов тигельные печи уже не справлялись. Сталь и чугун начали варить в малых томасовских конверторах – плоских чашах из магнезитовых блоков, стянутых обручами. Их после каждой плавки разрушали. Примитивное решение для промежуточного передела металла просуществовало недолго. В первых числах октября запустили линию подготовки концентрата и металлургический цех полного цикла.

Кусковую руду грузили в мешки и спускали по канатной дороге к реке, перегружали на катамаран (в среднем течении Цаво полно порогов) и сплавляли к водопаду Лугарда. Там у нас была устроена промежуточная база с причалами и дотянут телеграфный кабель.

Павел Петрович наладил с местными кику неплохие отношения. Туземцы выжигают для нас уголь и добывают великолепный известняк. Кику сбивают плоты, на них сплавляют ресурсы к нашему речному порту. Схема выгодная обеим сторонам: «москитный» флот задействован только на порожистых участках, а туземцы денежку зарабатывают на перевозке руды.

От речного порта, по подвесной дороге руду доставляли в обогатительный цех. Дробление организовано в несколько ступеней. Измельчение кусков на щековой дробилке, последовательный отсев на грохотах и шаровая мельница для окончательного измельчения. Порошок фракций менее миллиметра поступала по ленте на установку счетверённых винтовых шлюзов, где происходило разделение кварцитов, слюды и гематита. После просушки концентрат по транспортировочной ленте перемещали в цех подготовки окатышей. Там его увлажняли, а после, на тарельчатом грануляторе формировали окатыши. Состав шихты отработан давно, порошок угля, бентонит и флюсы. Для сушки и обжига в токе газа использовали шахтные печи кипящего слоя. Первый обжиг проходит при пятистах, второй при тысяче двухстах градусах. При высокой температуре в шихту переходят все вредные примеси, а в окатышах остаётся до девяноста процентов чистого железа.

Из окатышей выплавляли как чугуны, так и стали. Плавки до ста килограмм шли в тиглях. Большие объёмы, исключительно в конверторе. Роторный поворотный конвертор сердце нашего металлургического комплекса. Проектировал его с прицелом, чтобы использовать и для плавки медного и никелево-кобальтового штейна. Сложных технических решений удалось избежать, а основные узлы мы отработали на аналогичном по конструкции малом конверторе для рафинирования меди.

Корпус конвертера цилиндрической формы, сварен из полосок стали и профиля, полезный внутренний объём три кубометра. За один цикл в нём выплавляли семь с половиной тонн. Внутри конвертор футерован вспененным смоломагнезитом. Для компенсации температурного расширения между футеровкой и корпусом засыпан магнезитовый порошок, а торцовые днища соединены с корпусом стяжными шпильками с затяжкой гаек через пружины. На корпус прикреплены массивные медные радиаторы для отвода тепла. По окружности торцовых днищ, закреплены два кольцевых, литых из стали, обода, опирающихся через ролики на фундаментные опоры. Водо-охлаждаемый кольцевой электродвигатель, через редуктор вращает конвертер вокруг горизонтальной оси. Крышка для слива и залива металла вакуум-плотная, с кожухом. Роторный конвертор конструкционно проще, чем классический вертикальный, типа «груша». При вращении, металл постоянно перемешивается, химический состав стали получается однородный, что значительно поднимает её качество. Заливка стали проходит в верхнем положении люка, а слив в нижнем. Уровень жидкой стали всегда ниже центральной оси вращения ротора. Для дутья и отвода газов в торцах предусмотрены отверстия. Кислород или воздух через водо-охлаждаемые фурмы расходится над зеркалом расплава двумя струями. Первая вводится под поверхность и служит для окисления примесей и перемешивания, вторая фурма подаёт газ сверху и способствует сжиганию окиси углерода.

Подобно конвертеру, ротор не нужно подогревать. Процесс плавки протекает за счёт тепла химических реакций. При горении окиси углерода в струе кислорода над поверхностью металла развивается высокая температура, поддерживающая реакцию. Поскольку при вращении происходит непрерывное перемешивание металла, активный шлак образуется быстро. Введением шихты можно регулировать последовательность и скорости окисления примесей. Благодаря вращению снижается отрицательное влияние перегрева в зоне взаимодействия кислорода с металлом, отчего уменьшается его угар. Ротор позволил получать стали с низким уровнем углерода и малым содержанием вредных примесей. По качеству сталь из ротора равноценна металлу, выплавленному в электропечах!

Естественно, над процессом плавки ещё работать и работать: время продувки, состав шихты, глубина погружения фурм – всё это ещё не чётко. Для улучшения качества стали у меня, как у старого волшебника, в кармане есть несколько запасных фокусов. В фурмы можно подавать аргон, углекислый газ или кислород. Продували по большей части углекислым газом. Его раскисляющая способность в вакууме по эффективности равна продувке аргоном, которого у нас кот наплакал. За счёт использования индиевых баббитов получилось качественно герметизировать вход в ротор фурменных и газоотводных трубок, к которым можно было подключать вакуумные насосы. Система включала трёхступенчатый пароэжекторный и два водокольцевых насоса. В конвертор можно было вводить трубку для вдувания угольного порошка или раскислителей, а значит варить можно не только сталь, но и чугун!

Из необычного оборудования – вакуумная камера под малый ковш внепечной обработки стали. Разливочных ковшей прибавилось: три малых на тонну и два побольше, позволяющие выдерживать несколько тонн расплава. Конструктивно, ковши далеко не самые простые изделия. Устанавливаются на подставку с газовым горелками для подогрева. Их закрывают водо-охлаждаемые крышки со встроенным миксером, ввод для вдува порошковых раскислителей и магниевой проволоки, окошко из жаропрочного стекла и манипулятор для замера температуры.

Из раскислителей и добавок в ходу миш-металл с церием, ферромарганец, феррохром, карбид кремния, алюминиевый порошок и магний. Чего-то много, чего-то мало. Подбор составов для варки стали только начали. Варим пока марки, что мне известны, а таких немного. Самую качественную сталь получаем в малых индукционных печах и печах электрошлакового переплава. Последняя хороша тем, что отливки из неё очень высокого качества, без каверн и пузырей и не нуждаются в механической обработке давлением. Интерес с настройкой насосов шкурный. Вакуумированная сталь, по сравнению с обычной того же состава, имеет на двадцать пять процентов более высокий предел текучести, на сорок процентов предел прочности, более чем вдвое превосходит по ударной вязкости. Для шнеков, зубчатых колёс и ходовых винтов чрезвычайно важно.

Цикл выплавки качественной стали происходил в три этапа – получение чугуна из окатышей в вагранках или подогреваемых ковшах, роторный конвертор и ковши для выдержки и рафинирования. Все линии объединены под одной крышей ангара длиной шестьсот метров. Устроены рельсовые пути для перемещения ковшей и крупных отливок, для подачи шихты и окатышей используются транспортировочные ленты из многослойной ткани, пропитанной латексом, электродвигатели, централизованная вентиляция, газо- и водоснабжение. Зарезервировано место под прокат стальных листов и проволоки. Если выгорит, хочу запустить охлаждаемый кристаллизатор и пару валков для формирования листа непосредственно из расплава, без промежуточных слябов и отливок.

Проектирование и постройка пресса, печи и всего спектра оборудования для микро металлургического заводика заняла два месяца и стоило, в человеко-часах, вдвое больше, чем док, порт и ремонт «Монахара» вместе взятые. Спрашивается, зачем огород городить? Не проще ли было поставить небольшую доменную печь и гнать дешёвый чугун, а сталь получать пудлингованием? В местных реалиях, не вопрос, такая сталь откровение. Но в нашей ситуации не прокатит, от слова совсем. Ставить домну, когда у тебя нет рядом источника воды и главное, железной руды – пустая трата средств. Вот если найдём приличное месторождение, тогда и подумать можно. Не менее очевидно, что для наших начинаний требуется и сталь, и чугун очень высокого качества.

Другой резон – технологичность. Для обслуживания доменной печи нужны мастера с опытом. В нашем же цехе технологические операции разбиты на небольшие этапы и обучение, а главное контроль над процессом значительно легче. В-четвёртых, а в-четвёртых, срочно понадобился пресс. Мега-пресс!

Прогресс в лагере шёл рывками, во многом он зависел от реперных точек, которые скачкообразно тянули за собой целые ветви новых технологических решений на уровне XX, а то и XXI века. Термопары, инертные газы, баббитовый подшипник, камера вакуумного напыления, электролиз солей металлов, СВС синтез, постоянные магниты… И всё же не хватало высоких давлений, катастрофически не хватало. Чтобы получить магниты приличного качества нужно прессовать с высоким давлением, для прессования из порошка титановой трубки и листа, для танталовых тиглей необходимого для электролиза фторидов церия, для литья под давлением больших оливок.

У нас имелся эксцентриковый пресс-молот для штамповки, но это не то. Полноценный пресс только один. Винтовой с усилием давления в сто тонн. Привод винта прямой червячно-винтовой, редуктор двухступенчатый с передаточным числом семьдесят шесть. От вала редуктора шёл длинный канат, пропущенный через сдвоенное ярмо. Шесть десятков быков тянули трос чтобы совершить рабочий цикл. Очень, очень затратно, медленно и жутко не технологично. К сожалению, другого выхода не было. Постоянные магниты для кольцевых электродвигателей я мог получить только с помощью такого пресса. Конечно, сразу задумался о новом, с электроприводом. Так, сяк считал, и выходило, что нам требуется пресс с усилием давления не меньше, чем десять тысяч тонн! Про гидравлический, естественно, речь идти не может. Там требуется точная механическая обработка деталей на недоступном нам уровне, да и сложный он, сотни деталей.

Но есть отличный вариант – горизонтальный редукторный винтовой пресс с электроприводом. Честно сказать, не слышал про винтовые прессы с усилием больше пять тысяч тонн, но это не значит, что их невозможно сделать. Не делают, потому что невыгодно. Гидравлический с аналогичным усилием обойдётся дешевле. Подсчитал минимальный вес станины. Вышло четыреста девяносто тонн. Ой-ой-ой! Отлить станину целиком нереально по массе причин. А что, если сделать её стяжной, пустой и заливать бетоном? Причём не из чугуна, а из стали. У неё и упругость лучше, и сваривать проще, а главное «погубить» габаритную стальную отливку значительно сложней, чем чугунную. Тем более в лаборатории керамики и цемента вовсю идёт подбор оптимального состава для безусадочного, пластифицированного бетона. Именно такой заливают в станины прессов и больших обрабатывающих центров. Станины из бетона гасят колебания, как передающиеся на станок извне, так и возникающие в системе приводных механизмов. Ещё такая станина обладает высокой температурной стабильностью и низкой ценой. Как раз то, что нам надо, а вибрации бетон гасит в восемь раз эффективней, чем чугун! В составе бетона до девяносто процентов кварцевая или гранитная крошка, остальное эпоксидка и супер-пластификаторы. Если разрабатывать состав бетона с нуля, как минимум полгода работ, и это даже в XXI веке. Но я вспомнил, что во времена Первой Мировой, в Англии, для этих целей использовали бетоны, с добавкой природного латекса. Так что будет куда копать, благо исследования куда быстрей и дешевле сплавов.

Латекс, камедь, кварцевая крошка мелкой фракции, очень тщательное перемешивание и много добавок, компенсирующих усадку – глиноземистый шлак, гипс, сульфат натрия. Первые партии имели неразрешимый дефект. При схватывании бетон отслаивался, отходил от металлической формы. Когда усадочный коэффициент снизили до двух сотых процента проблема решилась сама собой. Начали лить станины с арматурой, с закладными элементами из бронзы или стали, усиливать профиль, сварные конструкции. Экономия металла до шестидесяти процентов!

Проблема нехватки бронзы для проката отступила. Часть станин пустим на переплавку, а это сотни тонн. Жаль, есть в этом металле какая-то особая эстетика, уникальный дух паропанка.

Две недели система управления лагеря держала жёсткий стресс-тест. Добыть, доставить, переработать десятки тонн дерева, щебня, глины, известняка, руды, песка… Вели параллельное строительство промышленной отражательной печи и металлургического центра, сваривали, собирали многочисленные станки и механизмы, проектировали литейные формы для составной станины, для других станков, для печи, редукторов и ходовых валов. А сколько мелочей! Ленты, датчики, фурмы, клапана, формы для огнеупоров и фильтры для пресса… Одной документации два увесистых тома!

В плане личного времени особо затратна электротехника. Редуктор – это замечательно, но электродвигатель на двести восемьдесят киловатт на базаре не купишь. Строить классический асинхронный двигатель? Разоришься! Вес у него не меньше, чем три тонны. Только кольцевой, только хардкор и хрен с ними, с магнитами. Поставлю их производство на круглосуточный режим. При весе четыреста килограмм наш двигатель развивает чудовищный крутящий момент в сто сорок тысяч ньютон-метров! Жаль с трансформатором такой фокус не провернуть, вынь да положь три тонны рафинированной меди и стали. Но тяготит другое – резисторы, мощные конденсаторы, масло, кабели, реохорды, ионисторы, магниты. Ой зря всё я это затеял, ой зря! Но отступать уже поздно, механизм пришёл в движение.

Где спрашивается взять эти самые киловатты, ведь у нас ещё электролиз металлов, лаборатории, конвертор и конвейеры, индукционные печи, электрошлаковый переплав, малый пресс, лебёдки. Даже при использовании батареи ионисторов минимально потребная мощность для одновременного функционирования пресса и остального хозяйства составит запредельные пятьсот киловатт*час!

С момента запуска цеха электротехники испытали несколько типов генераторов. Турбины Тесла просты конструкционно, но валы требуют чистовой обработки и хороших подшипников. Вертикальный ветряк отличается нестабильностью и требует хорошего инвертора и стабилизатора. Шнековая ГЭС всем хороша, но необходим перепад высот, а сборка и производство слишком трудоёмко. Из говна и палок такую не сделать. Водоворотная ГЭС хороша на малых реках и ручьях, но требует большого объёма земляных работ.

У каждого решения свои минусы и плюсы. По совокупности полезных свойств (простота генератора, металлоёмкость, трудозатраты) победила погружная микро-ГЭС на свободном потоке. Галана вот она, под боком. Расход стока – сто сорок кубометров в секунду. При скорости потока в три километра в час кубометр воды имеет потенциальную энергию пятьсот восемьдесят Джоулей. Нам то нужен малый глоток из этого потока чистой энергии!

Как-то просматривая лоцию Галаны, составленную Павлом Петровичем, обратил внимание на протяжённый участок с пометкой «опасные подводные течения». Реку в том месте сжимали каменистые холмы, а скорость потока возрастала в три раза. Скорость течения обусловлена тремя факторами: градиентом уклона русла, расходом водного потока и формой русла. Чем больше уклон, тем быстрее течение реки. Место не так далеко от лагеря, всего тридцать километров. Более подробные замеры профиля реки выявили глубокую вымоину по центру русла, частично заполненную илом, и действительно мощное подводное течение, обусловленное рельефом дна. После расчистки стрежня гидромонитором скорость течения достигла приличных шестнадцати километров в час.

Погружная мини-ГЭС имела в основе деревянную раму из бруса, заполненную бетоном. Подшипниковый узел удерживал вал с ортогональной турбиной, образующий колесо с двумя лопастями крыловидного профиля. Лопасти за счёт малой ширины выдавали недоступную для колеса роторного типа скорость в сто девяносто оборотов в минуту. Бронзы минимум. Ось и валы из круглого профиля, да лопатки турбины, что через соединительные пластины стягивались с ними. Вращение второго колеса несколько быстрее первого, за счёт чего происходит ускорение выходящего потока воды и возникает гидродинамический эффект, усиливающий мощность, образуется так называемый гидравлический прыжок. Энергия, забираемая такой турбиной равна разнице суммарной энергии потенциального и скоростного напоров входящего потока и суммарной энергии выходящего потока. Говоря обычным языком, не хитрое усложнение в три раза увеличило общее КПД и позволило снимать с потока шесть киловатт*час. Ну разве это можно сравнить с другими?!

Металла тратим минимум. При длине ГЭС в три с половиной метра, расход сто десять килограмм. Чуть меньше весил генератор, в основном за счёт корпуса. НИОКР вёлся под конкретный поток, плюс отрабатывали форму лопасти, направленную на то, чтобы поток воды создавал подъёмную силу. Доводили до ума герметичность корпуса генератора с встроенным редуктором второго колеса. Хех, безредукторный генератор с редуктором. Умора, а ведь по-другому не скажешь!

Понтоны для генераторов сборные, два типовых баллона, жерди да верёвки. На месте, понтон якорили мешками с камнями. Через систему блоков и лебедок раму отпускали в центр подводного течения и крепили ко дну, чтобы создать преднапряжённую конструкцию, удерживающую турбину в нужном месте. Такая схема позволила добавить деревянные направители потока ещё больше поднимавшие КПД. Дело оставалось за малым – наклепать девяносто турбин. Уже не страшно, только с проводами и кабелем ещё минус двадцать пять тонн металла. Парадоксально, но новые масштабные проекты реализуются быстрей, чем мелкие, старые. Резервирование и стандартизация деталей творят чудеса. Что нам для мини-ГЭС требуется? Только кокили для корпуса генератора и соединительный коннектор лопастей. Остальное имеется. Другое дело работа. Ты поди свари двести восемьдесят лопастей всего двумя сварочными аппаратами.

День за днём количество понтонов росло, они сформировали две линии, соединённые плавучими кабелями, уходившими в трансформаторную подстанцию на берегу. Частично на столбах, частично на высоких стволах деревьев, оставленных на корню, к лагерю шла ЛЭП на триста восемьдесят вольт. Местные воришки попытавшиеся своровать медный провод заканчивали плохо без всякого моего участия. По мере ввода мощностей начали использовать электричество в цехах. Построено восемь больших кольцевых электродвигателей: большой и малый винтовой пресс, эксцентриковый, щековая дробилка, роторный конвертор, лебедки и дутьевой вентилятор. Пока всё упирается в магниты и нехватку мощностей.

Большое количество сложных проектов ожидаемо привело к тому, что людей катастрофически не хватало, половина цехов остановили работу, впрочем, как другие проекты типа ремонта «Монахара» и производство товаров на продажу. Рабочий день был увеличен до двенадцати часов, количество круглосуточных работ возросло втрое, а численность персонала выросла до трёх с половиной тысяч. Проект получил условное название «Кровь Войны», ему присвоили красный приоритет и разбили на блоки задач. Самой затратной из них стала промышленная отражательная печь с полезным внутренним объёмом двенадцать кубометров. Где ещё плавить десятки тонн окатышей для работы конвертора, где плавить чушки для гигантских отливок. Домны то нет, а число вагранок совершенно недостаточно для такой задачи.