РУССКИЕ МЕТАЛЛУРГИ


РУССКИЕ МЕТАЛЛУРГИ

Овладение металлом — одна из важнейших вех в истории человечества. Превращенный в орудия металл удвоил и утроил силу охотника, земледельца, строителя, воина.

Многие поколения славных мастеров вложили свой труд и изобретательский талант в совершенствование металлургии.

Современный металлургический завод с его гигантскими домнами и мартенами, сложными переплетениями трубопроводов, с ковшами, наполненными десятками тонн огненно-жидкого металла, как бы олицетворяет мощь индустрии.

Наша страна по праву гордится своей могучей металлургической промышленностью, созданной волей Коммунистической партии, творческим трудом советских людей. Металл, рожденный в гигантских печах на заводах Урала, Донбасса, Сибири, чудесно умножает мощь нашей Родины, дает советскому народу невиданную власть над природой.

Советские металлурги идут в первых рядах создателей материально-технической базы коммунизма. В своем славном патриотическом труде они используют и развивают замечательные новаторские традиции, которыми исключительно богата история отечественной металлургии.

СВИДЕТЕЛЬСТВА ПЕРВЫХ ДОСТИЖЕНИЙ

На территории нашей Родины еще в глубокой древности люди добывали металл. Можно назвать десятки мест на юге, на севере, на востоке нашей страны, где археологи, исследуя древнейшие стоянки и городища, находили и находят бронзовое и железное оружие, металлическую утварь, украшения. На Урале, в Якутии, в Заонежье, в центре Европейской части СССР сохранились следы древних рудников, обнаружены простейшие литейные приспособления, а также шлаки, выбро-

шенные древними металлургами из своих печей. Ученые определяют «возраст» этих находок в две-три тысячи лег...

Первыми металлургическими печами, применявшимися металлургами всех стран, были так называемые сыродутные горны.

Такой горн представлял собой неглубокую шахту, прорезанную пря^-мо в земле. Сверху в эту шахту-горн загружались руда и древесный уголь. Снизу, сквозь небольшое отверстие, как в жаровую трубу самовара, поступал воздух, нужный для горения угля. Чтобы горение шло более энергично, древние металлурги усиливали ток воздуха тем, что размахивали перед горном шкурой или просто вдували через трубки воздух в печь.

Уголь, раздуваемый таким потоком воздуха, давал небольшой жар. Руда даже не расплавлялась, и восстановленное — освобожденное от кислорода — железо извлекалось из горна в виде раскаленного тестообразного комка с крупнозернистой поверхностью. Из-за сходства с комом икры железо называли «крицей» (крица — увеличительное от слова «икра»).

Но крица не была еще металлом, который можно пускать в дело.

В крице чистый металл был перемешан со шлаком и примесями руды. Крица была насыщена ими, как губка водой. Чтобы освободить железо от шлака, древние металлурги били раскаленную крицу ручными молотами, «выжимали» эту железную губку. Одновременно изменялась и структура самого металла, он становился прочнее. Когда, наконец, получался ком мягкого железа (примеси шлака в нем все же оставались) его рубили на куски и отправляли в кузницы. На этом металлургический процесс кончался.

Остатки сыродутных горнов — древнейших металлургических печей — археологи находят во многих местах нашей страны.

Через сотни и даже тысячи лет на смену сыродутным горнам пришли домницы. Эти печи представляли собой глиняные или каменные сооружения — подобия небольших башенок.

Дутье в первых домницах проводилось так же, как и в сыродутных горнах, — с помощью простейших средств.

Домницы отличались тем, что шахты их не углублялись в землю, а были образованы каменными или глиняными стенками печи. Более важные изменения в технике добычи металла произошли, когда металлурги стали нагнетать в печь воздух с помощью клинчатых мехов, похожих на те, что встречались еще сравнительно недавно в старых кузницах. Домница получила теперь больше воздуха. В ее недрах поднялась температура. Процесс восстановления руды шел энергичнее — увеличилась производительность печи. В остальном же домницы работали так же, как и сыродутные горны, и давали привычные тогдашним металлургам крицы.

Найдено немало остатков железоделательных промыслов с домни-цами.

В нашей стране металлургия была особенно развита на северо-западе — в районах Карелии, в Каргополье. Здесь археологи обнаруживают остатки древних поселений, где почти при каждом жилье были устроены одна-две домницы. В них выплавляли металл в начале нашего тысячелетия.

Северные районы особенно славились своим железом. Целая местность там с тех пор так и называется — Устюжна Железиопольская.

Разрез сыродутного горна.

Домница — прообраз домны.

Искусство добывать и обрабатывать металл приняло здесь большой размах. Добыча металла в этих краях была таким же народным промыслом, как рыболовство и охота.

В годы битв с татаро-монгольскими ордами, вторгнувшимися на Русь с Востока, металлурги наших северных земель ковали превосходное по качеству металла оружие.

Защитники родины получали из этих местностей тысячи мечей, копий, стрел. Одна только Устюжна Железнопольская ковала в год сотни тысяч «подметных рогулек», или, как по-другому называли их наши предки, «чеснока» (колючих железных шипов), которыми засыпались речные броды для того, чтобы ими не могла воспользоваться вражеская конница. Железа, выплавлявшегося примитивными, малопроизводительными домницами, не хватало. На смену им пришли более совершенные и мощные печи — домны. Первые домны были сооружены в Западной Европе в XIV веке.

Домны отличались от домниц не только тем, что они были значительно крупнее, выше. Секрет их высокой производительности был в новой системе воздушного дутья. Мехи, вдувавшие воздух, приводились в действие не руками человека, а силой воды — мельничным колесом. Воздух, поступавший в домну, имел поэтому сравнительно высокое давление, а это привело к важным изменениям металлургического процесса. Благодаря обилию воздуха в домне жар был намного сильн'ее, чем в домнице. Железо в печи расплавлялось и насыщалось углеродом. Конечным продуктом плавки была уже не крица, а жидкий чугун. Работа печи стала непрерывной: ее периодически загружали и выпускали из нее шлак и чугун.

Чугун в то время не был уже чем-то новым. С ним металлурги встречались и при получении кричного железа, когда по каким-нибудь причинам в печь поступало много воздуха. Вначале его принимали за шлак и выбрасывали. Потом стали пускать в дело, употреблять для литья.

В домнах чугун стал единственным продуктом, получавшимся из руды. Поэтому развивалось литейное дело. По соседству с домнами устраивались литейные дворы, где делались крупные отливки. Вместе с тем появились затруднения в тех случаях, когда надо было получать ковкий металл — железо или сталь. Но металлурги разрешили и эту трудность. Они стали нагревать чугун в горнах, сильно обдувая его воздухом, чтобы «выжечь» часть углерода, насытившего железо. Металл делался мягче, пластичнее.

Так появление домны придало металлургическому процессу тот вид, который в основных чертах сохранился и до наших дней.

В ту пору, когда в металлургии зарождался доменный процесс, народы нашей страны с оружием в руках отстаивали свою свободу и независимость против многочисленных врагов, посягавших на нашу родину.

В этом причина того, что главные усилия русских металлургов были направлены на создание оружия.

Русские литейщики одними из первых в мире начали отливать бронзовые, а затем и чугунные пушки, которые появились у нас вскоре после изобретения пороха.

Посол германского императора Максимиллиана II — Бухау, приезжавший в Москву в 1576 году, сообщал своему монарху о русских пуш-

карях: «На Руси отливают столь большие чугунные пушки, что воин в полном вооружении, стоявший на дне их, не мог достать рукой до их края». Германскому дипломату вторит автор немецкой книжки «Описание посольства Клейна». «У каждой роты, — пишет он о русском войске, — было полевое орудие, очень аккуратно отлитое и искусно выработанное или умело выкованное из железа при помощи молота».

Наконец об искусстве русских литейщиков красноречиво говорят их творения, сохранившиеся до наших дней. «Царь-пушка». Кто не слыхал об этом изумительном произведении Андрея Чохова! Без малого

четыре века стоит в Московском Кремле исполинское орудие весом около 2 500 пудов (или около 40 тонн), украшенное причудливыми барельефами, и до сих пор поражает своими размерами и мастерством выполнения.

Разрез старинной русской домны.

«Царь-пушка» — памятник высокой конструкторской и технологической культуры старинных русских техников.

С появлением артиллерии потребовалось много металла для оснаще: ния русской армии. В металлических изделиях нуждалось и хозяйство Руси. Особенно большой спрос на металл предъявляли тогда строители.

Те же войны с захватчиками, которые способствовали развитию в нашей стране оружейного дела, вместе с тем помешали развитию русской металлургической техники. Первые домны в нашей стране появились позднее, чем в Западной Европе. Они были возведены в начале XVII века на берегах реки Тулицы. Искусство «водяных людей, строивших гидравлические силовые установки, мастеров, создавших мощные мехи, помогло русским металлургам построить очень большие и совершенные по тем временам печи.

Спустя несколько лет после возникновения металлургического завода в Туле, неподалеку от нее, в Поротове, был построен другой такой же завод. Затем по соседству появились Каширские чугунолитейные заводы.

В короткий срок в центре нашей страны образовался горнозаводский район. Это было большим успехом русской металлургии. Вскоре последовали и другие успехи, имевшие исключительное значение для развития техники и экономики не только России, но и других стран.

Воздуходувное устройство старинной домны приводилось в действие водяным колесом.

Ыл €»ъо[3о

17ШБИВЭЭП

Знаменитое клеймо «Старый соболь», которым метилось уральское железо.

В трудах исследователей истории русской металлургии приводятся очень интересные цифры, показывающие рост выплавки металла в нашей стране на протяжении XVIII века.

150 тысяч пудов чугуна выплавили русские домны в начале этого века и около 10 миллионов пудов в конце. Иначе говоря, за сто лет производство черного металла увеличилось более чем в 66 раз!

Такой быстрый рост металлургической промышленности позволил России обогнать тогда все страны и занять первое место в мире по производству металла. Уже в 1724 году Россия по производству металла оставила позади не только Францию и Германию, но и Англию, обладавшую наиболее мощной горнозаводской промышленностью.

В России возникли новые металлургические центры — Воронежский, Вяземский и другие. Необычайно развилась металлургия на Урале. Всего в XVIII веке на Урале было построено 123 завода черной металлургии и 53 медеплавильных.

Говоря об успехах тогдашней горнозаводской промышленности, надо помнить, однако, что эти успехи достигались подневольным трудом тысяч и тысяч работников, подвергавшихся нечеловеческой эксплуатации со стороны владельцев заводов.

Россия стала главным поставщиком металла на мировом рынке. Любому сорту железа на чужеземных рынках предпочитали русское, уральское. Отмеченное клеймом «Старый соболь», уральское железо не имело соперников.

Отличное качество уральского металла объяснялось прежде всего тем, что уральцы выплавляли его из превосходных руд. К тому же уральцы умели выжигать очень чистый уголь, не засорявший металл примесями.

С законной гордостью писал современник об открытом его соотечественниками способе плавить магнитный железняк: «И то дело будет такое диво, что во всей вселенной не бывало... чтобы из магнита железо плавить...»

Панорама Поротовского металлургического завода. XVIII век.

И заграница действительно вынуждена была дивиться. Из Голландии, куда послали на пробу первые образцы железа, добытого из магнитного железняка, сообщили: «Лучше и быть невозможно».

Русский металл всюду был желанным товаром. Особенно много покупала его Англия. Ее металлургия из-за безудержной вырубки лесов лишалась топлива и приходила в упадок. А все развивающаяся про-мышленность нуждалась в металле для строительства прядильных машин, ткацких станков, позднее паровых машин.

В 1735 году англичанин А. Дебри нашел способ выплавки металла на минеральном топливе — коксе. Однако это изобретение не смогло оказать заметного влияния на положение английской металлургии, так как плавка на коксе требовала более сильного дутья. Только в конце XVIII века, когда распространились паровые воздуходувки, английская металлургия начала быстро увеличивать выплавку металла. В течение же всего XVIII века голод в металле, который испытывало машиностроение Англии, утоляла Россия.

В 1716 году Англия купила первую партию русского металла — 2 200 пудов, а в 1732 году уже более 200 тысяч пудов. Во второй половине XVIII века три пятых ввозимого в Англию металла шло из России! Советский историк русской техники профессор В. В. Данилевский, рассказывая в своем труде об этих успехах русской металлургии, так оценивает их значение:

«...Событие всемирно-исторического значения — промышленная революция XVIII века в Англии — основано в значительной мере на использовании труда людей, добывавших руду, выплавлявших чугун и ковавших на Урале звонкое железо, отправляемое в Англию.

Овеществленный труд русских горняков и металлургов XVIII века лег в основание созданной впервые в истории крупной машинной индустрии».

В эту же пору было положено начало русской горнозаводской школе, одной из первых в Европе.

В 1720—1721 годах В. Н. Татищев, будучи на Урале, основал там школы для обучения горному делу. В своем наказе о школах он писал, что ученик должен «не токмо присматриваться, но и руками по возможности применяться, и о искусстве ремесла — в чем оное состоит — внятно уведомиться и рассуждать...»

В горнозаводских школах обучение было поставлено хорошо. На протяжении всего XVIII века, по свидетельству многих историков, они славились своими выучениками, как «самыми дельными в то время людьми для горной службы».

И-горные мастера — выпускники школ — действительно заслужили эту славу! Воспитанником Екатеринбургской «арифметической» школы был Козьма Дмитриевич Фролов, один из крупнейших знатоков горного дела в России, изобретатель золотопромывочных машин, творец величайшей в XVIII веке гидросиловой установки. В той же Екатеринбургской школе обучался Иван Иванович Ползунов, обессмертивший свое имя как изобретатель универсального парового двигателя. Из сети этих школ вышли, наконец, сотни; безвестных новаторов — простых людей, обогативших отечественную технику немалым числом откры-

«Царь-колокол» — гордость русских литейщиков.

тнй, изобретений, усовершенствований.

Плечом к плечу с людьми, получившими специальное образование, трудились и рабочие-металлурги, сумевшие силой своего таланта превзойти технику того времени. Таковы, например, отец и сын Мато-рины, оставившие по себе славную память как литейщики знаменитого «царь-колокола».

История создания этого металлического гиганта очень поучительна.

В первый раз «царь-колокол» был отлит при Борисе Годунове. Вес его тогда составлял более 2 100 пудов. Во время пожара в Кремле колокол разбился. Царь Алексей Михайлович, чтобы отлить новый, еще больший, восьмитысячепудовый колокол, вызвал мастеров из Австрии. Они попросили у него пять лет сроку, так как, по словам современника, труды эти «весьма велики и бессчетны». Тогда к царю явился русский мастер, имя которого не сохранилось, и взялся выполнить работу. Он сдержал свое слово и действительно отлил колокол весом в 8 тысяч пудов. Отливок таких размеров не знала техника.

В 1701 году при пожаре в Кремле «царь-колокол» снова разбился. Правительство, решившее создать новый «царь-колокол», обратилось в 1731 году к знаменитому французскому механику Жермену, предлагая ему взять на себя труд по отливке. Прославленный мастер, однако, отказался, сочтя такое задание чрезвычайно трудным. За отливку взялись русские умельцы — отец и сын: Иван Федорович и Михаил Иванович Материны — и выполнили ее. Мало того, Жермену предлагали сделать отливку весом в 9 тысяч пудов, — Материны добавили нового металла к обломкам разбитого колокола и создали колосс, весивший 12 327 пудов, то есть 200 тонн! Это был рекорд, во много раз превосходивший все самые

выдающиеся достижения зарубежных литейщиков. «Царь-колокол», отлитый Материными, весил в три раза больше колокола, находившегося в древней столице Японии — Киото и считавшегося до того времени самым большим.

* * *

В XVIII веке Россия не только располагала замечательными специалистами, в совершенстве владевшими секретами получения металла

Разрез плавильной печи и формы.

Старинный чертеж разреза уральской домны.

и его обработки, не только славилась большой и мощной горнозаводской промышленностью, — наша страна шла впереди и по уровню металлургической техники. Россия славилась крупнейшими .в мире доменными печами.

Немецкий ученый Бек так пишет о «сибирских» (то есть уральских) домнах тех времен:

«Сибирские домны — величайшие и лучшие древесноугольные доменные печи, которые были до тех пор построены, и все, также и английские печи, по производительности были далеко ими превзойдены.

Они были с мощными цилиндрическими воздуходувками с водяным приводом. Сибирские домны имели от 35 до 45 футов (от 10,5 до 12,96 метра) в высоту, от 12 до 13 футов (от 3,6 до 3,9 метра) в поперечнике в распаре, имели шесть цилиндрических воздуходувных мехов и производили в неделю от 2 тысяч до 3 тысяч центнеров чугуна, каковая мощность тогда не была достижимой даже для величайших английских коксовых домен».

К этой красноречивой характеристике следует добавить, что уральские доменные печи были к тому же и самыми экономичными. Домны Нижнетагильского и Невьянского заводов, например, тратили на выплавку одного пуда чугуна I1/15—12/з пуда угля, в два-три раза меньше, чем лучшие европейские доменные печи.

Творческое дерзание, непрерывное искание лучших технических решений, свойственные представителям русской технической мысли, привели уральских доменщиков к великим успехами.

Большинство новшеств, введенных уральцами, было направлено к совершенствованию системы дутья в домнах. Совершенствуя дутье, русские металлурги подняли всю доменную технику на новую высоту.

Вспомним, ЧТО появление МОЩНЫХ, Приводимых ВОДОЙ воз- Титульный лист книги Г Ма-духодувных мехов стало переломным рубежом между «дет- хотина о металлургическом ством» и «отрочеством» металлургической печи.

Мехи позволили превратить1 небольшие шахтные печи в производительные домны и тем самым изменить ход металлургического процесса, придать ему вид, в котором он в общем существует поныне.

В XVIII столетии в России было сделано много важных усовершенствований воздуходувных устройств домны.

Одно из них принадлежало Григорию Махотину, создавшему в 1743 году так называемую двухфурменную систему дутья. Чтобы оценить по достоинству заслугу этого русского изобретателя, проследим краткую историю доменной воздуходувки.

Первые мехи по конструкции были очень похожи на обыкновенные кузнечные: такие же два треугольных деревянных щита, соединенных шарниром, такая же кожаная «гармошка» между этими щитами. Разница была лишь в размерах. Доменные мехи были гораздо больше кузнечных. Недаром их приводили в действие силой воды. Доменная воздуходувка* отличалась от-кузнечной еще и числом мехов. Около домны их было, как правило, несколько. Пока одни мехи сжимались и гнали воздух в печь, другие раздувались, набирались сил, чтобы через минуту

производстве.

Ящичные воздуходувные мехи.

Цилиндрическая воздуходувка конца XVIII века.

прийти на смену обессилевшим, выдохшимся. От этого дутье получалось более плавным.

С домной мехи соединялись посредством трубок. Они проникали внутрь печи через отверстие в ее стенке. Устройство для вдувания воздуха в домну — фурма — было одно, и мехи теснились около него. В таком виде воздуходувки просуществовали очень долгое время — целые столетия. Важным событием в истории воздуходувки было рождение деревянных мехов. На первых порах деревянные мехи устраивались так же, как и их предшественники — кожаные мехи. Только делались они целиком из дерева. Кожаная гармошка была заменена дощатыми стенками. Такими стенками снабжались оба щита мехов — и верхний и нижний, так что в целом деревянные мехи были похожи на два клиновидных ящика, плотно входивших друг в друга. Покачивая один ящик вокруг шарнира, можно было вытеснить заключенный внутри мехов воздух.

Некоторое время спустя появилась другая конструкция деревянных мехов — так называемые ящичные мехи. Они действительно состояли из двух прямоугольных ящиков, вставленных один в другой, открытыми доньями навстречу. Работали эти мехи уже не при покачивании одной половинки, а при простом вдвижении и выдвижении одного из ящиков. Новые мехи обладали серьезными достоинствами. Их можно было сделать очень большими, тогда как размеры кожаных мехов ограничивались величиной шкур, из которых готовили гармошку. Еще важнее было то, что деревянные мехи производили большее давление, потому что их можно было сжимать с такой силой, при которой кожаные гармошки лопались.

Применение новых мехов позволило строить еще более высокие домны. Но преимущество ящичных мехов не могло быть полностью использовано, так как фурма — это подобие дыхательного горла — у домны была одна. А через одну фурму так же трудно равномерно насытить воздухом огромное чрево домны, как проветрить форточкой театральный зал. Новые возможности открылись перед домной после того, как появилась изобретенная русским металлургом Григорием Ма-хотиным двухфурменная система дутья. Домна, образно говоря, получила второе «дыхательное горло», сквозь которЪе она смогла вдыхать дополнительные порции воздуха.

Самое важное в изобретении Махотина было то, что струи дутья поступали теперь в печь с двух сторон. Воздух легче проникал во все части домны. Процесс плавки металла, как говорят — ход домны, не только ускорился, но и стал ровнее. Путь, указанный Махотиным, оказался верным. За две сотни лет, прошедших со времени изобретения Махотина, число фурм, питающих домну воздухом, возросло до восьми, десяти и даже шестнадцати.

Изобретение Махотина, как мы видим, помогло создать обильное, более равномерное дутье. Но перед металлургами опять встала старая задача: надо было непременно увеличить давление воздуха, нагнетаемого в доменную печь. Это позволило бы строить еще более высокие, еще более производительные печи. «Легкими» домны все еще служили ящичные мехи, а они в силу несовершенства своей конструкции не могли производить дутье такого большого давления, которое нужно для очень высоких доменных печей. Мехи, когда-то вдохнувшие в домну силы для нового роста, к середине XVIII века превратились в оковы.

Дмитрий Константинович Чернов на заводе.

Великий русский техник Иван Иванович Ползунов в 1765 году предложил совершенно новый тип воздуходувки — цилиндрическую воздуходувку.

Ползунов мечтал о создании парового двигателя, способного вытеснить из промышленности примитивное вододействующее колесо. Замыслив постройку могучего заводского двигателя, которому была бы по плечу всякая работа, Ползунов должен был решить и немаловажный вопрос о ТО'М, какое первое поручение дать своему детищу, чтобы стало сразу ясно его превосходство над малосильным мельничным колесом. Это должна была быть тяжелая и важная работа — преодоление своеобразного «узкого места» тогдашней промышленности.

И Ползунов безошибочно определил самый насущный для техники его дней вопрос — создание новой мощной системы дутья в металлургических печах. Первое важное применение для паровой машины было найдено.

Однако Ползунов понимал, что нельзя просто заменить мельничное колесо паровой машиной, оставив нетронутыми остальные части устройства воздуходувной установки. Он решил, что по соседству с его двигателем будет работать новая воздуходувка. И он сконструировал ее.

Цилиндрическая воздуходувка Ползунова по устройству очень сходна с паровой машиной, только работает она буквально наоборот. В цилиндре паровой машины расширяется пар, и он толкает поршень, в воздуходувке же поршень толкает воздух и сжимает его. Воздухо-дувка Ползунова способна была производить дутье куда более высокого давления, нежели ящичные мехи. Мощные струи воздуха, нагнетаемые ею, без труда могли пронизать раскаленную толщу руды и угля в самой высокой печи того времени.

Именно создание цилиндрической воздуходувки позволило возвести на Урале в конце XVIII века высочайшие домны.

Воздуходувки новой конструкции более ста лет применялись в металлургии и достигли к концу прошлого века огромной мощи.

Ивану Ивановичу Ползунову принадлежит и еще одно важное изобретение в области воздуходувных устройств. Он построил оригинальный «аккумулятор дутья» — «воздушный ларь», как назвал его сам изобретатель. Это был действительно ларь ■— большой деревянный ящик, в который входили воздухопроводы от всех мехов или цилиндров, обслуживавших металлургическую печь, а из него уже шли трубы к фурмам. Ларь действовал наподобие резинового шара пульверизатора. Он принимал в себя отдельные порции воздуха из цилиндров, а направлял в фурмы непрерывную струю.

От этого ход печи становился еще более ровным.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957