Чтение онлайн

Даже не специалисту понятно, что такие «черепашьи» темпы роста никак не могут свидетельствовать о «бурном» развитии черной металлургии, скорее это признак стагнации отрасли. А как же тогда Россия в XVIII веке оказалась на первом месте в Европе по выплавке чугуна? Парадокс!!! Как получилось, что, несмотря на явные признаки упадка черной металлургии, Россия весь XVIII век остается (наравне со Швецией) главным поставщиком чугуна и железа в Европе?

Понимая, что среди читателей не так много металлургов, поэтому попытаюсь изложить суть проблемы простыми словами. Железо, как и все металлы, получают из руд. Железные руды содержат окислы двухвалентного и трехвалентного железа, которые в ходе доменного процесса восстанавливаются углеродом до металла. Из материалов для получения железа нужна

руда и древесный уголь, который играет роль топлива и восстановителя.

С конца XV века в Европе получил широкое распространение двухступенчатый способ получения железа. На первом этапе в доменной печи из руды получали чугун, а далее в кричных горнах этот чугун перерабатывали в железо. В качестве топлива и восстановителя на обоих этапах использовался древесный уголь. Для получения из руды одной тонны чугуна нужно, как минимум, 1,6 тонны древесного угля, а с учётом последующего передела чугуна в железо и кузнечной обработки общий расход древесного угля превышал 3 тонны на тонну железа. Даже по минимальной оценке это более 20 кубометров сырой древесины. Понятно, что при бурном развитии черной металлургии леса исчезли с катастрофической быстротой, и первой это почувствовала именно Англия. В связи с угрозой полного уничтожения лесов, сначала Англия, а чуть позже и другие страны Европы вынуждены были свернуть свое металлургическое производство и начать экспортировать железо (чугун) из России и Швеции. Вот, таким образом, на европейском рынке черной металлургии к началу XVIII века осталось всего два игрока: Россия, у которой был Урал, и Швеция, у которой была Финляндия. Их соперничество продолжалось на протяжении всего столетия и закончилось плачевно для обеих стран с началом XIX века, когда на смену древесному углю пришел каменноугольный кокс.

Как видим, лидерство России в производстве чугуна на протяжение XVIII века — это дело случая!

Теперь перейдем к качеству.

Начнем с руды. Российская черная металлургия изначально находилась в неравных условиях с европейскими странами. В Европе основным сырьем для получения железа (чугуна) служит магнитный железняк (70% железа) и красный железняк (60% железа), но на европейской части России и в Тульском регионе в частности такой руды нет, а есть только бурый железняк, содержащий не более 40% железа. Даже на Урале основную массу руды составляет именно бурый железняк. Можно вспомнить Курскую магнитную аномалию (КМА), вот только открыта она была в 1931 году и глубина залегания породы более 200 метров, что явно не для техники XVII века.

Понятно, что чем меньше содержание железа в руде, тем больше примесей, а значит и качество ниже. Образно говоря, если европейские металлурги использовали руду 1-го (магнитный железняк) и 2-го (красный железняк) сорта, то российским приходилось довольствоваться 3-им сортом (бурый железняк).

Теперь про уголь. Самый качественный древесный уголь получают из твердых пород (дуб, бук, ясень и т.д.), именно он обладает высокой твердостью и дает наивысшую температуру. Беда в том, что таких лесов, пригодных для жжения угля, на территории России нет (полная аналогия с рудой). Поэтому приходилось использовать березу, а, как правило, хвойные породы (ель, сосна). Уголь получался низкого качества — он был менее прочным и давал более низкую температуру.

Есть такая поговорка: «третий сорт — не брак» — это как раз про наш случай. Вроде бы и сырье плохое, но, поскольку ничего другого нет, приходиться довольствоваться тем, что есть. Вот только понятно, что используя сырье третьего сорта (бурый железняк + хвойный уголь), нельзя изготовит продукт высокого качества, как бы мы не старались.

Простой пример. Именно шведы отливали в XVII веке самые качественные чугунные пушки. Зачем что-то придумывать, ведь пушка XVII — XVIII веков это не космический корабль, а все лишь чугунная болванка, стоимость которой и определяется в пудах. Возьми шведскую пушку и отлей такую же, один в один, что может быть проще? Вот тут и мы и подходим к понятию разницы в качестве металла (чугуна). Отлить пушку по готовому шведскому образцу несложно, вот только эта пушка сможет сделать всего один выстрел — первый и последний. Ее просто разорвет! И дело здесь не в том, что у наших мастеров руки растут не оттуда, а в качестве сырья.

Даже

при современных технологиях получить из бурого железняка чистое железо (чугун) без примеси фосфора сложно и дорого, что уж говорить о XVII — XVIII веках. Фосфор сильно влияет на качество чугуна — он увеличивает твердость, заметно понижая упругость и вязкость. Проще говоря: из такого чугуна можно отлить великолепную декоративную решетку, но, вот изготовить хорошую, качественную пушку нельзя. Но ведь отливали пушки из этого чугуна? Да, отливали, а куда деваться, другого-то нет. Отлить пушку можно из любого чугуна, вопрос в том, сколько она будет весить и какова будет ее скорострельность? Чем ниже качество чугуна, тем толще должны быть стенки ствола, тем тяжелее будет сама пушка, что резко снизит ее мобильность и скорострельность.

Понятно, что при таких исходных данных никакого превосходства российская черная металлургия перед Европой иметь не могла и не имела.

Практически весь XVIII век английские металлурги работали над проблемой замены древесного угля на каменный. К середине XVII века все отрасли английской промышленности, ранее использовавшие в качестве топлива дрова и древесный уголь, вынуждено перешли на каменный уголь, и только черная металлургия не смогла этого сделать по технологическим причинам. Использовать каменный уголь в «сыром» виде было нельзя из-за наличия вредных примесей (в основном серы), которые, растворяясь в металле, делают его хрупким. Сера образует с железом легкоплавкое соединение FeS, которое при последующей горячей механической обработке (ковка) плавится, что вызывает потерю связи между зернами металла, и изделие просто разваливается на части.

Для того чтобы удалить серу решили пойти тем же путем, что и при получении древесного угля, т.е. нагреть каменный уголь без доступа воздуха. Именно так и получили кокс, правда, избавиться от присутствия серы все же не удалось. Но, это уже был прорыв, поскольку кокс в отличие от угля сгорает без копоти и неприятного запаха, что быстро оценили английские промышленники. Многие производства отказались от каменного угля, и перешли на кокс, но проблемы черной металлургии так и не были решены, поскольку, как оказалось, экономически эффективными методами удалить серу из угля невозможно.

Только в 1735 году английскому металлургу, Абрахаму Дарби, удалось, наконец, решить эту проблему. Он усовершенствовал технологию плавки, обеспечив переход серы в шлак, и получил первую партию довольно качественного чугуна с применением каменноугольного кокса. Это была победа, которая открывала просто фантастические перспективы для развития черной металлургии.

Достаточно сказать, что всего одна десятая часть древесины при жжении превращалась в уголь, в то время, как из тонны каменного угля получается минимум 750 килограмм кокса. К тому же, кокс значительно тверже древесного угля, что позволяет увеличить размеры и производительность доменных печей.

Правда, внедрение нового метода растянулось на долгие годы, и только с начала XIX века Англия смогла отказаться от импорта российского чугуна, а вот далее, английская черная металлургия с места в карьер понеслась вперед семимильными шагами.

Уже в 1820 году Англия выплавляла чугуна почти в 3 раза больше чем Россия (25 млн. пудов против 9 млн. пудов), а в 1850 году в 10 раз больше (140 млн. пудов против 14 млн. пудов). Дальше больше — в 1886 году Англия выплавляет 500 млн. пудов чугуна, а Россия только 32 млн. пудов. Очень показательная статистика — за 66 лет английская металлургическая промышленность увеличила объемы производства в двадцать раз, в то время как российская только в 3,5 раза. Россия, еще недавно обеспечивавшая металлом половину Европы, за первые пятьдесят лет XIX века безнадежно отстала, и из экспортера превратилась в импортера.

Почему? Потому, что до 30-х годов XX века уральские заводы работали только на древесном угле! Удивительный факт! Оказалось, что при обилии запасов каменного угля на Урале, коксующихся углей там просто нет. Справедливости ради отметим, что таких углей вообще немного, всего 10 — 15% от общего количества. Мало того, что работали на древесном угле, так еще заготавливать и возить его приходилось за десятки километров, поскольку все окрестные леса давно уже были вырублены. Отсюда и такие низкие показатели роста объема производства.