IV.3. Полезный дым

Английская стекловаренная печь пожирала очень много угля. И, понятно, многие изобретатели задумывались над тем, как бы ее усовершенствовать, сделать более экономичной. В продолжение двухсот лет это никому не удавалось. В самом деле, почему эта печь была невыгодной? Потому, что очень много угля вылетало в воздух в виде горячего дыма, нагретого до 900 градусов. Кроме того, пламя охлаждалось притекающим в печь наружным воздухом. Пламя имело температуру около 1300 градусов, а воздух в морозные дни — около 10 градусов ниже нуля. Разница, как видно, очень большая. И этот холодный воздух притекал в печь всё время мощной струей, он отнимал у пламени его жар. Холодным, был не только воздух, но и уголь. Ему тоже нужно было сначала согреться для того, чтобы вспыхнуть. На это тоже уходило тепло. Уголь и воздух как бы обкрадывали печь, отнимали у нее часть тепла. А дым уносил с собою другую часть тепла и растрачивал его бесплодно. Как же избавить печь от всех этих недостатков? Эту трудную задачу разрешил Фридрих Сименс. Его мысль была гениально проста: в печь поступает холодный уголь и холодный воздух, а из печи выходит без всякой пользы горячий дым. Так поймаем же дым и заставим его отдать свое тепло углю и воздуху! Для этого Сименс прежде всего решил превратить уголь в газ. Получать горючий газ из угля в то время уже умели. Во многих городах Германии уже работали газовые заводы и направляли газ по трубам в квартиры. Сименс стал нагревать воздух и горючий газ теплом, отнятым от дыма. Для этого он построил специальные системы ходов для нагревания воздуха и газа, которые назвал регенераторами, то есть приспособлениями для возврата тепла. Вот как устроена печь Сименса. В ней имеются две пары ходов-регенераторов — левые и правые. Горючий дым, прежде чем выпустить его в трубу, пускают, скажем, по левым ходам. Вскоре их стены и решетки накаляются. Тогда дым переключают на правую пару ходов, а через левые пускают теперь уже воздух и горючий газ. Проходя через накалившиеся ходы, воздух и газ нагреваются. Но зато стенки ходов и их решетки постепенно остывают. Вот они уже совсем остыли. Как же поступить теперь? Теперь надо снова пустить по этим ходам дым, а газ и воздух пустить уже по правым ходам, по тем, через которые только что прошел дым и успел их накалить. Дым как бы подготавливает, нагревает дорогу для воздуха и газа. Нагреет одну дорогу, — покинул ее и перешел на другую. И пока газ и воздух текут по готовой дороге, дым успевает уже нагреть им другую, соседнюю дорогу. Так Сименс остроумно разрешил обе задачи: тепло теперь не уходит из печи зря вместе с дымом, а воздух и уголь не отнимают тепла у пламени. Такая печь называется регенеративной. Она легко дает температуру в 1450 градусов и даже выше.

IV.4. Стеклянное озеро

Прошло пять тысяч лет с того дня, когда первый стеклодел изготовил первую стеклянную бусину, сплавив песок, известь и соду в глиняном горшке в огне печи. Отошла в прошлое пережившая многие века древняя римская печь. Ее сменили большие, мощные сооружения с газовым отоплением, с регенераторами, в которых работал полезный дым. В таких печах, дающих гораздо более высокие температуры, стекло варилось быстрее и лучше. Одно только осталось неизменным — горшки. Да, через пять тысяч лет после начала стеклоделия стекло варилось по-прежнему в глиняных горшках. Горшки быстро разрушались, а изготовить их было дорого и сложно. Большие печи работали не на полную мощность, так как горшки можно было ставить только по краям, а вся средина печи пустовала: стеклодув не мог бы дотянуться сюда своей трубкой. Мастера больше стояли, чем работали, — так много времени занимала установка, разогрев и смена горшков. А стекла требовалось всё больше и больше. «Что же делать? — думали люди. — Неужели нельзя варить стекло как-нибудь иначе?» Но прошли сотни лет, прежде чем упорная человеческая мысль и тут добилась успеха, — появились ванные печи. Не известно, кому принадлежит это гениальное изобретение. Может быть, делу помог случай. Ведь нередко бывало, что горшки трескались в печи во время варки и стекло разливалось по поду (дно печи). Возможно, какой-нибудь рабочий предложил доварить стекло прямо на поду. Во всяком случае ванные печи появились и быстро вытеснили горшки почти из всех областей стеклоделия. Сейчас горшковые печи применяются только для варки самого сложного и высококачественного из всех существующих стекол — оптического стекла да стекла, идущего для изготовления художественных изделий. За последние десятилетия придумано множество различных конструкций ванных печей. Есть печи большие и малые, круглые и прямоугольные; одни из них обогреваются газом, другие — электричеством. Но все они. объединены общей идеей: стекло в них варится на всем пространстве печи. Как же происходит варка стекла? В бассейн печи, которая уже разогрета до необходимой температуры специальным механизмом, загружают шихту — смесь соды, песка, извести и других материалов, составляющих стекло. Под действием высокой температуры шихта плавится. Образующийся сложный расплав постепенно становится всё более однородным и превращается в годное для выработки стекло. Бассейн ванной печи делится на варочное и выработочное отделения. В варочной части происходит непосредственно варка стекла. Из выработочной части готовое стекло забирается стеклодувными трубками или машинами. Современная стекловаренная печь — огромное сооружение, она не меньше трехэтажного дома на двадцать пять — тридцать квартир. Весит такая печь больше двух тысяч тонн, то есть примерно столько же, сколько двадцать самых тяжелых локомотивов. Через мощные горелки, как струя воды из брандспойта, врывается под своды печи горючая смесь, сразу же превращаясь в бушующее пламя. Представьте себе струю огня длиной в 7—9 метров! Пламя из нескольких горелок, встречаясь и переплетаясь, образует как бы огненный свод, под которым кипит, бурлит в непрерывном движении, сияет белым, ослепляющим светом расплавленная стекломасса. «Стекло им рождено! Огонь — его родитель», — написал двести лет назад наш гениальный ученый Михаил Васильевич Ломоносов. В современных стекловаренных печах достигается температура в 1500 градусов. Как дать представление о таком жаре? Что было бы, если обычная русская печка нагрелась до 1500 градусов? Тогда кирпичи, из которых она сложена, растаяли бы и потекли огненными струйками! Стекловаренная печь сложена, разумеется, не из обычного красного кирпича. Такую печь складывают из огнеупорных брусьев. Делают их из особой глины, которая выдерживает, не размягчаясь, жар в 1700 градусов и выше — шамотной глины. Каждый огнеупорный брус — толщиной почти в полметра, а весит он больше сотни килограммов. Но даже и эти огромные брусья разрушаются от разъедающего действия жидкого стекла при температуре в 1500 градусов. Чтобы замедлить это разрушение, бассейн печи окружают сетью труб, по которым протекает холодная вода, охлаждая раскаленные стены печи. Современные ванные печи могут работать без остановки по 3—4 года. Ученые и инженеры упорно трудятся над улучшением конструкций стекловаренных печей. Современную стекловаренную печь изобрел не один какой-либо человек, а сотни, даже тысячи людей. Эту печь постепенно создавали и совершенствовали на протяжении многих веков. Стекловаренная печь — это памятник двухтысячелетнего человеческого труда, удивительной изобретательности, огромного упорства.