Металлургия и время - Том 1

именно истощение запасов топлива, а не руд, вынудило египтян перенести производство металлов на периферийные территории государства с последующей транспортировкой готовых слитков в метрополию (например, медь в основном выплавляли в Тимне, недалеко от современного города Эйлата в Израиле).

ВМесопотамии древесный уголь был известен с незапамятных времён, в частности, он применялся в качестве пигмента при раскраске гончарных изделий. При этом он всегда представлял существенную ценность в этом бедном лесами регионе. Найдено письмо вавилонского царя Хаммурапи (1793–1750 гг. до н. э.) к его слуге Син-Идиннаму, в котором он даёт распоряжение о скорейшей поставке дров для производства металла из поселения при рудниках Дур-Гургурри в Вавилон, чтобы тамошние металлурги «не сидели с пустыми руками». При этом царь обращал особое внимание на то, чтобы поставлялся только свежесрубленный лес, без деревьев.

Вместностях, бедных лесом, в качестве замени

теля древесного угля использовались верблюжьи кизяки и кусты колючки. Греческий историк ограф Гней Помпей Страбон (ок. 64 г. до н. э.

23 г. н. э.) упоминает о том, что мастера по использовали финиковые косточки в качестве заменителя древесного угля. Гай Плиний Секунд (Плиний Старший, 23–79 гг. н. э.) в «Естественной истории» пишет об использовании в Египте корней папируса для замены угля при кузнечной обработке железа.

ПиСьменные иСточники

Первое описание свойств и способов использования древесного угля принадлежит перу (а точнее – стилосу) древнегреческого философа и естествоиспытателя Тирта-

ма. Тиртам – ученик Платона, а позднее – любимый ученик, друг и преемник Аристотеля. Именно

Аристотель наградил его прозвищем, под которым он и остался в памяти потомков – Теофраст, т.е. «божественный оратор». За свою долгую и плодотворную жизнь (372–287 гг. до н. э.) Теофраст написал свыше 200 трудов по естествознанию, среди которых две книги о растениях: «История растений» и «Причины растений». Помимо основ классификации и физиологии растений, эти труды содержат описание горючих свойств различных видов древесины и получаемого из них угля. Кроме того, в

сочинении «Об огне» Теофраст поясняет, почему «приготовленный» (древесный) уголь более чёрный, чем ископаемый, и даёт рекомендации по более эффективному его сжиганию, а в сочинении «О камнях» упоминает о том, что ископаемый уголь активно используется в куз-

нечном деле.

Теофраст отмечает, что самый лучший уголь из деревьев с плотной древесиной, частности из дуба и земляничного дерева. угли горят дольше и позволяют достичь более высоких температур, поэтому их охотно используют в процессе производства серебра «для первой переплавки руды» (имеется в виду первая стадия производства серебра – выплавка его из руды, а при дальнейших операциях по его очистке от примесей предъявлялись менее строгие требования к качеству то-

плива).

При этом из всех плотных углей ду-

бовый содержит самое большое количество золы, что ограничивает его применение при производстве металлов. По словам Теофраста, в случае если требуется мягкий уголь, например при производстве железа, «когда оно уже расплавилось» (описывается стадия процесса плавки, когда уже произошло разделение на металл и шлак и требуется меньше тепла), используют уголь из эвбейского ореха, а при производстве серебра (речь идёт о стадии очистки серебра от примесей) – уголь из алеппской сосны. Кузнецы предпочитают сосновый уголь дубовому, поскольку его легче разжечь, и, хотя он и даёт

меньше жара, но горит ярким пламенем, а не тлеет. Дерево для производства угля должно быть свежим

и не старым (о том же писал Хаммурапи). Лучший уголь получается из зрелых деревьев, у которых плотность, влажность и количество золы находятся в оптимальных

пропорциях. Что касается собственно выжига угля, то

глава 5

Теофраст рекомендовал выбрать гладкие и прямые поленья, чтобы можно было сложить их как можно плотнее в кучу, укрыть её дёрном, поджечь и периодически «помешивать» шестами. Также он даёт подробное описание процесса выделения газов при сжигании и обугливании различных пород дерева и рекомендации по использованию дров и изготовлению деревянного огнива.

Практически идентичные рекомендации по технологии производства древесного угля даёт и Плиний Старший в «Естественной истории». Кроме того, он подробно описывает технологии производства различных металлов и, в том числе, особенности использования древесного угля. Также он описывает возможности использования смолы, выделяемой при производстве древесного угля, особенно из деревьев хвойных пород. Об использовании смолы пишет и Теофраст – по его словам, она использовалась в качестве связующего для брикетирования угольной мелочи.

Кучное (вверху) и

ямное (внизу) произ-

водство древесного угля. По В. Бирин-

гуччо

Экология углежжения

Благодаря римлянам, технология кучного (как вариант – ямного) выжига древесного угля постепенно распространилась по всему Pax Romana (римскому миру). Кроме того, римляне осуществляли торговлю углём, производимым в «промышленных центрах» в Греции, Македонии, Галлии и других областях, что позволило жителям Империи оценить удобство этого вида топлива по сравнению с дровами.

В этом аспекте необходимо особо отметить проблему воздействия производства топлива на окружающую среду, а особенно, когда дело касается древесного угля, проблему уничтожения лесов – обезлесение. Отметим, что если рассматривать средиземноморский регион античного времени в целом, то, в первую очередь, растительности наносили урон бесчисленные овечьи стада. Что касается угля, то, по свидетельству Страбона, только его производство для выплавки меди и серебра позволило привести в порядок заросший дикими лесами Кипр. Однако в окрестностях крупных производственных центров дело обстояло иначе. Так, на острове Эльба – крупнейшем римском центре по производству железа – леса были вырублены ещё во времена Римской республики, и по этой причине добытую на острове руду перевозили в Популонию, расположенную рядом с богатыми лесом Лигурийскими горами.

Плиний отмечал, что вследствие сведения лесов в Галлии приходится производить второй обжиг руды с помощью древесного угля (привезённого из других мест) вместо дров, что, безусловно, приводит к удорожанию

производства. Он также отмечал недостаток древесного угля для обеспечения металлургии в области Кампанья. Несмотря на это, производство в этих областях продолжалось в течение сотен лет без каких-либо изменений за исключением роста себестоимости металла из-за увели-

чения затрат на перевозку топлива.

Заготовка древесины

Рассмотрим подробно кучное углежжение во второй половине XIX в. Несмотря на то что в это время в результате внедрения изобретений Бессемера, Томаса и Мартена, стремительно увеличивались объёмы металлургического производства, а каменноугольный кокс так

же стремительно вытеснял древесный уголь из доменного производства, именно этот период принято считать наивысшим расцветом технологии выжига древесного угля.

Процесс производства древесного угля начинался с выбора древесины. Древесные породы подразделялись

углежогами на так называемые твёрдые (тёмные, или тя-

Глава 5

В качестве основы своей системы Канкрин использовал практику управления лесным хозяйством, принятую в Германии. В европейской практике считалось, что лучше всего заготавливать дрова зимой, когда деревья бедны соком, либо осенью, в этом случае они лучше сохнут. Порядок заготовки дров в России существенно отличался. Ещё со времён Виллима де Геннина (1676–1750 гг.) на Урале было заведено, что на рубку леса крестьян созывали к 20 марта. Реально работа начиналась с апреля, потому что глубокий снег не позволял подбираться к стволам так, чтобы не оставлять высоких пней. Рубка продолжалась весь апрель, чтобы «с мая месяца для пахоты и посеву хлеба отпущать крестьян из дровосеков в домы». Позже окончание заготовки приурочили к началу страды (Петров день, 12 июля (29 июня по старому стилю).

Заготовка дров заключалась в валке деревьев, очистке их от веток и сучьев с последующим распилом на поленья определённой длины. В российской практике с поленьев, называемых ёлтылями, также снимали кору – «облысивали». Корни иногда корчевали и также использо вали для углежжения, однако отдельно от поленьев После этого поленья складывали для просушки

вентилируемые поленницы, специальные отапли ваемые помещения или (на Урале) в виде

– скоростен. Для просушки в естественных виях выбирали сухое, возвышенное место. Сушка продолжалась в течение полугода. Оптимальной считалась средняя степень просушки – слишком сухое дерево быстро обугливалось, в результате чего сильно угорало и давало лёгкий уголь, а из влажных дров уголь получался трещиноватый. Приступали к выжигу угля в России осенью, а в Европе – в середине лета.

ПоДготовка к углежжениЮ

Подготовка к выжигу заключалась в организации площадки, укладывании дров в кучу специальным образом и покрытии кучи дёрном и землёй для изоляции от атмосферного воздуха.

фото Stefan Jansson

глава 5

фестивалЬ углежжения на Полуострове гало, швеЦия

Долгое время Швеция являлась лидером по производству древесноугольного чугуна, соперничая на этом поприще лишь с Россией. Современные шведы с почтени-

ем относятся к наследию той эпохи, регулярно устраивая тематические праздники, посвящённые реконструкции старинных технологий.

Подобные мероприятия ежегодно проводятся активистами ассоциации Gålö Gärsar полуострова Гало (Gålö) муниципалитета Ханинге и традиционно собирают большое количество посетителей. Интересно, что куче для выжига угля даётся имя: так в 2008 г. она именовалась в честь самой младшей жительницы полуострова – Эммой, а в 2010 г. в честь старейшей – Ингой-Бритт.

В состав бригады угольщиков, как правило, входило 8–10 человек. Мастер и помощник подготавливали место для углежжения, покрывали кучу, наблюдали и регулировали процесс углежжения, разбирали кучу с го-

товым углём. Двое или трое настильщиков перевозили дрова и складывали в кучу. Четверо или более работниц занимались плетением щитов из соломы и веток, которые

использовались для укрепления «покрышки» кучи. Такая бригада одновременно обслуживала 8–12 куч диаметром в основании до 5 м.

Работа углежога была одной из самых трудных и опасных в металлургическом производстве – она требовала постоянного напряжения и внимания в течение длительного времени, углежог постоянно вдыхал химические продукты, выделяемые древесиной при перегонке, кроме того, обслуживание кучи требовало периодического нахождения углежога на её поверхности, в результате чего он в любую минуту мог оказаться в огненном пекле. При этом платили за готовый уголь не особенно много, что в условиях горнозаводского Урала провоцировало периодические выступления и даже бунты углежогов, особенно

вте годы, когда из-за неблагоприятных погодных условий снижался выход годного угля. Известно, например, что углежоги были самыми активными сторонниками Емельяна Пугачёва.

Работу начинали с выбора особого места – куреня. Оно должно было удовлетворять следующим условиям: удобно располагаться по отношению к запасам древесины, иметь свободные площади для операций разгрузки, складирования и погрузки, быть защищенным от ветра. Рядом должна была иметься вода, рыхлая почва и дёрн, а сам грунт под кучей должен был пропускать воздух (но не чрезмерно) и жидкие продукты процесса углежжения. Последнее условие – самое важное, при его несоблюдении

вбрак уходило от пятой до четвёртой части выжигаемого угля. Поэтому глинистые и песчаные грунты были непригодны для углежжения.

После выбора места готовили площадку (она называлась «ток») – удаляли дёрн и корни, утрамбовывали грунт и придавали ему лёгкий наклон от центра по ра-

диусу. В случае влажного места делали настил, а в случае песчаного грунта – увлажняли и перемешивали с глиной или землёй. Если имелась возможность осуществлять дешёвую транспортировку леса издалека (сплавом по реке или зимой по санному пути), то устраивали посто-

янные токи. В этом случае площадка выкладывалась кир-

пичом с наклоном по радиусу от центра, либо наоборот – к центру, в этом случае также сооружали резервуар для сбора жидких продуктов перегонки.

Впрочем, такие токи использовались нечасто, поскольку при наличии возможности недорогой доставки дров выгоднее было выжигать уголь в печах, а не в кучах. Следующей важной операцией была кладка кучи (в России её называли «кабан»). Очень образно описана эта операция у Бажова: «Как стали плахи в кучи устанавливать, дело вовсе хитрое пошло. Мало того, что всякое дерево по-своему ставить доводится, а и с одним деревом случаев не сосчитаешь. С мокрого места сосна – один наклон, с сухого – другой. Раньше рублена – так, позже – иначе. Потолще плахи – продухи такие, пожиже – другие,

жердовому расколу – особо. Вот и разбирайся. И в засыпке землёй тоже».

Кучи для выжига угля: вверху – изо-

бражение кучи для промышленного выжига угля из руко-

водства по метал- лургии XIX в.; в

середине и внизу – кучи, использовав-

шиеся в Финляндии

(1900 г.)

Глава 5

дров монооксид углерода, водород и некоторые органические соединения, скапливаясь под покрышкой и смешиваясь с воздухом, образовывали гремучую смесь, которая часто взрывалась, срывая часть покрышки. При этом углежог должен был как можно быстрее восстановить повреждённый участок. Для предотвращения взрывов увеличивали приток воздуха в кучу для «дожигания» вышеупомянутых соединений. С началом выделения из поленьев влаги процесс образования гремучей смеси прекращался.

Вторым опасным моментом были пустоты, образующиеся под покрышкой при сгорании и усадке дров, особенно при неплотном их укладывании. Следствием этого мог стать провал головы кучи, поэтому углежоги пытались обнаружить пустоты с помощью спе-

«По этим вот ходочкам в полных потёмочках наша живинка-паленушка и поскакивает, а ты угадывай, чтоб она огнёвкой не перекинулась либо пустодымкой не обернулась. Чуть не доглядел – либо перегар, либо недогар будет».