Металлургия и время - Том 2

Глава 8

низовал литейное предприятие Cheese Lane Foundry. Первоначально оно производило посуду из латуни, однако уже в 1705 г. перешло на использование чугуна. Для этого молодой подмастерье Джон Томас предложил новую конструкцию песчаной формы, что позволило максимально снизить толщину стенки и массу горшков. Дарби взял патент на этот метод чугунного литья в 1707 г., его преемники продавали такие горшки в Уэльсе и Англии и были практически монопольными поставщиками.

Бристольские квакеры активно обсуждали планы расширения латунолитейного производства в других частях Британии, однако Абрахам Дарби принял решение продолжать свои изыскания в области чугунолитейного дела. С этой целью он с семьей и Джоном Томасом, который стал его компаньоном, перебрался в Коалбрукдейл.

В сентябре 1708 г. Абрахам Дарби взял в аренду доменную печь, разрушенную взрывом в 1703 г. (позднее она стала носить название «Старая домна»), и начал работы по ее восстановлению и задувке. Сохранилась книга его записей за период с 20 октября 1708 г. по 4 января 1710 г. В ней упоминается о производстве «обугленного» («charked») угля в январе 1709 г. Печь была задута 10 января. Часть чугуна разливалась в чушки и сплавлялась на баржах по реке Северн для продажи в литейные мастерские Бристоля, однако большая часть шла на производство литой продукции. В тот год Абрахам Дарби продал 81 т чугунных изделий.

Неоспоримым является тот факт, что с самого начала работы доменной печи в Коалбрукдейле Дарби использовал специально подготовленный каменный уголь. Возможно, ему помогло то обстоятельство, что угли Шропшира крупнокусковые и относительно малосернистые. Тем не менее он продолжил эксперименты с различными видами угля,

вчастности получал грузы угля из Бристоля и Нита. Абрахам Дарби непрерывно продолжал свои опыты;

одна из его записей, относящаяся к 1713 г., говорит об

использовании в доменной печи смеси из кокса, торфа и угольной мелочи. Кроме того, важной заботой были финансовые вопросы и расширение производства. Предприятие финансировалось за счет кредита, взятого у видного бристольского квакера и предпринимателя Томаса Голдни, а также за счет партнеров Дарби: Г. Пранкарда, Дж. Петерса и Д. Чемберлена. В 1714 г. Дарби и его партнеры продлили аренду предприятия до 1717 г. и приступили к постройке второй доменной печи, которая была запущена около 1718 г. Осуществлялось несколько проектов по организации производства в других областях

Британии, однако все они не были завершены к моменту смерти Абрахама Дарби. Умер он 8 марта 1717 г. в своем доме в Медели Корт после 18 месяцев болезни. Было ему всего 39 лет. Похоронен Абрахам I Дарби на квакерском кладбище в Брозли в графстве Шропшир. Спустя не-

сколько месяцев скончалась его жена.

Успешные опыты Абрахама II Дарби

Смерть Абрахама Дарби, бывшего душой предприятия, привела дела в беспорядок. Его собственная доля была заложена Томасу Голдни, который оставался «мажоритарным акционером» до своей смерти в 1731 г. Ричард Форд, женатый на дочери Абрахама Мэри, стал управляющим, однако после смерти жены Абрахама Дарби ее брат Томас Бэйлис выступил как кредитор и попытался продать завод. Старшему сыну – Абрахаму II – было на тот момент всего 6 лет, два его брата были еще младше. Их дядя и опекун Джошуа Сержант выкупил несколько долей предприятия от имени детей, а самих братьев устроил в школу. Абрахам II начал участвовать в управлении предприятием с 1728 г., когда ему было 17 лет; только в 1738 г. он стал

полноправным партнером, а в 1745 г. – управляющим. За прошедшее с момента смерти Абрахама I время

округ обезлесился, и реальной стала опасность оставить завод в скором времени без топлива. Для решения проблемы необходимо было закончить начатую отцом работу, и Абрахам II принялся за дело со всей возможной энергией. Сначала он пытался смешивать каменный уголь

сдревесным, но вынужден был отказаться от этого. Тогда он занялся усовершенствованием приемов приготовления кокса, увеличением мощности воздуходувок, а для связывания серы в шлак придумал подмешивать к руде негашеную известь.

Наконец в 1735 г. Абрахам II достиг цели – получения чугуна только на каменноугольном коксе. Согласно преданию, «он оставался сам возле доменной печи в продолжение шести дней и шести ночей, почти без сна, принимая пищу тут же, рядом с колошником. Вечером шестого дня, после более чем одного разочарования, опыт удался и выпуск металла произошел как нельзя лучше. Тогда Дарби уснул тут же, у порога топливника так крепко, что рабочие не могли его добудиться и отнесли его домой, за четверть мили от завода». С этого

момента «неразрывный отныне союз между каменным углем и железом» открыл для английской металлургии блестящую будущность.

Однако нововведение не было внедрено повсеместно и сразу. Первое публичное сообщение об этом изобретении было сделано только в 1747 г. в Королевском обществе профессором Мазоном из Кембриджского университета: «Несколько раз пытались употребить каменный уголь для плавки железной руды, и я не верю, чтобы когда-либо добились при этом успеха...

Следует сделать исключение для мистера Форда из Коалбрукдейла в Шропшире: из местной железной руды и местного каменного угля он производит, по желанию, ломкий чугун и чугун ковкий. Пушки, изготовленные

спомощью этого метода, оказались из такого ковкого металла, что его можно сверлить и обрабатывать на токарном станке, как ковкое железо».

Глава 8

Пятидесятилетний период, охватываю -

щий последнюю четверть XVIII в. и первую четверть

XIX столетия, часто называют «революцией в естествознании». Колоссальных успехов достигла химия, которая в это время практически и сформировалась как самостоятельная наука. Были открыты десятки новых химических элементов, создана теория горения (наконец-то окончательно опровергшая теорию флогистона), написаны первые учебники по химии разработана химическая номенклатура веществ – язык современной химии. Основополагающую роль в этих революционных преобразованиях сыграли шведские химики-металлурги, в подавляющем большинстве – выпускники Упсальского университета.

Почему это актуально?

Основу современной индустриальной цивилизации составляют железо, алюминий, титан – металлы, производство которых составляет миллионы тонн в год. В тени этих «колоссов» (в количественном отношении) пребы-

вают многие «мини-» и «микрометаллы», использование которых человеком ограничивается иногда десятками и сотнями тысяч тонн в год. Но их значение для современной индустрии огромно. Например, кобальт – первый химический элемент, открытие которого точно датировано, является универсальным компонентом стекла, применя-

емого для сигнальных фонарей, твёрдых сплавов – стеллитов, и уникальных магнитов, работающих в широком температурном диапазоне. Кажется, что эти мини- и микрометаллы являются достоянием сложных современных технологий, но в действительности многие из них – «бывшие полуметаллы» – внесли существенный вклад в развитие металлургических технологий гораздо раньше – в эпохи средневековья и Нового времени. Благодаря этим металлам были разработаны ресурсосберегающие технологии переработки металлургических пылей и шламов, заложены основы целого направления – металлотермии – главного наукоёмкого и инновационного сегмента современной металлургии. Потенциал микрометаллов начинает активно осознаваться и использоваться, и уже ближайшее будущее должно убедительно продемонстрировать истинные возможности «малой» металлургии.

Металлы в гармонии мироздания

Упомянутые гениальным шведским металлургом, химиком и минералогом Георгом Брандтом шесть металлов –

это известные человечеству на протяжении тысячелетий золото, серебро, медь, железо, олово, свинец, а шесть «полуметаллов» – это ртуть, висмут, цинк, сурьма, кобальт, мышьяк. Как можно видеть, пять полуметаллов (по классификации Брандта) также были знакомы человеку, по крайней мере, со времен Древнего мира. Почему же вис-

мут, цинк и сурьму (о мышьяке особый разговор) выделили в особую категорию веществ? Эти металлы производились в ограниченных количествах в странах Востока и имели специфические области применения. Средневековые европейские алхимики не решались считать их полноценными металлами по двум, весьма существенным для того времени, причинам. Во-первых, они руководствовались правилом, согласно которому число металлов должно было соответствовать числу планет («семь металлов создал свет по числу семи планет»). Во-вторых, эти металлы плохо поддавались ковке, в то время как ковкость считалась основополагающим свойством металлов (исключением являлась ртуть, признававшаяся «душой», своеобразным «носителем» свойств металличности). В связи с этим цинк, сурьма и висмут были выделены в особую группу веществ и названы полуметаллами.

В 1735 г. Георг Брандт опубликовал диссертацию «О полуметаллах», под которыми учёный понимал вещества, по внешнему виду и удельной массе подобные металлам, но в отличие от них не поддающиеся ковке. Открытие ко-

бальта позволяло построить новую классификацию простых веществ, базирующуюся на принципах высокой гармонии: 6 металлов и 6 полуметаллов. Кстати, и планет в гелиоцентрической системе Коперника, получившей к этому времени признание в передовых университетских кругах, тоже было шесть.

Георг Брандт

Георг Брандт родился в Стокгольме 21 июля 1694 г. Начал заниматься химией уже с раннего детства, помогая ставить опыты своему отцу – сначала аптекарю, а затем управляющему металлургическими предприятиями. Учился в Упсальском университете, а в 1721–1724 гг. совершенствовался в науках в Лейденском университете в Голландии под руководством выдающегося голландского химика Бургаве. Проучившись в Лейдене три года, Брандт направился в Реймс, где получил диплом доктора медицины, затем в Гарц для изучения горного дела и металлургии. Только после этого он вернулся

вШвецию.

В1727 г. Брандт был назначен руководителем химической лаборатории в Совете рудников Швеции, а с 1730 г. – начальником Королевского монетного двора. Именно в его лаборатории Брандт провёл свои важнейшие исследования (между прочим, и в других европейских странах,

втом числе в России, первые химические лаборатории были созданы при Монетных дворах.) Брандт изучал

мышьяк и его соединения, соду и поваренную соль; участвовал в организации производства латуни на базе шведских цинковых месторождений.

Основные научные работы Брандта были посвящены изучению химических свойств мышьяка и его соединений. В 1733 г. он опубликовал подробные исследования мы-

Глава 9

Латунь превосходит медь по целому ряду металлургических свойств. Она обла-

дает более высокой жидкотекучестью и коррозионной стойкостью, у неё выше прочность

и твердость, в то же время латунь более пластична при соот-

ветствующей обра-

ботке

Глава 9

стотель предлагал на вкус: питьё из золотой чаши или кубка не оставляло во рту побочных ощущений; когда же посуда была из сплава, чувствовался металлический привкус.

Достоверно известно, что производить латунь в начале 1-го тысячелетия до н. э. умели в Индии, в Египте и на юго-восточном побережье Черного моря (здесь обитал легендарный «народ металлургов» – моссинэки). Для выплавки латуни в тигли помещали шихту, состоявшую из меди, древесного угля и цинковой руды, которую греки называли «галмеем». Такой способ производства металла описывается в произведениях древнегреческих ученых Плиния Старшего и Аристотеля. Аристотель упоминает также самородную латунь, которую добывали в Индии и Персии.

Латунь превосходит медь по целому ряду металлургических свойств. Она обладает более высокой жидкотекучестью и коррозионной стойкостью, у неё выше прочность и твердость, в то же время латунь более пластична при соответствующей обработке. Можно утверждать, что широкому распространению латуни в эпохи Древнего мира и средневековья препятствовала только редкость месторождений цинковых руд. Средневековье оставило нам немало упоминаний о цинке. Описания выплавки этого металла можно встретить в китайских и индийских источниках VII–VIII вв. Знаменитый венецианский путешественник Марко Поло, посетивший в конце XIII в. Персию, упоминал в своей книге о том, как получали цинк персидские мастера.

Пылеуловители средневековья

В позднем средневековье было налажено производство оксида цинка в качестве попутного продукта переработки полиметаллических свинцовых, медных и серебряных руд. С этой целью к печам, в которых плавили руды, пристраивались специальные камеры для пылеулавливания.

Агрикола описывает конструкцию средневековых пылеуловителей следующим образом: «две или большее количество печей объединяют под общим сводом, покоящимся на стене, к которой примыкают печи, и четырех столбах. Под этим сводом работают плавильщики. Дым из печей поднимается в сводчатую камеру через два отверстия. Чем шире камера, тем больше в ней собирается дыма. Посередине камеры над сводом имеется отверстие… К этому отверстию стягивается дым из обеих печей, поднявшийся с обеих сторон камеры к ее своду и затем опустившийся книзу, не найдя выхода.

Дым проходит через упомянутое отверстие в дымоход. К стенкам дымохода, проложенного в стене, прикреплены тонкие железные листы, на которые оседают мелкие металлические частицы, поднимающиеся с дымом, а более крупные частицы оседают в самой ка-

мере, нередко образуя настыли в виде сосулек.

Средневековые

пылеулавливающие системы:

а – общий вид

пылеуловителя

(А – печи; В – передние горны;

С – выпускные

отверстия передних горнов;

D – нижние горны; Е – столбы;

F – пылеосадитель-

ная камера; G – окно;

H – дымоходы;

I – чан для промыв-

ки угля);

б – внутреннее

устройство

(А – печи; В – свод; С – столбы;

D – пылеосади-

тельная камера; Е – отверстие; F – дымоход;

G – окно; Н – двери; I – желоб).

Гравюры из труда

Г. Агриколы «12 книг о метал-

лах»

В одной стороне камеры делают окно и вставляют в него стекло, так что свет может проходить через него,

а дым задерживается. На другой стороне камеры расположена дверь, которую держат закрытой во время плавки для того, чтобы дым не мог улетучиться. Дверь открывают, когда рабочий проходит в камеру, чтобы удалить сажу, помфоликс и сбить настыли. Настыли

сбрасывают вниз по четырехугольному желобу, сколо-