Дипломная работа: История Нижнетагильского металлургического комбината в XVIII в.

Здесь следует вывод, что начало завода было положено удачно.

1.2.2 Доменное производство

Энергия воды домнам нужна была для дутья. Литейные дворы устраивались так, чтобы один ларь мог обслуживать сразу две печи; поэтому абсолютное большинство уральских заводов имело, как правило, всего две, очень редко три домны. Исключением из этого правила был один завод – Нижнетагильский, на котором сразу же было устроено два литейных двора.

Домны в то время строились с толстыми стенами, так как считалось, что «домны любят тепло», и внешне напоминали крепостные башни. Все нижнетагильские домны первоначально были выложены из «дикого камня», скрепленного огнеупорной белой глиной, и лишь внутри облицовывались горновым, более тугоплавким камнем, который также добывался по соседству, на Тагильской горе.

Объем самой крупной домны был 80 кубических аршин, или около 28 кубометров, остальных несколько поменьше.

Любопытна конструкция домен того времени, с «открытой грудью», то есть с не замурованной передней частью горна, прикрывавшейся заслонкой, которую в любой момент можно было открыть и посмотреть, как идет плавка. Оттуда же производился слив «сока» – шлака.

И вторая особенность – открытая колоша. Колошей называлась в то время верхняя часть домны, в сущности выводная труба, служившая одновременно и заволочным отверстием. Колоша всегда – оставалась открытой, поэтому над домной круглые сутки стоял высокий столб пламени и курилось чадное облако угарного дыма. Работа наверху, на колошнике, на небольшой площадке, выложенной раскаленными от пламени и газов чугунными плитками, считалась самой адовой. Лишь позднее над колошами стали устраивать вытяжные кирпичные трубы с навесами, но и они спасали мало, зато часто служили причиной пожаров.

Сюда, на колошник, лошадьми или на носилках поднимали короба руд и угля, на площадке все материалы раскладывались кучками. Через каждый час по команде мастера-уставщика мастеровые-засыпки сбрасывали в колошу, в устье домны, очередную порцию: 26 пудов руды, 2 пуда известняка и 1 короб угля. За сутки домна, таким образом, принимала в себя до тысячи пудов материалов, и все это нужно было вручную поднять на колошник, рассортировать тоже, конечно, вручную и сбросить в огнедышащее устье доменной печи.

Священнодействовал у домны мастер-уставщик. Чем он руководствовался, выбирая тот или иной режим дутья или пропорций в очередной засыпке, - он и сам не мог объяснить толком, Все основывалось на интуиции и громадном опыте. Интересно, что даже такой грамотный специалист, как В.И.Геннин, давая довольно точное и подробное описание доменных печей, ни слова не говорит о том, что же в них творится, каким образом из руды, угля и извести получается «сок», то есть шлак, и чугун. Академик М.А.Павлов, известный советский металлург, анализируя «Описание уральских и сибирских заводов», писал:

«Автор, давая подробные указания по устройству печей и ведения в них плавки, даже не пытается уяснить читателю сущность процессов, совершающихся в печах. Состояние науки в то время не позволяло этого сделать: ведь Геннин не мог понимать основных металлургических процессов – окисления и восстановления, так как в его время еще не был открыт кислород, а теория горения была создана через 45 лет после того, как были закончены «Абристы».

И все же отдельные дошедшие до нас наставления и инструкции по доменному делу позволяют понять и по каким признакам, не имея ни малейшего представления о сути плавки руды, без приборов мастера XVIII века умели выплавлять чугун такого качества, что сейчас это мастерство кажется просто чудом.

Признаком нормального хода доменной печи были острые светлые языки пламени. Если же пламя красное, с искрами, а тем более с дымом, значит, чугун «от прочей материи плохо отделяется», и надо усиливать дутье.

Не менее важным было и состояние «сока» – шлака. По цвету «сока» по времени, которое ему нужно для отвердевания, по тому, какой струей переливается он через порог горна – жидкой или тягучей, мастер делал безошибочные выводы, что нужно делать, чтобы чугун вышел хороший. Наконец: даже застывший шлак говорил о ходе плавки в домне. Если на изломе он был стекловатый, темно-зеленый – значит, плавка в норме. Если же мастер замечал блестки, похожие на мелкую рыбью чешую, то немедленно добавлял в колошу руды. Если же излом черный и железистый, значит, нужно было увеличивать силу дутья и добавлять угля.

На каждой домне было, как правило, по одной форме. Лишь невьянская домна-гигант (по тому, конечно, времени) построенная выдающимся металлургом XVIII века Григорием Махотиным, имела две формы.

Воздух в домны нагнетался доменными мехами, представлявшими собой два пятиметровых, зауженных с одной стороны ящика, плотно входивших друг в друга. Нижний ящик был неподвижен, а верхний гонялся вверх-вниз «боевым валом», представлявшим собой толстое, в аршин диаметром, то есть 70-80 сантиметров, бревно, окованное железными обручами. На одном конце вала укреплялось водобойное колесо диаметром в две сажени (больше четырех метров), а на другом – три чугунных пальца, которые поочередно давили на верхнюю крышку мехов. Дожмет один палец крышку до конца, сорвется, и крышка, выдавив в «захлебку» – клапан чередную порцию воздуха, оттягивается вверх противовесом – ящиком с кусками чугуна. Но тут набегает второй палец, и все повторяется сначала.

На каждую домну полагалось для «ровности» дутья по два меха. Силу дутья регулировали подачей воды на колесо. И так, громыхая и лязгая, шипя воздухом через «захлебки» и между стенками ящиков мехов, обильно смазываемых дегтем и салом, «денно и нощно» крутилась доменная воздуходувка. А возле нее также «денно и нощно» крутились мастеровые, вовремя смазывая меха, вовремя по командам мастера-уставщика меняя режим дутья и следя за исправной работой «захлебки».

Выпускался чугун четыре раза в сутки по колокольному бою. По этому сигналу на литейном дворе, обслуживавшем две домны, заканчивались последние приготовления, горновые с ломами изготавливались возле летки, а канавные с лопатами – у куч заранее приготовленного песка и золы: после того как чугун из домны будет выпущен и схватится корочкой, его нужно немедля присыпать сверху этим песком и золой, чтобы остывал он исподволь и получался нужного сорта. А в местах, где чугун должен был ломаться на шруни («штыки»): наоборот, сырым песком, тогда в этих местах образуется «хрупкость».

Чугун в то время делили на два сорта – высший, который в изломе темного цвета и «имеет мелкий глаз, яко маковое зерно», другими словами – серый, мелкозернистый (этот чугун как раз и получался томлением под песком и пеплом и шел потом на железо и качественные отливки), и низший, белый, который шел на литье колов, ступок, всевозможных задвижек и т.д. Опытные мастера-уставщики уже по виду выпускаемого чугуна определяли, на что он годится. Если

чугун из летки тек медленно, густо, с множеством искр, то уже заранее можно было сказать, что из него при остывании получится лишь белый, ибо «домна холодна». Значит, для получения серого чугуна нужно увеличивать в колошах пропорцию угля и усиливать дутье.

Иногда, если домна уже совсем закапризничает, чугун мог получиться и совсем никудышный, как пишет Геннин на изломе такой чугун «буде яко олово светиться слоями крупными». Это уже был практически брак, и шел такой металл только на наковальни, шипы для «боевых валов» вододействующих колес, подшипники, а «на ковку железа он не годен».

Весь чугун шел на разлив. Часть остывшего в канавах ломалась потом на штуки, а из остального лились пушки, молоты, бабы, чадра. Тут же, на литейном дворе, чуть в стороне от канав, имелась для этого яма, в которой уже были расставлены готовые и просушенные формы. Приготовление форм требовало особого искусства, у каждого мастера были свои секреты составления формовочных смесей, причем нередко в их состав входили кроме песка и глины еще и сало, конский навоз и коровья шерсть. Как только из домны пойдет в яму чугун, его тут же начинают заливать в просушенные и смазанные чернилами из мелкотолченого угля формы. Вонь и копоть при этом на литейном дворе невероятные. Причем, чтобы представить всю картину литейного двора, нужно сказать, что в целях экономии места и тепла никаких окон литейные не имели, лишь в потолке было отверстие, куда и выходил чад от литья. А чтобы до выпуска чугуна можно было все же работать, при домне имелось несколько мальчишек-лучинщиков, которые поджигаемыми друг у друга лучинами освещали кое-как закопченный донельзя литейный двор и черных, копошащихся у форм и канав мастеровых.

Высокое качество тагильского чугуна и железа из него, соответственно, держалось на двух «китах» горной металлургии того времени: на исключительно чистых от вредных примесей, особенно от серы и фосфора, рудах Высокогорского рудника и таком же чистом древесном угле.

Руду брали прямо с поверхности, выбирая лишь самые богатые куски с содержанием железа не меньше 60%, от чего рудник на Высокой приобрел причудливый вид: уступы, соединенные пологими съездами, создавали впечатление необыкновенного хаоса, а в сочетании с сотнями людей, копошившихся на уступах, - гигантской муравьиной кучи.

Конечно, никто процентное содержание в руде не устанавливал, отбор производился по внешним признакам – по цвету, весу, крепости, излому. Однако плавить магнитные руды в доменных печах нижнетагильские мастера научились не сразу. Дело в том, что тогдашние доменные печи развивали в горне слишком низкую температуру, и, чтобы переплавить в такой домне магнитную руду, ее нужно было обжигать – переводить в другое состояние.

Из архивных документов известно, что Акинфий Демидов самолично ездил в Саксонию знакомиться с процессом плавки магнетитов, но что он оттуда, из Саксонии, вывез – сказать трудно. Скорее всего лишь общие соображения, или саксонские руды по «крепости» далеко уступали тагильским, и, видимо, технология плавки и подготовки к ней высокогорских магнетитов была найдена самими тагильцами путем многочисленных проб и ошибок. Так или иначе, но именно с Нижнетагильским заводом связывается первая в мире технология доменной плавки магнетитов, отличительной особенностью которой является длительная стадия обжига, в результате которого магнетиты превращались в «самоплавкую» руду.

Сырую руду, наломанную на горе Высокой, вручную или при помощи пороха, спускали вниз на конных повозках – на обширную площадку между рудником и заводом, где были устроены «вольные» пожоги, представлявшие собой огромные дымящиеся кучи из дров и наваленной на них руды. Отжиг длился долго, до сорока дней; после того, как кучи остынут, обожженную руду разбирали и бросали на куски величиной не больше кулака специальными кувалдами-балодками. Причем на этой считавшейся весьма легкой работе заняты были главным образом женщины и дети. Характерно в этом отношении признание профессора зоологии и ботаники Д. Гмелина, одного из первых был приятно удивлен тем, как широко в цехах и рудниках используется труд детей. Так, при посещении проволочной мастерской Гмелин отмечает, что там «малолетки от 10 до 15 лет выполняют большую долю работы и притом так хорошо, точно взрослые люди».

1.2.3 Появление прокатных станов. Изобретатель Егор Кузнецов

Но эти же рапорты наряду, разумеется, с другими архивными материалами помогли прояснить одно из таких «белых пятен» в истории русской горно-металлургической техники, как появление первых в России прокатных станов.

Несмотря на то, что историей прокатного дела в нашей стране занималось хотя и не специально довольно много исследователей, единой точки зрения по этому вопросу нет до сих пор. Одни историки, как, например, С. П. Сигов, считают, что прокатные станки с калибровочными ручьями для выделки железа непосредственно из криц, известные за границей еще с 1783 года, впервые нашли применение у нас лишь в 1826 –1827 годы. Другие, как, например, Н. Б. Бакланов, наоборот, появление первых в России прокатных станов относят на сто лет раньше, связывая изобретение их с именем В. И. Геннина: «Геннин устраивает на заводах совершенно новые фабрики и оборудует их еще небывалыми в России станками, заимствуя последние из Саксонии. Это были плющильная и железорезная фабрики с двумя видами станков: плющильным и железорезным. Оба они относятся к типу прокатных машин и являются, таким образом, прадедами современных блюмингов».

Действительно, как свидетельствует сам Геннин в своих «Абрисах», первые прокатные машины в России появились на построенном им Екатеринбургском заводе. Сохранилось и описание этих машин, которое говорит о том, что Геннин и использовал идею саксонских «плющильных машин», то значительно модернизировал их, приспособив к условиям производства уральских заводов. Это же описание говорит о том, что в принципе обе машины, как плющильная, так и железорезная, устроены были одинаково и довольно просто: на фундамент, изготовленный в виде сруба, обтянутых железными обручами, и уложенный на сваи, вбитые в грунт, ставились две массивные стойки. Под стойки укладывались, очевидно, для прочности, чугунные башмаки, а в самих стойках устанавливались передвижные при помощи вертикальных винтов подшипники, в которые и вставлялись прокатные или резальные валики. Длина регулировочных винтов, вращавшихся в продольных брусьях, позволяла регулировать зазор между валками в довольно больших размерах, однако прокатывать в такой плющильной машине можно было, конечно, лишь тонкий лист.

Необходимость в появлении на металлургических заводах таких плющильных машин была очевидной: полосовое и особенно «дощатое» железо, выходившее из-под колотушечных и отделочных молотов, каким бы мастерством ни обладали кузнецы, все равно «гуляло» как по толщине, так и по размерам. Да и вытянуть из-под молота длинную и совершенно ровную, аккуратную полосу было если не невозможно, то невероятно трудно. А техника того времени особенно в европейских странах, куда главным образом шло уральское железо, требовала железа точного и ровного по размерам. До нас дошло довольно много писем Геннина, где он, с трудом сдерживая раздражение, доказывает перекупщикам уральского железа, что их требования к чистоте и точности молотового железа абсурд, что само по себе высокое качество уральского железа вовсе не означает возможность такого же высокого качества и его отделки. Но письма письмами, а делать что-то надо было. И особенно с размерами полосового железа, ширину которого выдержать было под молотами труднее всего – этим, кстати, объясняется решительный протест Геннина против «второго опыта», то есть испытания полосового железа обвиванием вокруг столба: и без того сложно добиться точной геометрии полосы, а тут еще исправляй спирали! Поэтому для самого Геннина гораздо важно внедрить на уральских железных заводах плющильные машины, сколько «железорезательные», при помощи которых можно было бы получать полосы хотя бы ровные по ширине и с гладкими краями. И Геннин создает такую «железорезательную» машину, частично используя конструкцию плющильной машины, но с «резательными» валками, по своей конфигурации точно соответствующими сортаменту уральского железа.

И вот геннинская «железорезательная» машина по своему принципу уже гораздо ближе к современным прокатным станам с калибровочными ручьями, ее валки представляли своеобразные калибры, задававшие пропускаемым через них полосам точные размеры по ширине. Поэтому, очевидно, приоритет английского часовщика Д. Пейна на стан с калибровочными ручьями, датируемый обычно 1728 годом, должен быть поделен (если не уступлен совсем) с начальником Уральских горных заводов В. И. Генниным, который, как это можно понять из архивных материалов, построил свою «железорезательную» машину вскоре после пуска Екатеринбургского завода – то есть, где-то в 1725-26 годах.

Но и геннинская «железорезная машина», и цейтновский стан были еще, конечно, очень далеки от современных прокатных станов, что, очевидно, и дало основание некоторым историкам отнести появление первых «настоящих» прокатных станков в России к первой половине XIX века. Точно такая же картина наблюдается и с листопрокатными станами, «прадедом» которых геннинскую плющильную машину считает один лишь, пожалуй, Н. Б. Бакланов. Так, С. П. Сигов, например, пишет, что плющильная машина, вырабатывающая листовое железо (т.е. листопрокатный стан) появилась у нас, по-видимому, лишь в конце XVIII века.

Впрочем и Н. Б. Бакланов в этом отношении тоже почти солидарен с С. П. Сиговым: «Любопытно, что приспособить плющильные станы к изготовлению кровельного и котельного железа в XVIII веке не додумались. Лишь в начале XIX в. листы кровельного железа прокатываются выкованные, готовые, пачками, только для выпрямления”.

В какой-то степени оба эти историка, основывающие свои выводы только на машинах В.И.Геннина, правы : и плющильная, и железорезательная машины были по своей конструкции и по своим возможностям еще очень далеки от настоящих прокатных станов. Однако, когда тот же Н.Б.Бакланов утверждает, что “лишь с развитием железнодорожного строительства, когда появился спрос в большом количестве на рельсы, вопрос об их наиболее экономичном изготовлении был решен с помощью прокатного стана”, то (как теперь после исследований историков-краеведов Н. С. Боташова и Е. И. Гагарина стало ясно) он допускает ошибку. Ибо прокатные станы с калибровочными ручьями, причем в виде двухвалковых клетей почти “в современном виде”, появились уже в 70-х годах. И появились они в Нижнетагильском заводе.

Первым на широкое применение в Нижнем Тагиле “плющильных машин” указал академик П.С.Паллас. Не очень разбираясь в тонкостях кострукций этих машин, он, тем не менее, счел отметить, что на Нижнетагильском заводе имеется не только “плющильная, кою и для разделки употреблять можно”, но есть еще специальное “здание для плющения и деления железа”.

Уже одно только упоминание о плющильной машине, “кою и для разделки употреблять можно”, должно было насторожить более внимательного ученого, чем П.С.Паллас ( который не очень-то, судя по его запискам, жаловал русских механиков и мастеров, считая их подражателями “аглицким, швецким и саксонским механикусам”): а что за машина, которая обладает такими универсальными возможностями? И это не говоря уже о том, что в отличие от остальных заводов Нижнетагильский имел помимо “плющильной машмны” еще особую плющильную фабрику!

Чтобы полнее представить себе картину, не оставившую в памяти и сознании П.С.Палласа ничего, кроме чисто механического перечисления фактов, обратимся к более поздним источникам. Как сообщает И.Герман, уже в конце XVIII века на Урале насчитывалось 16 прокатных станов, причем 4 из них – на Нижнетагильском заводе.

И объяснялось это тем, что именно здесь работал русский конструктор прокатных станов, выдающийся уральский механик Егор Григорьевич Кузнецов, имя которого долгое время оставалось неизвестным.

Одним из первых, кто заинтересовался фигурой Егора Кузнецова, был тагильский краевед Н. С. Боташов. Начал он с надписи на знаменитых музыкальных дрожках, хранящихся в Эрмитаже. Эта надпись рядом с портретом самого механика сообщает, что «сих дрожек делатель» родился в 1725 году, над дорожками трудился «по самохотной выучке и любопытному знанию» с 1785 по 1801 год. Остальные сведения о жизни и деятельности Кузнецова удалось установить только после глубокого изучения личного архива Нижнетагильского завода.

Родился Е.Г.Кузнецов, очевидно, в семье кузнеца Выйского завода, так как по традиции того времени «с малолетства» был приучен к кузнечному делу (отсюда и фамилия) и довольно долго работал у горна. Видимо, уже тогда, работая кузнецом, будущий конструктор прокатных станов проявил недюжинную смекалку и любовь к машинам, возможно, кое-что и усовершенствовал, потому что в 1757 году был переведен в слесари, а еще спустя пять лет, в 1762 году «в угодность воли и желания его высокородия Никиты Акинфиевича, по принуждению…Нижнетагильской конторы» Кузнецов назначается на Нижнетагильский завод «в слесарную фабрику для лучшего обучения учеников слесарному мастерству с поденной платой 10 – 12 коп.» С этого момента и начинается деятельность Кузнецова на Нижнетагильском заводе как изобретателя и строителя «диковинных машин».

Первой такой машиной была водоотливная установка для медного рудника, работы на котором и, соответственно, выплавка меди на Выйском заводе были возобновлены Н.А. Демидовым в 1761 году.

Но водоотливная машина для Кузнецова была, видимо, делом эпизодическим, так как главное свое внимание в середине шестидесятых годов он сосредоточил на прокатном деле.

Начал Кузнецов, очевидно, с «плющильных машин», конструкция которых навела его на мысль приспособить ее не для «оглаживания», то есть выравнивания «дощатого» железа, а для самого изготовления. Это был принципиально новый подход к решению задачи, и можно только удивляться, как неграмотному слесарю при полном отсутствии каких бы то ни было знаний теории пластичности металла удалось довольно точно изготовить и валки, и сам стан новой «плющильной» машины без всяких расчетов и чертежей. Но, тем не менее, «плющильная» машина для «приготовления листового железа» была им построена, испытана в действии, а первые образцы проката летом 1766 года были отправлены «на досмотр» в Москву Н.А. Демидову.

Хозяин завода проявил к кузнецовской машине большой интерес, а поскольку довольно хорошо разбирался в горнозаводском деле, то и отписал на завод следующее: «Присланные железные плющильные листы мною осмотрены и иное, как то объясняется, против делаемого под молотами не чисто». А далее настаивал, чтобы валы плющильной машины были тщательно обточены и отшлифованы.

Естественно, приказ хозяина был выполнен, и с 1766 года на Нижнетагильском заводе началось производство «дощатого железа» при помощи первого в России листопрокатного стана. Его-то, очевидно, видал академик П. С. Паллас, назвав «плющильной, коею и для разделки употреблять можно». Но не исключено, что в данном случае он имел в виду другой прокатный стан – сортовой, который как раз к его приезду был создан и даже опробован.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7