Древесный уголь и производство черных металлов
ВОЗМОЖНО, что первые опыты получения железа сыродутным способом относятся к концу 111 тыс. до н. э. (с метеоритным железом человек встречался и раньше, но крайне редко). Во II тыс. до н. э. железо оставалось драгоценным металлом, а медь и бронза стали металлами обычными, заурядными в IV эпоху "бронзового века".
Железоделательная техника долгое время хранилась в тайне, Лмла известна немногим искусным мастерам. По-видимому, одним из первых центров производства железа стало Хеттское цар — I ню1. Хеттский царь Хаттусили III в письме царю Ассирии, да — шруемом XIII в. до н. э., писал: "Сейчас плохая пора для производства железа, о котором я писал. Они сделают хорошее железо, ни пока еще не закончили работу. Когда они закончат, я пошлю по тебе. Теперь я посылаю тебе железное лезвие для кинжала”[149] [150].
Сыродутный процесс получения железа, известный хеттам, в принципе оставался неизменным вплоть до XIV в. н. э. Единственным исключением было производство тигельного железа, не имевшее сколь-нибудь широкого распространения. При сыродутном способе процесс шел в печах (горнах, домницах), загружавшихся попеременными слоями измельченной и обожженной желе шой руды и древесного угля. На одну часть руды приходилось
четыре части угля[151]. С помощью воздуходувных устройств в печь нагнетался сырой, неподогретый воздух — отсюда и современное название процесса: "сыродутный". В результате производств!» получался ком мягкого железа — крица, в пустотах которой имелся шлак. Шлак удаляли путем проковки молотом. При производстве железа использовались залежи бурого железняка, озерных и болотных руд, недостатка в которых, как правило, не было. Иное положение было с топливом для процесса восстановления жело — за, шедшего при температуре 800-900° С.
Процесс производства железа требовал огромного количества дров и древесного угля, и уже в эпоху Древнего Рима именно нехватка древесного топлива сдерживала рост железоделательного производства в основных центрах Средиземноморья. Везде, где можно, железо стремились заменить свинцом и бронзой, II только по одной причине — для производства этих металлов нун но было гораздо меньше древесного топлива. Ограниченное!!, лесных ресурсов (как источника энергии) была главным факти ром, тормозившим в Средиземноморье развитие промышленно сти в целом[152]. Попыток заменить при производстве железа дрова углем европейская античность не знала.
Производства металла в Европе стало сокращаться уже в Ш в. н. э., правда, производство железа уменьшалось меньше, чем других металлов. И лишь начиная с IX в. железоделательное производство в Европе начинает понемногу расти[153]. Технология оста валась прежней — требующей огромного количества древесноги топлива. Масштабы производства железа все еще были относительно небольшими, даже в начале XIV в. крупнейший в Европе итпезоделательный центр (в Штирии) давал немногим более 2000 нині в год6.
Производительность горнов была мизерной. Так, сыродутные горны, сохранявшиеся в России еще в начале XVIII в., давали шутки по 4-5 пудов железа7.
В Индии довольно рано научились получать сталь, и опять при помощи дерева: при выплавке металла из железной руды в цини добавляли определенное количество щепок некоторых поїнні деревьев и даже листьев дерева, что позволяло получать в мі* пите то содержание углерода, которое превращало его в сталь.
I і ильное оружие из Индии доходило до Европы, возможно, еще в тминные времена8.
Со временем для повышения производительности сыродутных горнов увеличили их высоту. В результате горн превратился к ломницу с более сильным дутьем, которое достигалось с помощью механических устройств. Наряду с железом в домницах стал н(1|1!ГЮВЫВа’ГЬСЯ и жидкий, сильно науглероженный продукт — чугун.
Гак, не ранее середины XIV в. в Европе (впервые — видимо,
• Нидерландах) появились прототипы доменных печей, дававшие у*е не крицу, а чугун, который для получения ковкого железа інніжен был подвергаться дополнительной операции — переделу.
• читается, что первая настоящая домна в Западной Европе была IIWТроена около 1443 г., а в России — в 1636 или 1640 г.9
Технические преимущества первых доменных печей над лучшими горнами (например, "каталонскими"), были невелики, ршмны давали 600-900 кг чугуна в сутки, "каталонские" горны — *н 500 кг железа-сырца. Причем, при переплавке чугуна для по — [154] лучения ковкого железа потери доходили до 30% веса[155] [156]. Следуеі отметить, что таких горнов было немного, средняя производи тельность горнов — во много раз меньше.
Со временем производительность доменных печей стали И десятки, а затем и сотни раз больше, чем горнов. Больше треби валось им и древесного угля.
Во второй половине XV в. с распространением домен в ’lit падной Европе начинается быстрый рост производства железп, к основных железоделательных центрах выпуск продукции вьции приблизительно в 4 раза с 1460 по 1530 год". Приблизителыш тем же темпом увеличивался спрос на дрова и древесный уголь Доступных для заготовки древесных лесов вокруг железодели тельных центров становилось все меньше и меньше. Добыча уии хотя и возрастала, но оставалась крайне незначительной.
Металлургическая промышленность Англии, основанная мл применении древесного угля, достигла пика в выпуске чугун» между 1625 и 1635 годами, когда его производилось около 3* тыс. тонн ежегодно. Через 100 лет, в 20-х годах XVIII в., годониП выпуск чугуна в Англии составлял всего 20-25 тыс. тонн[157]. Един ственная причина такого положения — нехватка древесного тон лива. В XVII в. в Англии для получения одной тонны железо * брусках нужно было сжечь около 40 кубических метров дров, /Hit выделки одной тонны полосового железа — 70 кубических метро» дров[158].
В западноевропейских странах в XVII в. даже на лучшМ "каталонских" печах, чтобы получить 100 пудов железа-сырпи требовалось 593-770 пудов древесного угля, в более мелких сы
(«шутих горнах, которые сохранялись в Западной Европе, как и «і’оссии, удельный расход угля был значительно большим14.
И начале XVIII в. удельное потребление древесного угля на лучших предприятиях уменьшилось; так, шведские домны тогда учи м»довали на тонну чугуна 3,6-4,2 тонн древесного угля, но, например, некоторые немецкие — свыше 6 тонн15, как и за 100 лет •и ного.
Древесный уголь нужен был и при переделе чугуна в желе — «» Па тульских молотовых заводах в 1662 г. требовалось от 10,4 ■и I.’ пудов древесного угля на пуд готовой продукции — пруто — >іміі железа16.
Нсего среднему металлургическому заводу требовалось в
нищие года столько древесины, сколько давала тысяча гектаров
п
if I it.
І Ірежде всего, благодаря обилию лесов, а также небольших рь (о чем речь пойдет позже), расположению заводов вблизи «піні, Швеция в конце XVII — начале XVIII вв. была крупнейшим ti|iini шодителем и экспортером железа. Именно в это — и только в «пі время Швеция имела самую сильную в Европе армию, что ■миско не в последнюю очередь объясняется успехами в метал — .. еском производстве.
С 1710 по 1720-е годы почти безлесная Англия ежегодно импортировала от 15 до 22 тыс. тонн необработанного железа (пін сравнения: собственное производство чугуна в Англии в I /.’О г. составляло 17 тыс. тонн). К 1765 г. импорт железа достиг [159]
57 тыс. тонн. По данным П. Манту, на три четверти импортирони лось шведское железо1*.
И это при том, что уже тогда были известны богатые желе зорудные месторождения в Великобритании. Они не разрабаты вались все по той же причине — не хватало дров и древесного уі ля.
В течение XVII-XVIII вв. в Англии шел активный пощ* возможностей перехода с древесного угля на каменный при при изводстве черных металлов. В конце концов он увенчался усне хом.
В 1709 г. А. Дерби удалось впервые смешать в домне желе I ную руду с коксом[160] [161]. Но технологический процесс был еще крпК не несовершенным. Несколько десятилетий потребовалось аш лийским металлургам, чтобы отказаться от древесного угля, мб рейти на каменный.
В 1806 г. в Англии из 229 доменных печей только две пол», зовались древесным углем. Однако во Франции, например, и в это время, и позднее повсеместно применялся только древесш.|| уголь, за единственным исключением "прозябавшего" (по вырв жению историка Ф. В. Потемкина) завода Крезо[162].
Широко известно, что в России в середине XIX в. весь чугун производился на древесном угле. Но и в США даже в начШ» 1860-х годах на коксе выплавлялось лишь 10% чугуна, а весь (Ч тальной чугун — на древесном угле[163]. Причем в районе Питсбурги где проводилась плавка на древесном угле, имелись открыть» залежи коксующегося угля[164].
Выпуск чугуна на древесном угле достиг в США абсолют — IIIчи максимума в конце 1880-х — начале 1890-х годов23. Однако ІІІІІІІП. ІСШИЙ абсолютный показатель выплавки чугуна на древесном угле (628 тыс. тонн в 1890 г.) был достигнут уже после широкого внедрения и доминирования коксового чугуна; лишь 7% теш американского чугуна в 1890 г. пришлось на древесно — 11И11М1ЫЙ24-
Нсторики отмечают, что обилие древесного угля тормозило применение каменного угля в металлургии США в первое поло — тис XIX века, но создавало благоприятные условия для сущест — вічміїия мелких металлургических предприятий. В 1820-е годы в і НІЛ было около 600 домен, кузниц и плавильных заводов25.
• нмуст также учитывать, что качество металла, выплавлявшего — I к їм древесном угле, было значительно выше, чем на каменном, и по долгое время препятствовало широкому применению кокса
и п США, и в России.
В XVIII в. колоссальное преимущество в виде неограничен — и|,1 шпасов леса, которым и обладала Россия, было в полной игре использовано. Усилиями Петра I на Урале форсированно нплавался крупнейший в мире центр металлургического протопіте гва.
11о данным С. Г. Струмилина, учтенное производство чугуна
* 1’пссии в 1725 г. составило 815 тыс. пудов. Часть произведенно- |и чугуна заводчики утаивали от государства, по данным ревизо — |иц| гого времени утаивалось 15-20% продукции. С этой поправнії! производство чугуна в России в 1725 г. достигало 1 млн. •пип, что почти в 7 раз превышало учтенную выплавку 1700 года
IЧ) тыс. пудов26.
" Clark V. S. History of Manufactures in the United States. Vol. 2. New York, i’»Mi Г 256-257.
" (Плотов Б. М. Указ. соч. Часті, 1. С.157.
‘ Ыпгховитинов Н. Н. США: проблемы истории и современная историографы М, 1980. С.132.
1 i|tyмилин С. Г История черной металлургии в СССР. Том I. М. 1954. С. 180.
Создание металлургических заводов первоначально диктіг валось потребностями обороны государства. В течение трех леї предшествовавших началу Северной войны, среднегодовой при воз шведского железа в Россию превышал 32 тыс. пудов, причем максимальный привоз — 34672 пуда — был отмечен в 1700 году** Естественно, война со Швецией прервала эти связи.
Быстрый рост выплавки чугуна продолжался и поел? Петра 1. К концу XVIII в. на Урале было построено 123 завод* черной металлургии28. А в старейшем центре русской железодг лательной промышленности — Тульско-Калужском районе — шли те же процессы, что и в Англии: в связи с истощением лесов чиї ло металлургических заводов в 60-х годах XVIII в. уменьшилось в 2 раза29. По выплавке чугуна Россия обогнала Англию и Шие цию и вышла на 1 — е место в мире, что явилось важнейшим фан тором создания сильнейшей в мире армии, способствовало дт тижению довольно высокого по тому времени общего уроин* экономического развития.
|
Выплавка чугуна в России и в Англии XVIII века3"
27 Павленко Н И. Развитие металлургической промышленности России в первой половине XVIII века. М, 1953. С.45. 2* Бакулев Г. Д. Черная металлургия Юга России. М., 1953. С.34. 2′; Лившиц Р. С. Размещение промышленности в революционной России. М., 19" С.80. 10 Струмилии С. Г. История черной металлургии в СССР. Том 1. М„ 1954. С.201 |
В России в XVIII в. существовала возможность отдавать каждому вновь возникавшему на Урале заводу по 30 верст земли во ш с стороны, это были леса, которые призваны были служить топливным источником. Следует отметить, что горнозаводчики понимали все значение леса для развития металлургии и не допускали, чтобы поблизости от их заводов создавались какие-либо иные предприятия, основанные на "огненном действии"31.
Главную долю трудозатрат в древесноугольной металлургии песгда занимали рубка леса, перевозка дров и углежжение; на них приходилось не менее 75% всех трудозатрат при производстве чугуна на Урале32.
Уральский металл много значил не только для обороны, но и нощего экономического развития страны. В 1720 г., когда еще пелась Северная война, в казну было поставлено не более 25% уч генного заводского железа, а после заключения Ништадтского мира доля поставок государству снизилась до 14% учтенного ироизводетва железа33. Все остальное поступало на русский рынок и на экспорт.
По подсчетам Д. Кашинцева, доля экспорта в общерусской юрговле железом в конце XVIII в. колебалась по отдельным голим от 35 до 45%34. А по данным С. Г.Струмилина, в 1793 г., например, было экспортировано 54% произведенного в стране железа, в том числе в Англию — 40%35.
Как уже отмечалось, в зарубежной историографии Швецию называют главным экспортером железа в Англию даже во второй [165] [166] [167] [168]
половине XVIII в.36 Российские ученые приводят иную статистику.
Доля русского железа во всем импорте железа в Англию37
|
Годы |
Доля русского железа в импорте Англии (в процентах) |
|
1771 |
0 |
|
1716 |
0,4 |
|
1730 |
3,2 |
|
1731 |
12,0 |
|
1732 |
26,6 |
|
1754 |
19,2 |
|
1755 |
32,5 |
|
1786 |
58,7 |
|
1789 |
53,8 |
|
1793 |
61,2 |
|
1796 |
60,2 |
|
1799 |
47,7 |
Немецкий историк металлургии Людвиг Бек, говоря об уральских домнах на рубеже XIX в., называл их не только "величайшими древесноугольными печами континента", но и наиболее производительными и экономичными по расходу топлива на единицу продукта, более производительными, чем любые другие печи, не исключая английских38.
В 1790 г. Россия давала около трети мировой выплавки чугуна’4. Уральское железо превосходило одновременно по своему качеству и дешевизне железо других стран, в том числе — Англии. Оно находило себе сбыт и во Франции, и в США, и в других государствах40. [169] [170]
Но затем — не позже 1805 г. — Россию обгоняет по выплавке чугуна Англия, потом — около 1825 г. — Франция и США, а с 1855 і Германия и Австро-Венгрия41. В других странах — хоть и с опаздыванием (по сравнению с Англией) шло развитие коксовой металлургии, Россия же очень долго продолжала плавить металл почти целиком на древесном угле. За всю историю русской мені илургии последних трех веков доля нашей страны в мировом производстве была наименьшей в 1880 году — около 2%42.
В ряде случаев существование в России в конце XIX в. мелких металлургических заводов, работавших на древесном угле, Выло вполне оправдано экономически. Например, до проведения I рлнссибирской магистрали такие заводы были в Сибири: везти в пн районы железо на подводах было немыслимо, а руда и лес поблизости имелись в изобилии. В самом конце XIX в. эти заво — H. I выплавляли около 10 тыс. тонн металла в год, а когда железнодорожная магистраль пришла в Сибирь, они закрылись, так как ис и состоянии были конкурировать с более дешевым привозным металлом43.
В начале XX в. уральские металлургические заводы по — прежнему работали на древесном угле. Рассчитанные на древес — ипугольное производство, уральские домны выплавляли в среднем в 1913 г. по 12,5 тыс. пудов чугуна, а южные, каменноугольные — по 61,9 тыс. пудов44.
И тем не менее, уральский древесный уголь оставался сравни гельно дешевым: на 1 пуд передельного чугуна на уральском І Індеждинском заводе в 1913 г. приходилось затрачивать 1,13 нуда древесного угля по цене 17,33 коп./пуд, а на Юзовском запиле затраты кокса на пуд чугуна составляли 1,05 пуда по цене [171] [172]
15,32 коп./пуд[173]. Таким образом, общие затраты древесного угля на пуд чугуна на Урале были не намного больше затрат кокса на Юге России (по стоимости).
Долгое время металл, выплавленный на каменном угле, по качеству оставался гораздо хуже древесноугольного. Как писал академик И. П.Бардин, русские кузнецы требовали для шин уральского железа, потому что оно хорошо сваривалось, а южное, "минеральное" железо было "сухим", шины из него варить нельзя; литейщики тоже требовали уральского чугуна: из него получалось крепкое литье, без отбела и трещин[174]. Ничего похожего на знаменитое каслинское литье на Юге России так и не появилось.
С течением времени технология выплавки металла на каменном угле совершенствовалась, а техника древесноугольной металлургии оставалась прежней. На наш взгляд, это одна из важнейших причин практически полного вытеснения древесноугольной плавки к середине XX века. Другая причина — не экономическая и не технологическая, а, скорее, ментальная: возобладало представление о том, что любая плавка металла на древесном угле — свидетельство технико-экономической отсталости, поэтому — вслед за Англией и другими западными странами — обязательно, во всех случаях, нужно переходить на кокс. Мы видели, что даже при существовавшей технологии, мало менявшейся с XVIII в. вплоть до начала XX в., такое представление было ошибочным. И на больших уральских домнах, и в районах, удаленных от развитых транспортных путей, дешевле было производить древесноугольный металл. Кроме того, высокое качество металла все еще оставалось крупным преимуществом древесноугольной плавки перед коксовой даже в 40-х годах XX века[175].
Следует отметить, что высококачественный древесноуголь — III. ill металл очень долго пользовался спросом на мировом рынке, и Швеция, лишенная всяких "комплексов догоняющего разви — !ии", в XX веке стала практически монопольным его поставщи — ►им В 1940-х годах в Швеции половина чугуна производилась на ||ниесном угле. Большая его часть шла на экспорт, и благодаря имсокому качеству он успешно выдерживал конкуренцию с кок — шимм чугуном, хотя стоил в 2-2,5 раза дороже[176]. В Швеции и в Ч в. непрерывно повышали эффективность производства дре — мч иокаменного чугуна, снижали расход топлива. Так, в 40-х гощу XX в. на уральских заводах при выплавке тонны чугуна за — іричивалось в среднем 6,5 кубических метров древесного угля, а іучіпие доменные печи в Швеции расходовали тогда 4,1 куб. м.[177]
В абсолютных размерах пик выплавки чугуна на древесном у і че в России приходится на 1900 год (около 1,2 млн. тонн); доля ірічіесноугольной металлургии, однако, непрерывно снижалась — г *>К% в 1870 г. до 50% в 1895 г. и 30% в 1905 г. К 1934 г. на дре — Мг’гіюм угле в СССР плавилось всего 10% металла[178]. ♦
ц