История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 1

Во второй половине XVIII в. черная металлургия пережила подлинный переворот: широко применявшийся ранее древесный уголь был заменен каменноугольным коксом. Это один из примеров, который наглядно показывает, в какой степени производство отдельных материалов и развитие важнейших отраслей промышленности и даже всего хозяйства страны тесно связаны с появлением и внедрением новых видов сырья. В 1788 г. в Англии две трети доменных печей, высота которых уже достигала 20 метров, работали на каменноугольном коксе. В Германии первая домна, где металл выплавляется с помощью кокса, была запущена в 1796 г. в Глейвитце^{252}.

Применение каменного и бурого углей вместо древесного в черной металлургии повлекло за собой внедрение прогрессивных технологий и в других отраслях промышленности, где широко использовали высокотемпературные процессы. Это, в свою очередь, привело к значительным количественным и качественным изменениям во многих отраслях индустрии XIX в.

Однако для обезуглероживания чугуна, полученного с помощью кокса, все же еще требовалось определенное количество древесного угля. Многие химики и металлурги пытались избавиться от этого недостатка технологии использования кокса. Первый патент на новый металлургический процесс — пудлингование (от английского слова puddle — перемешивать) был выдан в Англии в 1766 г. Впервые отражательную печь для получения ковкого железа использовали англичане братья Т. и Д. Кранедж, применив в качестве топлива каменный уголь.

В 1784 г. британский инженер Генри Корт

провел исследования, позволившие успешно внедрить пудлингование в практику, что способствовало быстрому развитию металлургии в Южном Уэльсе. При пудлинговании избыток углерода удаляли из чугуна следующим образом. Расплавленный металл и находящийся в печи шлак для увеличения поверхности контакта подвергали перемешиванию (пудлингованию) металлическими штангами или крючьями. Образующиеся на поду печи небольшие комочки железа «накатывали» на штангу в крицу (массой обычно 40–60 кг). Затем крицу извлекали из печи, проковывали на молоте и направляли в прокатный цех. Пудлинговое железо хорошо сваривалось и отличалось высокой пластичностью, поскольку содержало мало фосфора, серы и неметаллических включений.

^{Печь для пудлингования:}

А — лещадь (металлоприемник); В — решетка или камин; C — горн с демпфером для регулировки тяги; D — перегородка, отделяющая решетку от лещади, для предотвращения прямой связи топлива с железом. 

У метода пудлингования, разработанного Г. Кортом, был один недостаток. В качестве исходного материала можно было использовать только литейный или белый чугун. Если в пудлинговую печь загружали серый чугун, то нужного качества сталей получить не удавалось. Возникшую проблему успешно преодолел английский металлург М. Тидфил. Он несколько изменил конструкцию печи, что дало возможность снизить концентрацию кремния в конечном продукте.

Сочетание доменного процесса выплавки чугуна с технологией пудлингования позволило производить ковкую сталь с широким спектром содержания углерода в зависимости от нужд потребителя. Использование метода пудлингования совместно с доменным процессом привело к существенному увеличению объемов производимого металла. Поэтому такая технология получила широкое распространение в черной металлургии Западной Европы и сохраняла лидирующую роль вплоть до середины XIX в.

В середине сороковых годов XVIII столетия в Великобритании была восстановлена еще одна технология изготовления высококачественных сталей, известная металлургам древности (о ней упоминал еще Аристотель) и средневековым оружейникам арабского Востока. Бенджамин Хантсмен из Хендсуорта заново разработал тигельный метод изготовления высококачественных сталей. В рамках этой технологии ковкое железо и чугун сплавляли в небольших керамических тиглях до образования особо прочных сталей^{253}. Металл, полученный таким способом, превосходил по качеству цементированную сталь, но был существенно дороже. Тем не менее потребность в новых сортах стали была чрезвычайно высока, поскольку такие материалы существенно повысили качество холодного оружия, ножей, ножниц и сельскохозяйственных орудий. Превосходное качество металла обеспечило мировую славу стали из Шеффилда. Долгое время тигельный метод Б. Хантсмена оставался единственной технологией получения литой стали.