Металлургия и металлообработка

Развитие и совершенствование орудий производства, разра­ботка новых конструкций огнестрельного оружия и, в особенно­сти, артиллерийского вооружения, развитие ремесла и торговли — все это значительно увеличивало потребность в металле, вызы­вало необходимость увеличения не только количества выработки металла, но и повышения его качества. Феодальный период характеризуется дальнейшим совершен­ствованием обработки железа и освоением в период мануфак­туры непрерывного доменного процесса вьиплавки чугуна из руды.

Технический уровень металлургии в начальный период феода­лизма был очень низким. Вьгплавка железа велась в сыродутных горнах или в небольших шахтных .печах. Процесс выплавки отли­чался громадной трудоемкостью и был мало производителен: до 70% металла оставалось в шлаках, суточная производительность горна не превышала 50 кг железа. Выемка железа в виде криц, из печи приводила к необходимости разбирать часть кладки печи и затем снова восстанавливать; процесс 'получения железа был периодическим. На пути технического совершенствования метал­лургии вставал целый ряд существенных трудностей.

Для удовлетворения возросшей потребности в металле необ­ходимо было поднять производительность железоделательных пе­чей. Опыт показывал, что для увеличения производительности печей нужно увеличивать их высоту, а это, в свою очередь, выдвигало необходимость интенсификации дутья. Задача была решена путем перехода от ручных мехов к мехам с приводом от водяных колес.

Рис. 3.19. Схема домницы

Важность непрерывной подачи воздуха в печь была установ­лена в процессе многовекового опыта железоделательного произ­водства. Слово «домна» происходит от древнерусского слова «дмение»—дутье. Отсюда же название железоделательных пе­чей в древней Руси — «домница» (рис. 3.19).

Применение водяного колеса для привода воздуходувных ме­хов привело к увеличению высоты печей до нескольких метров и позволило поднять суточную .производительность печи до 1 г, уменьшив при этом вдвое отходы металла в шлаке.

Интенсификация дутья вызвала повышение температуры в пе­чи до 1 400—1 500° С, что приводило к образованию карбида же­леза, плавившегося при 1 400° С и способствовавшего образова­нию жидкого чугуна. В XVII, когда воздуходувные мехи, приводимые от водяных колес, увеличили подачу воздуха в печи в 15 раз по сравнению с ручной, а давление подаваемого возду­ха в печах, достигших высоты 8 м, увеличилось в 3—4 раза, весь металл стал выдаваться печами в виде жидкого чугуна. Так по­степенно возник непрерывный рабочий процесс выплавки чугуна в доменных печах.

Для того чтобы непрерывный доменный процесс стал преоб­ладающим при выплавке железа из руды, нужно было научиться применять чугун, освоить и использовать его высокие литейные качества. Только к концу XVIII в., когда были освоены как при­емы литья чугуна, так и передел его в железо, чугун стал основ­ным продуктом металлургического процесса. Передел чугуна в железо осуществлялся методом выжигания из него углерода пу­тем длительного и многократного расплавления и перемешивания.

Во второй половине XVIII в, в Англии было виедрено в прак­тику новое топливо для черной металлургии — каменноугольный кокс, вместо ранее применявшегося древесного угля. Необходи­мость изыскания нового вида топлива для металлургии была вы­звана значительным сокращением английского железоделатель­ного производства, наступившего вследствие обезлесения райо­нов выплавки железа. Внедрению кокса способствовало также

Рис. 3.20. «Молотовый амбар» (Тульские заводы. XVII в.).

Водяные колеса приводят в действие воздуходувные мехи и кузнечный молот; для усиления удара молота используются упругие свойства специального гибкого бруса (рас­положен над молотом).

и то, что при увеличении высоты домен древесный уголь крошил­ся под тяжестью руды и создавал пробку для воздуха, подавае­мого в печь. В конце XVIII в. кокс применялся в Англии и для передела чугуна в железо в специальных печах, получивших на­звание пудлинговых.

При обработке железа и стали одним из основных техноло­гических процессов являлась ковка. Применение гидравлической энергии позволило увеличить размах и массу .молота (рис. 3.20) и, следовательно, осуществлять более крупные поковки. Холод­ная обработка металлов была почти исключительно ручной, осу­ществляемой при помощи ручных инструментов: зубил, напиль­ников, сверл и т. п.; только пушечные стволы растачивались с приводом от водяных колес. Таким образом, холодная обработка металлов носила преимущественно ремесленный характер и при­ менялась при изготовлении некрупных предметов: замков, часовых механизмов, вооружения, металлических деталей сбруи, ручных орудий (топоры, пилы, лопаты) и других инструментов и изделий. Так, на Руси уже в XII в. обработка металлов получает значительную дифференциацию. Выделяются специалисты: оружейники, гвоздочники, замочники и многие другие: замки, носившие название «русских», были известны и за рубежами нашей страны.

Рис. 3.21. Схема токарного станка с гори­зонтальной и вертикальной подачами рез­ца и с вращением обрабатываемого пред­мета действием силы тяжести.- 1 — обрабатываемая деталь, вращающаяся при опускании груза 2; 3—ходовой винт, приводимый во вращение грузом 4; 5 — подножка для нажима резца на обрабатываемую деталь, перемещаю­щаяся при помощи грузов 6 и 7: 8 — шнур для подъема грузов; 9 — скоба для опускания под­ножки и подъема грузов 6 и 7.

Получило развитие проволочно-волочильное производство, причем волочение в отдельных случаях осуществлялось с приводом от водяных колес. Начинает применяться прокатка свинца между вальцами при получении свинцовых листов для изготовления кровель и труб, свинцовых прутков определенного профиля для изготовления оконных переплетов и других мелких изделий. Прокатка железа, требовавшая. более сложных станков, способных выдерживать громадные давления, и более мощных двигателей, была осуществлена позднее.

Инструмент для обработки металла все более специализируется; создаются различные металлообрабатывающие станки — токарный, сверлильный, но все они были весьма примитивны и маломощны (рис. 3.21).

Русское литейное дело, особенно меднолитейное, достигло в этот период блестящего развития. Русские литейщики отливали Уникальные колокола и пушки громадных размеров. Так, в 1654 г. был отлит в Москве царь-колокол весом 130 т, а вес дру­гого царь-колокола, отлитого в 1735 г. отцом и сыном Материны­ми, достигал около 200 г. Замечательный /мастер литейного дела XVI в. Андрей Чохов прославился отливкой громадных пушек. Его царь-пушка (1596 г.) весит 40 г. Чохов являлся основателем русской школы литейного искусства, из которой вышло око­ло 250 мастеров-пушкарей, работавших в Московской и в других пушкарских слободах. Русское медное литье, так же как и рус­ское железо, славилось во всем мире и служило предметом вы­воза за границу. Известно, что по заказу английского правитель­ства в Москве были отлиты колокола, установленные на коло­кольне Вестминстерского аббатства в Лондоне.

Русским железом широко пользовались в Англии в XVI и осо­бенно в XVII в., когда из-за обезлесения и недостачи древесного угля выплавка чугуна в Англии силыно пала и создалась угроза кризиса всего производства. Исключительно важное значение для английской промышленности имел ввоз в Англию русского желе­за в период -промышленного переворота.