История Нижнетагильского металлургического комбината в 18 в.

Генниным же были выработаны три основных условия, которым должно отвечать место будущего завода: близость руды, достаточное количество гидроэнергии и лесов для угля. И, наконец, возможность транспортировки выработанного металла в Россию.

Особенно важным Геннин считал выбор места для будущей плотины. Сам наученный горьким опытом, когда сразу же по приезде на Урал от вынужден был восстанавливать размытую плотину Каменского завода, Геннин выработал целый свод правил, которым должно отвечать место для плотины. Техника того времени позволяла строить исключительно низконапорные плотины, этим, кстати, объясняется, что часто плотинные мастера выбирали места совершенно неудачные с точки зрения современной гидротехники. По требованиям того времени место для будущей плотины определялось прежде всего объемом воды в пруду, мощность завода – количеством вододействующих на нем колес. Поэтому, с одной стороны, место выбиралось с крутыми берегами, что позволяло плотину сделать более короткой, а значит и более дешевой, но, с другой стороны, оно должно быть и не слишком гористым, чтобы вверх от плотины имелось «раздолье» - для обширного, но вместе с тем и достаточно глубокого пруда, который бы не промерзал до дна даже самой лютой зимой. И в этом отношении место для Нижнетагильского завода оказалось очень удачным: река перехвачена у подножия горы Лисьей, причем река «запружена», плотиною ста четырех сажен длиною, 25 сажен шириною и вышиною 5 сажен...». Мало какой завод мог похвастаться такой компактной и в то же время самой мощной плотиной, которая образовала «пруд длиною около шести верст, а ширины с версту». И что очень важно, - плотина пропускала воды вполне достаточно для сохранения судоходства – ведь по реке Тагил можно было вывозить железо в сибирь, а это рынок немногим меньше, чем сама Центральная Россия! «Ниже завода река так глубока, что суда ходить могут, что и в самом деле бывает: каждую весну отпускают несколько оных железом нагруженных в Сибирские города».

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».