Техника металлургии, металлообработки и машиностроения




Раздел 6. Техника периода становления индустриальной цивилизации




Техника металлургии, металлообработки и машиностроения


Металлургия и горное дело

С 60-х годов XVIII в. в Англии усиливается начавшийся еще в 30-е годы перевод доменной плавки на минеральное топливо. Тогда же началось применение в доменном деле цилиндрических воздуходувок, приводимых в действие паровыми машинами (впервые в 1776 г. — на заводе Уилкинсона в Шропшире).

Выплавка чугуна в Англии, составлявшая 40 тыс. т в 1780 г., поднялась до 80 тыс. т в 1790 г. и еще раз удвоилась за последнее десятилетие XVIII в. Подавляющая часть чугуна выплавлялась к этому времени на коксе.

Внешний вид английской доменной печи (середина XIX в.)

Конструкция доменных печей постоянно совершенствовалась: увеличивались их размеры, вводились специальные подъемники для подачи шихты. 1 улучшались приспособления для ее загрузки, применялись системы водяного охлаждения печной кладки и т. д. Огромное значение имело введение горячего дутья, т. е. подогрева воздуха, подаваемого в домны (Дж. Нилсоном в 1828 г., инженерами петербургского Александровского казенного завода в 1829 г., Ф. дю Фором в 1831 г. и др.).


1 Шихта — смесь материалов, загружаемых в печь для переработки.

С проблемой техники дутья была связана другая: использование раскаленных колошниковых газов, образующихся в доменных печах. Они бесполезно уходили в воздух. Французский исследователь П. Бертье опубликовал в 1814 г. исследование о различных способах использования тепла и теплотворности отходящих газов доменных и плавильных печей для подогрева воздуха, подаваемого в домны и горны, а также для иных целей. В России такие опыты производились еще в первой четверти XIX в. В 30-40-х годах этим успешно занимался Ф.И. Швецов. За рубежом изобретения в этой области завершились созданием в 1857 г. воздухонагревательного аппарата английским инженером Э.А. Каупером.

В Англии выработка железа вначале сильно отставала от выплавки чугуна. Основной причиной этого было долгое применение традиционных способов передела чугуна на железо в кричных горнах на древесном угле.


В 90-е годы XVIII в. выделка железа в Англии составляла лишь 20—30 тыс. т. Растущий в связи с промышленным переворотом спрос на железо и сталь покрывался главным образом за счет их ввоза в страну. Главным поставщиком железа в Англию была Россия, оттеснившая Швецию на внешнем рынке уральским железом. Англия ввозила свыше 50 тыс. т русского и шведского железа.



Многие английские изобретатели пытались найти способ передела чугуна на железо в отражательной печи. В широкую практику вошел метод, предложенный инженером Г. Кортом. Печь, запатентованная Кортом в 1784 г., получила название пудлинговой от английского глагола to puddle — «перемешивать».

В этой отражательной печи на поду, в пламени каменного угля или дров (пудлингование на дровах практиковалось в некоторых странах, например в России), происходил передел чугуна на железо. Рабочий перемешивал ломом сквозь особую дверцу расплавленную тестообразную массу металла. Несмотря на то что пудлингование было создано в процессе промышленного переворота, оно включило типичные для мануфактуры элементы тяжелого ручного труда.

Одновременно Корт ввел прокатные валки, применение которых заменяло трудоемкую операцию обработки криц под молотом.

Пудлингование сначала распространялось очень медленно. Сам изобретатель, затративший слишком много средств на исходные опыты, успел разориться. Ho с первого десятилетия XIX в. этот процесс получил в Англии широкое применение, что позволило ей выйти на первое место в мире по выпуску железа.

Хотя для технического уклада этой эпохи было характерно применение главным образом железа и чугуна, однако использование стали также непрерывно росло. Выдающуюся роль в развитии производства стали и замене традиционных эмпирических способов выделки стали научными сыграли русские инженеры. Особо важное значение имели труды П.П. Аносова, относящиеся к 20-40-м годам XIX в. Аносов, работавший тогда на Златоустовском заводе, стал одним из основоположников производства высококачественных сталей и пионером отечественного металловедения. Применив микроанализ, Аносов разгадал секрет булатной стали и предложил новые технологические процессы для ее производства.

К середине XIX в. пудлингование стало постепенно тормозить развитие черной металлургии. Все возраставшая потребность в железе и стали привела к настоятельной необходимости резкого изменения технологии передела чугуна на железо и сталь. В середине 50-х годов английский изобретатель и предприниматель Г. Бессемер ввел совершенно новый способ передела чугуна. Он применил продувание воздуха через расплавленный чугун, наливаемый в особый вращающийся сосуд — конвертер. Избыток углерода и некоторые другие примеси, содержащиеся в чугуне, быстро выгорали. После продувания воздухом полученная жидкая сталь (или железо) отливалась в болванки.

Схема конвертера Бессемера

В 60-х годах XIX в. французские инженеры Э. Мартен и его сын П. Мартен стали получать литую сталь в отражательной печи с регенеративной (воздухонагревательной) установкой, изобретенной ранее немецкими инженерами В. и Ф. Сименсами. В этой печи, получившей название мартеновской и введенной в эксплуатацию в 1864 г., можно было переделывать на сталь не только чугун, но и различный железный и стальной лом (скрап). Это было актуально, т. к. в условиях цикличного развития производства при переоборудовании предприятий и в период экономического подъема всегда скапливалось большое количество такого лома.

С 1865 по 1870 г. мировое производство стали в результате распространения мартеновского и бессемеровского способов выросло на 70%. Еще большее развитие эти способы получили в 70-х годах XIX в.

В области цветной металлургии важным событием было введение в 1827 г. немецким химиком Ф. Вёлером нового способа получения алюминия. Первоначально алюминий по цене приравнивался к драгоценным металлам. Только после усовершенствований, внесенных в 1854-1865 гг. в технологию производства алюминия двумя химиками — французским А.Э. Сент-Клер Девилем и русским Н.Н. Бекетовым, издержки производства алюминия резко снизились. Однако широкое применение этого открытия относится к более позднему периоду.

Что касается горного дела, то его техническое оснащение резко отставало от развития металлургии. Даже в наиболее прогрессивной английской горной промышленности машины не получили значительного применения. Основной процесс в горном деле — выемка угля и иных полезных ископаемых — в Англии первой половины XIX в. производился вручную. Частично были механизированы лишь вспомогательные операции откатки и доставки на поверхность угля и руд, а также водоотлива и вентиляции. Откатка посредством канатной паровой тяги осуществлялась лишь на главных подземных путях, на боковых и в забоях по-прежнему использовали силу животных или ручной труд. В английской горной промышленности 40-60-х годов XIX в. широко применялся ручной труд женщин, подростков и детей.

Металлообработка и машиностроение

Применение различного рода машин, механизмов и сооружений (например, мостов), все больше изготовляемых из металла, требовало соответствующего развития металлообработки и машиностроения. Однако в конце XVIII и начале XIX в. машины и механизмы производились в основном вручную, по сути, мануфактурными методами.

В 1769 г. Смитон применил специальный горизонтальный стан для расточки цилиндров, а в 1775 г. Дж. Уилкинсон усовершенствовал устройство подобного же назначения. В этих станах борштанга (рассверловочная штанга) с резцовой головкой, приводимая в движение водяным колесом, вращалась внутри отлитых цилиндров, таким образом обрабатывая их. Точность обработки поверхности при этом была невелика.

В конце 90-х годов XVIII в. изобретатель Г. Модели сконструировал токарновинторезный станок с самоходным суппортом. Это привело — после соответствующего усовершенствования суппорта — к созданию новых типов металлообрабатывающих станков (токарных, фрезерных, строгальных, сверлильных, шлифовальных) и тем самым к развитию машиностроения как особой отрасли промышленности.

Винторезный станок Модели (ок. 1800 г.)

Обработка огромного количества металла, которое приходилось ковать, сваривать, резать, сверлить, отливать и т. д., потребовала, как писал К. Маркс, «...таких циклопических машин, создать которые мануфактурное машиностроение было не в силах». 2 Должна была возникнуть машинная фабрикация машин. Она опиралась на технические достижения мануфактурного периода XVI— XVIII вв., уже использовавшего сверлильные, токарные и иные станки довольно сложного устройства. Все эти станки были значительно усовершенствованы применительно к фабрично-заводскому производству, располагающему паровым двигателем.


2 Mapкc К. Капитал. Т.1 // Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 23. — М., 1956. — С. 396.

Появились новые типы металлообрабатывающих станков. В 1817 г. Р. Робертс создал один из первых строгальных станков для обработки деталей с плоскими поверхностями. В 1818 г. И. Уитни сконструировал фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом (фрезой). В 1829 г. англичанин Дж. Нэсмит построил также фрезерный станок, но другой конструкции. В 1835 г. его соотечественник инженер Дж. Уитворт запатентовал автоматический токарный винторезный станок. Швейцарец И.Г. Бодмер получил в 1839 г. патент на токарный станок с вертикальной осью для обработки крупных машинных деталей — карусельный станок.

Дж. Нэсмит изобрел поперечно-строгальный станок (1836 г.). Ему же принадлежит конструкция парового молота (1839 г.), получившего широкое производственное применение. Кроме перечисленных видов станков, в этот период были усовершенствованы долбежные, клепальные, шлифовальные и другие металлообрабатывающие станки.

Паровой молот Нэсмита

Важным техническим фактором, способствовавшим широкому производству машин машинами, была тенденция к стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин. Еще в конце мануфактурного периода на ряде военных предприятий, производивших ручное оружие, была достигнута нормализация деталей мушкетов, ружей и т. д. Основоположниками методов нормализации стали уже известный нам И. Уитни, изготовлявший мушкеты для американской армии (1798 - 1812 гг.), и его соотечественник С. Норт.

Методы нормализации и взаимозаменяемости деталей все шире вводились на предприятиях общего машиностроения. В 1841 г. Уитворт ввел нормализацию нарезки машинных деталей, сохранявшуюся в качестве стандарта более века.

Вопросы и задания:


1.* Подготовьте сообщение на тему «П.П. Аносов и его изобретения».

2. В чем состоит сущность бессемеровского способа передела чугуна?

3. Почему мартеновские печи нашли широкое применение в металлургии?

4. Используя текст, опишите своими словами суть изобретения Г. Модели.

5. Определите, какой способ получения металла применялся на заводах Демидова.










Наверх