Когда я в первый раз столкнулся с мнением, что на древесном угле в принципе нельзя расплавить сталь, я удивился и посчитал это не особо тонким троллингом. Когда комментаторы стали писать, что без каменного угля и кокса черная металлургия невозможна, я разозлился, посчитал это особо толстым троллингом и начал банить. Но когда оказалось, что таких комментаторов много, а многие уверены и в том, что и 1000℃ для древесного угля достижимо с неслыханным трудом, а дрова и металлургия несовместимы вообще...
В общем, я очень надеюсь, что вы знаете: все сказанное выше — не так. Я рад, а в статье вас могут заинтересовать разве что отдельные примеры.
Если же вы в этом не уверены, есть множество самых разных фактов, говорящих о том, что и сталь плавилась в горнах на древесном угле, и температуры в металлургических печах были вполне достаточные. Примеры можно найти и в археологии, и в современных экспериментах, и в письменных источниках. И, конечно, их куда больше, чем будет приведено далее.
Начнем с археологии. Всего один, зато разносторонне изученный пример.
Булат 9-10 века, Мерв
При раскопках городища Гуяр-Кала в 1992-2000 году, среди прочего, была обнаружена мастерская по производству тигельной стали — булата. Были обнаружены остатки сотен тиглей, основания печей, металлургические шлаки, капли металла (чугуна) и слиток стали с содержанием углерода 1.2-1.4%. Датировка по керамике и монетам: вторая половина 9 - начало 10 века.
Реконструкция печи для выплавки тигельной стали методом науглероживания кричного железа:
Несохранившийся купол является обычным компонентом печей региона с обсуждаемое время. Подобные использовались, в том числе, для обжига керамики — естественно, без засыпки древесным углем и с внешним очагом.
Тигли были выполнены из шамотной керамики с большим содержанием оксида алюминия, жаропрочность такой керамики не менее 1500℃. Кристаллографические исследования материала тиглей и шлаков показали, что они нагревались до температуры около 1475℃ и оставались при этой температуре достаточно долгое время, часами как минимум. Содержанию углерода в слитке это соответствует.
Подробнее о булате Мерва - в статье, которая уже была на канале:
Однако на подобные примеры есть частый аргумент: "Я в этих датировках сомневаюсь, и вообще, непонятно, как они там все считают. И вообще это гуманитарии, в точных науках ничего не смыслящие!"
Не затрагивая квалификацию исследователей, против этого есть очень простое возражение:
Эксперименты 20-21 века, прямые измерения температур
Экспериментальная археология — это далеко не только студенты-гуманитарии и их наставники, "большие дети, играющие в прошлое". При металлургических экспериментах к ним зачастую присоединяются и металлурги с теплотехниками, вооруженные термопарами и газоанализаторами. И тогда можно наблюдать подобное зрелище:
В данном случае описывать сами эксперименты я не буду, только годы проведения и/или публикации и финальные данные: графики и таблицы.
Испания, 1994. П. Крю, С. Крю, 2000. Печь для получения чугуна. До 1350℃.
Япония, Нагата, Ватанаби, Кагия, 2011. Измерение температуры внутри полуфабриката при нагреве в открытом кузнечном горне. 1346℃.
Выделившийся при ковке жидкий шлак плавится при температуре 1380℃.
Япония, 2003-2004. Танабе, 2005. Измерение температуры в металлургической печи на древесном угле, полная высота печи 1385 мм, высота шихты примерно 550 мм.
Х - расстояние от центра печи, y - расстояние от пода. Температура в кельвинах. Как видно из графика, средняя установившаяся температура на уровне пода — около 1325℃, максимальная — до 1450℃. Однако есть деталь — при небольших размерах печи и одностороннем дутье самая высокая температура вовсе не в ее центре, а у противоположной от фурмы стены.
Япония. Нагата, 1998. Древесный уголь. Холодное дутье. Успешная экспериментальная выплавка высокоуглеродистой стали (1.28% углерода) из железного песка в лабораторных условиях.
Пик в районе 1800℃, конечно, интересен, но важнее сейчас зона установившейся температуры 1500℃ и выше. Хорошо согласуется с более старыми, и оттого, возможно, не такими точными данными.
Япония, 1935 год, выплавка стали в традиционной полноразмерной печи "татара". Холодное дутье, водяной привод. Публикация Козука, 1966, 1968.
Нас интересует верхняя линия на графике, в точке 1.
При этом, прошу заметить — ни в одном эксперименте не ставилась задача получения максимальной температуры. Это рабочие температуры.
Как ни странно может показаться, идея получить максимальную температуру археологов-экспериментаторов не очень интересует. Величины этих температур, точнее, для каких процессов они достаточны, и так хорошо известны.
Из письменных источников.
Которые, вроде бы (на самом деле нет), легко подделать. Вот только есть деталь — тема практического применения древесного угля и дров в черной металлургии подробно освещалась совсем недавно с исторической точки зрения, 200 и даже 100 лет назад. И не в исторической литературе, а в тематических журналах, учебниках и рекомендациях для немедленного применения. Авторы — металлурги, инженеры, военные, чиновники. Люди, развивавшие отечественную металлургию в 19-20 веке.
Письменные источники, 19-20 век
Подборка, конечно, будет маленькая и далеко не полная — источников просто слишком много. И я нарочно ограничиваюсь только отечественными источниками.
Начать стоит, конечно, с Златоустовского завода и Павла Петровича Аносова, вот только в его статье 1837 года "О приготовлении литой стали" ни разу не уточняется, что речь идет именно и только о древесном угле. И хотя из других источников известно, что на Златоустовском заводе в то время каменный уголь не использовался, можно и придраться, что свидетельство недостаточно точное.
Зато есть абсолютно точные свидетельства о производстве тигельной стали на Воткинском заводе, причем двумя разными способами. По методу Бадаева (Горный журнал, 1849) и английским методом (Горный журнал, 1856). Использовался при этом древесный уголь и дрова, причем в статьях подробно расписано, как отличается расход угля елового и соснового.
Интересное про английский метод: исходно предполагалась плавка стали коксом. Однако же, хоть и построили для этого специальные приспособления, однако: "Впрочем, как литая сталь до сих пор приготовляется в Воткинском заводе при помощи древесного угля, а не кокса [хотя в остальном по английской технологии и английскими мастерами], то последний горн остается пока без употребления." (Орфография приведена к современной норме.)
Это признак отсталости русской металлургии? Нет. То же самое происходило и на заводах Бельгии, Германии, Австрии. Каменный уголь использовался там, где не было достаточно дерева или там, где с каменным углем и коксом выходило дешевле. Кроме того, для литья чугунных орудий и переделки в сталь для ружейных стволов предпочитали именно чугун, выплавленный на древесном угле. Например, так было в Льеже.
И на австрийском Эрцберге продолжали и выплавлять чугун, и плавить сталь древесным углем.
По словам автора статьи в "Горном журнале" майора Лисенко, существенное отличие со Златоустовским заводом состояло только в том, что на австрийском ставили тигли со сталью в одну печь, на Златоустовском же заводе каждый тигель имел отдельную. Отчего в Австрии тратилось существенно меньше топлива. Дутье для печей на обоих заводах было холодным.
В описанных в том же 1841 году немецких заводах также постоянно употреблялся древесный уголь, а особая выгода внедряемого на части из них горячено дуться находилась не в повышении температур печей. Главным обоснованием служила экономия топлива, а также возможность использования торфа и дров для частичной или полной замены постоянно дорожающего древесного угля. ("Сведения о новейших улучшениях и опытах по железному производству в Бадене, Вюртемберге и Эльзасе", Горный журнал, 1841.)
Ну и просто выдержка из указателя статей "Горного журнала":
Если будете искать эти статьи — обратите внимание, что цифра обозначает квартальный том, а не номер.
Кажется, статья уже выходит за приличные размеры. Поэтому дальше я просто укажу некоторые источники:
- "Отчет уральской экспедиции для исследования хозяйства казенных горных заводов...", издание 1888, сама экспедиция - 1885 год. Мартен тоже может работать на дровах и древесном угле.
- "Уральская железная промышленность в 1899 г., по отчетам о поездке, совершенной с высочайшего соизволения: С. Вуколовым, К. Егоровым, П. Земятченским и Д. Менделеевым, по поручению г-на министра финансов, статс-секретаря С. Ю. Витте", под редакцией Д.И. Менделеева, 1900.
- "Основания реконструкции древесноугольной промышленности Урала", Г.Е. Грум-Гржимайло, 1927.
- "Пламенные печи", Г.Е. Грум-Гржимайло, 1932. В данном случае это технический термин, а не красивое выражение. Пудлинговые, сварочные, литейные печи на дровах, в том числе.
- "Перспективы развития древесноугольной металлургии на Урале", И.П. Бардин, 1946. Если вдруг покажется, что в 1946 году это совершенно неуместно — поинтересуйтесь положением дел в Швеции в то же время.
Надеюсь, в итоге ясно, что отказ от древесного угля в валовой черной металлургии произошел не из-за технических причин. Без каменного угля и кокса черная металлургия все равно успешно существовала бы — основные изменения произошли бы в лидерах по производству металла в разные периоды.
Список статей о технологиях железа и стали на канале:
Подписка, комментарий, лайк или репост помогут развитию канала! Спасибо!