Горное дело и металлургия

Быстрый рост машиностроения и металлообработки в XIX в. требовал резкого увеличения добычи руды и каменного угля, выплавки чугуна, выделки железа и стали. Важную роль в развитии металлургии сыграло железнодорожное строительство. Огромный спрос на рельсы, скрепления, части искусственных сооружений (мостов и т. д.) обусловил внедрение новых технологических процессов в металлургии, в частности новых методов выплавки чугуна, выделки стали, особенно после того как в 60-х годах началось применение стальных рельсов.

При этом, если горное дело развивалось в значительной мере экстенсивно, поскольку до 60-х годов основные работы в этой отрасли производства сохраняли традиционный ручной характер, то в металлургии отмечался значительный технический прогресс.

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

С проблемой дутья была связана другая — использование раскаленных колошниковых газов, которые образовывались в доменных печах. Раньше они бесполезно уходили в воздух. Французский исследователь Пьер Бертье опубликовал в 1814 г. работу 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. Изобретения в этой области завершились созданием в 1857 г. воздухонагревательного аппарата английским инженером Эдуардом Альфредом Каупером (1819-1893).

Большой вклад в дело развития сталеделательного производства и замены традиционных эмпирических способов выделки стали научными был сделан русскими инженерами.

Выдающийся металлург Павел Петрович Аносов (1797—1851), один из основоположников производства высококачественных сталей и науки о металле, впервые применил микроскопический анализ булатов (разновидность высококачественных сталей) и предложил новые технологические процессы их производства. Последователь Аносова, Павел Матвеевич Обухов (1820—1869), разработав способ изготовления крупных стальных отливок высокой прочности, явился одним из пионеров выделки легированных сталей, т. е. сталей с одной или несколькими присадками (хром, марганец, титан и др.), заметно улучшающими их свойства.

Все возраставшая потребность в передельном металле — железе и стали — привела к настоятельной необходимости не только последовательных улучшений, но и резкого изменения технологии железоделательного и сталеделательного производства. Новый способ передела чугуна на железо и сталь ввел английский изобретатель Генри Бессемер (1813—1898) в середине 50-х годов XIX в. Передел по способу Бессемера производился в особом подвижном сосуде (конвертере). В сосуд наливали жидкий чугун, сквозь который затем продувался воздух. Избыток углерода и некоторые другие примеси, содержавшиеся в чугуне, при этом быстро выгорали, после чего полученное литое железо или сталь отливались в болванки.

В 60-х годах французские инженеры Эмиль Мартен и его сын Пьер Мартен получили литую сталь в отражательной печи с регенеративной (воздухонагревательной) установкой, изобретенной немецкими инженерами, братьями Вильгельмом и Фридрихом Сименсами. В этой печи, получившей название мартеновской и введенной в эксплуатацию в 1864 г., сталь получалась сплавлением чугуна со старым железным ломом (скрапом). С 1865 по 1870г. мировое производство стали в результате распространения мартеновского и бессемеровского способов возросло на 70%, хотя широкое распространение эти способы получили уже за пределами рассматриваемого периода.

В области цветной металлургии важным событием явилось введение в 1827 г. немецким химиком Фридрихом Велером (1800—1882) нового способа получения алюминия. Первоначально алюминий по цене приравнивался к драгоценным металлам. Лишь после усовершенствований, внесенных в 1854—1865 гг. в технологию производства алюминия французским геологом А. Э. Сен-Клер Девилем (1814—1876) и русским химиком Н. Н. Бекетовым (1827—1911), издержки производства алюминия резко снизились. Однако его широкое применение также относится к более позднему периоду.