Горнозаводское топливо — для переработки руд в металлы и особенно для получения чугуна требуется столь значительное количество горючих материалов, что они играют первостепенную роль в развитии этого вида промышленности. Достаточно сказать, что в мире добывается ныне не менее 30 млн. тонн (около 1800 млн. пуд.) чугуна, а на добычу пуда идет около 2 пуд. угля или около 11/4 пуда кокса, с переделкою же в железо (полосовое, листовое, рельсовое) идет не менее 4-х пудов каменного угля или около 8—10 пуд. дров, так что одна добыча этого металла (без превращения в изделия) требует ежегодно по крайней мере 7000 млн. пуд. каменного угля или около 17000 млн. пуд. (около 70 млн. куб. саж.) дров. Уже это одно число показывает тесную зависимость металлургической деятельности от применяемых горючих материалов. Для ближайшего ознакомления с этим предметом мы рассмотрим его преимущественно по отношению к России и притом отдельно древесное топливо от каменноугольного.
А) Древесный горючий материал. Заготовка дров и особенно древесного угля (или так называемые куренные работы) требуют специальных знаний и исполняются рабочими, которые в уставных грамотах названы горнозаводскими рабочими в отличие от тех, которые работают на фабриках и называются заводскими мастеровыми. Как велики должны быть лесные пространства, необходимые для безостановочного действия завода, работающего на растительном горючем материале, это видно из следующего расчета: средним числом на Урале можно положить на десятину леса около 25 куб. саж. дров, причем полный оборот считается в 60 лет [1].
Полагая при доменной плавке расход — пуд угля на пуд чугуна, и считая короб тагильский сметничного угля (короб Тагильских заводов = 6 куб. арш.) в 18 пуд., получается, что для выплавки 100 пуд. чугуна потребно 5,56 коробов; а так как при существующем способе углесжения из куб. саж. получается 2 ½ короба, то для выплавки 100 пуд. чугуна нужно 2,22 куб. саж. Если же этот чугун превратить в листовое и сортовое железо (что и практикуется на всех уральских заводах), то на этот передел потребуется еще почти 2 саж., так что для приготовления 70 пуд. железа потребно 41/8 куб. саж. дров, т. е. одною саженью выделывается всего только 17 пуд. сортового железа. А так как на десятине можно считать 25 куб. саж., то десятиною леса можно выделать 425 пуд. железа, или на приготовление 100000 пуд. железа потребно ежегодно 235 ½ десятин; при 60-летнем обороте рубки — это составит 13 тысяч десятин. На основании данных, собранных на Урале, должно считать, что приготовление такого количества железа займет по дровяной и угольной операции, разным перевозкам, фабричным работам и вспомогательным цехам более 100 рабочих, которым, по положению, должно быть отпущено 2 ½ куб. саж. дров на каждого, на что потребна ежегодно площадь в 100 дес., а в 60 лет 6000 дес.; итого для завода, выделывающего 100 тыс. пуд. железа, необходимо 19 тыс. дес. леса. Присчитывая затем часть площади на строевой лес, пруды, дороги, выгоны, строения и т. п., получаем полную цифру около 25 тыс. дес.; т. е. одною десятиною лесного пространства может выделываться всего только четыре пуда железа.
Что приведенный расчет не только не ниже, но даже выше действительности, видно из того, что Нижнетагильские заводы, ежегодно выделывающие около 1000000 пуд. железа, занимают площадь в 638000 дес., а это составит на дес. площади всего только 1,57 пуд. железа. По качеству своему дрова разделяются: а) на сухару, или сухоподстойные, т. е. высохшие на корню (как, напр., рубленые в площадях, где прошел лесной пожар); b) гужевые, т. е. доставленные сухим путем и с) водосплавные, которые при дальней гонке до того воденеют, что значительное количество их теряется и, кроме того, их должно потом держать более года на площади, прежде чем можно пустить в работу. Так как из металлургических операций даже пудлингование требует температуры выше 1000°, сырые же дрова (см. Горючие материалы) такой температуры не дают, то для печей, не имеющих генераторов (т. е. таких устройств, где горючий материал превращается в газы — см. Генераторные газы), дрова должны подвергаться особой сушке, которая делается в плотно сложенных и отапливаемых камерах; конец сушки узнается по малому количеству паров, выделяющихся из отводной трубы, и по особому запаху, напоминающему запах печеного хлеба. Гужевая перевозка на 25 верст становится уже настолько невыгодною, что с этого расстояния заготовка заводских дров не делается и лес идет на углесжение, древесный же уголь, особенно в горнах, дает температуры столь высокие, что они достаточны для плавки стали (около 1500°).
Выжигание угля для горных заводов почти исключительно делается в кучах и требует непременного соблюдения следующих условий: а) место, где ставится куча, не должно быть ни сыро, ни каменисто; b) не далеко от него должна быть мягкая рыхлая земля, с) должна быть поляна, на которой можно было бы резать пластины дерна; d) должна быть вода в достаточном количестве. Рубка дров начинается раннею весною и продолжается до начала страды (Петров день -29 июня), к этому времени весь лес, назначенный для углесжения, должен быть уже вырублен и в виде облысенных ёлтытей (полено длиною около 10 четвертей, не толще 5 вершков; облысить — снять кору с двух сторон) составлен для просушки в виде пирамид-скострен. Осенью приступают к кладке кучи; куча состоит обыкновенно из двух ярусов: плотно, стоймя поставленных ёлтытей и головы (чепец), в которой более мелкие поленья лежат горизонтально, образуя собою закругленный верх кучи. В середине кучи выкладывается труба, а в основании оставляются каналы, идущие от окружности кучи до трубы. Наружная поверхность кучи покрывается хвоею, обсыпается и уколачивается (или просеянною землею, или землею с угольным мусором) и затем покрывается дернинами. Обыкновенно кучи кладутся от 20 до 30 фт. диаметром и от 9 до 12 фт. высотою. Кучу всегда зажигают в середине, внизу у трубы. При правильном ходе работы покрышка садится вполне равномерно, и работа углежога состоит только в регулировании притока воздуха и наблюдении за покрышкой; но такая удача бывает редко; чаще или куча начинает стрелять, причем дерновая покрышка в какой-нибудь части кучи взрывом газов взбрасывается и из этого места с силою вырывается пламя, или куча начинает ямить, т. е. покрышка в некоторых местах вдруг сильно опускается и угрожает провалом. Неполадку последнего рода исправляют, делая кормление кучи, для чего снимают осевшую покрышку и в кучу забрасывают припасенные на подобный случай дрова, а затем закладывают это место свежим дерном; во всяком случае полученный при этом уголь будет мелкий и хуже, чем при нормальном ходе. Куча от 20 до 30 фт. диаметр. горит от 2 до 3 недель; поспевание угля узнают по тому, что осадка кучи прекращается и при протыкании покрышки из кучи выделяются едва заметные газы. Разломку кучи делают частями, причем уголь из кучи кладут кольцом вокруг нее; выгребенный уголь тотчас же забрасывают снегом или заливают водою; место, откуда взят был уголь, забрасывают землею, стараясь избегнуть притока воздуха в раскаленный уголь кучи, так как в противном случае произойдет большая его потеря. Ежели ток (утрамбованная земля с мусором, на которой кладется куча) сделан на сыром грунте, то нижняя часть ёлтытей всегда получается только полуобугленной: такой уголь наз. копытником. В среднем можно принять, что в кучах угля получается только 26% веса взятых дров (в Тагиле даже только 20%, так как вес 1/5 сажени дров 225/5 = 45 пд., а это и составляет 21/2 короба по 18 пд.). При вычислении по объему принимают 2 обмера: 1) отношение между объемами только плотной массы дров и угля, так наз. мерный объем, и 2) отношение объемов с промежутками между поленьями и кусками угля, или действительный объем; по первому выход доходит до 68,2%, а по второму — объем почти не изменяется = 93,5%.
В) Ископаемый горючий материал. Употребление ископаемого угля для домашней потребности в Англии было известно еще в 853 г. по Р. Хр., т. е. еще во времена начала английского королевства. Но разработка этого горючего материала началась только спустя 4 ст., именно в 1239 г., при Генрихе III, давшем гражданам Ньюкестля грамоту на разработку каменного угля. В XIV в. каменный уголь уже сделался предметом торговли и в значительном количестве начал вывозиться как в Лондон, так и на континент Европы. Он получил применение в кузницах вместо древесного угля и в других заводско-фабричных производствах, заменяя дрова. В 1611 г., т. е. 4 века спустя после начала разработки, была сделана Симоном Стюртвеном попытка применения угля к металлургии (привилегия, выданная королем Иаковом I). По-видимому, Стюртвен умел коксовать уголь и в таком виде предполагал заменить древесный уголь углем ископаемым. Но в скором времени привилегия эта была уничтожена и в 1613 г. передана Джону Ровенсону, из сочинения которого, «Treatise of metallica», видно, что металлургия ему обязана введением рафировочных горнов и отражательных печей. Затем временный успех имел Додлей, написавший в 1665 г. свое сочинение «Dud-Dudley’s metallum martis», или способ выделки железа на морском угле и плавления, очищения и перечищения металлов на том же горючем материале. Но все эти отдельные успехи имели характер случайности, и начало общего применения каменного угля к металлургии должно считать с половины прошлого столетия (1753 г.), после тех результатов, которые получил Авраам Дерби, применив его к обработке руд. Затруднения, встречавшиеся при применении ископаемого угля к металлургии, главнейше происходили от того, что свойства каменного угля не только в разных местностях, но даже в одной и той же копи, но на разных горизонтах, бывают различны, причем верхние пласты качеством своим хуже нижних (содержат много золы и от жара растрескиваются), а разработка на большой глубине до половины XVIII ст. была невозможна, так как первые чугунные трубы Ньюкомена и Смиттона начали отливаться только после установа вагранки (см. Вагранка), и только около того же времени Ватт и Больтон начали строить свои рудничные машины. — Кроме того, всегдашним спутником каменного угля является серный колчедан, сера которого вредно влияет на качество железа, делая его ломким при температуре красного каления. На практике каменный уголь идет для добычи чугуна преимущественно в виде кокса (см.), а он получается в плотном виде (около 60—70%) только из немногих углей, называемых металлургическими, или коксовыми (см. Каменный уголь). Коксование, подобно углесжению, производится или в кучах, или в печах; ныне оно ведется почти всегда на месте добычи угля, исключительно в печах, тем более, что плотность печного кокса на 1/3 более полученного в кучах и выход значительнее. В России превосходный металлургический, или коксующийся, каменный уголь особенно известен в юго-западных частях Донецкой области, в Богодуховских копях и в окрестностях, по Кальмиусу. Он и служит ныне в Донецком крае для важнейших крупных предприятий Юза и на всех екатеринославских заводах. Сверх того, чугун получается в Америке и у нас, у Пастухова на Донце, с помощью антрацита, а в некоторых местностях Шотландии — и на легких длиннопламенных и тощих углях, вовсе не способных давать кокса, однако поныне судьба всего железного производства более всего, особенно в добыче чугуна, связана с применением кокса и более 4/5 всего доставляемого ныне чугуна выплавляется на этом топливе [2].
Для других же металлургических процессов, особенно для сварочных печей и добычи стали, пригодны и другие виды топлива, если они превращаются в генераторный газ (см.), который до ныне еще не успели приложить к добыче чугуна [3].
Примечания
править- ↑ В северных частях Урала прирост считают гораздо меньшим, а указанный здесь относится к более благоприятным условиям Среднего Урала; вообще же прирост для всего Урала определяют никоим образом не свыше 1/3 куб. саж. дров пригодных на углесжение, что составит в 60 лет 20 куб. саж. — Д. Менделеев.
- ↑ Как польские, так и уральские каменные угли мало способны к коксованию. — Δ.
- ↑ Успешное применение генераторных газов и нефтяных остатков к получению железа и стали прямо из руд или хотя бы только к получению чугуна составляет задачу современной техники, могущую иметь большое экономическое значение, особенно ввиду того, что ныне все железное производство встало в полную зависимость от выплавки чугуна (см. Доменное производство), а он выгоднее всего получается на коксе в огромных доменных печах, действующих непрерывно и ежедневно дающих от 1 до 2 тыс. пуд. чугуна, через что все производство возможно только для крупных капиталов; открытие же выгодных способов плавки на газе или нефти, вероятно, дало бы возможность вновь существовать более мелкому производству. — Д. Менделеев.