Ты когда-нибудь бывал в кузнице? Нет? Я так и думала, а там очень интересно.
Гудит пламя в горне, тяжело бухает кувалда или звонко стучит молот.
Перед кузницей устроен навес на четырех столбах. К этим столбам крепко привязывают коня, и закопченный сильный молодец в кожаном фартуке выходит из кузницы с новой подковой. Сейчас лошадь «обуют» — заменят стертую или потерянную подкову, чтобы не стирались копыта на бегу.
Такую деревенскую кузницу видела я в детстве. Мы, ребята, немножко боялись играть возле нее. Очень уж серьезный дяденька был кузнец — насупленный, неразговорчивый. Настоящий «повелитель огня», как называли кузнецов в старину. Да и подручный его — молодой силач — выглядел суровым. А уж третий работник кузницы — «кузнецов мальчишка» — и вовсе не давал нам спуску.
Но привлекательного в кузнице было много. Сколько шума и грома! А мехи, которые раздувает мальчик! А кусок стали, что лежит в горне, розовый, яркий, сияющий!..
Когда кузнец вытащит его большими щипцами из огня и бросит на наковальню, а сам начнет бить по нему кувалдой, сколько искр брызжет кругом! А кусок стали все темнеет и темнеет. Это он остывает, жар из него уходит понемногу. Наконец он отправляется в чан с водой, и раздается громкое шипение.
В наше время таких кузниц уже мало. На заводах огромные слитки раскаленной стали поднимают подъемным краном. Наковальня, на которую их опускают, — целая платформа. А под страшным нажимом ковочного пресса глыба стали мнется, как кусок сливочного масла.
Но откуда берутся эти заготовки, эти слитки, маленькие у кузнеца, громадные на заводах? Как их получают?
Вот об этом-то нам и нужно сейчас поговорить.
В древности люди с интересом и уважением относились к железу. Сами выплавлять его из руды еще не умели, но заботливо подбирали те осколки железных метеоритов, что порой падали на землю. Этот с неба упавший кусок темного металла считался подарком богов.
Откуда мы это знаем, ты хочешь спросить? Сейчас отвечу.
Во-первых, при раскопках древних гробниц археологи находят иногда железные украшения. Это показывает, что железо было редкостью и очень ценилось. Ведь с мертвым царем или военачальником клали в гробницу его лучшие драгоценности.
А во-вторых, когда ученые исследовали эти царские украшения, то установили, что сделаны они из метеоритного железа. Как видишь, ошибки быть не может.
История говорит, что люди уже хорошо знали медь и бронзу, прежде чем научились получать железо из руды. И это не случайно. Ведь медь и бронза гораздо легче плавятся.
Мы достоверно не знаем, как научились получать железо. Ты помнишь легенду о первом литейщике? Верна или нет она, но, видно, так случайно и было открыто свойство железной руды превращаться в железо на сильном огне.
В сочинениях древнеримского ученого Плиния есть упоминание о железе, его качествах и способе обработки.
В нашей стране изделия из железа находили в курганах, насыпанных когда-то скифами в черноморских степях.
Первобытной печью для плавки железа была яма, обмазанная глиной и выложенная камнями. В нее накладывали железную руду и древесный уголь. Остатки таких печей сохранились во многих странах.
Но огонь в печи-яме горел плохо: ему не хватало воздуха, естественная тяга, которую создавал ветер, была недостаточна. Железо не расплавлялось, и руда в печи превращалась в губчатую массу. Зерна чистого железа в этой массе были окружены землистыми примесями — шлаком. Чтобы выгнать шлак и слить отдельные зерна железа в сплошной кусок, раскаленную железную «губку» вынимали из печи и били по ней тяжелыми молотами. Шлак отлетал, но это была тяжелая работа, и железо получалось все-таки не чистое.
Потом придумали горн — высокую печь. В нее подавали воздух через небольшое отверстие в самом низу — поддувало. Теперь огонь горел гораздо лучше и железо получалось чище.
Но людям требовалось все больше и больше железа, и размеры печей увеличивались. Большая печь требовала много воздуха. Ручные кожаные мехи, взятые из кузницы, уже не справлялись. Их стали делать деревянными, потом металлическими, в виде цилиндров с поршнями. А приводили их в движение уже не руками, а конным приводом или водяным колесом.
Все жарче и жарче пылал огонь в высоких печах. Все чище получалось железо. И наконец, когда стали строить горны высотой 3— 4 метра, железо начало расплавляться полностью, делаться жидким. Но это «жидкое железо» поначалу показалось людям никуда не годным. Дело в том, что чем выше печь, тем дольше в ней руда соприкасается с углем. Уголь освобождает железо от примесей — это хорошо. Но он, в свой черед, насыщает железо новой примесью — углеродом. И «жидкое железо», затвердев, становится хрупким.
Все железные изделия в то время изготовляли одним способом — ковкой. Другого не знали. И вдруг получилось железо, которое под молотом стало крошиться, разлеталось в куски! Нет, «жидкое железо» никуда не годилось. Это брак, отброс, вроде шлака.
Но что, если попробовать из «жидкого железа» делать отливки, как из меди или бронзы? Попробовали — получилось. Из этого металла, который мы теперь называем чугуном, стали делать пушечные «ядра» вместо прежних каменных. Начали и пушки из него отливать, потом чугунные плиты для печей вошли в обиход, а там и кухонная посуда.
Ты, верно, видел тяжелые черные сковороды. А может быть, и черные печные горшки. Их так и зовут чугунами.
Но долго еще не умели получать из чугуна сталь. А ведь это самый крепкий и самый прочный металл.
Ученые проделали такой опыт. Три одинаковых шарика из железа, чугуна и стали бросали с одинаковой высоты на металлическую плиту. И что же?
Хрупкий чугун раскалывался, мягкое железо сплющивалось. А сталь? Ей ничего не делалось, стальной шарик только подпрыгивал, как мячик.
Сталь известна людям очень давно. Но в старину она считалась большой ценностью. Огромные деньги платили за кинжалы и сабли из дамасской стали, за булатные ножи и мечи. Узнать способы их изготовления было нелегко. Старые мастера умели хранить свои секреты. А если и оставляли записи о своей работе, то такие, что следовать им было порою невозможно. Так, в одной старинной записи говорилось, что кинжал нужно нагревать, пока он не станет светить, как солнце в пустыне, а потом погрузить его в тело сильного раба и держать, пока металл не изменит цвет.
Как видишь, способ изготовления хороших клинков был откровенно бесчеловечным. Должно быть, оружейники рассуждали так: кинжал для того и делается, чтобы убивать людей, что же за беда, если при этом еще одного человека не станет! Впрочем, раба и за человека не считали, и его убийство было только очередной операцией при изготовлении кинжала.
Чем же отличается сталь от чугуна и железа? Оказалось, содержанием углерода. В чистом железе углерода нет совсем, в чугуне его слишком много, а в стали поменьше. И чем меньше углерода содержит сталь, тем она мягче, тем ближе к железу. А чем больше углерода, тем сталь тверже. Но зато чем сталь ближе к чугуну, тем хуже она гнется и скорее ломается.
Старинные мастера получали сталь из железа, сваренного в горне. В него нужно было добавлять углерод. Не для того ли раскаленный клинок «погружали в тело сильного раба»? Ведь живые ткани этого бедняги обугливались, и часть угля соединялась с металлом. Были, конечно, и менее кровожадные рецепты. Раскаленное на огне железо погружали в уголь, либо посыпали толченым рогом и вообще всякими веществами, содержащими углерод.
Сейчас сталь выплавляют из чугуна. Этот способ самый дешевый. Ведь чугуна получают очень много в доменных печах. Современные домны внешне очень мало напоминают своего отдаленного предка. Вспомни, что «высокая печь», в которой впервые был получен чугун, поднималась над землей всего на 3—4 метра, а сейчас строят домны ростом в 15—20-этажный дом. В сутки такая печь пожирает несколько товарных поездов руды, кокса — специально обработанного каменного угля, и флюсов — разных примесей. Флюсы добавляют для того, чтобы шлак в домне получался не густой, вязкий, тяжелый, а жидкий и легкий. Такой шлак плавает на поверхности расплавленного чугуна, его легко слить через особые отверстия.
Все эти материалы вместе называются шихтой. Шихту засыпают в домну не лопатой, как в старинную печь, а целыми железнодорожными вагонами. Есть такие специальные опрокидывающиеся вагоны — скипы. Их тянут на самый верх домны по наклонному мосту или поднимают подъемником.
И чугуна эта печь-великан дает не жалкую лужицу, а мощные потоки. Чугуном, полученным за одни только сутки, можно нагрузить длинный-предлинный поезд.
И только одним похожа гигантская домна на свою прапрабабушку, скромную «домницу»: сила огня в ней поддерживается тем же самым способом — дутьем. Кстати, и слово-то «домна» произошло от «дмать» — дуть. В старинной книге говорится: «Не огнь творит разжение железу, но надмение...», то есть дутье. А от слова «надмение» произошло и другое знакомое тебе слово: «надменный» — значит «надутый».
Конечно, в домну воздух подают не ручными мехами, сделанными из овечьей шкуры. Словно ураган ревут огромные воздуходувки. И воздух из них рвется с ураганной силой. Но можно ли этот ураган впустить прямо в домну? Не остудит ли он ее пылающее нутро? А если воздух сначала подогревать, сколько понадобится лишнего топлива?
Домна подогревает этот воздух сама. Для этого выходящие из нее сверху раскаленные газы направляют в специальные башни — кауперы. Сделаны они из огнеупорного кирпича. Когда кирпич хорошо прогреется, раскалится, доменный газ перекрывают и пускают его во второй каупер. А через первый, раскаленный, пускают воздух, идущий в домну. Он там согревается и входит в печь уже горячим. Поостынет первый каупер, в него опять впустят доменный газ, а воздух гонят через накалившийся второй. Так и «творится надмение» в современной домне.
Тебя интересует, как же все-таки получают сталь из чугуна? Способ нашли не сразу. Впервые решил эту важную задачу английский изобретатель Генри Бессемер.
Он не был инженером, но прошел очень хорошую школу, работая в литейной мастерской, знал и слесарное и токарное дело, умел производить отливки. Способный и сообразительный, Бессемер делал одно изобретение за другим. Но от сталеварения все это было очень далеко. То он придумывал способ тиснения по бархату, то конструировал железнодорожный тормоз, то машину для приготовления золотого порошка, то метод прессовки брикетов из бурого угля.
Сто тринадцать патентов получил Бессемер за свои изобретения, пока не заинтересовался материалом для артиллерийских орудий. Сталь была в то время чересчур дорога, чугун слишком непрочен. Нужен металл надежный и недорогой.
Бессемер начал свои опыты, работал с огромным упорством. И хоть не скоро, но добился удачи. Тот, кто умеет работать, полностью отдаваясь делу, непременно победит.
Расплавленный чугун Бессемер стал продувать воздухом, чтобы кислород, соединившись с углеродом, улетучился вместе с ним. В большой стальной сосуд, выложенный кирпичом, который сам изобретатель называл «конвертером», то есть преобразователем, а в газетах именовали «бессемеровской грушей», вдувался воздух через отверстие на дне. Затем в конвертер впускали расплавленный чугун. Он встречал там сильный ток воздуха, и углерод при этом выгорал.
Сначала изобретатель опасался, что воздух охладит расплавленный чугун, и был очень изумлен, когда увидел, что металл, наоборот, сильнее нагрелся. Дело в том, что в чугуне есть такие вещества, как марганец и кремний, а они, соединяясь с кислородом, выделяют тепло.
Бессемеровский способ изготовления стали сделал переворот в металлургии. На Лондонской выставке в 1862 году Бессемер показал множество изделий из своей стали, начиная от бритвы и кончая пушкой. А через десять лет французы братья Мартен предложили другой способ выплавки стали. Печь, которую они сконструировали, так и называется мартеновской, или мартеном.
Нижняя часть этой печи — под землей. У нее два отделения — регенератора. Устройством регенераторы похожи на кауперы. Они нагреваются горячими газами от горения печи. Затем газы вместе с нагретым воздухом выпускаются в верхнюю часть печи. Там идет плавка. Газы и воздух усиливают горение, а излишек углерода при этом выгорает.
Мартеновские печи стоят рядами в цехах наших металлургических комбинатов. По рельсам к ним подвозят чушки чугуна, железный лом и другие материалы. Может быть, и тобою собранный лом идет туда.
Большие штанги завалочных машин подают все это в печь. Потом те отверстия — «окна», через которые печь загружали, закрывают заслонками.
Началась плавка. В мартенах бушует пламя. Только через узкий глазок можно заглянуть в печь, и то надо надеть темные очки. Слепит глаза раскаленный металл.
Когда сталь готова, пробивают ломами огнеупорную замазку выпускного отверстия и огненный поток металла устремляется в ковш.
Значит, печи стоят рядами, плавка ведется, сталь выливается в ковши, сталевары работают, перевыполняют план и так сегодня, завтра, всегда?
Нет, это вовсе не так просто.
Сталь нам нужна разная: то мягче, то тверже, то нержавеющая, то с особой упругостью. Значит, и температура плавок все время меняется, и состав стали, так называемые присадки. Все время ищут металлурги, улучшают марки стали, пробуют, испытывают.
Еще в прошлом столетии, почти в одно время с Бессемером, ввел свой способ плавки русский инженер Обухов и получил великолепную сталь. Его стальные инструменты были прочнее английских, работали дольше.
Инженер Чернов, работая на Обуховском заводе и бывая на полигонах, где испытывались артиллерийские орудия, обратил внимание на то, что многие пушки разрывались при выстреле. Около двух лет изучал Чернов раскаленные стальные болванки и так испортил свое зрение, что уже не мог обходиться без очков. Но он создал целую науку о строении — структуре стали и разработал методы, как сделать эту структуру однородной, без пузырей и пустот внутри слитка.
И в наши дни множество металлургов трудится над тем, как улучшить качество металла, сделать его прочнее, дешевле. Меняется время, меняются требования, возникают новые задачи — их надо решать. В металлургии, как и в любом деле, не может быть успокоения, застоя.
Мы говорили о железе, чугуне и стали. А сколько существует цветных металлов! Медь, олово, свинец, вольфрам, молибден... Сколько самых различных сплавов создают из них металлурги!
И любым металлам, как мягким — свинцу и олову, так и самому тугоплавкому — вольфраму, нужен огонь.
Это он помогает нашей промышленности выпускать тысячи вещей: иголки, которыми шьют, и рельсы, по которым ходят поезда, перья для авторучек и паровозы, твои коньки и корабли, столовые ножи и каркасы зданий...
А главное — машины. Бесчисленное множество машин, создающих все, что нас окружает.

ОГЛАВЛЕНИЕ