Министерство образования РоссийскойФедерации
ВлГУ
Кафедра химии
Реферат по истории химии:
«Развитие металлургии в XIV– XVIIIвв.»
Выполнил: ст. гр. ХП – 200
РепинП.И.
Руководитель: Диденко С.В.
Владимир 2000 год
Введение
Черная металлургия – основа экономического и оборонного могуществагосударства. В наших планах, в том числе и на перспективу, развитию этойрешающей отрасли народного хозяйства отводиться должное место. Металлы являютсяверными друзьями и надежными помощниками человека. Современную жизнь без нихневозможно даже представить.
Тысячи летназад люди научились пользоваться металлами и добывать их из природныхсоединений. Почти три четверти менделеевской таблицы химических элементов, изкоторых построено все существующее во Вселенной, составляют металлы. Десятки изних широко применяются в технике и быту. Остальные с каждым годом все глубжевнедряются в практику. Еще большее распространение получили сплавы, состоящиеиз нескольких металлов и неметаллических элементов. Как правило, такиесплавы обладают свойствами,превосходящими свойства чистых металлов.
Большой путь прошла отечественнаяметаллургия. Это был путь труда и неутомимых исканий ученых – металлургов,инженеров, техников и рабочих. Труды русских ученых – металлургов явилисьдостойным вкладом как в науку, так и в практику металлургического производства.Именно в России впервые зародилась и от десятилетия к десятилетию успешноразвивалась наука о металле, сложилась прославленная школа ученых –металлургов, традиции которой передавались от одного поколения ученых кдругому.
Археологи утверждают, что человек научился получать железо снезапамятных времен. Применение метеоритного железа – первый шаг по пути отказаот бронзы. С этого начался переход от бронзового века к железному. Бронза, какизвестно, сохраняется в земле, точнее – в ее культурном слое, тысячелетия.Железо, напротив, довольно быстро возвращается в первозданное состояние –ржавление превращает его снова в своего рода руду, т.е. в соединения железа скислородом. Тогда почему же можно говорить о применении железа в незапамятныевремена? Основанием для этого служат остатки, говоря современным языком, металлургическогооборудования, которым пользовались наши предки, отходы древнего“металлургического производства” в виде шлака, неиспользованное сырье в видеугля и т.д. Производство железа на территории нашей страны было известно еще вдоисторические времена. Археологические раскопки древних поселений вцентральной части СССР, на Урале, Украине, в Белоруссии, Закавказье и в рядедругих районов показывают, что наши далекие предки уже 2,5 – 3 тысячелетия томуназад умели получать железо из руд и изготовлять из него оружие, орудия труда ипредметы домашнего обихода.
Конечно, уровень мастерства древнего сталеделателя поначалу был не оченьвысок, а костровая металлургия давала не железо, а, скорее, хрупкий чугун.Позже чугун стали нагревать в горне вместе с куском железной руды, чтопозволило превратить этот хрупкий чугун в ковкий металл – в сталь, вполнепригодную для изготовления нужных человеку предметов быта, орудий охоты, войны.Костровая металлургия сменилась горновой.
Многовеков существовал сыродутный способ получения железа. Железная руда нагреваласьв небольших горнах – ямах, вырытых в земле и выложенных обоженной глиной. Вдальнейшем появились и наземные печи – домницы. В качестве топливаиспользовался древесный уголь. При нагревании происходило восстановление железаиз его окислов с помощью углерода топлива. На дне горна образовывалась крица –раскаленный ком железа, по структуре напоминающий губку. Его проковывали подмолотом для уплотнения и выдавливания шлаков.
Производительность таких сыродутных горнов была незначительной. Весжелезного кома – крицы редко превышал 20 – 25 кг. Появление в середине XIVв. доменных печей открыловозможности для значительного увеличения выпуска металла. Демидовскаяметаллургия знала кричное железо, домницы, а потом домны, литейный чугун, прокатноепроизводство. В конце XVIIIв. англичане вырвались вперед: появилась тигельнаяплавка стали. Новая технология предусматривала ведение процесса под силикатнымшлаком, т.е. под битым бутылочным стеклом (мы сказали бы теперь, что это былкислый сталеплавательный агрегат).
Нужно было найти замену древесному углю: развитие металлургии привело всвое время к тому, что в Англии и Ирландии леса были практически уничтожены.Еще во времена Кромвеля здесь предпринимались попытки выплавлять доменный чугунсперва на каменном угле, которым богата Англия, а потом и на каменноугольномкоксе. В конечном счете двести лет тому назад была создана, как мы говоримтеперь, коксовая доменная металлургия. Появление доменной печи ибессемеровского конвертера, которым ознаменовалась новая эра в чернойметаллургии, одновременно означало и конец тысячелетней эпохи “чистой” стали иначало нового периода – “грязной” стали. Доменные печи существуют и сегодня, апоследние в нашей стране бессемеровские конвертеры Днепровскогометаллургического завода им. Дзержинского потушены – в 1983 г.! На их местопришли современные конвертеры с комбинированной продувкой – сверху и снизу.Древние металлурги действительно умели делать из булатной стали мечи,превосходные латы и кольчуги. Они “выжали” все, что можно было, из углеродистойстали, т.е. из сплавов железо – углерод. Но им и в мечтах не моглопредставиться, что сделает человек из железа, если он введет в него помимо (ато и вместо!) углерода различные легирующие примеси. Легирование железа открылоновую эру в металлургии, а значит, и в сфере потребления ее продукции.
Все эти удивительные изобретения были сделаны почти столетие назад. Онине утратили своего выдающегося значения в наши дни, не утратят и в обозримомбудущем.
Нам остается лишь преклоняться переддревними мастерами, отнюдь не владевшими теорией металлургических процессов, ноумевшими тысячу лет тому назад ковать мечи из непревзойденной и сегоднябулатной (дамасской) стали, готовить латы и шлемы, удивительной вязки стальныекольчуги. В XVI– XVIIвв. на Руси создаются первые железоделательные заводы. Они строятсявблизи старинных русских городов – Тулы, Каширы, Серпухова, в Новгородском краеи других районах страны. Уже к концу XVIIв. их суммарная производительностьдостигает 150 тыс. пудов. В начале XVIIIв. отечественная металлургияразвивается еще более быстрыми темпами. Это была славная эпоха Петра I, которой отлично понимал, что длярешения поставленных им задач – укрепить Русское государство, завоевать выходык морям, “прорубить окно в Европу” — потребуется немало металла, чтобыобеспечить сооружение кораблей и производство вооружения. Однако разведанныхрудных запасов и лесных ресурсов Центра России было явно недостаточно. Нужнобыло создать новую металлургическую базу страны. Ею явился Урал, с егобогатейшими запасами высококачественной железной руды и древесноугольноготоплива.
При Петре IУрал становится ведущимгорнометаллургическим районом России. Туда направляются специалисты с тульскихи других старых заводов; привлекаются опытные заграничные мастера. Один задругим на Урале возникают крупные по тому времени железоделательные заводы –Каменский, Невьянский, Уктусский, Алапаевский и др. Одновременно продолжаетсярасширение и строительство предприятий в центральной части страны, близ Москвы,Липецка, Воронежа, в северо – западных районах. Эти заводы впоследствии сыгралибольшую роль в материальном обеспечении русской армии и флота. Достаточносказать, что только один первенец уральской металлургии – Каменский завод с1702 по 1709 г. выпустил 854 артиллерийских орудия и свыше 27 тыс. пудовснарядов к ним. Они помогли русскому народу одержать победу в решающем сражениисо шведами под Полтавой.
В петровскую эпоху выдвинулось немалоталантливых людей, поставивших своей целью изучить природные богатства русскойземли, создать рудники, построить заводы, укрепить экономическое могуществоРодины.
Усилия металлургов петровской эпохи непропали даром. Выплавка чугуна и производство железа росли в первой четверти XVIIIв. стремительными темпами. По даннымакад. С.Г. Струмилина, металлургическая промышленность России произвела в 1725г. 1165 тыс. пудов чугуна, т.е. свыше 19 тыс. т. Производительность английскихзаводов не превышало в это время 17 тыс. т3. Таким образом, зачетверть века производство черных металлов в России увеличилось почти в восемьраз. В области черной металлургии наша страна вышла в то время на первое местов мире, оставив позади себя Англию, Францию, Германию и другие страны.
Русский металл отличался высокимкачеством. Это не удивительно. Ведь на Урале он выплавлялся из прекрасной руды– магнитного железняка, на чистом древесном угле, опытными металлургами. Вместес тем он приобретал все большую популярность на мировом рынке. В 1716 г. наиболееиндустриальная страна того времени – Англия ввезла первую партию русскогожелеза – 2200 пудов. 16 лет спустя эта цифра увеличилась почти в 100 раз, ачерез несколько десятилетий более трети применяемых в Англии черных металловимели клеймо русских заводов. Россия стала основным поставщиком металла дляАнглии, вступившей в это время на путь создания крупной машинной индустрии.“Без импортного железа, — указывает акад. С.Г. Струмилин, — промышленныйпереворот в Англии задержался бы, несомненно, на целые десятки лет”. Конечно,оживленный заграничный спрос на русское железо и расширение отечественнойпромышленности, прежде всего оружейной, стимулировали дальнейшее развитиерусской металлургии.
В результате увеличения производстваметаллов уже в первой половине XVIIIв. начали складываться предпосылки для разработкинаучных основ металлургии, вся препятствующая история которой начиная сглубокой древности не выходила за пределы эмпиризма. Она “была цепьюнепрерывных практических исканий новых способов получения металлов, передела ихи производства специальных сплавов”. Древние и средневековые мастера хорошознали приемы получения и обработки железа, передаваемые из поколения впоколение. Часто эти приемы и накопленный опыт были достоянием отдельных семейили небольших групп мастеров и хранились в тайне.
Все большая потребность в металлах,необходимость получать для изготовления различных изделий сплавы с разнымисвойствами заставили многих представителей науки XVIIIв., прежде всего физиков и химиков,заняться разработкой теоретических основ металлургических процессов,постараться выяснить зависимость свойств металла от его состава, методовполучения и характера обработки.
Зачинателем науки о металлах на Руси поправу считается наш великий соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов. Этобыл замечательный ученый, один из образованнейших людей своего времени, человекбольшого, многогранного таланта.
Он многое сделал для выяснения существагеологических процессов, для изыскания способов рациональной промышленной разработкиполезных ископаемых. Ломоносов впервые создал стройную, подлинно научную теориюметаллургического производства, сыгравшую огромную роль в развитиигорнозаводской промышленности.
Металлургическая техника России в концеXVIIIв. неуступала западноевропейской, а во многом даже превосходила ее. Уральскиедоменные печи, например, считались в то время крупнейшими в мире. Их высотадоходила до 13 м, т.е. была почти предельной для печи, работавшей на древесномугле. Наибольший диаметр такой печи (в распаре) составлял почти 4 м, а еенедельная выработка достигала 200 – 300 т. Такая высокая производительность посвидетельству видного немецкого историка металлургии Л.Бека, была недостижимойтогда для самых больших английских домен, работавших на коксе.
Размеры и производительность доменныхпечей того времени больше всего зависели от количества и давления воздуха,нагнетаемого в печи. Русские изобретатели XVIIIв. успешно работали надсовершенствованием воздуходувных устройств доменных печей. В 1743 г. крепостноймастер уральских заводчиков Демидовых Григорий Махотин предложил вдувать воздухв доменную печь не через одну, а через две фурмы. Это мероприятие улучшилоработу печи и ускорило процесс плавки.
Однако этого было мало. Крупныедоменные печи требовали большего давления вдуваемого в них воздуха. Эту задачууспешно решил выдающийся русский теплотехник и изобретатель Иван ИвановичПолзунов (1728 — 1766). В 1765 г., за три года до английского изобретателяСмитона, он сконструировал цилиндрическую воздуходувку, заменив еюмалопроизводительные меха ящичного типа. Ползунов предложил также оригинальнуюконструкцию воздушного аккумулятора, названного им “воздушным ларем”. Это былбольшой деревянный ящик, связанный трубами с несколькими воздуходувками,обеспечивающими печи воздухом. По другим трубам воздушное дутье подавалась вдомну. “Воздушный ларь”, подобно резиновой груше пульверизатора, обеспечивалравномерное и непрерывное поступление воздуха в печь.
Во второй половине XVIIIв. в России выдвинулось немало талантливыхорганизаторов и умелых руководителей горнозаводского дела, людей просвещенных,хорошо понимавших интересы и потребности развивающейся промышленности. Одним изних был Аникита Сергеевич Ярцов (1737 — 1819).
Аникита Ярцов известен и как историк горнозаводскогодела в России. В начале XIXв. он завершил работу над капитальным трудом“Российская горная история”.
Итак, XVIIIв. вошел в историю нашей Родины каквек большого подъема горнометаллургической промышленности. В XVIIIв. были заложены основы науки ометалле, созданы первые технические школы – начальные, средние и высшие – дляподготовки квалифицированных кадров горнозаводского дела.
Заключение
Как только неназывают наше время – космической эрой, веком кибернетики и автоматики, эпохойгенной инженерии и атомной техники…
Каждое изэтих определений верно, но не всеобъемлюще. Более точно звучит “железный век”.И на самом деле: без железа нет авиации и космонавтики, нет кибернетики иавтоматики, нет генной инженерии и атомной техники.
Железо – это основа всей современнойземной цивилизации. Нет сомнений, что в начале третьего тысячелетия нашей эры,железо останется основным конструкционным материалом, из которого строят машиныи механизмы, мосты и суда, приборы и инструменты.
Литература
1. А.С.Федоров. «Творцы науки о металле», М.: Наука, 1968. 224с.
2. Б.И.Медовар. «Металлургия вчера, сегодня и завтра», Киев наукова думка 1986 г. –132с.
3. С.Г.Струмилин «История черной металлургии в СССР», т. IМ.:, 1954, 184с.