Глава 5Индустриальная династия

Изобретать легко, трудно внедрять изобретения. 

 

Томас Эдисон

Ни одна звезда не загорится ярко до тех пор, пока не найдется тот, кто будет держать за ней черную тряпку. 

 

Уинстон Черчилль

,,

,,

1.Борьба литого металла со сварочным железом продолжалась около 30 лет. Несмотря на быстрое развитие бессемеровского и томасовского процессов, строительство пудлинговых печей продолжалось: в 1860 г. в Англии их было около 4 тыс., а через пятнадцать лет стало почти в два раза больше — 7,5 тыс. 

2.В 1870 г., когда истекал срок действия патента Бессемера, мировое производство литой стали не составляло одной десятой от количества полученного сварочного железа (673 против 6749 тыс. т). Но дни пудлинговой печи всё же были сочтены. Мировое производство сварочного железа в 1882 г. превысило 9 млн. т, чтобы никогда уже больше этой величины не достигнуть. Через пять лет, в 1887 г. впервые пудлингового железа было выработано меньше, чем литой стали (8 и 9,2 млн т).

3.Изделием, на изготовление которого пошла главная масса бессемеровского металла, стал рельс. За тридцатилетие с 1855 по 1885 г. протяженность европейской железнодорожной сети увеличилась больше чем в пять раз, с 34 до 195 тыс. км. Особенно бурно строительство железных дорог шло с 1870 по 1875 гг. Англия в этот период экспортировала почти по миллиону тонн рельсов в год, и доля бессемеровского металла в этом вывозе постоянно возрастала. 

4.По своим технологическим свойствам бессемеровский металл не всегда мог заменить собой сварочное железо, бессемерованием выгодно было получать сорта стали с высоким содержанием углерода. Решительный удар по производству сварочного железа был нанесен внедрением томасовского способа, которым легко получался мягкий, малоуглеродистый продукт. Металлофонд индустриальных держав быстро возрастал, но срок эксплуатации изделий даже самого лучшего качества быстро завершался и возникал вопрос: каким образом эффективно перерабатывать все увеличивающееся количество металлолома? Ни бессемеровский, ни томасовский процесс для переработки вторичного сырья не предназначались. Нужна была новая, универсальная технология.

Почему это актуально?

5.Уникальная семья Сименс (точнее, Зименс, поскольку фамилия эта немецкая) дала миру величайших учёных, изобретения которых значительно ускорили промышленное развитие человечества. Однако выдающийся вклад Сименсов в создание индустриальной цивилизации гораздо больше. Братья создали промышленную компанию, которая является примером успешного ведения бизнеса в течение более полутора веков. Пережив две войны и множество финансовых кризисов, компания занимается как производством бытовых товаров (в первую очередь — электрических и электронных), так и реализацией крупных проектов в энергетике и на транспорте. История семьи Сименс тесно связана с зарождением и развитием способа выплавки стали на поду пламенной печи, известного в ряде стран под названием мартеновского, а в других – сименс-мартеновского (в английском языке используется термин «open hearth furnace» (OHF) – дословно «печь с открытым подом»). «Металлургическая закалка» до сих пор остается эффективным способом воспитания выдающихся предпринимателей и бизнесменов, ученых и педагогов, писателей и журналистов — гениев индустриальной цивилизации.

Начало династии

6.Многодетный отец Кристиан Фердинанд Сименс, занимавшийся сельским хозяйством, арендовал усадьбу у барона фон Ленте. В семье было десять детей: восемь братьев и две сестры. Их обучением сначала занималась бабушка Дейхман, затем к детям стали приглашать домашних учителей, как это было принято в те времена, если семьи жили в отдаленных от города поместьях.

7.Дела Кристиана Сименса шли неплохо, в середине 1820-х годов семья переехала в графство Ратцебург (герцогство Шверин), где приобрела усадьбу Менцендорф. Гимназическое образование мальчики получали в знаменитом ганзейском городе Любеке, характерной чертой которого было широкое распространение ремесленных гильдий (система профессионального обучения и оценки подмастерьев была отменена в Германии только в 1869 г.).

8.В 1839 г. умерла мать Сименсов, Элеонора, а в следующем году и отец. Старшим в семье стал Вернер, к тому времени младший офицер артиллерии на прусской службе, живший в гарнизоне Магдебурга. Перед молодым человеком встала сложная задача – обеспечить пристойное существование и образование братьев и сестёр. Сделать это на офицерское жалование было невозможно, поэтому, пристроив детей по родственникам, Вернер взял под свою опеку самого младшего – Карла Вильгельма. Вернер организовал для него частные уроки математики, которые помогли юноше поступить в Политехническую школу Магдебурга, после её окончания Вильгельм стал студентом Геттингенского университета.

Уникальная семья Сименс (точнее, Зименс, поскольку фамилия эта немецкая) дала миру величайших учёных, изобретения которых значительно ускорили промышленное развитие человечества. 

«Монетизация» технических знаний

9.Вернер Сименс всеми силами старался «монетизировать» свои технические знания, занимаясь одновременно со службой изобретательством. Его внимание привлекало все, что было на тот момент актуально: химическое травление (анастатический метод), разработка прессов, усовершенствование паровой машины.

10.Одним из многочисленных увлечений молодого артиллерийского офицера была гальваностегия (технология осаждения тонкого слоя металла на поверхности изделий). В 1830-х годах Дэви, Фарадей и Якоби разработали теоретические основы электрохимии, которые позволили приступить к промышленной реализации новой технологии. Способ осаждения драгоценных металлов из растворов стал первым изобретением Венера Сименса, на которое он получил патент. Значительную часть опытов по электрозолочению Вернер проделал на гарнизонной гауптвахте, где он находился за участие в дуэли в качестве секунданта.

Первая английская экспедиция Вильгельма Сименса

11.В то время электрохимия только обосновывалась в промышленности, и людей, которым можно было бы продать полученный патент, было немного. Ждать развития прусской промышленности у братьев времени не было. Поэтому в марте 1843 г. двадцатилетний Вильгельм Сименс отправился в Великобританию – передовую промышленную державу мира. Позднее он писал об этой поездке: «Полученные многообещающие результаты настолько сильно возбудили во мне дух предпринимательства, что я, вырвавшись из плена обстоятельств, оказался в лондонском Ист-Энде, имея лишь несколько фунтов в кармане, без друзей, но с твёрдой уверенностью в конечном успехе дела».

12.После долгих поисков Вильгельм попал в Бирмингем к Джорджу Элкингтону (George Richards Elkington), который ещё в 1830 г. основал промышленное предприятие, где осуществлялось нанесение покрытий электрохимическим способом. Молодому человеку едва хватило английских слов, чтобы рассказать Элкингтону о цели своей поездки. Выслушав, тот посоветовал Вильгельму ехать обратно в Лондон и ознакомиться с принадлежащими ему патентами.

13.Изучив патенты Элкингтона, Вильгельм понял, что его претензии на лицензионные отчисления по патенту Вернера Сименса не имеют под собой основы, поскольку соответствующие права принадлежали Джорджу Элкингтону, в чём он честно признался ему по возвращении в Бирмингем. По мнению самого Сименса, именно эта откровенность расположила к нему компаньона Элкингтона – известного фабриканта и мецената сэра Иосию Мэйсона (Sir Josiah Mason). Было решено, что Сименс не будет отстаивать права на новизну изобретения, а вместо этого реализует процесс, описанный в нём, на заводе Мэйсона. Успешно справившись с задачей, Вильгельм заработал 1500 фунтов стерлингов – первую серьёзную сумму, с которой и возвратился в Магдебург, чувствуя себя «сродни Крёзу».

Британия навсегда

14.После возвращения Вильгельм поступил учеником на завод паровых машин для получения практических навыков, необходимых инженеру-механику. Здесь он занялся усовершенствованием регулятора для паровой машины на основе разработок, сделанных ранее его братом. Доведя изобретение до практического применения, Вильгельм в 1844 г. вновь отправился в Великобританию, чтобы остаться там навсегда. 

15.Великобритания стала для Карла Вильгельма Зименса второй родиной – 19 марта 1859 г. он получил британское подданство и стал Чарльзом Уильямом Сименсом. Позднее он говорил, что в этот день дал клятву верности двум дамам – Королеве и своей возлюбленной. 23 июля того же года он женился на Энн Гордон, дочери писателя Джозефа Гордона. Перед тем как перейти к описанию собственно главного изобретения Уильяма Сименса и его брата Фридриха, скажем несколько слов о судьбе остальных братьев и фирме Siemens.

Первые шаги всемирной корпорации

16.Вскоре после отъезда Вильгельма Вернер Сименс определился с основной сферой деятельности. «Я решил связать свою карьеру с телеграфией», – писал он в 1845 г. брату в Лондон. Совместно с талантливым механиком Иоганном Георгом Гальске Вернер создал фирму «Telegraphen-Bauanstalt Siemens & Halske» (Телеграфно-строительная фирма Сименса и Гальске), официально приступившую к работе 12 октября 1847 г.

17.Кроме изготовления телеграфного оборудования фирма занималась работами в области точной механики и оптики, созданием электромедицинских аппаратов, железнодорожной сигнализацией. Стартовый капитал кампании предоставил двоюродный брат Вернера, советник юстиции Иоганн Георг Сименс.

18.В 1848—1849 гг. фирма Siemens & Halske построила первую в Германии телеграфную линию Берлин – Франкфурт-на-Майне, затем были построены линии, связавшие Берлин с Кёльном, Гамбургом, Бреслау и Штеттином.

19.В 1849 г. Вильгельм Сименс открыл агентство молодой компании в Лондоне. В 1858 г. начала работать телеграфная фабрика в Финсбери, а затем, в 1863 г., фабрика по производству подводного телеграфного кабеля в Вулвиче.

20.Наиболее успешно компания действовала в России. С 1853 по 1885 г. Siemens & Halske построила свыше 10 тыс. км телеграфных линий от Финляндии до Крыма. Причем деятельность компании в России не ограничивалась применением электричества: при помощи «контрольного спиртоизмеряющего снаряда братьев Сименс и К°» производился акцизный учёт всего спирта, производимого в Российской империи.

21.Siemens & Halske строила телеграфные сети в Швеции, Османской империи, Австралии, Индоевропейскую телеграфную линия, связавшую Великобританию, Германию, Россию, Персию и Индию. В 1874 г. Сименсы сконструировали и построили специальное судно-кабелеукладчик «Фарадей», которое в том же году проложило трансатлантический телеграфный кабель, связавший Ирландию и США (5700 км). 

22.Одним из важнейших изобретений Вернера Сименса стала конструкция генератора постоянного тока с самовозбуждением (динамо-машина), открывшего век дешёвого электричества. Это изобретение было сделано в 1867 г. и способствовало серьёзному прорыву в развитии электротехники в мире. В 1879 г. посетители Берлинской Всемирной выставки смогли увидеть первую в мире электрическую железную дорогу. За последующие 20 лет фирма ввела во многих европейских столицах и в Пекине трамвайное сообщение, а Будапешт и Берлин оснастила первыми линиями метро.

23.Siemens & Halske стала первым в Германии производителем ламп накаливания (1881 г.). В 1880-х годахкомпания осуществила два знаковых проекта в России – установила систему освещения на Невском проспекте и в Зимнем дворце, которую Вернер Сименс назвал «величайшей и самой впечатляющей системой освещения в мире».

Залог успеха фирмы - квалификация сотрудников

24.В 1872 г. Вернер писал брату Уильяму: «В создании устойчивого рабочего класса я вижу задачу исключительной важности, которая будет находиться в прямой зависимости от возрастающего процесса разделения труда и замены ручного труда работой машин». Для решения этой задачи Вернер основал фонд выплат по нетрудоспособности (1849 г.), пенсионный фонд (1872 г.), фонд медицинского страхования (1908 г.).

25.Компания последовательно сокращала продолжительность рабочего дня сотрудников: в 1873 г. был введён 9-часовой рабочий день, в 1891 г. – 8,5-часовой рабочий день. Были созданы комбинаты питания (1886 г.), введено собственное медицинское обслуживание (1888 г.), открыта библиотека для рабочих (1906 г.). Сотрудники ценили социальные инициативы владельца, и при жизни Вернера Сименса на его предприятиях никогда не было демонстраций и стачек.

Вернер фон Сименс

26.Перечислять научные и общественные заслуги Вернера Сименса вряд ли имеет смысл – их длинный список можно найти довольно легко. Большинство из них относится к области электротехники, даже сам термин «электротехника» введён в обиход именно им (до этого использовали термин «прикладная теория электричества»).

27.В последние годы жизни Сименс диктовал свои воспоминания на вилле в Бад-Гарцбурге. «Моя жизнь была заполнена усилиями, которые почти всегда были успешными», – писал он. Через несколько дней после выхода в свет мемуаров, 6 декабря 1892 г., изобретатель умер. Вернер фон Сименс был дважды женат и имел двух сыновей, которые позднее стояли во главе фирмы.

Карл фон Сименс

28.Карл Генрих фон Сименс был главой российского отделения Siemens & Halske (основано в 1853 г. в Санкт- Петербурге). Вернер ценил его выше других братьев и писал в мемуарах: «Карла я считаю наиболее одарённым из всех нас. Он всегда надёжен, верен, добросовестен. Проницательный, всесторонне развитый ум сделал из него дельного коммерсанта». Именно Карл заключил контракт на создание русской телеграфной сети. В 1869 г. он переехал в Великобританию, где помогал брату Уильяму в руководстве Siemens Brothers. В 1880-х годах Карл возвратился в Россию, а после смерти в 1892 г. Вернера стал генеральным директором Siemens & Halske. С этого поста он ушёл в отставку в 1904 г. За службу России Николай II в 1895 г. пожаловал Карлу Сименсу дворянский титул.

Фридрих Сименс

29.Фридрих Сименс в 1848 г. отправился в Великобританию, где работал вместе с Уильямом. Именно ему принадлежит идея и первая конструкция регенеративной печи, которую они построили в 1856 г. и которая позднее перешла «в ведение» Уильяма. В 1867 г. Фридрих перестал заниматься развитием идеи выплавки стали в регенеративной печи и переехал в Германию, где руководил стекольным заводом в Дрездене, основанным Гансом Сименсом. Помимо постройки регенеративных печей для выплавки стекла Фридрих обогатил стекольное производство многими изобретениями, в том числе внедрил новый способ изготовления закалённого стекла. 

30.Кроме того, он основал заводы в Дрездене, Вене и Берлине для производства аппаратов газового освещения и отопления собственной конструкции, а также технические бюро в Дрездене, Лондоне, Вене, Париже и Филадельфии для эксплуатации своих многочисленных изобретений. Фридрих Сименс успешно совмещал практическую деятельность с научной, в частности, ему принадлежит ряд исследований по теории сжигания, передаче теплоты и диссоциации.

Возрождение теплоты как цель жизни

31.В 1846 г. Вильгельм Сименс занялся направлением, которое привело к созданию новых металлургических печей. В это время рядом учёных, в первую очередь Джоулем, была сформулирована теория «механического эквивалента теплоты», и Сименс активно занялся её практической реализацией. Основной его разработкой стал регенератор, позволяющий более полно использовать тепло в паровой машине, снижая расход угля.

32.Регенератор (первоначально он назывался «респиратор») для паровой машины представлял собой клубок металлической проволоки, которая нагревалась отходящими газами паровой машины, а затем отдавала «регенерированное» (возрождённое) тепло. Экономические выкладки показывали, что таким образом можно экономить миллионы фунтов стерлингов в год.

33.Разработкой парового двигателя новой конструкции Вильгельм занимался более 10 лет. Его двигатель был признан выдающимся техническим изобретением, был наглядным подтверждением механической теории теплоты, действительно позволял экономить топливо, но практического распространения не получил. Проблема была в сложности конструкции и быстром износе деталей, что поставило крест на внедрении двигателя. Однако это изобретение не было бесполезным – учёный убедился в правильности теории и стал искать другие области её применения.

Регенератор

34.В 1848 г. к Вильгельму присоединился Фридрих. Именно он предложил применить на практике принцип регенерации более простым способом – для экономии топлива в печах. Братья проводили опыты в небольшой лабораторной печи в лондонском районе Скотланд-Ярд. Выяснилось, что регенеративная печь не только экономит топливо, но и позволяет получать существенно более высокую температуру. Результатом многолетних исследований стал патент, полученный в 1856 г. на имя Фридриха Сименса. Патент носил название «Улучшения устройства печи, каковые применимы во всех случаях, когда потребен сильный жар». 

35.Конструкция, предложенная в патенте, предполагала пропускание продуктов сгорания через камеру, заполненную огнеупорными материалами таким образом, чтобы их площадь была максимальной, но не мешала проходу газов. Затем с помощью специального клапана направление движения газов менялось, и через камеру пропускался воздух или газообразное топливо, которые нагревались от огнеупорной кладки. Таким образом, часть тепла отходящих газов «регенерировалась» (возрождалась), возвращаясь обратно в агрегат.

36.В 1857 г. Сименсы приступили к постройке промышленных печей на заводах Мариотта и Аткинсона (Marriott and Atkinson) в Шеффилде и Ллойда и Фостера (Lloyd, Fosters and Co.) в Веднсбери (Wednesbury). Были сооружены печи для выплавки стали и для нагрева заготовок перед ковкой или прокаткой. В области экономии топлива результаты даже превзошли ожидания, однако возникли проблемы с огнеупорными материалами, которые не выдерживали температур, развиваемых новой печью. 

37.24 июня 1857 г. Уильям выступил с докладом на заседании Института инженеров-механиков (Institution of Mechanical Engineers). Принцип регенерации тепла сразу же вызвал большой интерес у металлургов. В том же 1857 г. Эдуард Каупер (Edward Alfred Cowper) при активной поддержке Уильяма Сименса запатентовал регенеративный доменный воздухонагреватель, в котором отходящие газы доменной печи нагревали подаваемое в неё воздушное дутьё. Впоследствии, в 1881 г. регенератор позволил Густаву Хоффману построить печь для коксования с улавливанием попутных химических продуктов.

Газогенераторы для «самопожирающих» печей 

38.Следующие пять лет Уильям и Фридрих посвятили совершенствованию конструкции регенеративной печи и адаптации её к различным областям применения. Для этой цели были построены несколько небольших печей различного назначения. Хорошие результаты были получены при эксплуатации регенеративных печей для подогрева стальных заготовок перед прокаткой или ковкой. Однако при попытке применять регенераторы на пудлинговых печах изобретатели столкнулись с трудностями. Вновь обретённая сила требовала умения в обращении с нею – неоднократно экспериментальные печи «пожирали себя», не выдерживая достигнутой температуры.

39.Проведённые эксперименты показали, что перспективным способом применения принципа регенерации на крупных печах является использование газообразного топлива. Для его получения была разработана конструкция газогенераторов, в которых твёрдое топливо — бурый и каменный уголь, торф и дрова — газифицировались и превращались в горючий газ, основным компонентом которого являлся монооксид углерода (СО). Газогенераторы на долгие годы стали неотъемлемой частью регенеративной печи, при этом конструкции их существенно различались и определялись свойствами используемого топлива.

40.Применение газогенераторов дало возможность утилизировать горючие отходы, не находившие до этого применения (например, угольный шлам), и исключило загрязнение продукта плавки примесями топлива. Это обстоятельство способствовало распространению регенеративных печей в стекольной промышленности.На использование в регенеративной печи газа из газогенераторов Уильям и Фридрих получили патент от 22 января 1861 г.

24 июня 1857 г. Уильям Сименс выступил с докладом на заседании Института инженеров-механиков (Institution of Mechanical Engineers). Принцип регенерации тепла сразу же вызвал большой интерес у металлургов.

«Король чистого эксперимента»

41.Принцип регенерации тепла был универсален — он позволял проектировать печи для любых отраслей промышленности. Не менее чем металлургия в высокотемпературных печах нуждалось стекольное производство. Особенно успешным оказалось применение регенеративных печей на стекольном заводе известного предпринимателя Ченса (Chance), производившего линзы для маяков. В марте 1862 г. этот завод посетил «король чистого эксперимента» — Майкл Фарадей. Сразу после поездки Фарадей написал Уильяму письмо, в котором выражал восхищение и просил предоставить материалы для доклада на заседании Британского Королевского Института. Сименс с радостью принял это предложение. Позднее он называл два дня, проведённые в компании Фарадея, «счастливейшими в его жизни».

42.Фарадей особо отметил легкость, с которой можно было регулировать температуру в рабочем пространстве печи. Высоко отзывался о печи Сименсов и сэр Генри Бессемер, который в 1880 г. описал её как «красивое» и «философское» изобретение.

43.В том же 1862 г. регенеративная печь получила золотую медаль на Всемирной выставке. Это окончательно способствовало её успеху: до конца 1862 г. в Европе было простроено около 100 таких печей для различных целей. 

Путь в металлургию

44.Первую попытку применить принцип регенерации в металлургии Фридрих и Уильям Сименсы предприняли в 1857 г. На металлургическом заводе Раштона и Экерсли (Rushton and Eckersley) в Болтоне в графстве Ланкашир была построена пудлинговая регенеративная печь. Результаты её работы оказались неудовлетворительными.

45.Изобретатели не оставляли попыток применить регенеративный нагрев при пудлинговании: в 1863 г. они включили four a puddler (франц. «пудлинговая печь») в контракт с Мартенами, а в 1864 г. предложили Mersey Steel and Iron Company построить пудлинговую печь за свой счёт. Руководство завода Мёрси приняло предложение, но успеха вновь достичь не удалось.

46.Уильям Сименс вернулся к экспериментам в Болтоне. Полученные результаты он опубликовал в 1868 г. в статье, которая вызвала большой интерес. Тем не менее, обзор технологии регенеративного пудлингования, проведённый Институтом Чугуна и Стали в 1871 г. показал, что хотя оно и применялось на ряде заводов, но широкого распространения не получило.

Литая сталь Реомюра и Ухациуса

47.Главным направлением использования регенеративной печи, оказавшим существенное влияние на развитие цивилизации, стало получение литой стали.

48.Отметим, что Сименсы, как и Мартены (о которых речь пойдет дальше), не были изобретателями нового способа выплавки литой стали. К моменту создания регенеративной печи европейским металлургам было известно два таких способа. Первый заключался в сплавлении чугуна и железа (железо «разбавляет» углерод чугуна, и получается сталь), второй предполагал добавку к жидкому чугуну железной руды (оксиды железа руды восстанавливаются до металлического железа углеродом чугуна, концентрация углерода уменьшается и получается сталь).

49.Первый способ был всесторонне исследован и подробно описан в 1722 г. Рене-Антуаном де Реомюром. На практике его осуществил британский металлург Иосия Хит. В 1845 г. Хит взял патент на способ получения литой стали путём «растворения» железа в чугуне в отражательной печи (схожей по конструкции с пудлинговой печью). Поскольку обычная отражательная печь не позволяла достичь температуры, необходимой для плавления железа, внедрить технологию Хита в промышленном масштабе не удалось. Позднее патенты на способы получения стали в отражательной печи брали Джон Стирлинг (John Stirling) в 1854 г. и Генри Бессемер в 1855 г.

50.Наиболее масштабные эксперименты в этой области были проведены в 1850-х годах во Франции Сюдром (Sudre) при активной поддержке правительства Наполеона III. Сюдру удалось поднять температуру в печи путём принудительной подачи воздуха с помощью вентилятора, однако до практического применения этот способ довести не удалось.

51.Литая сталь, получаемая вторым способом, была известна в Европе как «рудная сталь Ухациуса». Технологию её получения в тигле разработал и представил на Всемирной выставке 1855 г. в Париже австрийский капитан артиллерии барон Франц фон Ухациус (Uchatius) (позднее он дослужился до генеральского чина и должности коменданта пушечного завода при венском Арсенале). Однако для получения тигельной стали по технологии Ухациуса требовались чистые по примесям чугун и руда, поэтому применение этого способа было ограниченным.

Безуспешные попытки

52.Таким образом, задачей Сименсов было осуществление уже известных способов производства литой стали «на поду», т.е. в ванне отражательной печи, снабжённой регенераторами, позволяющими достичь температуры плавления стали.

53.Первые опыты по выплавке стали в новой печи, проведённые Уильямом и Фридрихом, показали принципиальную возможность практического осуществления этого способа. Об этом братья упомянули в патенте 1861 г., они указывали, что регенеративная печь «может быть использована для переплава чугуна с получением стали или для обжига медных или иных руд». Однако при попытке осуществить эту идею Сименсы столкнулись с серьёзными практическими трудностями, самой главной из которых была низкая стойкость огнеупорных материалов.

54.В 1862 г. Уильям Сименс спроектировал печь для завода Тюдо (Tudhoe) близ Дарема (Durham). В этой печи пытались получить сталь, сплавляя ковкое пудлинговое железо и марганцовистый чугун (шпигель), однако результаты оказались неудовлетворительными, и владелец завода принял решение использовать печь для производства стали в тиглях. 

55.Предпринимались попытки выплавить сталь в регенеративной печи и на других заводах, однако все они закончились неудачно из-за дефектов конструкции печи и недостатка «энтузиазма» со стороны владельцев предприятий. Они предпочитали с успехом использовать новые печи для производства тигельной стали. В этом случае применялась классическая технология производства стали в тиглях, то есть сталь не выплавлялась из чугуна, а переплавлялась уже готовая сталь, полученная в процессе цементации железа. Тигли помещали в регенеративную печь Сименсов, которая обеспечивала быстрый нагрев до необходимой температуры, существенно сокращая расход топлива по сравнению с обычными печами. 

Луи Ле Шателье

56.Очередная попытка внедрения регенеративной печи была предпринята во Франции в 1863 г. Новый процесс вызвал большой интерес друга Уильяма Сименса, выдающегося французского металлурга Луи Ле Шателье (Louis Le Châtelier), отца известного всем со школьной скамьи химика и физика Анри Луи Ле Шателье (Henri Louis Le Châtelier).

57.Ле Шателье имел непосредственное отношение к становлению алюминиевой промышленности и железнодорожного транспорта Франции. За свою многолетнюю плодотворную деятельность на посту главного горного инспектора он удостоился чести попасть в список из 72 учёных и инженеров, чьи имена увековечены в металле на первом уровне Эйфелевой башни (в этот список, в частности, входят Даламбер, Коши, Бреге, Клапейрон, Карно, Фуко, Гей-Люссак, Шнайдер, Кориолис).

58.Ле Шателье серьёзно изучал возможности производства литой стали. Однако у него не было главного компонента, позволявшего разработать соответствующую технологию – печи, которая обеспечивала бы необходимую для плавки стали температуру. Именно за ней он и обратился к Сименсу.

Первые опыты по выплавке стали в новой печи, проведённые Уильямом и Фридрихом, показали принципиальную возможность практического осуществления этого способа.  Об этом братья упомянули в патенте 1861 г., они указывали, что регенеративная печь «может быть использована для переплава чугуна с получением стали или для обжига медных или иных руд». 

59.Уильям Сименс предоставил лицензию «Обществу Буаг и Рамбур» (Société Boigues Rambourg) и организовал постройку регенеративной печи в Монлюсоне (Montluçon). На этой печи под руководством Ле Шателье была проведена серия экспериментов. При использовании футеровки из кварцита удалось получить сталь высокого качества. Однако, из-за того, что управление процессом было несовершенным, температура в рабочем пространстве возросла настолько, что свод печи расплавился. Эта неудача вызвала разочарование владельцев завода, которые сделали выбор в пользу технологии Бессемера, и эксперименты были прекращены.

60.Именно в этот момент на сцене появились отец и сын Мартены. Дело в том, что они имели непосредственное отношение к Société Boigues Rambourg.

«Буаг и Рамбур»

61.Компания «Буаг и Рамбур» сыграла важную роль в индустриализации Франции. Её основали в 1816 г. сыновья парижского «металлотрейдера» – Луи и Гийом Буаг (Louis et Guillaume Boigues). Первые заводы компании по производству листового железа, белой жести, олова и бронзы были построены в долине реки Обуа — притока Луары, неподалёку от города Невер (Nevers).

62.В 1819 г. компаньоном братьев Буаг стали Жорж Дюфо, получивший прекрасное образование в «кузнице инженерных кадров» – парижской Политехнической школе, основанной в 1794 г. Гаспаром Монжем и Лазаром Карно. «Производственную практику» Дюфо прошел в Уэльсе на самом большом металлургическом заводе Мира начала XIX в. Владельцем завода Сайфарта (Cyfarthfa) было семейство Кроушай (Crawshay), которое современники называли «железными жоролями Уэльса». В 1818 г. дочь Дюфо Луиза вышла замуж за Джорджа Кроушай, внука основателя династии Ричарда Кроушай.

63.По инициативе Дюфо в 1821 г. на берегу Луары в местечке Форшамбо (Fourchambault), в восьми км от Невера, было начато строительство нового металлургического завода. Первая продукция была выпущена в конце 1822 г.

64.При строительстве завода Жорж Дюфо с помощью своих британских связей реализовал передовые на тот момент металлургические технологии, а также привлёк из Англии и Уэльса специалистов, которые обучили местных работников. Это был первый крупный завод «английского» типа во Франции, его годовое производство достигало 6 тыс. т железа, а количество рабочих составляло 4 тыс. чел. Благодаря такому «градообразующему предприятию» в 1855 г. Форшамбо получил статус города.

65.В 1853 г. фирма «Буаг» осуществила слияние с компанией братьев Рамбур, которая владела угольными шахтами в Комантри. В состав объединённой фирмы «Общество Буаг и Рамбур» вошел и металлургический завод в Монлюсоне.

Форшамбо

66.Завод в Форшамбо стал одной из главных производственных площадок индустриализации Франции времён Второй империи. Основной его продукцией были рельсы, вооружение и металл для строительства мостов. Завод обеспечивал строительство железнодорожных веток Париж – Сен-Жермен-ан-Ле (Saint-Germain-en-Laye) и Париж – Орлеан, позднее на нём были изготовлены некоторые элементы конструкции Эйфелевой башни.

67.Компания семьи Буаг имела тесные связи с другой знаменитой французской металлургической компанией «Шнайдер-Крёзó». Завод в Ле Крёзо (Le Creusot) стал родиной: первого французского локомотива (1838 г.), первого французского парохода (1839 г.), знаменитой 75-мм гаубицы Шнайдера, броневых плит из никелевой стали, первого французского танка.

68.Компания, которая тогда называлась «Общество братьев Шнайдер» (Société Schneider Frères & Cie), была основана в 1836 г., когда братья Адольф и Эжен Шнайдеры (Adolphe et Eugène Schneider) купили обанкротившийся металлургический завод в Ле Крёзо. А помог им в этом Луи Буаг, на падчерице которого был женат Адольф. В 1838 г. Луи Буаг умирает, а Жорж Дюфо отходит от руководства заводом (оставшись в компании в качестве инженера-консультанта до самой смерти в 1852 г.). Во главе завода встают сын Дефо Ахилл (Achille Dufaud) и зять Эмиль Мартен.

Эмиль Мартен

69.Эмиль Мартен (Émile François Marie Martin) родился в 1894 г. в Суассоне (Soissons). Он получил образование в Политехнической школе и артиллерийском училище в Меце. В 1820 г. Эмиль Мартен женился на Констанции Дюфо (Constance Dufaud) и попал на завод в Форшамбо.

70.Инженерная деятельность была в семье Мартенов потомственным занятием: отец Эмиля, Пьер-Доминик (Pierre-Dominique Martin), родившийся в 1871 г. в Тулузе, был известным инженером, занимавшимся дорожным строительством. Он принимал участие в Египетской экспедиции Наполеона I, в 1831 г. спроектировал 200-метровый подвесной мост через реку Гаронна.

71.В 1824 г. Эмиль Мартен, используя родственные связи, организует фирму «Эмиль Мартен и К°», базирующуюся в Форшамбо и занимающуюся отливкой изделий из чугуна и меди. Профессиональная и общественная деятельность Эмиля Мартена была весьма плодотворной, в 1846 г. он стал офицером Почётного легиона, а в 1848 г. был избран депутатом от Невера. Эмиль Мартен умер в Форшамбо 31 июля 1871 г. в возрасте 77 лет.

Печь Сименсов, технология Мартенов

72.В 1854 г. Эмиль Мартен решил начать своё собственное дело и купил завод в городке Сирёй (Sireuil) неподалёку от Ангулема (900 жителей, из которых 150 работали на заводе). Руководителем завода он назначил своего сына Пьера (Pierre Blaise Emile Martin), родившегося в 1824 г. Пьер был опытным металлургом – в юности он учился в Парижской Горной школе (École des Mines de Paris), а с 1844 г. работал в Форшамбо.

73.26 марта 1863 г. Уильям Сименс написал письмо Эмилю Мартену, в котором, ссылаясь на состоявшийся ранее разговор, привел примерные затраты на строительство пудлинговой, сварочной и сталеплавильной печи и предложил услуги своих инженеров. В результате проведённых переговоров Сименс предоставил Эмилю и Пьеру Мартенам лицензию на производство стали в тиглях и на поду, а в 1864 г. по его проекту в Сирёе была построена печь. Печь эта строилась как сварочная, однако проект предполагал возможность её переоборудования в сталеплавильную, поэтому футеровка была выполнена из динасового кирпича.

74.В этой печи уже 8 апреля 1864 г. Мартены получили годную литую сталь. Опытные предприниматели защитили разработанную технологию патентами. Первый из них был получен уже 10 апреля (приоритет в Англии - 15 августа 1864 г.). В следующем, более зрелом патенте от 28 июля 1865 г. способ выплавки литой стали в регенеративной печи описывался следующим образом: «в ванну расплавленного на поду регенеративной печи чугуна загружаются холодные или нагретые куски железа — лом, обрезки, стружка и при длительном нагреве ванны до высокой температуры получается сталь». Патент от 23 марта 1866 г. излагал тот же способ применительно к переработке отходов бессемеровского производства в виде скрапа. 25 июля 1867 г. Пьер Мартен взял патент на применение зеркального чугуна для раскисления и науглероживания металла.

Почему же именно Мартенам удалось достичь успеха первыми? По всей видимости, обстоятельства сложились таким образом, что их безусловный профессионализм был дополнен счастливой случайностью, что в итоге привело к положительному результату.

75.Отработав технологию, Мартены наладили производство литой стали в промышленном масштабе. На заводе Сирёй работали три печи ёмкостью от двух до трёх тонн. Из выплавляемой стали производили листы, бандажи для паровозов, рессорные и инструментальные заготовки, ружейные стволы, лафеты и фасонные отливки.

Секреты Мартенов

76.Почему же именно Мартенам удалось достичь успеха первыми? По всей видимости, обстоятельства сложились таким образом, что их безусловный профессионализм был дополнен счастливой случайностью, что в итоге привело к положительному результату. Попробуем разобраться в этом непростом вопросе.

77.Главную проблему представляли огнеупорные материалы. Сименсы строили печи из динасовых кирпичей, которые издавна использовались при сооружении стекольных печей и отлично себя зарекомендовали. Кирпичи получали прессованием и обжигом из специальной молотой глины (ганистера). Ванна печи формовалась (набивалась) из влажного кварцевого песка, а затем обжигалась (по аналогии с пудлинговой печью). И здесь Мартенам повезло — песок, залежи которого имелись недалеко от Сирёя, был не чистым кварцитом, он имел в своём составе примеси, которые позволяли ему хорошо спекаться, что обеспечило высокую стойкость ванны. Поскольку роль примесей была установлена позднее, когда процесс уже получил распространение, то эта удача значительно упростила работу Мартенов и позволила им сконцентрироваться собственно на разработке технологии плавки.

78.В решении технологических проблем Мартенам помог большой опыт производства тигельной стали. Дело в том, что первые разработчики технологии выплавки стали в регенеративной печи, в том числе и Мартены, рассматривали её как своего рода большой тигель. То есть на первых порах речь не шла об удалении из чугуна примесей путём их окисления (фришевание), а только о том, чтобы обеспечить сплавление чугуна и железа с получением стали.

79.Поэтому технология поначалу выглядела следующим образом: в подготовленную печь помещали необходимое количество чугуна. После его расплавления в ванну загружали несколько пакетов железного скрапа, предварительно нагретого в другой печи, или пудлинговые крицы. После расплавления железа — непродолжительное кипение металла в ванне. Поскольку фришевание из-за непродолжительности кипения практически не проводилось, основной продукцией первых мартеновских печей была рельсовая и инструментальная сталь с высоким содержанием углерода.

В советской историографии широкое распространение получила версия, согласно которой талантливый конструктор Пьер Мартен  разработал способ выплавки стали, в чём ему способствовал Уильям Сименс. Гениальная разработка позволила обогатиться многим «акулам капитализма», но они, проявив чёрную неблагодарность, не стали делиться прибылью.

«Варка стали»

80.Необходимо отметить, что основным источником кислорода, окисляющего примеси металла, в мартеновской плавке является печной газ, поступающий в рабочее пространство печи в результате горения топлива в факеле. В случае использования скрапа (стального или железного лома) окислителем также служат ржавчина и окалина, а в случае пудлинговой крицы – пропитывающий её железистый шлак. Именно «кипение» металла, в ходе которого углерод удаляется из него в составе пузырей монооксида углерода (СО), дало название процессу выплавки металла в мартеновской печи — «варка стали».

81.Поскольку процесс обезуглероживания носит окислительный характер, в металле всегда присутствует растворённый монооксид железа (FeO), который необходимо восстановить до железа – раскислить сталь. Производители тигельной стали в то время ещё не знали, что проблема заключается в этом растворённом кислороде, но опытным путём установили, что выдержка готовой стали под слоем шлака (который защищал металл от контакта с воздухом) в течение 30—45 минут значительно улучшает свойства металла (ноу-хау Бенджамена Хантсмена).

82.Ещё лучшие результаты получались при добавлении в тигель марганца (предложение Мюшета). Именно эта особенность технологии, по мнению известного специалиста по мартеновской плавке Владимира Ефимовича Грум-Гржимайло, обеспечила успех Мартенам. Выплавив сталь, они вводили в печь шлакообразующие добавки и оставляли плавку на полчаса или больше, после чего металл выпускали из печи и разливали в изложницы.

83.Уже в середине 1864 г. Мартены производили сталь в регенеративной печи Сименса и продолжали дорабатывать технологию. Уильям Сименс узнал об удаче Мартенов только через год. В 1866—1868 гг. Уильям Сименс заключил с Мартенами ряд соглашений, которые разграничивали их патентные права и сферы деятельности. В дальнейшем Мартены с успехом производили сталь на своём заводе, но получить доход от распространения способа им не удалось.

Политическое мифотворчество

84.В советской историографии широкое распространение получила версия, согласно которой талантливый конструктор Пьер Мартен  разработал способ выплавки стали, в чём ему способствовал Уильям Сименс. Гениальная разработка позволила обогатиться многим «акулам капитализма», но они, проявив чёрную неблагодарность, не стали делиться прибылью, в результате чего автор потратил всё своё состояние на патентные разбирательства и провёл остаток жизни практически в нищете (те, кто придерживался фактов, конкретизировали – «в своём особняке»). Только в последние годы жизни изобретателя о нём вспомнили и воздали должное.

85.Однако такая трактовка является, мягко говоря, некорректной. Разберём ситуацию с патентными правами Мартенов. Они сразу же были оспорены. Помимо рассмотрения в Великобритании, Франции и Германии, дело о правах Мартена разбиралось Металлургической и Горной Ассоциацией Штирии и Каринтии (Австрия), что с высокой степенью вероятности позволяет исключить лоббирование национальных интересов. В ходе обсуждения профессор Леобенской Горной академии (Bergakademie Leoben) Франц Купельвизер отметил, что идея выплавки стали «на поду», т.е. в открытой ванне металлургической печи, не принадлежит ни одной из сторон. В качестве обоснования своей позиции он ссылался на книгу Ассенфратца (Hassenfratz) «Производство железа» (Siderotechnik), изданную в 1812 г. В ней есть упоминание о том, что на английских заводах уже в то время применялось сплавление чугуна с ковким железом в отражательной печи с получением литой стали.

86.Таким образом, сам процесс не был новым, другое дело, что без применения регенераторов Сименса он не мог быть эффективно осуществлён из-за недостаточно высокой температуры в печи. На основании этих соображений Купельвизер и профессор фон Шпрунг (von Sprung), директор завода в Донавице (Donawitz), придерживались мнения, что на территории Австрии нет необходимости платить лицензионные отчисления за использование так называемого мартеновского процесса. Эту позицию поддержал председатель Ассоциации, директор Горной академии Петер фон Туннер. В результате единогласно была принята резолюция, согласно которой:

1. Принцип выплавки литой стали в отражательной печи был известен в Великобритании, как минимум, до 1812 г., а в 1860 г. Сюдр (Sudre) по распоряжению Наполеона III проводил соответствующие опыты на заводе Монтоле (Montolaire).
2. Идея выплавлять сталь в печи Сименса впервые высказана Уильямом Сименсом в 1862 г., а в апреле 1863 г. инженеры компании Сименса построили первую регенеративную печь на заводе Мартенов в Сирёе.
3. С 1864 г. Пьер Мартен проводил исследования по подбору состава материалов, подходящих для выплавки различных сортов стали и 15 августа 1865 г. взял на них патент. Печь, чертёж которой приведён в тексте патента, идентична изобретению Сименса. 
4. Мартен может претендовать на приоритет только в том, что касается предложенных им шлакообразующих добавок при выплавке стали.
5. Так как эти добавки в настоящее время полностью заменены более поздними разработками, патент Мартена в настоящее время не имеет значения.

87.Не только промышленники, но и научное сообщество придерживались мнения, что результаты работы Мартенов не могут претендовать на патентную защиту. Это было связано с тем, что технология плавки существенно изменилась по сравнению с той, на которую имели патенты Мартены: печь больше не была «большим тиглем», в ней производили обезуглероживание, что требовало иных подходов. Таким образом, Пьеру Мартену оставалось продолжать производить хорошую сталь на своём заводе в Сирёе, отказавшись от претензий на лицензионные отчисления.

88.Что касается разорения Мартена в результате патентных разбирательств и его нищеты, то это явное «преувеличение». Дело в том, что завод в Сирёе Пьер продал только в 1883 г. (через два года он был закрыт, а на его месте построили фабрику по производству войлока). Причиной продажи завода стало резкое ухудшение конъюнктуры на рынке стали, от которого пострадали и гораздо более крупные компании.

89.Пьер Мартен отошёл от дел и поселился в своём имении в Форшамбо, где жил достаточно скромно. На тот момент ему было почти 60 лет. Он вовсе не был одиноким стариком: жена пережила его на два года. У супругов было несколько дочерей, а сын, капитан Жозéф Мартен, погиб в бою при Лангемарке (Бельгия) 16 октября 1914 г.

90.Вспомнили о Пьере Мартене в 1909 г. Согласно «канонической» советской версии в его честь хотели поставить памятник, но, когда стали выяснять годы жизни, обнаружили, что изобретатель ещё жив. Одним из главных инициаторов того, чтобы воздать по заслугам Мартену, был знаменитый химик и физик Анри-Луи Ле Шателье, который мог по достоинству оценить мартеновский процесс — он сам был выпускником Парижской Горной школы, и именно с металлургии началось его увлечение химией.

91.9 июня 1909 г. объединение французских сталепроизводителей Comité des forges организовало в честь Мартена торжественное заседание; он был награждён специально выпущенной золотой медалью, а международная подписка принесла ему 200 тыс. франков. Правительство Франции наградило его орденом Почётного легиона (степень офицера). Кстати, к тому времени Пьер Мартен уже был кавалером (самая младшая степень) Почётного легиона, это звание он получил ещё в 1863 г. за политическую и общественную деятельность на посту мэра Сирёя (с 1855 по 1874 г.). В 1915 г. Пьер Мартен был награждён британским Институтом Чугуна и Стали Золотой медалью Бессемера. В том же году он умер в возрасте 90 лет.

Сталеплавильный процесс Сименса

92.Пока Пьер и Эмиль Мартены разрабатывали и распространяли процесс производства стали в регенеративной печи, Уильям Сименс тоже не сидел сложа руки. В 1865 г. хозяева одного из заводов Бирмингема, на котором он до этого установил печь, отказались от её использования, и Сименс взял её на год в аренду. 

93.В 1866 г. Сименс приступил к опытам. В августе он писал: «Сталеплавильная печь … работает днём и ночью в течение пяти недель, выплавляя мягкую сталь для производства проволоки. Кладка печи держится уже несколько лет, а футеровку ванны, если с ней возникают проблемы, можно заменить в течение дня. Расход топлива не превышает 1,5 т угольной пыли на тонну самой мягкой стали (чем «мягче» сталь, т.е. чем меньше в ней углерода, тем больше топлива надо затратить на её выплавку, поскольку продолжительность обезуглероживания возрастает). При этом я могу произвести тонну стали дешевле, чем Бессемер (основные затраты при производстве стали в конвертере приходились на подачу воздуха с помощью воздуходувных машин), и более высокого качества».

94.В отличие от Мартенов, которые формовали ванну целиком, а затем обжигали, Сименс предложил «наваривать» откосы ванны, то есть наносить песок на раскалённую поверхность тонкими слоями. Это обеспечивало гораздо более высокую стойкость ванны. У Мартенов, даже несмотря на высокое качество используемого песка, периодически случались аварии – подину печи «срывало» из-за того, что при обжиге большой массы песка он не всегда спекался в монолит.

95.Сименс использовал песок месторождения Gornal около Бирмигема, который позволял добиться стойкости ванны до 30 плавок. Когда было установлено, что состав песка определяющим образом влияет на стойкость футеровки, белый кварцевый песок было предложено смешивать с красным (приблизительно 90 % SiO2 и 10 % оксидов алюминия или железа). 

96.21 августа 1867 г. Уильям Сименс получил свой первый патент непосредственно на способ производства стали. В этом патенте утверждалось, что «литая сталь может быть получена непосредственно из руды… или путём плавления чугуна (предпочтительно марганцовистого) совместно со стальным или железным ломом или пудлинговым железом или сталью в отражательной печи… или путём комбинирования обоих этих способов».Сименс продлил аренду печи ещё на 14 лет. Для популяризации своего процесса он избрал следующую тактику: заключал с металлургическими компаниями договоры о поставках огнеупорных материалов в обмен на некоторое количество выплавляемой стали. Вскоре количество заказов настолько увеличилось, что к концу 1867 г. Сименс решил организовать собственную компанию. Она получила название «Сталеплавильный завод-образец Сименса» (The Siemens Sample Steel Works).

97.В 1869 г. Сименс с компаньонами создал ещё одну компанию с перспективой дальнейшего расширения производства. Площадка для предприятия была выбрана в Южном Уэльса, в местечке Лэндор около города Сванси. Компания Landore Siemens Steel интенсивно развивалась и в 1873 г. занимала четвёртое место в Европе по объёмам производства стали.

«Прямой» процесс Сименса

98.Главной целью металлургических изысканий Вильгельма Сименса был «прямой» процесс, то есть получение стали непосредственно из руды, что позволило бы исключить из технологической цепочки стадию доменного производства. Убедившись, что в регенеративной печи это сделать невозможно, Сименс в 1869 г. спроектировал и построил на заводе Landore вращающуюся печь.

99.Печь представляла собой металлический цилиндр, футерованный огнеупорными материалами. Цилиндр располагался на роликах с небольшим наклоном. С приподнятой стороны цилиндра в печь подавалась смесь измельчённой руды и углеродсодержащего материала, с другой стороны располагался факел, обеспечивающий необходимую для процесса восстановления железа температуру. По мере вращения цилиндра шихта перемещалась от одного его края к другому, причём скорость вращения была подобрана таким образом, что к противоположному концу поступало уже восстановленное губчатое железо. Это железо затем направлялось в плавильную печь, где смешивалось с жидким чугуном. 

100.Сименс долго экспериментировал с «прямым» процессом: добавлял регенераторы, организовывал систему циркуляции газов, использовал футеровку из боксита, вводил флюсы для ошлакования пустой породы и удаления примесей.

101.В 1873 г. Сименс построил промышленную вращающуюся печь для прямого получения железа на заводе Towcester в Нортхемптоншире. Местная руда позволяла получить качественный металл, но имела слишком низкое содержание железа и не обеспечивала окупаемость процесса. Разработанный процесс удалось внедрить в Америке. В 1883 г. в Питтсбурге во вращающейся печи Сименса стали получать губчатое железо из канадского магнитного песка месторождений на берегах реки Святого Лаврентия. Высокое содержание железа (свыше 50 %) позволяло производить менее чем за 4 часа железную крицу, которая после переплавки в регенеративной печи превращалась в отличную мягкую сталь.

102.Таким образом, Уильям Сименс является не только одним из «отцов» производства литой стали, но и одним из основателей нового направления в металлургии – «прямого» получения железа. Кроме того, вместе с братьями он проводил исследования по выплавке стали с помощью электричества, но дело не пошло далее лабораторных опытов.

103.В научной жизни Уильяма Сименса были и другие направления, не связанные с металлургией и электротехникой. В частности, Сименс активно пропагандировал идею подземной газификации угля (крупные газовые месторождения в то время ещё не были известны).Сэр Уильям Сименс скончался 19 ноября 1883 г. и был погребён на знаменитом лондонском кладбище Кенсал Грин (Kensal Green Cemetery). За несколько месяцев до своей смерти он был посвящён в рыцари.

Приём против лома

104.В отличие от металлургов-практиков Мартенов, которые хотели лишь повысить производительность производства тигельной стали, целью Уильяма Сименса было получение стали из чугуна с использованием железной руды в качестве окислителя. Этот способ, получивший название «рудного процесса» стал применяться позже, когда Томас и его компаньоны научили металлургическое сообщество использовать при выплавке стали футеровку на основе основных оксидов. При использовании же кислой футеровки из кремнезёмистого песка практически не удалялись «главные враги» качественной стали – сера и фосфор, то есть, как и в случае бессемеровского процесса, требовался подбор чистых по этим примесям материалов. 

105.Другой проблемой при использовании руды было то, что в ванне присутствовало большое количество монооксида железа (FeO). Поскольку этот оксид в реакциях проявляет основной характер, то он взаимодействовал с кислыми оксидами футеровки и переводил их в шлак. Это приводило к повреждению футеровки и образованию большого количества шлака, затрудняющего нагрев металла. Поэтому на начальном этапе выплавки стали в регенеративной печи при использовании кислой футеровки наиболее оправданным способом работы было именно уподобление печи тиглю.

106.Наиболее качественная сталь получалась при использовании чугуна и криц пудлингового железа. По словам Джеймса Райли (James Riley), управляющего The Steel Company of Scotland, «этот режим работы имеет то преимущество, что существует большая определённость в отношении результата, поскольку известен состав исходных материалов, что не может иметь место при работе с большим количеством скрапа, полученного, может быть, из тысячи источников». Однако себестоимость стали, выплавленной таким способом, была настолько высока, что использовать технологию можно было только в особо ответственных случаях, когда качество металла имело определяющее значение. 

107.К началу эпохи индустриализации металлургия получила ещё один источник железа — скрап (металлолом), то есть вышедшие из употребления железные изделия, а также отходы (обрезки, брак и т.п.). Количество их было огромно, а цена, ввиду практически полного отсутствия спроса, низкая. Способами переработки металлолома в то время были перековка и перекатка (в некоторых случаях применялась переплавка в доменных печах и вагранках). Это налагало существенные ограничения на размеры перерабатываемых изделий (не все помещались в сварочную печь). Единственным видом железного лома, который перерабатывался более-менее регулярно, были рельсы, которые подвергали перекатке.

108.Бессемеровский и томасовский процессы не решали проблему металлолома, поскольку в конверторах нельзя было перерабатывать железо и сталь – в них, в отличие от чугуна, не было примесей, играющих роль топлива (это отрицательно сказывалось на тепловом балансе процесса). Поэтому в конвертере перерабатывали только небольшие по размеру стальные обрезки, образующиеся при прокатке.

Сименс-мартеновский способ выплавки пришёлся как нельзя кстати именно для переработки железного и стального лома. По этой причине новый способ выплавки стали в регенеративной печи, представленный на Всемирной выставке в Париже в 1867 г. 

109.Сименс-мартеновский способ выплавки пришёлся как нельзя кстати именно для переработки железного и стального лома. По этой причине новый способ выплавки стали в регенеративной печи, представленный на Всемирной выставке в Париже в 1867 г. Сименсом, Мартенами и Берардом, произвёл фурор. Сталь Мартенов и печь Сименса были отмечены призами выставки. После этого началось «победное шествие» нового процесса: в 1868 г. он был внедрён в Швеции, спустя год — на крупных заводах Террнуар и Фирмини (Франция), Круппа в Эссене и Штуммера в Вене.

110.Внедрение сименс-мартеновского способа в промышленность Великобритании связано с одним из «крёстных отцов» бессемерования – Джоном Рамсботтомом, главным инженером Лондонской и Северо-Западной железной дороги. Именно ему Сименс отправил письмо, в котором приводил расчёты выгоды переработки старых рельсов в регенеративной печи, что, решало как проблему лома, так и существенно снижало затраты на обновление дорожной сети. Ознакомившись с производством в Бирмингеме и убедившись в его перспективах, Рамсботтом в середине 1868 г. распорядился организовать производство в мастерских крупного железнодорожного узла Кру (Crewe).

111.Процесс выплавки стали в регенеративной печи имел большой успех, несмотря на конкуренцию с процессом Бессемера. Даже в условиях спада в металлургическом производстве выплавка стали новым способом в Великобритании увеличилась с 77,5 в 1873 г. до 436 тыс. т в 1882 г. В конце того же года в этой стране работало более 150 регенеративных печей, и ещё больше находилось на стадии строительства.

«Морской» металл

112.Сименс-мартеновский металл находил применение в самых различных областях – и там, где раньше использовалась качественная и дорогая тигельная сталь, и там, где применялось мягкое железо. В конце XIX в. процесс в регенеративных печах считался наиболее приспособленным для производства крупных стальных отливок. Поскольку длительность плавки была достаточно большой (существенно дольше продувки в конверторе), можно было точно регулировать состав и свойства получаемого металла. Благодаря этому настоящее признание сименс-мартеновская сталь нашла в кораблестроении.

113.Первые стальные морские суда были построены в Великобритании в 1862—64 гг. Это были колёсный быстроходный корабль «Банши» (Banshee), винтовой пароход «Энни» (Annie), парусники «Формбэй» (Formbay) и «Алтея» (Althea). Суда были довольно дорогими из-за того, что сталь выплавлялась в тиглях.

114.Уильяму Сименсу удалось убедить руководство Адмиралтейства, что технология получения литой стали позволяет производить металл необходимого качества. В 1876 г. по заказу Адмиралтейства компания Landore Steel провела тестовые испытания. Из литой стали был получен сляб, прокатанный затем в трёхдюймовую броневую плиту. Результаты теста настолько удовлетворили Адмиралтейство, что Landore Steel сразу же получила заказ на производство стального листа для судов «Ирида» (Iris) и «Меркурий» (Mercury), которые в итоге полностью, за исключением заклёпок, были сделаны из стали Сименса. После этого Адмиралтейство приняло решение закупать стальной лист только у Landore Steel. В скором времени вся обшивка и котлы броненосцев на адмиралтейских верфях производилась из стали Сименса. 

115.В марте 1881 г. в Клайде был спущен на воду один из крупнейших на тот момент стальных кораблей – «Сервия» (Servia). Этот океанский лайнер стал первым судном из стали, совершившим трансатлантический рейс в Нью-Йорк. Он считался одним из лучших на тот момент образцов кораблестроения. Согласно указаниям Адмиралтейства конструкция судна предусматривала возможность участия в боевых действиях. 

116.Двигатели и котлы «Сервии» были окружены водонепроницаемыми отсеками, которые заполнялись трёхметровым слоем угля. Такая схема позволяла сохранить ход даже при прямом попадании в эту часть корабля, поскольку экспериментально было установлено, что угольная масса эффективно задерживает снаряд и предотвращает разлёт осколков. По длине судно было разделено на 9 частей водонепроницаемыми перегородками, которые перекрывались в случае опасности и обеспечивали плавучесть судна. Изнутри лайнер был отделан сосной и тиком. Запас угля позволял «Сервии» находиться в непрерывном плавании до трёх месяцев, двигатель обеспечивал скорость 20,5 английских миль в час. Судно регулярно курсировало между Великобританией и США до 1902 г., когда было утилизировано в Нью-Йорке.

117.Опыт использования первых стальных судов показал, что они безопаснее в эксплуатации, чем железные. После осмотра повреждённых, но оставшихся на плаву кораблей «G.M.B.» и «Ротоманаха» специалисты единодушно признали, что железные суда при тех же обстоятельствах неминуемо пошли бы ко дну. Этот факт существенно снижал потери судовладельцев в случае возможных катастроф. Кроме того, стальные корабли были дешевле в производстве из-за снижения расхода металла (стальной лист можно было делать тоньше железного примерно на 20 % при сохранении прочности). 

Первые стальные морские суда были построены в Великобритании в 1862—64 гг. Это были колёсный быстроходный корабль «Банши» (Banshee), винтовой пароход «Энни» (Annie), парусники «Формбэй» (Formbay) и «Алтея» (Althea). Суда были довольно дорогими из-за того, что сталь выплавлялась в тиглях.

118.В 1880-х годах началось строительство по-настоящему крупных стальных кораблей. Использование стали для судостроения в этот период росло с беспрецедентной быстротой. Если в 1879 г. для постройки судов было израсходовано около 20 тыс. т стали, то уже в 1883 г. корабелы использовали более 260 тыс. т.

119.В 1899 г. в Великобритании был спущен на воду стальной двухвинтовой двухтрубный трансатлантический лайнер «Оушеник» (Oceanic) длиной 214,7 м и водоизмещением 28,5 тыс. т. Этот корабль превзошёл размерами знаменитое творение Изамбарда Брюнеля – железный «Грейт Истерн» (Great Eastern).  Окончательно морское господство стали было закреплено на заре XX в. «большой четвёркой» – английскими «Селтиком» (Celtic) (1901 г.), «Балтиком» (Baltic) (1904 г.), «Лузитанией» (Lusitania) (1907 г.) и немецким «Кайзерина Аугуста Виктория» (Kaiserin Auguste Viktoria) (1906 г.).