Краткая история технологий. Идеи, процессы и устройства, при помощи которых человек изменяет окружающую среду с древности до наших дней
Шрифт:
Оловянно-свинцовый сплав использовался для пайки, но больше ценился певтер – сплав с максимальным содержанием олова, с примесью латуни и висмута. Такой сплав легко отливался в глиняные или песчаные формы, далее изделие из сплава дорабатывалось молотом. Из-за простоты процесса литья первые печатные шрифты отливались из певтера в формы из мягкого камня или металла.
На протяжении всего Средневековья и эпохи Возрождения латунь производилась в тиглях, содержащих каламин, древесный уголь и медный лом, нагреваемых конической подземной печью. Цинк для сплавов с медью и получения латуни импортировали из Дальневосточного региона, в основном голландцы, или собирали как побочный продукт из печей, где переплавлялись серебро и свинцовые руды. Прошло удивительно много времени, прежде чем цинк признали существенной составляющей каламина. В XVI веке Парацельс называл цинк гибридной формой меди; только в начале XVIII века в металле, «отвоеванном»
Из Германии и Фландрии – основных центров производства латуни – поступала листовая латунь для украшения английских церквей позднего Средневековья; производство латуни началось в Англии во времена правления Елизаветы I. Несмотря на заманчивое сходство с золотом, латунь масштабно не применялась: в книге Бирингуччо 1540 года описывается латунно-литейный завод в Милане, где в одной форме отливаются 1200 маленьких изделий – интересный пример массового производства. Добавляя 5 процентов латуни и 8 процентов олова к меди, получали бронзу. Бронза издавна использовалась для крупных отливок, вроде статуй и колоколов; из бронзы отливали пушки, ибо медные сплавы корродировали и трескались быстрее имевшегося тогда железа. Для выплавки больших объемов металла в XVI веке создали отражательную печь, в которой тепло отражалось от низкой кровли, поэтому топливо не контактировало с металлом.
Медь вместе с драгоценными металлами и их сплавами шла на чеканку монет. Количество монет и качество их чеканки стали весьма острой проблемой в XVI веке, когда испанцы спровоцировали быстрый рост цен по всей Европе, импортируя неимоверное количество серебра из Вест-Индии, Мексики, а в 1553 году из Перу. Пришлось пойти на беспрецедентные меры. Например, Генрих VIII постоянно снижал содержание драгоценных металлов в золотых и серебряных монетах в последние 20 лет своего правления. Эдуард VI и Мэри попытались восстановить ценность монет, но только Елизавете I удалось изъять из обращения основную денежную массу и начать перечеканку. Хотя финансовые проблемы королевства, ставшие одной из главных причин гражданской войны, не решились, новая английская валюта 1561 года была умело отчеканена и соответствовала своей стоимости. На некоторое время грубую чеканку ковкой заменили чеканкой на винтовом прессе. Процессом руководил француз Элой Местрел, прежде служивший при Парижском монетном дворе; от пресса отказались после казни Местрела по обвинению в фальшивомонетничестве в 1573 году. Пресс заработал в середине следующего столетия, на нем чеканили монеты двое крепких мужчин.
Качественные монеты содержали определенную часть примесей. Например, в немецкой золотой кроне было 6–7 процентов примесей, что считалось приемлемым, если сплав состоял из двух частей серебра и одной части меди. Стерлинговое серебро Елизаветы I несколько столетий включало 7,5 процента примесей других металлов. Самой маленькой елизаветинской серебряной монетой было полпенса, медные монеты появились в 1613 году, они были в обращении в Ирландии в XV веке.
Дальнейшее развитие черной металлургии
Металлургическая индустрия к концу рассматриваемого периода ассоциировалась с каменным углем, что сформировало ход промышленной революции. Существовало три доминирующих фактора. В XVI веке, после длительного периода незначительных колебаний цены на железо, оно резко подорожало. В то же время военные кампании и затрачиваемые на них средства спровоцировали спрос на железо – например, по приказу полководца Тилли ежедневно тратилось 12–18 тысяч чугунных пушечных ядер во время двухмесячной осады Магдебурга в 1631 году. Несмотря на прирост населения, возник избыток произведенного железа в условиях мирного времени – на изготовление сельскохозяйственных орудий, задних стенок камина, кочерег и устройств для приготовления пищи в домашних условиях. Увеличился дефицит древесины для производства древесного угля, цены на который возросли, что вызвало перемещение отрасли из района в район и даже из страны в страну, поэтому в XVIII веке Швеция стала ведущей угольной страной. В Великобритании решили перейти с древесного угля на каменный.
После преобразования кричной печи в доменную повысилась производительность труда и снизилось потребление топлива. Печь стала выше, тяги хватало для температуры приготовления чугуна для отливки. Энергия водяных колес решила проблему печной тяги, и к концу XVII века работали с печами высотой около 10 метров. В такие печи непрерывно подавали руду и топливо, она могла выплавлять чугун сорок недель подряд. В результате Англия на столетие получила монополию на отливку чугунных пушек, начиная со времен Генриха VIII
Рис. 53. Дисковая пила для продольной разрезки, на гидроэнергии. Сведенборг «Подземное царство», 1734 г.
Однако кричное железо для ковки не годилось. Хотя в доменной печи удавалось снизить общее количество примесей в руде, из-за высокой температуры, при которой это происходило, в конечном продукте появлялась сера и фосфор; кузнецы по-прежнему предпочитали работать с блюмом, производимым при более низких температурах. Кованое железо использовали чаще чугуна. При работе в кузнице теперь применялась тромпа (водотрубная воздуходувка) – итальянское изобретение примерно 1500 года. Она заменила мехи; воздух перекачивался туда-сюда за счет закрытого накопителя воздуха (или «духового ящика». – Пер.) и водопроводной трубы. Кузнечные молоты обычно работали на гидроэнергии, как и хвостовые молоты; устройства для волочения проволоки, а также вальцовые мельницы и дисковые пилы для продольной разрезки, используя тот же источник энергии, готовили полосовое железо и железную проволоку.
Сталь производилась по-разному, но малыми объемами. Для сельскохозяйственных инструментов кузнец часто изготавливал сталь самостоятельно, снижая объем подходящей руды в печи. Стандартный метод подразумевал обработку блюмов ковкого железа, которые науглероживали погружением в расплавленный чугун, содержащий больше углерода. Полосы кованого железа длиной до 1,5 метра также науглероживали для придания твердости, обжигая с древесным углем 3–7 дней в печи, похожей на пекарскую. Наконец сталь готовили в тиглях, нагревая железо с древесным углем, – таким методом в Индии изготавливали «сталь Вутца»; о ней узнали в Англии в XVII веке, но первым ее внедрил в коммерческое производство на Западе Бенджамин Гентсман – часовщик из Донкастера, построивший заводы вблизи Шеффилда в 1751 году.
Для каждого из этих процессов постоянно требовалось топливо. Применение каменного угля при ковке железа в кузницах не вызывало никаких серьезных технических проблем; вполне возможно, что в некоторых районах каменный уголь смешивался с древесным углем в кузнице для производства подков и других простых железных изделий задолго до того, как стали использовать только каменный уголь. В Англии и Шотландии в конце Средневековья каменный уголь служил бытовым топливом, потому что в окрестностях было много обнаженных пород и легкодоступных залежей. Но в Бельгии, Нидерландах и Люксембурге крупные угольные шахты разрабатывались специально под изготовление железа для отделки и другое металлургическое производство, сделавшее Льеж сосредоточением оружейных заводов особенно в первой половине XVI века. Во второй половине того же века, при правлении Елизаветы I, стало не хватать древесины; поговаривали, что дефицит усиливался из-за стремительной продажи лесов при закрытии монастырей. Из-за роста населения, развития судостроения и усиления производственных нужд уголь начали добывать в Тайнсайде и других районах Англии, Шотландии и Уэльса. Подсчитано, что к 1660 году эти районы добывали в пять раз больше каменного угля, чем все другие страны, вместе взятые; данное лидерство, с незначительными изменениями, сохранялось весь XVIII век.
Рассматривать взаимосвязь между лидерством Великобритании в угледобыче и ее господством в развитии транспорта и создании нового источника энергии не будем. Уже отмечено, что применение нового топлива заставило использовать закрытые тигли при производстве стекла. В ряде других отраслей, в том числе в производстве соли выпариванием, квасцов, извести, кирпича и пивоварении, применение нового топлива привело к фундаментальным изменениям, ибо каменный уголь лишь давал тепло, но не участвовал в реальных процессах производства. С чугуном было больше проблем, чем со стеклом, и они решились не сразу, потому что на всех стадиях производства чугуна каменный уголь ухудшал его качества. В 1614 году два англичанина предложили использовать каменный уголь для преобразования пруткового железа в сталь; к тому времени небольшое количество каменного угля смешивалось с древесным во время ковки пруткового железа. Почти 100 лет чистый каменный уголь не использовали в доменных печах. Решение проблемы пришло через пивоварение.