Генри Бессемер и радикальные перемены в металлургии16.06.2021 16:01

Сказать, что с техническим образованием в Европе в начале XIX века было плохо — ничего не сказать. Даже в Англии, стране, находившейся на острие уже явно обозначившейся даже для современников технической революции, учиться механике или химии было негде.
Собственно, поэтому Энтони Бессемер, заслуживший славу изобретателя и инженера, решил, что его сын Генри, с детства проявлявший большой интерес ко всякого рода механизмам, учиться будет в его собственной мастерской (для чего одиннадцатилетнему Генри был даже куплен, среди всего прочего, токарный станок).

Сам Энтони, в свое время, ездил учиться механике в Нидерланды, и учился он точно так же, как после учил своего сына, и точно так же, как учили ремеслу уже много столетий: он осваивал навыки работы с материалами на практике. Судя по всему, руки у Энтони росли, откуда надо, а к рукам прилагалась еще и очень хорошая голова, и в какой-то момент для талантливого двадцатилетнего паренька нашлось место в мастерских Парижа, где Энтони уже почтительно именуют инженером: его работы оптике и механике так хороши, что привлекают внимание Парижской Академии наук, да и вообще, дела основанной им в столице Франции мастерской идут в гору.

Чугуноплавильная печь. Так, до Бессемера, плавят чугун со времен средневековья.

Как нам сегодня известно, для Энтони Бессемера не стояло вопроса, принимать или не принимать французскую революцию: у него хорошая реакция и верное чутье, он вовремя бежит с семьей из Парижа, оставив победившему революционному классу свою мастерскую со всем добром, и на родине, в Англии, ему приходится всё начинать с нуля. Но хорошая голова в сочетании с руками не дают талантам Энтони пропасть: он основывает собственную словолитню (шрифтолитейное производство). В этом деле Бессемер-старший — признанный всей Европой мастер, у него множество клиентов не только среди английский типографов, но и среди их коллег на континенте.

В 1813 году родился Генри Бессемер, который в полной мере унаследовал от отца руки, голову и тягу к изобретательству. Его многочисленные юношеские эксперименты направлены на то, чтобы найти свой «самородок», сделать изобретение, которое обеспечило бы его на всю жизнь. А обеспеченная жизнь, в свою очередь, нужна была не только для семейного благополучия, но и для того, чтобы спокойно заниматься творчеством, не впадая в зависимость от толщины собственного кошелька.

Он успешно занимается художественным литьём, что дает деньги на существование. Параллельно он открывает способ получения тисненого изображения на картоне, но эта идея, позже широко распространившаяся в полиграфии, не находит в то время своего покупателя. Махнув рукой на эту неудачу, он обращает свое внимание на почтовые марки, полиграфический продукт без средств защиты, и он придумывает игольчатый штемпель, который пробивает бумагу: это позволяет избегать повторного использования марок, экономя Королевской Почте огромные деньги.

Почтамт, Лондон, XIX век.

Кажется, это успех: почтовое ведомство предлагает ему контракт на огромные для него тогда годовые 800 фунтов стерлингов. Отличные деньги, перспектива получения которых позволяет Генри сделать решительный шаг, которого он так долго ждал: он предлагает руку и сердце Анне Аллен. Умная девушка (говорят, что её советы, советы человека одаренного, пусть и технически необразованного, будут постоянно поражать великого изобретателя своей гениальной простотой) говорит, что на марках можно просто ставить дату их использования.
Генри в восторге от этой идеи и делится ей со своими коллегами в Почте. Они разделяют восторг Генри и… отказывают ему в контракте: ведь эта идея хороша еще и тем, что упраздняет должность смотрителя, которая первоначально предназначалась Бессемеру.

Собственно, Генри получает отличный урок, который он, на некоторое время (но не на всю жизнь), выучивает, потому что следующее свое изобретение, которое, собственно, и обеспечит ему финансовое благополучие, он готовит в сугубой тайне: даже технология разрабатывается им таким образом, чтобы производством могли бы управлять только три человека, не больше — братья его жены.

Странная случайность привела его к «закладке финансового фундамента», о котором он так мечтал: ему нужна была золотая краска, чтобы сделать запись в альбом его сестры (ведение альбомов — модное тогда увлечение среди дам). Он покупает пару пакетиков такой краски и — цена золотой краски его изумляет, она кажется ему неправдоподобно высокой. Золотая (и бронзовая, и серебряная) краски производятся чуть ли не единственным производителем в мире, в Нюрнберге, и Бессемер понимает, что высокая цена на такие краски — следствие ручного труда. Он целый год занимается изучением состава порошка (часто это событие приводят, как пример «обратной инженерии», когда уже существующее анализируется, а потом воссоздается), механизацией этого процесса и, в конце концов, его ждет успех — он открывает небольшой заводик, который много лет будет исправно снабжать красками весь мир. Как мы говорили выше, все производство будет рассчитано таким образом, чтобы шестью паровыми машинами, занятыми в этом производстве, управляли всего три человека, ближайшие родственники, которым сам бог велел хранить тайну изготовления дефицитных красок.

Завод по производству красок, XIX век.

Стоимость изготовления красок падает многократно, и почти на 20 лет маленькое семейное предприятие становится для Бессемера его личной финансовой подушкой, защитой от неудач, которые, конечно же, случаются, даже при разработке идей, которые кажутся, не только ему одному, но и всем окружающим — блестящими.
Например, судно с пассажирской кабиной на карданных шарнирах, позволяющих при любой качке оставаться в горизонтальном положении, кажется отличным решением не только самому Бессемеру, страдающему морской болезнью, но и буквально всем окружающим, однако эта идея так и не нашла инвестора.

Пароход Бессемера.

Метод листового литья стекла был всем хорош, Бессемер даже продал патент на него за огромные 6 тысяч фунтов, вот только в дело эта идея пошла через много десятилетий, уже после смерти изобретателя.
Соединение вагонов гофрированным рукавом для безопасности пассажиров тоже будет реализовано только через много лет.
А вот система тормозного гидравлического устройства для железнодорожных вагонов будет принята, хотя позже гидравлику заменит пневматика, вместо воды в тормозные устройства станут подавать воздух.

Всего в «копилке» Бессемера 129 патентов в самых разнообразных областях, но чаще всего и больше всего он работает с металлами.
Главное изобретение в его жизни, принесшее ему всемирную славу — в определенном смысле, дело случая. Правда, наверное, так можно сказать о совершенно любом изобретении.

Пуля Минье произвела революцию в деле убийства человека человеком и постоянно совершенствовалась.

Виной (а может, творческим толчком) для изобретения послужила Крымская война, ставшая большим полигоном для использования новинок.
В частности, выяснилось, что конические снаряды имеют значительные преимущества в сравнении с ядрами, вот только выстрел из гладкоствольной артиллерии делает их полет неустойчивым.

Бессемер предлагает «ввинчивающийся в воздух» снаряд, правда, английское военное ведомство его изобретению не слишком радо, так как это означает смену всего артиллерийского парка вооружений.

Зато идеи Бессемера готовы обсуждать французы: изготовленную Бессемером своими руками мортиру (в единственном экземпляре, как промышленный образец) хвалит и император Наполеон III и, что может быть важнее Бессемеру, сам изобретатель конической пули, капитан Минье. Вот только Минье высказывает вполне справедливые опасения в том, что чугунные пушки не способны будут выдержать такой заряд, и Бессемер, считая это замечание справедливым, задумывается о модернизации орудийного ствола.

Нужно принципиально иное качество орудийной стали и изобретатель в своей лондонской мастерской пускается в бесконечные эксперименты по поиску новых решений в этой области.
Опять же, дело случая — он обращает внимание на то, как чугун ведет себя в тот момент, когда…

Выплавка чугуна.

И — самое время сделать крохотное отступление, чтобы сказать о том, что случай ищет своего счастливого наблюдателя, потому что такое «странное» поведение чугуна видели и до Бессемера, и видели его, наверное, сотни тысяч человек, но только Бессемеру, человеку, находящемуся в поиске решения, это показалось чем-то важным и достойным внимания: он обратил внимание на «странное» поведение чугуна под воздействием продувки его воздухом.

Вспоминая об этой работе, Бессемер позже напишет: «Я был способен воспринять всякое новое наблюдение, так как мне не приходилось бороться с предвзятыми мнениями, которым неизбежно подвержен в большей или меньшей степени каждый, кто в своей жизни долгое время провёл в рутине служебной работы».

Видимо, свежесть наблюдений и помогла ему заметить то, о чем знали многие поколения металлургов, но все они не смогли увидеть то, что заметил Бессемер: при увеличении продувки чугуна воздухом от чугунных чушек оставались лишь их оболочки (легко разрушаемые ломом), а происходило это потому, что чугун под воздействием воздуха терял углерод, превращаясь в железо, температура плавления которого намного выше температуры плавления чугуна.

Это было всего лишь наблюдение, он просто отметил факт, известный каждому металлургу (да и американский металлург Уильям Келли заметил и описал этот процесс за 7 лет до описываемого события). Но изобретатель не был бы изобретателем, если бы ограничился бы только фиксацией наблюдения: будучи истинным инженером, Бессемер довел идею до промышленной реализации. Желание увеличить площадь соприкосновения металла с воздухом привело его к изобретению нового тигеля для плавки (к тому времени у Бессемера были уже отличные и реализованные идеи в области усовершенствования пудлинговой печи) и, в конце концов, новой технологии, получившей название «бессемеровского процесса», то есть процесса превращения чугуна в сталь с использованием придуманной Генри Бессемером специальной печи — конвертора.

Общая схема конвертора Бессемера.

Так началась история листовой стали и металлопроката. Это был невероятный качественный рывок, повлиявший буквально на любую отрасль человеческой деятельности и изменивший не только артиллерию, послужившую толчком для поиска подобного решения, но и строительства, и кораблестроения, и даже консервирования — существовавшая к тому времени консервная банка отныне и навсегда изменится радикально.

24 августа 1856 года Генри Бессемер выступает с сенсационным докладом «Производство ковкого чугуна и стали без топлива» на собрании Британской научной ассоциации.
Кстати, на выступлении присутствует и чрезвычайно уважаемый среди инженеров Джеймс Несмит (изобретатель парового молота и фрезерного станка, да и еще свершивший десятки великих дел), который тоже проводил опыты с воздействием воздуха на чугун.

Конвертор Бессемера в работе.

Бессемер узнает об этом и (вот она, эпоха благородных людей) предлагает Несмиту треть своего патента. Несмит, представитель той же эпохи, от такого царского подарка столь же благородно отказывается.
Говорят, что Бессемер или скрыл некоторые несовершенства своего процесса, или, к моменту выступления, не предполагал о них — и бессемеровский процесс будет совершенствоваться им всю его жизнь.
Но его выступление мгновенно делает и без того известного инженера мировой знаменитостью: на следующий день текст его речи полностью перепечатывает The Times, в течение всего нескольких дней статью переводят на огромное количество языков мира (в том числе — и на русский).

Но всё это вовсе не означает, что метод Бессемера так же мгновенно завоевывает мир. Изобретатель продает свой патент пяти металлургам (выбраны крупнейшие из крупнейших) за 10 тысяч фунтов стерлингов каждому, кроме того, он получал роялти (по 10 шиллингов с каждой тонны стали), сделав покупателям шикарную скидку: он сократил срок получения роялти с положенных по английскому закону 14 лет до 10. Уже первые две недели использования бессемеровского процесса принесли ему 27 тысяч фунтов.

Паровой молот Несмита, одно из величайших изобретений эпохи (1842 год).

Его юношеская мечта придумать что-то, что бы кормило его и его семью и позволяло бы ему заниматься изобретением, как творчеством, была воплощена в том виде, о котором он даже не мог и мечтать, о чем он сам напишет потом в своих воспоминаниях.
Однако проблемы с использованием метода Бессемера возникают постоянно, сказывается несовершенство самого метода и разнородность используемых материалов (отчасти это стало следствием использования Бессемером в своих экспериментах очень чистого, по содержанию примесей, чугуна). Через несколько лет после начала применения технологии шведский промышленник Йоран Фредрик Йорансон, наконец-то разобравшись в качестве подходящего чугуна и применении топлива, начинает выпускать первоклассную сталь. Роберт Мушель, английский металлург, догадался добавлять в процесс углерод и марганец, дозировка которых позволяла контролировать качество конечного продукта.

Но всё это не устраивало Бессемера, и он решает довести до совершенства этот процесс самостоятельно. При участии компаньонов, он строит металлургический завод в Шеффилде, где не только оттачивает собственную технологию, привлекая для анализа процесса и продукта лучших ученых Англии и доведя её до совершенства, но и зарабатывает отличные деньги, даже продавая сталь по демпинговым ценам, 10–15 фунтов стерлингов за тонну (против 32 фунтов за тонну на заводах, где служил Мушель). И первым покупателем, очень крупным, становятся заводы артиллерийского Арсенала.

Бессемеровский цех на заводах Круппа. Метод Бессемера позволял получить материал нового качества, но общедоступным и востребованным он стал в силу того, что обеспечивал невиданную раньше производительность, поэтому распространялся довольно быстро.

Спрос на производимую им сталь, благодаря столь низким ценам, в довольно короткий период времени вырос так значительно, что это вынуждало и другие металлургические компании переходить на выпуск стали, а значит, всё новые производители стали покупать у Бессемера патенты.

Итогами этого погружения Бессемера в промышленное производство и смены синей блузы инженера на белую — капиталиста, стала не только точная технологическая карта, но и более миллиона фунтов стерлингов, полученные им за продажу патентов.
Надо сказать, что решающую роль в совершенстве процесса сыграло использование в нем марганца, на что, в свое время, был получен патент уже упомянутым Мушелем, вот только срок его патента истек. Мушель, к тому моменту больной и нищий, пытался продлить его или получить новые патенты (его сын получил сразу четыре таких патента на его имя), и Бессемер, не желая вести патентные войны и «кормить» желтую прессу, предпочитает выплачивать Мушелю пожизненную пенсию, фактически — роялти, за его вклад в технологию.

Сам Бессемер продолжает совершенствовать процесс: появляется известный грушеобразный конвертор, тележка для разлива стали, нижний люк в конверторе, меняется горловина печи и сам процесс становится все больше и больше похожим на тот, описание которого можно найти в школьных учебниках. Хотя путь к совершенству долог, и прокладывается этот путь, конечно же, за счет умения Бессемера видеть необычное в обычных явлениях.
В его процесс отлично добавился изобретенным им в 1857 году метод непрерывного литья стали, ставший, как считают биографы изобретателя, продолжением его изобретения производства листового стекла.

Конвертор Бессемера, сейчас — объект паломничества туристов.

На свете не так уж много изобретений, которые поменяли бы мир столь радикально, как поменял его бессемеровский процесс. И сам его изобретатель отлично понимал это, принимая многочисленные награды (в том числе рыцарское звание и признание его почетным академиком множества академий мира) и финансовое благополучие как должное, но до самой своей смерти, заставшей его в его мастерской, не переставал заниматься изобретательством как творчеством.
А лучшей наградой себе Генри Бессемер считал то, что целых 10 городов в США, где были построены металлургические заводы, носят его имя.

Автор: Александр Иванов

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!