Рычаг богатства. Технологическая креативность и экономический прогресс - Джоэль Мокир

переход на кокс был вызван дефицитом древесного угля и что распространению новой технологии препятствовала семья металлурга, державшая ее в секрете (Flinn, 1978; Hyde, 1977, p. 25–29). В реальности проблема состояла в том, что из железа, выплавленного с применением кокса, долгое время не удавалось удалить кремний, что затрудняло переделку чугуна в ковкое железо (Fylecote, 1976, p. 108–109). Распространение кокса в металлургии после 1750 г. объясняется дальнейшим техническим прогрессом и, в первую очередь, успехами сына Дерби, разработавшего процесс переплавки чугуна в так называемых плавильных печах с целью удаления кремния. Другие усовершенствования включали производство кокса в закрытых печах, имевших форму ульев, и замену старомодных мехов новыми цилиндрами для дутья с приводом от водяного колеса, изобретенными около 1760 г. многогранным Джоном Смитоном. В 1760–1790 гг. кокс вытеснил древесный уголь в британской железоплавильной отрасли, постепенно проникая и на материк. Доменные печи становились все крупнее и эффективнее, позволяя производить более качественное и более дешевое железо. Еще один важный прорыв осуществил шотландец Джеймс Нейлсон, выступивший с идеей использовать газы самой доменной печи для предварительного нагрева поступающего в нее воздуха (1829). Метод горячего дутья не требовал больших затрат, в то же время втрое снижая расход топлива. При этом в печи создавалась достаточно высокая температура для того, чтобы использовать не только коксованный битуминозный уголь, но и другие виды топлива – например, антрацит. В 1828–1840 гг. шотландским производителям железа удалось сократить издержки почти на две трети, однако по мере распространения этой технологии по Великобритании цены на чугун падали, а вместе с ними – и прибыли (Hyde, 1977, p. 151–152). Именно этот процесс сделал возможной разработку железорудных месторождений шотландского «черного пояса» и позволил Шотландии стать конкурентом «Черной страны» (английского Мидленда) и Уэльса в производстве чугуна.

РИС. 26. Пудлинговая печь Корта для производства ковкого железа (в разрезе). Источник: Archibald Clow and Nan L. Clow, The Chemical Revolution, Batchworth Press.

Материалом, наиболее упорно сопротивлявшимся инновациям, являлась сталь. С точки зрения химии сталь представляет собой промежуточный продукт между практически чистым от углерода ковким железом и чугуном с высоким содержанием углерода. Сталь можно производить из ковкого железа методом его науглероживания (цементации), либо из чугуна путем удаления углерода (обезуглероживание), либо путем переплавки железного скрапа с высоким и низким содержанием углерода. Также сталь можно выплавлять непосредственно из руды, помещая ее в тигли вместе с брусками специально обработанного дерева. Такую сталь, известную как булат (вуц), впервые начали производить в Хайдарабаде (Индия). Желательные физические свойства стали (упругость, прочность, гибкость) делали ее идеальным материалом для изготовления лезвий, оружия, ножниц, пружин и деталей машин, но она имела запредельно высокую стоимость. На Западе сталь производилась методом цементации – этот процесс применялся еще в Малой Азии около 1000 г. до н. э. Производство такой «томленой стали» включало «выпечку» ковкого железа путем его нагрева при непосредственном контакте с древесным углем и последующую длительную проковку для равномерного распространения частиц углерода в металле. Доменная печь создала новые возможности для изготовления стали путем переделки высокоуглеродистого чугуна или растворения ковкого железа в расплавленном чугуне. Более того, руды с высоким содержанием марганца обеспечивали более строгий контроль над распространением углерода, позволяя оставить в железе небольшую долю этого элемента. К XVII в. европейцы узнали, что качество стали можно повысить путем переплавки и проковки небольших кусков металла при очень высокой температуре – этот метод обеспечивал более равномерное распределение углерода. Производство высококачественной стали около 1740 г. усовершенствовал Бенджамин Хантсмен, использовавший кокс и отражательные печи для создания достаточно высоких температур, позволявших нагревать томленую сталь до температуры плавления. Таким способом он изготовлял тигельную, или литую, сталь, которая вскоре стала пользоваться большим спросом у изготовителей инструментов и часовщиков. Значение тигельной стали состоит в том, что из нее можно делать отливки, а одновременная плавка в большом числе тиглей со временем дала возможность производить крупные слитки. Германский сталепромышленник Альфред Крупп первым начал применять эти технологии при литье стальных пушек. Его шестифунтовка стала одной из главных сенсаций выставки 1851 г. в Хрустальном дворце, как и гигантская стальная отливка весом в 4300 фунтов. И все же сталь оставалась слишком дорогой для массового использования в решающие годы промышленной революции. Вплоть до 1860 г. основным материалом была не сталь, а ковкое железо.

Текстильная промышленность

Ключевой технической проблемой в текстильной промышленности являлся процесс прядения. С незапамятных времен важнейшую роль в этом процессе играли пальцы – большие и указательные пальцы миллионов женщин, скручивавших ровницу и превращавших ее в пряжу. Прялка повысила производительность труда пряхи, но не устранила пальцев как орудия, преобразующего материал. Найти замену пальцам в прядении пытался англичанин Льюис Пол, первым выдвинувший идею об использовании вместо пальцев валков, между которыми протягиваются волокна. Он получил патент в 1738 г., но все же механизацию прядения обычно приписывают не ему, а Ричарду Аркрайту, работавшему через 30 с лишним лет после него. Машина Аркрайта, известная как «водяная рама», отличалась от системы Пола в одном важном отношении: в ней использовались две пары валков, вращающихся с разной скоростью и находящихся друг от друга на расстоянии, приблизительно равном длине самого длинного волокна в пряже. Все это делало машину Аркрайта работоспособной, в отличие от машины Пола. «Водяная рама» была неспособна производить тонкую пряжу, так как та рвалась при намотке на веретено.

«Водяную раму» дополняло другое изобретение – прялка «Дженни», запатентованная годом позже, но в реальности созданная в 1764 г. Идея такой машины пришла в голову ее изобретателю, Джеймсу Харгривсу, якобы после того, как на его глазах работавшая прялка повалилась на бок и продолжала крутиться еще несколько секунд. Харгривс понял, что для скручивания нити можно использовать не движение пальцев, а вращение самого колеса. В «Дженни» пряжа скручивалась путем вращения веретен, сматывавших ровницу с початков, причем роль пальцев играл металлический стержень, направлявший пряжу на веретено с помощью падающей шпильки. Вместо одного веретена, вращавшегося от колеса, в машине Харгривса использовалось сразу несколько веретен, что позволяло одновременно прясть много нитей. Однако качество пряжи было невысоким, и та годилась лишь на уток. Более того, на «Дженни» было очень неудобно работать – взрослым пряхам приходилось сгибаться над ней почти вдвое (Hills, 1979). Объединив валки «водяной рамы» с множеством веретен в «Дженни», удалось создать мюль-машину – первую настоящую прядильную машину, изобретенную Сэмюэлем Кромптоном в 1779 г. Мюль-машина, одно из самых знаменитых изобретений в истории, имела передвигавшуюся взад-вперед каретку. При этом установленные на ней веретена быстро вращались и совместно с валками