Виртуальный проект
Первые крупные металлургические заводы на Урале появились в начале XVIII века в эпоху правления Петра I. Строительство этих предприятий осуществлялось с использованием европейского опыта, в частности шведского.
Нижнетагильский чугуноплавильный и железоделательный завод не стал исключением. При строительстве использовалась свойственная данному периоду схема размещения вододействующих механизмов в соответствии с их энергопотреблением. Ближе к плотине располагался доменный цех, потреблявший большое количество воды.
Первый чугун завод дал 25 декабря 1725 года. Первые домны были не большими: 7 – 8 метров в высоту. Вокруг них возводились «доменные избы» – корпуса из бревен. Однако уже в 1770 году академик
П.С. Паллас после посещения Нижнего Тагила упоминал каменный доменный корпус.
Домны XVIII века обычно заключались в квадратный каменный «кожух», внутренняя часть (шахта) выкладывалась из «горнового» (огнеупорного) камня, а промежуток заполнялся щебнем. Такие домны действовали не постоянно, не более 295 дней в году.
В первой половине XIX века в целом на Урале и в частности в Нижнетагильском горнозаводском округе распространялись домны с круглой в поперечном сечении шахтой.
В начале 60-х годов XIX века инженер Владимир Карлович Рашет (1813—1880), управляющий Нижнетагильским горнозаводским округом Демидовых, построил несколько домен своей новой конструкции. Шахты этих печей имели прямоугольное поперечное сечение и постепенно расширялись кверху. В нижней части домны по длинной стороне горна (нижняя часть домны) располагался ряд фурм для подачи воздуха. Печи имели высоту до 10,5 метров. В верхней части располагалась лещадь (дно металлургической печи) с небольшой покатостью к краям.
Владимир Карлович Рашет с супругой.
II половина XIX века.
Коллекция Нижнетагильского
музея-заповедника
Однако печи данной конструкции оказались неудачными для плавки магнитного железняка. В ходе их работы вскрылся ряд проблем– быстро прогорала кладка горна по длинной его стороне, высота шахты была недостаточной для выплавки чугуна из местных руд, ее прямоугольная форма лишала печь жесткости и давление шихты (смесь топлива, руды и флюсов) повреждало стенки. Более того, в углах из-за слабого дутья и, как следствие, низкой температуры накапливалась непроплавленная шихта.
Преимуществом же домен с прямоугольной шахтой была более высокая производительность, которая полностью нивелировалась вышеописанными проблемами и малым сроком эксплуатации – всего 3 – 4 года.
В 70-х годах XIX века в Нижнем Тагиле работал инженер Карл Карлович Фрелих. Он взялся за реконструкцию уже значительно поврежденных в ходе эксплуатации домен В.К. Рашета.
Вероятно, именно в ходе этих работ
К.К. Фрелих пришел к выводу, что печи с продолговатым сечением шахты и прямоугольным узким горном предпочтительнее в условиях уральской металлургии. В итоге под его руководством на Урале были построены домны с эллиптическим сечением шахты, сохранив при этом наружный каменный кожух. Данные печи получили название домен Рашета-Фрелиха.
В них были устранены некоторые недостатки прямоугольных печей. Давление на стенки шахты становилось равномернее, отсутствие углов исключило запекание в них шихты. Частично решилась проблема недостаточной продувки.
За 1866 год К.К. Фрелих построил три эллиптические домны. Вскоре он решил отказаться от внешнего кожуха, тем самым удешевив конструкцию печи.
Карл Карлович Фрелих. II половина XIX века.
Коллекция Нижнетагильского
музея-заповедника
В 1867 году была построена круглая домна со свободной шахтой, а в 1875 году на Верхнесалдинском заводе — эллиптическая домна открытого типа без защитного кожуха.
Чертеж эллиптической домны. Выполнен Ю.М. Барановым.
Коллекция Нижнетагильского музея-заповедника
Такой вид печей стал очень популярным на Урале. Узкий прямоугольный горн с большим количеством фурм по длинной стороне позволял увеличить производительность домны при использовании слабых воздуходувных машин.
Однако сохранялись и некоторые проблемы. Из-за большой высоты шахты возникали сложности с продуваемостью печи. Устранить эту проблему пытались увеличением количества фурм и воздуходувных механизмов. Сложности с отводом доменных газов решались переносом воздухоотводящих отверстий с колошниковых крышек наверху на боковые стенки. Проблема с быстрым прогоранием горна у некоторых печей была решена радикально использованием механизма замены этой части домны.
Замена прогоревшего горна. 3D реконструкция Ю.М. Баранова.
Коллекция Нижнетагильского музея-заповедника
За время своей работы на Урале К.К. Фрелих перестроил 11 круглых печей в эллиптические. Самые крупные домны такой конструкции были построены на Нижнетагильском заводе. В 1875 году была возведена 12 фурменная печь, ставшая в тот период самой большой древесно-угольной домной в Российской империи.
Эллиптические домны Нижнетагильского завода. Начало XX века.
Коллекция Нижнетагильского музея-заповедника
Применение домен с эллиптическим поперечным сечением шахты обычно воспринимается как технологическая отсталость, однако эта точка зрения не так однозначна. Данная технология строительства металлургических печей хоть и была признана в мире бесперспективной, на Урале давала значительные преимущества для производства чугуна.
Макеты домен являются символом самобытности уральской металлургии.
В 1887 году на Сибиро-уральской выставке экспонировался макет эллиптической домны. Подобные макеты изготавливались с различными целями. Некоторые из них экспонировались в Музеуме естественной истории и древностей, два сохранились до наших дней.
Павильон Нижнетагильских заводов на Сибиро-уральской выставке с макетом домны в центре.
Коллекция Нижнетагильского музея-заповедника
Сегодня в коллекции музея-заповедника хранятся два макета домен XIX века. Их история сложна и интересна. Первые изображения этих макетов можно встретить на фотографиях рубежа XIX и XX веков. Судя по изображениям, можно уверенно говорить о нарушенной сохранности данных музейных предметов.
С ними связана масса тайн и загадок. Первый макет в документах музея числится под названием «Макет домны Невьянского завода, построенной уральскими мастерами в I четверти XVIII века».
Домна Невьянского завода I четверти XVIII века (?) Макет XIX века.
Коллекция Нижнетагильского музея-заповедника
Однако ее шахта имеет эллиптическое сечение. При этом достоверно известно, что эллиптические шахты в Нижнем Тагиле активно внедрялись только в 70-х годах XIX века и первоначально имели наружный каменный кожух, как у макета. Соответственно можно предположить, что это и есть домна Рашета-Фрелиха, описанная ранее.
Второй макет именуется в фондовой документации как «Модель «Доменная печь инженера Рашета». Сегодня эта ошибка исправлена и макет экспонируется в Историко-краеведческом музее как «Макет домны К.К. Фрелиха». Но остается ряд вопросов и загадок относительно этого предмета.
Домна К.К. Фрелиха II половины XIX века. Макет кон. XIX века.
Коллекция Нижнетагильского музея-заповедника
Во-первых, данный макет имеет всего по три фурмы с каждой стороны, что свидетельствует о том, что домна была небольшой. При этом подача воздуха в горн осуществлялась снизу из основания домны, что очень необычно.
Во-вторых, у макета отсутствует завалочный механизм (механизм для загрузки руды, топлива и флюса в печь) в верхней части, из-за чего крайне сложно определить период действия такой домны.
В-третьих, встает вопрос, чем так важна была эта домна, если ее отразили в макете.
И наконец, чем была вызвана путаница с названиями и датировкой этих двух макетов.
Сегодня в музее ведется активная работа по атрибуции музейных предметов из старых коллекций, уточняется их история, происхождение. В ходе этой работы обнаруживается интересная информация, характеризующая эти предметы с неожиданной стороны.
Автор выставки: А.С. Чеченин, научный сотрудник исторического отдела.