В области передела чугуна в сталь для южной металлургии было характерно внедрение мартеновских печей и бессемеровских конвертеров.
На Урале исторически сложилась специализация горнозаводского производства. Во многом это зависело от расположения вблизи заводов полезных ископаемых и речных артерий. Наличие железорудных месторождений во владельческих дачах позволяло устраивать предприятия с доменным (чугуноплавильным), литейным (чугунолитейным) и железоделательным производствами. При меднорудных месторождениях открывались медеплавильные заводы. В первой половине XIX в. на уральских заводах начали производить сталь, но как часть железоделательного производства (цементация, пробное литье и т.д.). В пореформенный период, и особенно в 80-90-е гг. XIX в., в металлургической промышленности региона все большую роль стало играть сталелитейное производство [6. С. 80]
Вести о полном перевороте в металлургии железа и стали, совершенном Г енри Бессемером, пришли на Урал сразу после его выступления на заседании Британского общества преуспевания наук 11 августа 1856 г. Идея о возможности получения железа и стали простой продувкой воздуха сквозь расплавленный чугун показалась очень заманчивой. Уже в конце 1856 г.
первые опыты бессемерования были проведены на целом ряде уральских заводов: Кушвинском, Ниж- неисетском, Сысертском, Всеволодовильвенском. Результаты опытов оказались не слишком хорошими, потому что единственным пособием было несколько брошюр. Вновь, как и с пудлингованием, проведение дорогостоящих опытов и отладка новой технологии были предоставлены казенным заводам. В 1859 г. несколько плавок в бессемеровской реторте прошли на Златоустовском заводе. Однако угар чугуна доходил до 43%, и его не удавалось снизить. Тогда же провели испытание и на Нижнетагильском заводе.
Широкомасштабные опыты по бессемерованию начались в 1860-е гг. уже одновременно на казенных заводах Верхнетуринском, Воткинском и частном Нижнетагильском. На Верхнетуринский завод были переброшены машины со Златоустовского завода, и в 1862 г. начались плавки бессемеровского металла под руководством горного инженера капитана Грасгофа, который ранее посещал завод Бессемера в Шеффилде. Угар был менее 15%. Однако в 1864 г. конвертор был остановлен, потому что металлу не было найдено применения. Производство на Нижнетагильском и Камско-Воткинском заводах также было остановлено из-за отсутствия рынка сбыта для бессемеровского металла.
Однако с началом железнодорожного строительства и возникновением потребности в рельсах бессемеровский метод стал активно внедряться в 1875 г. на Нижнесалдинском заводе. Второй бессемеровский и сталерельсовый завод на Урале был построен в 1878 г. на базе Катавивановского завода, который вступил в действие в 1879 г. Однако других последователей не нашлось. Подавляющее число уральских заводчиков при модернизации своих предприятий предпочли вводить не бессемеровские конверторы, а мартеновские печи, поэтому бессемеровская технология, в отличие от пудлингования, оказала на развитие уральской металлургии существенно меньшее влияние [8. С. 19-20].
Таким образом, внедрение мартенирования и бессемерования совершалось весьма медленно, хотя и началось на Урале сравнительно рано. Даже в начале XX в. на многих заводах Урала оставался еще пудлинговый и даже кричный передел чугуна на железо, хотя к тому времени эти виды переделов в других странах были уже почти полностью забыты. На сравнительно передовом Нижнетагильском заводе в 1896 г. вместе с тремя мартеновскими печами работали 6 кричных горнов [9. С. 35]. Кричный передел, наиболее нерентабельный из всех, удерживался на многих заводах Урала еще долго. Переход на пудлингование на Белорец- ком заводе завершился только в 1894 г., когда уже строился гигантский по тем временам мартеновский цех Надеждинского (Серовского) завода с его пятью 20-30-тонными печами. Интересно отметить, что на многих предприятиях уживались все три способа производства стали из чугуна. Так, в 1894 г. на Белорецком заводе, когда пускали мартены, существовали и кричные горны, и мартеновские печи.
Первая мартеновская печь, пущенная на Урале на Воткинском заводе, была задута в 1871 г. с садкой в 1,5 т. Она начала свою работу всего на два года позже, чем первая в России мартеновская печь, пущенная Износковым в 1869 г. на Сормовском заводе (через пять лет после пуска французом П. Мартеном первой печи этого типа на заводе Сирейль в 1866 г.). Кстати, российское правительство не выдало патент на изобретенную П. Мартеном печь, так как случаи плавки стали на поду пламенных печей в России были уже хорошо известны, в том числе и на Урале.
Большую роль в организации мартеновского производства на Урале сыграл русский инженер К.К. Фрей- лих. Изготовленные по его технологии из местного материала кирпичи были значительно лучше, чем иностранные, и стоили 1,5 коп., тогда как английские обходились в 30 коп. и были низкого качества. Существенный вклад в развитие новых методов производства стали внес В.Н. Липин (впоследствии профессор Петербургского горного института). В Нижнем Тагиле в 1883-1884 гг. он добился продолжительности кампании мартеновских печей в 300-400 плавок. В 1895 г. в Тагиле впервые был осуществлен рудный процесс ведения мартеновской плавки, что раньше безуспешно пытался сделать Сименс [4. С. 160-161].
Первые бессемеровские цехи, состоящие из двух конверторов по 5 т, были пущены на Нижне-Салдин- ском заводе в 1872 г. и на Катав-Ивановском в 1880 г. Однако значительно раньше, почти одновременно с Бессемером, в 1856-1857 гг. были проведены предварительные опыты на уральских заводах - Кушвинском, Нижнеисетском, Сысертском, Всеволодо-Вильвенском - с продувкой чугуна воздухом. Инженер К.П. Поленов на Нижнесалдинском заводе разработал теоретически и осуществил практически так называемый «русский» метод бессемерования, заключавшийся в сильном перегреве бессемеровского чугуна на поду пламенной (отражательной) печи.
Прокатные станы на большинстве заводов вводились с большим опозданием. Вместо них работали малопроизводительные молоты для проковки листа и полосового железа. Так, Нижнетагильский завод имел молотовые фабрики вместо прокатных станов вплоть до 1908 г. На многих заводах наблюдалось странное сосуществование таких передовых методов производства, как мартеновское и прокатное, с отсталым и неэкономичным, как кричное и молотовые фабрики. В связи с переходом сначала на пудлингование, а потом и на мартеновский и бессемеровский процессы, прокатные станы получили на Урале большее распространение. На Лысьвенском заводе впервые на Урале было пущено два сортопрокатных стана для раскатки пудлинговых болванок и прокатки шинного железа. В силу малой заинтересованности в переходе с листового проката, которым в основном и занимались уральские заводы, на сортовой, сортопрокатное производство в крае мало развивалось. В это время цена на листовое железо была в два раза выше, чем на сортовое.
Строительство металлургических заводов на Урале в этот период существенно сократилось. Лишь отдельные заводы, имевшие целевое назначение, строились уже на сравнительно новой технологической базе, с большими доменными древесноугольными печами объемом 100-180 куб. м, с мартеновским переделом и сортопрокатными станами. Так, в 1880 г. был основан Чусовской завод, первый завод на Урале без пруда и гидротехнических сооружений, ибо он строился в период, когда пар уже прочно завоевал свои позиции на металлургических предприятиях. Этот завод характерен еще и тем, что его строители уже при постройке предприятия рассчитывали работать там силами не местных, а пришлых рабочих. С этой целью одновременно с заводом строился заводской поселок на 1,5 тыс. чел. [Там же. С. 162]
Завод, построенный на судоходной части р. Чусовой, должен был снабжать район Прикамья и Поволжья качественным мелкосортным прокатом и проволокой. В 1894-1896 гг. был построен Надеждинский завод, главным образом для прокатки рельсов для строящейся Транссибирской железной дороги. В 1899 г. было начато строительство самого молодого завода дореволюционной России - Златоустовского металлургического, с целью выпуска большого количества металла на базе древесноугольного топлива из чистых по сере и фосфору бакальских руд. Однако достроен он был уже в советское время.
1890-е годы характеризуются возрастанием темпов выплавки чугуна. В 1900 г. производство чугуна на Урале по сравнению с 1890 г. возросло более чем в 1,5 раза. Тем не менее и в 1890-е гг. темпы роста выплавки чугуна значительно уступали общероссийским и особенно отставали от темпов роста выплавки на южных заводах. В итоге выплавка чугуна в стране за 1860-1900 гг. увеличилась почти в 9 раз, а на Урале только в 3,5 раза [10. С. 73].
На уральских заводах в 1890-х гг. резко возросло производство литой стали. Такой прирост - свидетельство качественных изменений в металлургическом производстве. По темпам производства стали край превзошел общероссийский прирост (за 10 лет в 7 раз). Динамика выплавки металла тесно связана с развитием процессов концентрации производства. Это прослеживается на развитии доменного производства. В 1861 г. в крае имелось 54 доменных завода и 88 домен, в 1900 г. уже 65 заводов и 120 домен (рост 120 и 136,4% соответственно). Рост числа доменных печей на старых заводах, перестройка некоторых передельных заводов в доменные и строительство самих домен началось еще с середины 1880-х гг., но особенно характерны эти процессы именно для середины 1890-х гг. [4. С. 163]
Совершенствовались техника и технология производства. С 1859 по 1879 г. число пудлинговых печей на уральских заводах возросло с 188 до 262 (на 39,4%), а кричных горнов сократилось с 1 051 до 541 (на 48,5%). Производительность пудлинговой печи в пять раз превышала показатели кричного горна. Число прокатных станов увеличилось с 13 в 1859 г. до 221 в 1882 г., т.е. в 16 раз. Удельный вес паровых двигателей в 1876 г. составил 20%. Если в 1859 г. на Урале не было ни одного парового молота, то в 1882 г. их насчитывалось 166. Однако в том же году на заводах Урала имелось еще 411 вододействующих молотов. Технические достижения первых 20-25 лет после отмены крепостного права были не столь велики, как ожидалось [2. С. 284].
Таким образом, в течение 1887-1897 гг. на Урале рост выпуска продукции происходил в основном за счет технических изменений: вводились новые методы производства литого металла и строились новые заводы. В 1880-е гг. здесь было построено четыре новых завода: Чусовской (1879-1880), Сосьвенский, Теплогорский (1884) и Инзерский (1885). А в 1890-1901 гг. - еще десять: Кутимский, Лемезинский, Зигазинский (1890), Лукьяновский (1891), Лапыштинский (1896), Никольский (1897-1899), Ашинско-Балашевский (1899), Надеждинский (1895), Вижаихинский (1900) и Вел- совский (1901). В то же время перестраивались и оснащались новым оборудованием такие старые заводы, как Нижнетагильский, Нижнесалдинский, Кизе- ловский, Полазненский, Очерский, Добрянский, Лысь- венский, Нытвенский и др.
Технический прогресс внес значительные изменения в производство черного металла. В период с 1863 по 1900 г. было построено 18 металлургических заводов. В первое десятилетие - 2, в 1880-е гг. - 6, в 1890-е гг. - 10. Восемь заводов было построено на Северном, 6 на Южном и 4 на Среднем Урале [4. С. 163]. Большинство новых заводов было расположено в неосвоенных прежде горнозаводчиками северных и южных районах края - в Пермской и Уфимской губерниях. Среди вновь отстроенных заводов выделялись Надеждинский и Чусовской, расположенный на стыке железных дорог Пермь-Тюмень и Чусовая-Березняки. Они были предприятиями полного металлургического цикла.
Крупным предприятием был и Надеждинский завод, построенный Богословским акционерным обществом в глухой тайге на севере края. Поразительны темпы его строительства. Закладка была осуществлена в мае 1894 г., а первая домна была задута уже через два года, еще через несколько месяцев он стал выпускать рельсы. Главная задача завода была в снабжении рельсами строительства Великой Сибирской магистрали. Новые заводы строились без традиционных прудов, использовали паровые машины. Вокруг предприятия возводились заводские поселки.
В результате в металлургическом производстве края произошли большие сдвиги. К началу XX в. горячее дутье вытеснило холодное на подавляющем большинстве домен. Число кричных горнов уменьшилось до 217. Количество пудлинговых печей в 1885-1890 гг. возросло только на 32, а с 1895 г. стало сокращаться. Число заводов, применявших бессемеровский способ производства стали, также уменьшилось. В производстве литого металла наиболее экономичным для того времени оказался мартеновский способ, который стал ведущим.
Все это свидетельствует, что промышленный переворот в горнозаводской промышленности Урала завершился лишь к концу XIX в. Он ознаменовался в доменном производстве вытеснением холодного дутья горячим, в железоделательном производстве - кричного способа пудлинговым, а затем и мартеновским, началом применения минерального топлива и значительным усилением паросилового хозяйства заводов. Кроме того, он выразился в увеличении объемов и высоты доменных печей, расширении площади горнов, более широком применении паровых машин. В период с 1860-х до середины 1880-х гг. он осуществлялся очень медленно, а в 1880-1890-е гг. - широко и основательно. На строящихся заводах устанавливались печи новых конструкций с облегченной кладкой. Были построены эллиптические печи, значительно возросло число доменных печей с высокими корпусами (до 18 м). Полезный объем печей увеличился до 150 куб. м. Однако на предприятиях все еще преобладали домны с массивным корпусом, необходимые для древесноугольного способа выплавки чугуна, широко распространенного на уральских заводах.
Существенные перемены произошли в железоделательном и сталелитейном производствах. Уральские заводы в пореформенный период в основном специализировались на производстве рыночных сортов металла, занимая ведущее место в производстве сварочного металла. До начала 1890-х гг. производство литого металла было незначительным. В производстве черных металлов кричный и пудлинговый способы занимали до реформы равное положение. Весь пореформенный период шло вытеснение кричного метода пудлинговым. Однако уже в 1890-е гг. данный метод обнаружил тенденцию к свертыванию. За это время на уральских заводах были сокращены 53 пудлинговые печи. Одновременно происходил рост числа мартеновских печей и производства литого металла, почти сравнявшийся по выпуску к 1900 г. со сварочным. Этот подъем производства сопровождался качественными переменами в технологии.