Работа в мартеновской печи происходит в несколько этапов, сначала в печь загружают холодные материалы (шихту) – железный лом, руду, известь. Их насыпают в стальные ящики – мульды. Завалочная машина захватывает мульду, вносит через завалочное окно в печь, переворачивает, высыпая содержимое. После окончания загрузки заслонки опускают и в печь вводят максимальное количество газа и воздуха, чтобы шихта быстрее прогрелась и расплавилась. После этого к печам подвозят ковши с доменным чугуном. Его доставляют из миксера, где чугун хранится в жидком виде. Мостовой кран поочередно поднимает ковши, наклоняет их, и чугун по специальному желобу льется в печь. Выплавка стали в мартене продолжается много часов. За это время пробы металла несколько раз отправляют в лабораторию, где исследуется их химический состав. В случае необходимости в печь вводятся недостающие вещества. На последнем этапе плавки происходит очищение стали от вредных примесей и раскисление – удаление из металла кислорода. Для этого в ванну добавляют раскислители: ферросилиций, ферромарганец, алюминий.
Во второй половине XX в. были созданы двухванные печи. В них применяют не воздух, а чистый кислород. Это дает такое количество тепла, что позволяет печам обходиться без регенераторов. Их производительность в 2–4 раза выше, чем однованных, а расход топлива – в 10–15 раз меньше.
Самые большие в мире мартеновские печи построены на Мариупольском металлургическом комбинате. Объем ванны в этих печах 900 м.
Но даже кислород не помог мартеновским печам выдержать конкуренцию с электрическим конвертером.
Электросталеплавильный процесс ведет свое начало от электрической дуги, которую получил, экспериментируя с гальваническим элементом, профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В. В. Петров в 1802 г. Спустя год он опубликовал книгу "Известие о Гальвани-Вольтовских опытах", в одной из глав которой описал превращение некоторых оксидов в металлы посредством электрического тока.
В 1853 г. во Франции был взят патент на конструкцию электропечи для плавки стали. В 1879 г. Вильгельм Сименс сконструировал электропечь, в которой впервые сумел выплавить железо из руды. Однако эта печь была далека от совершенства и полученное железо содержало много примесей.
В 1891 г. создатель дуговой электросварки Н. Г. Славянов осуществил плавку стали и других металлов в небольших тигльных печах с электродами. Большой вклад в развитие электропечей внес французский ученый Анри Муассан. В 1892 г. он представил во Французской академии наук свою конструкцию, позволявшую получать температуры до 4000 °C.
Широкому применению электрического тока мешала его относительно высокая стоимость. Но эта проблема была решена после появления первых гидроэлектростанций. На стыке XIX–XX вв. Поль Эру во Франции и Эрнесто Стассано в Италии практически одновременно построили дуговые плавильные печи.
Благодаря особым условиям в плавильном пространстве, прежде всего восстановительной атмосфере и температуре до 5000 °C, металлурги получили возможность не только полнее очищать металл от нежелательных примесей, но и выплавлять легированную сталь. Спрос на электросталь резко возрос в годы Первой мировой войны, когда металл высокого качества понадобился для производства пушек, брони и других видов вооружения.
За несколько десятилетий с момента возникновения электрического способа выплавки электропечи прибавили в объеме, их конструкции стали более совершенными. Поскольку в них можно плавить даже такие тугоплавкие металлы, как вольфрам и молибден, металлурги могут плавить сталь, легированную любыми металлами. В 1940–1950-е годы в электропечах стало применяться кислородное дутье. Оно позволило увеличить производительность электропечей, сократить расход электроэнергии, электродов, дорогих легирующих добавок. Повысилось и качество металла.
В индукционных электропечах нет электродов, что позволяет получать практически безуглеродную высоколегированную сталь.
Следующим шагом в развитии электропечей стали вакуумные индукционные и дуговые печи. Создаваемое в вакуумной камере разрежение заставляет пузырьки газа выходить из жидкого металла.
Современные методы литья позволяют производить качественную сталь без дефектов. Это помогает сократить дальнейшую механическую обработку и получить высокие эксплуатационные свойства материала.
Лодка. Гребные суда
Появление плавательных средств было вызвано необходимостью передвижения по водоемам: рекам и озерам. Из-за отсутствия дорог путешествие по воде было быстрее и легче. Помимо того, плавательные средства требовались для рыбной ловли.
Первым средством передвижения по воде были стволы деревьев. Их очищали от веток и плыли, лежа на бревне и работая ногами. Затем стали делать плоты, связывая вместе несколько стволов или связок камыша. Они управлялись шестом, а на глубоких местах использовали гребную доску. Плот позволял перевозить грузы.
Для быстрого плавания по воде больше подходила лодка, выдолбленная из ствола. Ее делали, выдалбливая или выжигая в стволе углубление для гребца. Один конец ствола заостряли для увеличения скорости передвижения. На мелководье лодка, как и плот, управлялась шестом, а на более глубоких местах гребли веслом, в которое постепенно превратилась гребная доска.
Часто лодки делали из выскобленной коры деревьев. Куски коры сшивались и связывались, а швы заливались смолой. Жители Севера делали каркас лодки из китового уса, натягивая на него шкуры животных.
Самое раннее изображение весла было обнаружено на древнеегипетской вазе, датированной III тысячелетием до н. э. Первые лодки для плавания по Нилу изготавливались из папируса. Его стебли собирали в крепкие связки, сплетавшиеся затем в толстый изогнутый мат с поднятыми концами. Их удерживал в таком положении трос из папируса.
Деревянные суда начали строить в Египте в конце IV–III тысячелетии до н. э. Они, как и папирусные суда, имели лунообразную форму с поднятыми концами, плоское днище, большую ширину и малую осадку. Для плавания по реке в воде должно было находиться не менее 40 % высоты корпуса. Сам корпус представлял собой набор коротких и толстых (до 10 см толщиной) досок из кедра, акации, сикоморы, скрепленных между собой деревянными гвоздями. Доски располагались встык и прошпаклевывались папирусом или смолой. Изнутри они поддерживались поперечными гнутыми брусьями. Снаружи корпус стягивался несколькими канатами. На верхних досках располагались лавки для гребцов.
На таких судах в качестве дополнительного движителя применялся парус. Его ставили, когда судно плыло вверх по Нилу. При плавании вниз по течению парус убирали, освобождая борта для гребцов. Весла опирались на планширь – брус, проходивший по краю бортов. На нем были укреплены колышки или ременные петли, заменявшие уключины. В зависимости от ветра и волны гребцы могли работать сидя или стоя. При максимальном темпе гребли 26 тактов в минуту они вставали почти в полный рост, при каждом толчке с силой бросаясь на сиденье.
Постепенно для постройки судов стали применять балки из длинных стволов кедровых деревьев, привозившихся из Ливана.
Это повысило прочность корпуса. Появился внутренний киль, исчез обвязывающий пояс. Весла стали вставляться в уключины.
Постепенно лидерство в судостроении перешло к финикийцам – народу, жившему в Передней Азии на территории современного Ливана. Они основали колонии по всему побережью Средиземного моря. Финикийцы строили суда с килем и обшивкой на специальном каркасе из шпангоутов. Под палубой размещались помещения для грузов.
В Древней Греции постепенно стали возникать различия между военными и торговыми судами. Военные суда имели одну мачту или несколько мачт с парусом и по 25 весел на каждом борту, которые поддерживались вынесенными балками. На торговых использовались только весла.
Существовало несколько типов весельных судов. Считается, что для увеличения скорости и маневренности еще финикийцы стали строить корабли с двумя рядами весел, расположенных друг над другом в шахматном порядке – по-гречески они назывались диеры. Позже греки строили триеры, расположив весла в 3 ряда по диагонали. Гребцы назывались (в порядке рядов снизу вверх): таламиты, зевгиты и траниты. Весла верхнего ряда направлялись только колками, остальные продевались через круглые или прямоугольные отверстия в бортах – скалмы. Скалмы защищались от попадания воды специальными кожаными манжетами.
Карфагенским судостроителям приписывают строительство квинквирем – судов с 5 ярусами весел.
Однако в последнее время стали высказываться сомнения в возможности постройки судов с числом ярусов весел больше одного. Не было найдено ни одного такого судна. Расчеты показывают, что постройка таких судов невозможна даже при современном уровне развития материалов и технологий. Дело в том, что с увеличением длины весел требовалось бы значительно увеличить их диаметр и, как следствие, массу настолько, что с ними не могли бы справиться и несколько гребцов. Это же касается и массы всего корабля.
Помимо того, на многоярусных судах была невозможна синхронная работа всех гребцов, что отрицательно сказалось бы на скорости и управляемости судна.
Поэтому триремы и другие подобные суда, скорее всего, назывались не по количеству ярусов, а по количеству гребцов на одно весло.
В Средние века наиболее распространенным гребным морским судном была галера. В зависимости от величины она могла быть узкой и быстроходной ординарной, называвшейся еще галера-зензиль или более округлой грузовой.
Ординарная могла иметь до 30 гребных скамеек по одному борту. На одной такой скамье сидели по три гребца, каждый из которых имел свое весло, длина и вес которого увеличивалась по мере удаления гребца от борта. На этих галерах были весла трех разных размеров. Такая система называлась терцаруоло.
На грузовой галере все весла имели одинаковую длину до 12 метров и массу до 300 кг. На каждое весло приходилось по пять гребцов.
Позже были созданы галеры, на которых одно весло обслуживали 8 гребцов, а общее число гребцов достигало 240.
Палуба галеры делилась поперечными досками-мужлуками на нос, среднюю часть и корму. На них могли устанавливаться две мачты. В XV–XVII вв. в качестве гребцов на галерах стали использовать рабов или осужденных преступников. Такие галеры назывались каторгами.
В XV–XVI вв. хозяевами Средиземного моря стали пираты – мусульмане, базировавшиеся в Северной Африке. Их поддерживали турецкие единоверцы. Они грабили корабли и города Испании и Италии. Испанцы и итальянцы, в свою очередь, отвечали тем же. Долгое время в этой борьбе одерживали верх сторонники Магомета.
В 1571 г. вблизи города Лепанто в западной Греции состоялось грандиозное сражение между объединенным флотом Испании, Австрии и итальянских государств и турецким флотом под командованием Али-паши, на стороне которого выступали алжирские пираты. С каждой стороны в сражении участвовали до 250 кораблей, большинство из которых были галеры. Сражение закончилось победой европейцев. В бою погиб Али-паша.
Сражение при Лепанто стало последним в истории крупным сражением гребных флотов. Постепенно гребные суда уступили место парусным.
Сейчас гребные суда применяются в основном как спортивные, мелкие промысловые, транспортные и спасательные.
Они могут быть как с уключинами, так и без.
У шлюпок и различных лодок уключины располагаются на бортах. Шлюпки применяются на военных кораблях, гражданских морских судах. У шлюпок нет палубы. Одноместная шлюпка называется тузик и имеет длину до 3 м. Самая большая шлюпка – баркас – может иметь до 22 весел при длине до 11 м.
У академических судов уключины находятся на кронштейнах за бортом. Это наиболее совершенные гребные суда, особо легкие. Академические суда, предназначенные для гонок называются скифы. Они имеют удлиненную сигарообразную форму. Эти суда бывают парные и распашные. В парных гребец гребет двумя веслами, в распашных – одним. Этот тип судов предназначен для гребли на тихой воде.
Гондолы – прогулочные суда, распространенные главным образом в Венеции, – имеют уключину, расположенную в корме. Единственное весло применяется как для передвижения, так и для управления гондолой.
Не имеют уключин каноэ и байдарки.
Каноэ появилось у индейцев Северной Америки. Первоначально это была лодка, выдолбленная из целого ствола дерева, или каркас, обтянутый корой. Каноэ предназначалось для перевозки людей и грузов. Современные каноэ также изготавливают либо из дерева, либо каркас обтягивают непромокаемым материалом. Они имеют челночно-образную форму корпуса. Гребцы располагаются либо на дне лодки, либо на специальных банках. В спортивном каноэ гребцы стоят на одном колене. Весло для каноэ однолопастное лопатообразное. Управление каноэ производится путем поворота весла в воде и изменения его траектории в конце гребка.
Байдарки, или каяки, появились у северных народов: эскимосов, коряков и чукчей. Они состояли из деревянного каркаса, обтянутого шкурой моржа. Современные байдарки изготавливаются из дерева, металла или пластмассы и обтягиваются водонепроницаемым материалом. Гребцы сидят у самого днища байдарки, чтобы снизить центр тяжести. Сверху байдарка закрыта декой (палубой), в которой прорезаны люки для гребцов. Весла для байдарок двухлопастные, управление осуществляется рулем, который поворачивается ногами.
Лук
Лук стал первым оружием, позволявшим аккумулировать энергию мышц человека и затем мгновенно ее высвобождать, отправляя стрелу на большое расстояние. Первые луки представляли собой согнутую палку, к концам которой была привязана веревка – тетива. Применение луков позволило увеличить дистанцию, с которой можно поразить дичь на охоте. Простой лук применялся римлянами, германцами, англосаксами, африканскими и южно-американскими племенами, обитателями островов Тихого океана.
Со временем стали изготавливать сложные луки. При их изготовлении на деревянную основу наклеивали сухожилия, а с внутренней стороны лук покрывали роговыми пластинками. Такой лук был на вооружении народов Востока, скифов, сарматов, гуннов. Его использовали в Древней Руси.
Наконечники стрелы первоначально изготавливались из кости или из твердого дерева. Позже, с развитием кузнечного искусства, их стали делать из бронзы или стали. Сначала наконечники были плоскими или листовидными, повторяющими форму кремниевых наконечников. Затем скифы изобрели более совершенный граненый наконечник, получивший распространение в Азии, а потом и в Европе.
Стрелы могли быть оперенными и неоперенными. Англичане еще в XIV в. использовали как те, так и другие. В целом, хорошая стрела, пригодная для дальней и точной стрельбы, была довольно сложным технологичным изделием, ее изготовление было достаточно трудоемким.
Постепенно лук стал применяться не только на охоте, но и на войне. Была разработана тактика, при которой лучники становились перед войсками, выстраивались в несколько рядов и выпускали стрелы в противника. Пока одни ряды вели стрельбу, другие перезаряжали луки. Стрелы пускались по навесной траектории, огибая фронтальную защиту обороняющихся. Обычно лучники начинали бой до того, как воюющие стороны сходились в рукопашном бою.
При стрельбе из лука тетиву натягивали на длину вытянутой руки, а выше плеча. Это исключало прицеливание, в том значении, как мы это понимаем. Для того чтобы научиться не просто стрелять, а попадать в цель, необходимо было регулярно и долго тренироваться с самого детства. При соблюдении этого условия к совершеннолетию лучник мог выпускать до десяти стрел в минуту на расстояние 200 шагов. Услуги таких профессиональных стрелков были очень дороги.
В Средние века хорошие стрелки, имея мощные луки, пробивали рыцарские латы на расстоянии 80–100 шагов. Так, в 1346 г. во время Столетней войны в битве при Креси английские лучники, вооруженные луками, стрелявшими на расстояние до 300 шагов, решили успех сражения.
В IX в. на основе лука был создан арбалет. Он представлял собой ложе из крепкого дерева (обычно тиса), на одном конце которого укреплялась дуга лука, сделанная из стали. Тетиву из крученого сухожилия или пенькового шнура натягивали при помощи специального устройства, вращая зубчатое колесо. Арбалет стрелял короткими железными стрелами или свинцовыми и каменными пулями (болтами) на расстояние 150 шагов.
Широкое распространение арбалет получил в XII в. С его появлением любой человек, обладавший элементарными навыками стрельбы, мог соревноваться с профессиональным лучником в меткости, даже превосходил его по поражающему действию. По некоторым данным, арбалетный болт поражал латника на расстоянии 150 метров и сбивал всадника с коня на расстоянии 200 метров.
Теперь лучники перестали быть отдельной высокооплачиваемой кастой. Их стали серьезно теснить отряды арбалетчиков. Из-за своей доступности арбалет долго считался "низким" оружием, недостойным благородного рыцаря. В 1139 г.
Второй Латеранский собор запретил использование арбалетов как смертоносного оружия против христиан и разрешил применять их исключительно против неверных. Однако в 1190 г. арбалеты были приняты на вооружении в армии Ричарда I Английского и Филиппа Августа Французского. Папа Иннокентий III вспомнил о запрете собора, но это не дало особых результатов.
Началось бурное развитие арбалетов. Их расцвет пришелся на XV–XVI века. Они применялись наряду с еще несовершенным ручным огнестрельным оружием.
Вместе с улучшением самой конструкции арбалета появлялись и новые типы конструкций. В XIV в. изобрели натяжной крюк, крепившийся к поясу арбалетчика. Для натяжения нога упиралась в стремя, стрелок приседал, зацеплял тетиву за крюк и, выпрямляясь, натягивал тетиву.
В 1500 г. по приказу императора Священной Римской империи Максимилиана было разработано устройство, предотвращавшее случайный выстрел. Причиной этого стал неожиданный спуск стрелы, едва не убившей императора.
Примерно в 1530 г. в Италии появились арбалеты, которые помещались под одеждой. Несмотря на все запреты и штрафы за их ношение, они получили широкую популярность, особенно среди горожан. Позже появились модификации для стрельбы глиняными или металлическими пулями.
В конце XVI в. появились арбалеты, комбинированные с огнестрельным оружием. Но постепенно арбалет перестал использоваться в военном деле.
После снятия с вооружения арбалет долго применяли охотники, ценя его за бесшумность. Но с совершенствованием огнестрельного оружия, повышением дальности боя бесшумность отошла на второй план, и от арбалета отказались. Хотя еще в начале XX в. сибирские охотники-промысловики натягивали на звериных тропах тросики с подведенным к ним подобием арбалета.
Во второй половине XX в. арбалеты возродились вновь. С появлением новых композитных материалов, позволивших уменьшить их массу, мощное и бесшумное оружие взяли на вооружение войска специального назначения.
Старший брат арбалета – лук – применялся дольше младшего собрата. Более легкий и простой в обращении лук любили кавалеристы. Луками были вооружены башкирские кавалеристы еще во время Отечественной войны 1812 г., за что получили у наполеоновских солдат прозвище "амуры".