Бессемер считал, что можно производить сталь, каким-то образом удалив сначала углерод из богатого им материала под названием «передельный чугун». Найди он способ этого добиться, для человечества настала бы новая эпоха сталеварения. Ради этого он произвел «множество модификаций и изменений»[75] в конструкции печи, чтобы достичь нужных условий. Целеустремленность была в числе лучших черт Бессемера. Он беспрестанно думал о металле, и, наконец, в момент выздоровления после болезни его посетила идея.
Бессемер был человеком из стали, но имел и свою слабость. С ним часто случались странные мучительные приступы морской болезни. В таком состоянии он днями не вставал с кровати. «Мало кто[76] страдал от морской болезни так, как я», – рассказывал он в автобиографии. Восстанавливаясь[77] после долгого морского путешествия, Бессемер нуждался в свежем воздухе, причем в больших количествах, и это натолкнуло его на мысль. Он писал: «Я пришел к выводу[78], что если воздух привести в контакт с достаточно обширной поверхностью расплавленного передельного чугуна, то металл быстро превратится в ковкое железо».
Поддув – испытанный метод, который для повышения температуры пламени используют любители приготовления мяса на пикниках или в костровой яме, знакомый людям с древних времен. Бессемер воспроизвел эту идею в 1855 г., но с изменениями – он использовал воздух с несколько иной целью. Для удаления избытка углерода[79] он собирался применить воздух, который должен был вступать в химическую реакцию с углеродом в расплавленном чугуне, а после этого предполагалось добавлять точно рассчитанное количество углерода обратно для получения стали. Бессемер вдувал воздух прямо в емкость с расплавленным металлом по трубке, вставленной через дно, что напоминало процесс внутри вулкана. Это была безумная идея, но она сработала.
Он так описывал свой опыт: «Все шло спокойно в течение примерно десяти минут»[80]. Иногда он замечал искры, но это его не обеспокоило, ведь их можно было ожидать при вдувании воздуха в расплавленный металл. Он предполагал, что увидит кипящий котел с огнем и дымом. Но через пару минут огонь и дым превратились в адское пламя. Кислород из воздуха вступил в бурную химическую реакцию с углеродом, и «в воздух взвился сноп искр и огромное белое пламя»[81], затем последовала серия громких взрывов. В результате химической реакции его нос, уши, глаза и кожа подверглись атаке густым дымом, оглушающими взрывами, ярким огнем и обжигающим жаром. Это клокочущее адское варево из расплавленного металла изверглось, как Везувий.
И хотя Бессемер рассказывает о произошедшем бесстрастно, эксперимент явно привел к взрыву и возгоранию части крыши здания. Когда огонь утих, а обломки расчистили, он обнаружил, что добился нужного результата. К его радости, это химическое извержение удалило из железа углерод, который он потом мог добавить в нужном количестве для получения стали.
Потратив годы работы на усовершенствование своего рецепта, Бессемер изготовил сталь, но армия уже не нуждалась в ней. Война закончилась, русских и так разгромили. Но Бессемер-предприниматель не отчаивался, следуя личному девизу – «Всегда вперед», и нацелился на новый, многообещающий рынок – железнодорожный.
Почти стальной человек
Когда осенью 1856 г. до США донеслись вести о том, что сэр Генри Бессемер разработал процесс выплавки стали путем продувки железа воздухом, народ возликовал. Сталь свяжет страну мостами и скрепит ее рельсами. Однако Уильям Келли пришел в ужас от новости о бессемеровском изобретении. У него тоже был рецепт выплавки металла с помощью продувки воздухом, который ему показался сходным с идеей Бессемера. Если Келли хотел сделать себе имя, ему следовало опередить Бессемера и поскорее подать заявку на патент.
Все, о чем в этой жизни мечтал Уильям Келли, – это достичь признания, как его отец. Тот был уважаемым и богатым человеком, заслуженным жителем Питтсбурга, но Келли-младший не унаследовал от отца нужных для успеха черт характера. Родившийся в 1811 г. Уильям Келли вырос высоким, худощавым и, казалось, лишенным амбиций мужчиной. Он стал коммивояжером, торгуя вместе с братом Джоном одеждой[82] в компании под названием McShane & Kelly. Работа его устраивала, он мог повидать страну и был старшим компаньоном. Но у судьбы были другие планы. Огонь уничтожил склад его компании. Примерно в то же время в одной из командировок Уильям познакомился с Милдред Грейси, жившей в Эддивилле, штат Кентукки, городке неподалеку от Цинциннати. Он переехал туда, поближе к ней.
Так Келли, которому было уже под сорок, начал все заново, поселившись в чужих местах, где его никто не знал. Чтобы заработать на жизнь в этом маленьком городке в сельской местности, в 1847 г. они с братом купили Эддивилльский железоделательный завод (Eddyville Iron Works), который переименовали в Kelly & Company. Уильям Келли женился на Милдред и получил дополнительные средства на развитие предприятия от обеспеченного тестя. Завод располагался на берегах реки Камберленд, и расстояние в несколько миль разделяло два его цеха – доменную печь в Сувани и кричный горн в Юнионе. Печь переплавляла добытую в рудниках железную руду в передельный чугун, а кричный горн превращал этот металл в бруски сварочного железа. Уильям управлял работой доменной печи и кричного горна, а его брат занимался финансами. Ни один из них раньше не имел опыта в металлургии[83].
Компания располагала всем оборудованием, необходимым для превращения передельного чугуна в сварочное железо, то есть из железа с высоким содержанием углерода – в его же разновидность с более низким содержанием. Предпочтительным было железо с меньшим процентом углерода – скажем, ниже 0,4 %. При этом в передельном чугуне его более 4 %.
Железоделательный завод Келли располагался удачно и имел доступ к множеству ресурсов, в частности к хорошему источнику железной руды и большим лесам в непосредственной близости. Из древесины получали древесный уголь, который использовали для поддержания жара в печи. Топливо для печи было одной из главных статей расходов завода, так что Келли искал способ на нем сэкономить.
Считается, что однажды в 1847 г. Келли увидел, как один из рабочих кричного горна обдувает воздухом поверхность расплавленного чугуна в чане. Будучи наблюдательным новичком, он ожидал, что воздух охладит металл, но поток воздуха вызвал противоположную реакцию. Расплавленный металл стал еще горячее. Добавление воздуха повысило его температуру, так как произошла химическая реакция. «После тщательного наблюдения, – написал Келли спустя много лет, – у меня возникла идея, что, когда металл уже расплавлен, топливо использовать необязательно»[84]. Келли заметил, что поток воздуха увеличивает температуру и уменьшает потребность в дополнительном топливе для поддержания пламени в доменной печи. Он рассматривал процесс продувки как способ сберечь топливо.
Келли не знал, что воздух делал не только это. Процесс продувки, или, как называл его сам Келли, пневматический процесс, удалял углерод, превращая расплавленный чугун в хороший исходный материал для изготовления стали. Сталь можно было получить, добавив определенное количество углерода обратно. Продувая воздух через расплавленный металл, Келли создал нечто важное, но еще не знал об этом. Пока еще не знал.
Повсюду говорили о предстоящем получении Бессемером американского патента, его заявка была принята в 1856 г. У него был процесс продувки расплавленного металла воздухом. Этот процесс казался похожим на то, что Келли считал собственной идеей, но у продувки Бессемера были другие цели. Тот знал, что продувание воздуха сквозь расплавленный металл вызывает химическую реакцию, удаляя углерод, который он потом мог добавлять обратно в определенном количестве для получения идеальной стали. Келли считал, что продувка снижает потребление топлива.
Через пару недель после того, как Келли узнал о работе Бессемера (30 сентября 1856 г.), он подал жалобу о патентной коллизии в Патентное ведомство США. Келли добивался патентного приоритета своего изобретения, сделанного им в 1847 г. Он представил более двенадцати свидетелей и опротестовал заявление Бессемера[85].
Но разница между Бессемером и Келли была в том, что у Бессемера имелся отлаженный процесс, а у Келли – нет. Продувка воздухом была не единственным условием получения стали из железа. И Бессемер постиг это путем проб и ошибок.
Ранние опыты Бессемера удаляли углерод из чугуна, как и пневматический процесс Келли. Это хороший первый шаг, потому что излишек углерода делает сталь хрупкой, и она ломается, как сырая морковка. Но создание превосходной стали требует внимания и к остальным ингредиентам, а именно к фосфору и марганцу. Если в стали слишком высок процент фосфора, она получается хрупкой, так что удаление фосфора действует благоприятно. А у марганца противоположный эффект – хрупкой будет сталь со слишком низким его содержанием. Сталеварение не прощает ошибок; это как приготовление суфле, только в металлургии.
В изначальном процессе Бессемер, сам того не понимая, удалял марганец, но не фосфор. Так получилось, что он использовал передельный чугун с низким содержанием фосфора. Ему повезло, но тем, кто пытался повторить его эксперименты, удача не улыбнулась. У них получалась сталь не такого высокого качества, которое сулил Бессемер. Так что, пока он продавал лицензии, он сколотил состояние, но вскоре пришлось вернуть все эти деньги и заплатить штрафы по судебным искам. В конце концов Бессемер был вынужден сочетать свой патент с работой Роберта Муше, имевшего патент на добавление марганца, и Сидни Томаса, обладателя патента на удаление фосфора. Все вместе работало эффективно и стало называться бессемеровским процессом. И если происходящие химические реакции оставались предметом споров, то невежество Келли в этом вопросе было бесспорно, судя по свидетельствам из Патентного ведомства, что соратники Келли считали продувку воздуха сквозь