Макроизобретение (первая фаза): достижения Абрахама Дерби I
Около двадцати шести лет назад моему мужу пришла в голову счастливая идея о возможности делать чугун с помощью каменного угля... Эдуард Найт, эсквайр, превосходный специалист по плавильному делу, убеждал моего мужа оформить патент, чтобы получить выгоду от этого счастливого открытия; но тот сказал, что не станет лишать народ такого ценного приобретения, каковым, как он считал, будет являться его изобретение; и оно действительно оказалось ценным, потому что вскоре распространилось, и как в соседних районах, так и в других местах были построены плавильные печи.
Выплавка чугуна на коксе стала одним из знаменитых изобретений промышленной революции, исключительно важным в долгосрочном периоде, потому что эта технология сделала возможным производство дешевого чугуна, необходимого для механизации промышленности и строительства, железных дорог и пароходов. Открытие Абрахама Дерби было макроизобретением, которое, когда кокс вытеснил древесный уголь из доменной печи, радикально изменило пропорцию факторов производства. За макроизобретением последовали полтора века усовершенствований технологии, в результате которых ее производительность существенно выросла. Технический прогресс был куда более нейтральным по отношению к факторам производства, чем исходное изобретение: изобретатели работали над тем, чтобы экономить все факторы производства, больше всего — каменный уголь и труд. Значительная часть усовершенствований появилась благодаря обучению в производстве. Эта цепь изобретений сократила количество каменного угля, необходимого для производства чугуна, и привела к тому, что в середине XIX века зарубежным производителям чугуна тоже стало выгодно заменить древесный уголь минеральным топливом. Когда в развитии технологии наступил переломный момент, французы, немцы и американцы перешли напрямую к использованию самой продвинутой технологии, вместо того чтобы повторять весь извилистый путь, пройденный англичанами.
Плавка чугуна на коксе кардинально отличается от изобретений Ньюкомена, Харгривса и Аркрайта. Во-первых, изобретатель на самом деле ее не изобретал: Абрахам Дерби изобрел вспомогательные процессы и рыночную нишу, которые сделали выплавку на коксе коммерчески выгодной, но собственно выплавку на коксе придумал не он. Во-вторых, разработанный Дерби процесс имел ограниченную сферу применения. Кокс был и слишком дорогим, и недостаточно качественным топливом, чтобы конкурировать с древесным углем в производстве ковкого чугуна. Древесно-угольный чугун был основным продуктом металлургической промышленности. Только к середине XVIII века выплавка на коксе была достаточно усовершенствована, чтобы превратить дешевый английский каменный уголь в конкурентное преимущество для металлургии страны. Перед нами встает вопрос о том, что же было настоящим макроизобретением в этой истории. Были ли макроизобретением открытия Абрахама Дерби, в результате которых было налажено скромное, но коммерческое производство коксового литейного чугуна? Или же макроизобретением были все те нововведения, которые сделали выплавку на коксе самым дешевым методом получения ковкого чугуна? Поскольку ковкий чугун был куда более важным продуктом, с точки зрения экономики, второе утверждение выглядит обоснованной.
В история производства чугуна с помощью кокса в Великобритании была историей компании, потому что почти никто больше его не производил. Во главе фирмы стояли три поколения Абрахамов Дерби, но все они рано умерли (в возрасте 39, 52 и 39 лет), так что не только Дерби внесли в развитие компании свой вклад. Первый Абрахам Дерби продал большую часть компании, чтобы выручить необходимый капитал, и в работе фирмы активно участвовали люди, не принадлежавшие к семье Дерби. После, когда коксовый уголь стал конкурировать с древесным в производстве ковкого чугуна, по всей Великобритании появились новые фирмы: Джон Уилкинсон построил коксовую доменную печь в Стаффордшире, фирма Catron Works была основана в Шотландии, семья Уокеров возвела коксовую печь в Ротереме в Южном Уэльсе появилось сразу четыре крупных чугуноплавильных завода. Таким образом, производство началось во всех тех регионах, которые стали основными поставщиками чугуна и лидерами британской металлургии вплоть до середины XIX века.
Хотя в конце XVIII века существовали и другие крупные фирмы, производственные издержки колбрукдейлских доменных печей в деревне Хорсхей соответствуют издержкам в других регионах страны. Информация основана на данных по ведущим регионам-производителям в стране.
Они сократились на 63%. Это падение могло объясняться растущей производительностью более дешевых факторов производства. Чтобы нейтрализовать эффект изменений цен на факторы производства, я пересчитал средние валовые затраты за каждый год в ценах. Этот показатель «реальных издержек» на тонну чугуна первой плавки сократился на три четверти, при этом влияние инфляции периода войн с Наполеоном нейтрализовано. За исключением начала XIX века, на протяжении всего рассматриваемого периода рост производительности постепенно понижал издержки производства чугуна.
Рост производительности прошел через три стадии. В ходе первой фазы, в 17091755 годы, производительность существенно улучшилась, и коксовый чугун стал конкурентоспособным продуктом. В течение оставшейся части XVIII века рост производительности был скромным. Затем он вновь ускорился в ходе первой половины XIX века.
Задавайте вопросы нашему консультанту, он ждет вас внизу экрана и всегда онлайн специально для Вас. Не стесняемся, мы работаем совершенно бесплатно!!!
Также оказываем консультации по телефону: 8 (800) 600-76-83, звонок по России бесплатный!
Траектория роста производительности была преимущественно нейтральной: экономились все факторы производства. Уголь, которого в Великобритании было в изобилии, экономился так же, как и дефицитный труд. Экономилась даже железная руда. К середине XIX века значение имел только состав руды, потому что весь чугун, содержавшийся в руде, переходил в чушки. В начале XVIII века это было не так, поскольку часть чугуна терялась со шлаками. В течение полутора веков после макроизобретения Дерби производительность чугунной промышленности развивалась по схеме, очень похожей на нейтральный процесс развития.
Выплавка чугуна на коксе не зависела от научных изобретений и не требовала вспышки гения. В сущности, она вообще почти не требовала мыслительных усилий. Каменный уголь был куда более дешевым источником энергии, чем древесина, и в течение всего XVII века предпринимались попытки заменить древесину углем в самых разных сферах. Если каменный уголь использовался для отопления домов, почему было не начать кидать его в доменную печь вместо дорогого древесного? Многие люди пробовали поступить именно так. Дад Дадли был первопроходцем, утверждавшим в свой книге Metal lumMartis, что ему удалось успешно выплавить чугун на каменном угле. Дома у него были чугунные изделия в подтверждение этих слов. За Дадли последовали другие экспериментаторы, и нет причин считать, что они потерпели неудачу. Проблема заключалась в том, что процесс не был экономным. Большая часть чугуна в XVII веке очищалась для производства ковкого чугуна (прокатного железа), а чугун, выплавленный на каменном угле, содержал для этого слишком много серы. Эта проблема была типичной при попытках заменить древесный уголь каменным: каменный уголь сообщал чугуну примеси, так что необходимы были новые технологии для повторной очистки металла. Одним решением было коксование угля для его очистки. Впервые эта техника получила коммерческое применение в Дербишире, где кокс сжигали в печи для просушки солода.
Абрахам Дерби I считается изобретателем выплавки чугуна на коксе, но, как мы уже говорили, он не был автором идеи этой выплавки. Дерби, вероятно, узнал о выплавке на коксе от Шадраха Фокса, поставщика чугунной дроби для британской артиллерии. Чугунная дробь, вероятно, выплавлялась на коксе, и Фокс использовал доменную печь в Колбрукдейле, ту самую, которую впоследствии арендовал Дерби. Эта печь взорвалась, и Фокс продолжил плавить чугун на каменном угле или коксе в доменной печи в Умбридже. Дерби арендовал печь в Колбруклейле у Фокса, перестроил ее и приступил к выплавке коксового чугуна.
Связь между Фоксом и Дерби проливает свет сразу на несколько загадок: почему Дерби так и не запатентовал выплавку на коксе (хотя запатентовал свой процесс литья), а также, откуда у него взялась смелость использовать кокс буквально с самого основания своего бизнеса. Он вел себя так, как будто знал, что технически процесс сработает, потому что не проводил никаких экспериментов с коксом. Похоже, что у него не было запасного плана использовать древесный уголь, если выплавка на коксе провалится. Кроме того, опыт Шадраха Фокса уже показал, что коксовый чугун можно было использовать для литья, чем Дерби как раз и собирался заняться.
В сущности, вклад Дерби в «изобретение» выплавки на коксе заключался в нахождении способа коммерческого применения коксового чугуна. Примерно Дерби и другие квакеры основали недалеко от Бристоля латунный завод Baptist Mills Brass Works. Из латуни в основном либо вытягивалась проволока, либо выковывались горшки, чайники и тому подобное. Методом литья традиционно производились только церковные колокола и пушки. Однако к концу XVII века голландцы начали отливать многие другие продукты с использованием песчаных и многоразовых форм. Дерби открыл собственное литейное производство и попытался отливать чугунные горшки с помощью песчаных форм, но не преуспел в этом. Он отправился в Нидерланды изучать литье в песчаные формы, а затем привез на родину несколько голландских рабочих, чтобы они попытались лить чугун, но и они потерпели неудачу. Однако английский подмастерье Джон Томас считал, что у него получится наладить процесс, и Дерби платил ему вплоть до того момента, когда он действительно добился успеха. Джон Томас вел основной научно-исследовательский проект Дерби, в результате которого Дерби получил патент на литье чугуна в песчаные формы. Достоинство метода Дерби заключалось в том, что литые изделия были тонкостенными и легкими. Кастрюля его производства объемом один галлон, к примеру, весила шесть с половиной фунтов, то есть в два раза меньше, чем традиционная чугунная кастрюля. Кастрюли Дерби разлетались как горячие пирожки.
Дерби также принадлежит заслуга изобретения еще одной технологии, связанной с литьем. Тонкостенные литые изделия изготовлялись не из того первичного чугуна, который получался на выходе из доменной печи. Первичный чугун переплавлялся вновь, и Дерби был первым, кто использовал для этого отражательную печь. Отражательные печи использовались со времен Средневековья при выплавке латуни для литья колоколов; возможно, что Дадли использовал такую печь для литья чугуна. Годы отражательная печь использовалась для выплавки свинца и меди двумя компаниями, связанными с сэром Клементом Кларком, который, возможно, также экспериментировал с выплавкой чугуна. Однако Дерби стал первым, кто сумел успешно использовать отражательную печь на чугунолитейном заводе. Такая печь оставалась стандартным оборудованием для переплавки первичного чугуна вплоть до изобретения печи вагранки Джоном Уилкинсоном.
Процесс подготовки кокса также потребовал некоторых технологических заимствований. Впервые кокс был использован в коммерческих целях в XVII веке на соло до дробилках в Дерби: на нем подогревался проросший ячмень. Абрахам Дерби был подмастерьем на солодо дробилках, где он и познакомился с этой технологией. Кокс производился в Колбрукдейле точно так же, как в Дерби. Своим успехом Дерби был обязан соединению нескольких новых разработок из области чугунной и медной металлургии, а также из области пивоварения.
Доменная печь Абрахама Дерби была традиционной доменной печью для сжигания древесного угля. Не считая использования кокса, от традиционного метода она отличалась своей низкой производительностью. Печь на древесном угле производила около трехсот тонн чугуна в год. В первые девять месяцев работы с коксом производительность печи Дерби составляла всего 44 тонны чугуна в год. В последнем квартале года норма выработки выросла до 150 тонн в год. Кокс был менее реактивным топливом, чем древесный уголь, и ни Дерби, ни его последователям не удавалось добиться производительности в 300 тонн в год, пока не появился возвратный двигатель. Однако кокс обеспечивал более высокую температуру горения, чем древесный уголь, в результате чего кремнезем в составе руды превращался в кремний. Высокое содержание кремния в чугуне, выплавленном на коксе, делало чугун более текучим, чем выплавленный на древесном угле, и эта текучесть способствовала успешной тонкостенной отливке. С другой стороны, из-за присутствия кремния чугун было сложнее очищать для получения ковкого железа. Кроме того, из-за меньшей производительности кокса капитальные затраты при его использовании были выше, чем при использовании древесного угля.
Абрахам Дерби не был богатым человеком, и ему приходилось искать внешние источники капитала, как для расширения фирмы, так и для финансирования научно-исследовательской деятельности. Партнеры Дерби по заводу Baptist Mills не хотели платить за его исследования в области чугунного литья, и он нашел нового финансового банкира в лице Томаса Фаудни. Чтобы выручить деньги на аренду чугуноплавильного завода в Колбрукдейле, Дерби продал три шестнадцатые доли бизнеса Джеймсу Питерсу и Гриффину Пранкарду. Он продал еще одну шестнадцатую часть Ричарду Чампиону, хотя выкупил ее обратно. В следующие несколько лет Дерби продал еще несколько долей фирмы Томасу Голдни, кроме того, он одалживал деньги у своего шурина, Томаса Бэйлиса, под залог собственности. На вырученные средства он купил доли в доменных печах в деревнях Вейл Рой ял и Долджин, а также построил в Колбрукдейле вторую печь. Дерби умер в возрасте тридцати девяти лет, не оставив завещания. К этому времени все активы предприятия принадлежали Голдни, Бэйлису и зятю вдовы Дерби, Ричарду Форду. Детям Дерби совсем не досталось бы долей в его бизнесе, если бы Джошуа Сарджент, выступавший их поверенным, не выкупил для них у Голдни три доли.
Макроизобретение (вторая фаза): коксовый чугун становится конкурентоспособным
Стоимость первичного чугуна, позволяющая получать прибыль от литейного бизнеса, служит одним возможным критерием, позволяющим оценивать прогресс выплавки чугуна на коксе. Другим критерием выступает цена первичного чугуна, выплавленного на древесном угле. В период он продавался по цене 56 фунтов за тонну. Коксовый чугун не мог найти широкого рынка, пока не начал бы продаваться по этой цене. Более того, цена должна была быть еще более привлекательной, поскольку высокое содержание кремния в коксовом чугуне вело к дополнительным затратам на его очистку и прокатное железо из коксового чугуна уступало по качеству прокатному железу из древесно-угольного чугуна. Поскольку первичный коксовый чугун стоил 8,75 фунтов за тонну, предстояло преодолеть долгий путь. С учетом всех этих обстоятельств, в первой половине XVIII века выплавка на коксе проводилась всего в нескольких печах, выплавляющих чугун. Однако в этот период обучение в производстве, то есть проведение экспериментов с существующими методами выплавки, привело к сокращению издержек и повышению качества продукции. Иногда в ходе экспериментов находилось решение той проблемы, которую пытались преодолеть экспериментаторы; иногда, наоборот, важные технические решения были найдены совершенно случайно.
Процесс усовершенствования выплавки чугуна на коксе делится на три основных этапа. Первый пришелся, и его движущей силой было стремление увеличить производительность. Абрахам Дерби I организовал бизнес по производству такой продукции, как горшки и кастрюли. После смерти Дерби во главе фирмы встал Ричард Форд. В начале он предложил расширить бизнес, начав производство литых запчастей для паровых двигателей: он предчувствовал, что по истечении срока действия патента Севери-Ньюко мена этот бизнес будет прибыльным. Однако засуха свела на нет попытки расширить бизнес. Тягу для работы печи производили водные колеса, и низкий уровень воды в резервуаре означал замедление производства. Чтобы преодолеть эту проблему, стала использоваться повозка, запряженная лошадьми, приводившая в движение насос, который возвращал воду из нижнего бьефа в верхний резервуар, чтобы ее можно было использовать вновь. Повозку сменил паровой двигатель Ньюкомена — первый «возвратный» двигатель на заводе.
Технология возврата воды в резервуар оказала огромное влияние на объем производства. Теперь доменные печи могли непрерывно работать на полной мощности. Проблема сезонной нерегулярности тяги была решена. Производительность поднялась с 4,5 до 7,5 тонн в неделю. При этом еще сильнее — и к тому же неожиданно — сократился объем требуемых факторов производства. Потребление руды снизилось с около 5 до 3,3 тонн, что для руды с содержанием одной трети железа было максимально эффективным использованием. Когда руды стало требоваться меньше, количество необходимого каменного угля и известняка также сократилось. Реальные издержки производства единицы продукции снизились на четверть по сравнению с уровнем. Средние валовые затраты при выплавке чугуна на коксе были теперь такими же, как при выплавке на древесном угле. Кокс начал становиться конкурентоспособным.
Вторым крупным усовершенствованием было закрепление достигнутого успеха. В деревне Хорсхей были построены доменные печи, первая из которых была запущена. Эти печи были не выше печей в Колбрукдейле, но зато были шире, так что их внутренний объем увеличился с примерно 350 до 500 кубических футов. Для раздувания печей использовались деревянные меха, изобретенные в Колбрукдейле, которые приводились в движение паровым насосом, качавшим воду напрямую на колесо. Объем производства вновь удвоился - до 15,4 тонн в неделю — кроме того, удлинился период работы печей. В печи ежегодно нужно было закрывать на шест-восемь недель, чтобы отремонтировать внутреннюю облицовку. Печи в Хорсхее работали по три-четыре года, прежде чем облицовку нужно было менять. Объем используемых факторов производства также снизился, особенно количество каменного угля и труда. Средние реальные издержки производства единицы продукции упали еще на фунт: до 4,40 фунтов за тонну. К этому моменту средние валовые затраты производства коксового чугуна стали ниже, чем переменные издержки в производстве древесно-угольного чугуна. Стало дешевле построить коксовую доменную печь, чем производить чугун на уже существующей древесно-угольной печи. После этого в Великобритании древесно-угольные доменные печи больше не строились, строились только коксовые.
Третьим важным усовершенствованием производства чугуна на коксе стало улучшение качества продукции. Проблема была в том, что прокатное железо, изготовленное из коксового чугуна, было хладноломким, то есть неожиданно трескалось или ломалось во время использования. Мотт писал, что хладноломкость была результатом повышенного содержания в металле фосфора и не была связана непосредственно с технологией выплавки. Фосфор был составляющей частью руды (а не угля, древесного или каменного), которая переходила в чугун при выплавке. В XVIII веке никто, конечно, не понимал этого. Вышло так, что руда, использовавшаяся для производства древесно-угольного чугуна в районе Форестоф-Дин, имела очень низкое содержание фосфора, так что производившийся там древесно-угольный сортовой прокат имел превосходную репутацию. Руды в районе Колбрукдейла имели разное содержание фосфора, и на заре выплавки на коксе значительная часть коксового чугуна содержала солидную долю фосфора. В Абрахам Дерби II экспериментировал, смешивая разные руды, и со временем обнаружил такую смесь, которая позволяла получить первичный чугун с низким содержанием фосфора (это было сочетание пород Ball, Black и Penny). Этот процесс был обучением в производстве в полном смысле слова. Смесь Дерби использовалась в доменной печи в деревне Хорсхей; полученная продукция продавалась преимущественно на кузницы, где из нее производили прокатное железо. Наконец сформировался производственный процесс, позволявший Великобритании успешно конкурировать в металлургической отрасли с другими странами благодаря своему дешевому каменному углю.
Дальнейшие усовершенствования макроизобретения
Первый сегмент продлился до начала XIX века. Рост общей производительности факторов производства был довольно скромным. Потребление каменного угля продолжало снижаться, пропорционально ему снижалось также количество необходимого труда, хотя эту экономию уравновешивал рост капитальных издержек. Вся инженерная история этого периода говорит о большом значении механизации. На месте водяного колеса на заводе в Колбрукдейле был установлен двигатель Боултона-Уатта, а деревянные меха сменила воздуходувная машина с одним цилиндром. Эта машина, в свою очередь, была заменена на другую, усовершенствованной конструкции. Производительность утроилась, увеличившись с 15 до 45 тонн в день. Такая высокая производительность требовала постоянного движения большого объема материалов. Уже в 1740 году на территории колбрукдейлского завода начали прокладывать деревянные рельсы, а в 1757 году его рельсовая система составляла шестнадцать миль в длину. Были отлиты первые металлические рельсы, и в следующие десять лет металлические рельсы постепенно заменили деревянные: так появилась первая в мире железная дорога из железа. На заводе также появились подъемные системы, использовавшиеся для закладки в печи нового сырья. Капиталоемкость росла, а с ней вместе росла и производительность труда, но увеличение капитальных затрат шло нога в ногу с экономией на заработной плате, так что общий прирост эффективности был умеренным.
Скорость технического прогресса возросла в первой половине XIX века. Колбрукдейлский завод перестал быть самым прогрессивным производством: инвестиции переместились в районы, где каменный уголь и железная руда были дешевле. Образовавшиеся в этих районах новые центры производства прокладывали путь новым технологиям; для эффективного использования ресурсов нововведения были им просто необходимы.
Самым заметным прорывом стало изобретение Нильсоном горячего дутья, запатентованного. Это открытие было сделано в результате научных исследований, направленных на решение совсем другой металлургической проблемы: как увеличить количество воздуха, нагнетаемого в печь с помощью воздуходувной машины, расположенной в полумиле от нее. Нильсон решил попробовать подогреть воздух, чтобы увеличить его давление и скорость потока. В ходе экспериментов с кузнечным горном он обнаружил, что подогретый воздух увеличивает интенсивность горения. Нильсону с трудом удалось испытать эту идею, потому что мастера считали, что холодный воздух позволяет производить более качественный чугун, но, в конце концов, он испробовал горячий воздух на шотландском чугуноплавильном заводе Clyde Ironworks и эксперимент оказался исключительно успешным. Чтобы финансировать свою исследовательскую деятельность, Нильсон продал 40% своих прав на изобретения инвесторам, включая Чарльза Макинтоша, изобретателя водонепроницаемой ткани, и оформил на них патент. После этого он продолжил экспериментировать, все повышая температуру воздуха. Экономия топлива, особенно в Шотландии, была впечатляющей, а издержки производства продолжали снижаться, потому что горячее дутье позволяло плавить очень дешевый глинистый железняк. В результате Шотландия стала производителем самого дешевого чугуна в Великобритании. В других регионах экономия была не такой существенной, но постепенно горячее дутье было принято по всей стране.
Однако горячее дутье не было единственным усовершенствованием этого периода. Увеличился размер печей, равно как и скорость работы. Это усовершенствование привело к тому, что недельный объем производства удвоился с 44,6 тонн до 92,6 тонн. Печь в Колбрукдейле произвела 81 тонну чугуна, среднестатистическая доменная печь выплавляла 4632 тонн в год. Увеличение производства принесло с собой дальнейший рост производительности труда, но теперь его не съедали растущие капитальные издержки. Когда горячее дутье использовалось вместе с более высокими и более интенсивно обдуваемыми домнами, факторы производства экономились даже сильнее, чем когда нововведения использовались по отдельности.
В результате этих усовершенствований реальные издержки сократились на 40%. Отчасти прогресс происходил благодаря изобретениям, сделанным за пределами металлургической отрасли, таким как появление усовершенствованных паровых двигателей. Однако многие усовершенствования появлялись в ходе попыток улучшить существующие производственные методы. Это обучение в производстве вело к экономии всех факторов производства: и редких (таких как труд), и имеющихся в изобилии (таких как уголь).
Распространение выплавки чугуна на коксе на европейском континенте
В Великобритании выплавка на коксе вытеснила из обихода выплавку на древесном угле во второй половине XVIII века. Только три доменные печи в Англии использовали кокс, но как только была решена проблема производства дешевого пудлингового чугуна, популярность кокса резко возросла. Новые доменные печи на древесном угле перестали строиться; производственные мощности росли только в секторе выплавки на коксе. Печи, работавшие на древесном угле, испытывали постоянное конкурентное давление. По мере их старения издержки производства возрастали, и печи закрывались, как только средние переменные издержки становились больше цены. Основная часть чугуна, выплавляемого в Великобритании, выплавлялась на коксе.
В Европе и Северной Америке кокс начал использоваться значительно позже. Первой на кокс перешла Бельгия, но даже в Бельгии, где условия были максимально похожи на британские, первая доменная печь, построенная специально для сжигания кокса, появилась только, на заводе в Серене, основанном за семь лет до того Джоном и Чарльзом Кокрилами. Во Франции и Германии переход на кокс произошел еще позднее; в их металлургии все еще преобладал древесно-угольный чугун.
Англичане увеличили объем производства за счет кокса, а французы за счет древесного угля, что отражало сложившуюся в этих странах ситуацию с природными ресурсами. В Великобритании было много каменного угля и мало деревьев; во Франции ровно наоборот. Обеспеченность ресурсами находила отражение в ценах. В течение всего рассматриваемого периода отпускная цена каменного угля во Франции была на три четверти выше, чем в Англии.
С древесным углем ситуация была обратной, во всяком случае в первой половине XVIII века. В этот период коксовый первичный чугун в Англии был неконкурентоспособным, а через пролив, во Франции, где древесный уголь был дешевле, а каменный—дороже, ситуация выглядела еще менее многообещающей.
Конкурентоспособность коксового чугуна усилилась во второй половине XVIII века, поскольку цена древесного угля стала расти. Национальные исследования показывают существенный рост цен в предыдущие десятилетия. «В течение одного поколения предпринимателей «цена древесного угля возросла в четыре раза». Возможно, рост производства древесно-угольного чугуна столкнулся с нехваткой древесины. В любом случае цены на древесный уголь во Франции только-только достигли британского уровня, и, поскольку каменный уголь во Франции был все еще сильно дороже древесного, производство чугуна на минеральном топливе во Франции дореволюционного периода имело мало шансов.
Несмотря на это, французское правительство предприняло очень серьезную попытку внедрить во Франции выплавку чугуна на коксе. Габриэль Жар, сын владельца медной шахты, был отправлен в Великобританию с целью промышленного шпионажа: он должен был выяснить подробности британского горнодобывающего дела и технологий выплавки, а также в целом ознакомиться с промышленными процессами. Жар получил советы о том, с кем войти в контакт, от Джона Холкера, англичанина-экспатрианта, который вскоре после этого контрабандой вывез из Англии прядильную «Дженни» в попытке механизировать французскую текстильную промышленность. Жар успешно посетил многие каменноугольные шахты, сталелитейные заводы, а также чугунолитейный завод на реке Каррон, где он лично наблюдал процесс выплавки на коксе. Вернувшись во Францию, он занялся распространением английских промышленных методов и предложил построить коксовые доменные печи в Бургундии. Место для строительства было тщательно выбрано с учетом качества доступного сырья, и в XIX веке производство чугуна на заводе действительно оказалось успешным. Однако до этого было еще далеко. В группа инвесторов начала скупать земли, на которых стоял завод Le Creusot. Англию был отправлен офицер артиллерии и металлург Де ла Ульер, который встретился с Джоном и Уильямом Уилкинсонами и убедил Уильяма отправиться с ним во Францию и помочь наладить выплавку на коксе для производства пушек. Уилкинсоны не могли быть плохими техническими консультантами: Джон построил первую коксовую доменную печь в Стаффордшире и изобрел бурильную машину, использовавшуюся для производства паровых цилиндров Уатта и пушек. Оба брата были квалифицированными инженерами. Уильям консультировался с Джоном и получил за свои услуги более семи тысяч фунтов. Основным акционером предприятия было государство. Завод был построен и состоял из четырех доменных печей с воздуходувными машинами на паровой тяге, коксовальных печей, отражательных печей; он был оснащен многокилометровыми железнодорожными путями, а также бурильными машинами для производства пушек. На заводе был выплавлен первый коксовый чугун.
Плавильный завод Le Creusot был построен по последнему слову техники, однако предприятие провалилось. Воронофф считает, что получаемый чугун содержал слишком много фосфора, то есть был хладноломким. Из него так и не стали отливать пушки. Кроме того, этот чугун был слишком дорогим, отчасти потому, что завод так и не вышел на полную производственную мощность, так что фиксированные издержки на тонну получаемого продукта были очень высокими. Харрис также подчеркивает, что металлургические технологии сложно перенимать у других стран, потому что сырье сильно различается в разных местах, и производственный процесс нужно адаптировать к местным рудам. Вспомним, сколько десятилетий ушло у семьи Дерби на отладку производства на печи в Колбрукдейле и на поиск правильного состава разных руд, позволяющего производить ковкий чугун по разумной цене. На заводе Le Creusot должен был пройти такой же процесс обучения на производстве, и успех пришел на предприятие только когда братья Шнайдеры вновь запустили производство. В выплавка на коксе, даже с теми высокими техническими стандартами, которые Уилкинсоны установили на заводе Le Creusot, была едва ли более экономически эффективной, чем выплавка на древесном угле по британским ценам на производственные факторы. Учитывая цены на топливо во Франции, коксовый чугун был бы, вероятно, дороже чугуна, выплавленного на древесном угле, даже после отладки производства. Вначале же производство отлажено не было. Последним унижением стало возведение доменной печи на древесном угле в VIII году республики.
Прошло еще полвека, прежде чем коксовый чугун во Франции стал прибыльным. После революции цены на топливо сложились более удачно для кокса. В каменный уголь во Франции все еще был на 75% дороже, чем в Великобритании, но цены на древесный уголь существенно выросли относительно цен на кокс и стали выше, чем английские цены XVIII века, Цена древесного угля поднялась отчасти вследствие роста заработной платы, который отражал эволюцию рынка труда в целом, а отчасти вследствие сокращающегося запаса древесины. После было построено еще несколько дюжин доменных печей, но коксовый сектор рос медленно, а сектор древесного угля продолжал расширяться. Объем инвестиций в выплавку коксового чугуна стал увеличиваться только. Количество печей, работавших исключительно на минеральном топливе, выросло с 28 до 143. Что же изменилось? Ответ подсказывает нам рост производительности коксовых доменных печей, который подскочил с 2231 до 6922 тонн в год. Рост сектора коксового чугуна проявился в строительстве доменных печей, равных по производительности лучшим британским печам. Как мы уже видели, усовершенствование конструкции печей сократило реальные издержки производства тонны чугуна на 30%. Именно эта экономия обеспечивала ту маржу, которая позволяла коксовым печам быть коммерчески успешными даже тогда, когда их управляющие и работники только пробовали адаптировать производственные технологии к французским рудам и каменному углю. Последнее слово техники было недостаточно совершенным, чтобы победить выплавку на древесном угле: французская чугуноплавильная промышленность перешла с древесного угля на каменный только тогда, когда британские технологии достигли уровня эффективности середины XIX века. После этого французы перескочили через все промежуточные этапы, по которым прошли англичане, пока усовершенствовали свои коксовые доменные печи в ходе обучения на производстве. Критическая точка в развитии технологии была достигнута.
Мы видим это по дальнейшей истории завода Le Сгеsot. Предприятие чахло, пока его не купили Аарон Манби и Дэниел Уилсон. Эти английские инженеры основали ведущее инженерное предприятие в деревне Шарантон в пригороде Парижа и надеялись расширить свой бизнес, интегрировавшись в плавильный бизнес. В Le Creusot были построены новые пудлинговые печи и прокатные станы. Манби и Уилсон потратили слишком много денег, и их фирма провалилась после кризиса, когда им отказались выдать государственный займ. Завод был куплен Адольфом и Ойгеном Шнайдерами. Ойген построил новые доменные и пудлинговые печи. Объем производства первичного чугуна существенно вырос. В департаменте Сона и Луара были четыре коксовые доменные печи. Это были печи, построенные Уильямом Уилкинсоном. Три из них действовали и производили почти 5500 тонн первичного чугуна. Объем производительности в 1828 тонн в год (около 37 тонн в неделю) был типичным для доменных печей. После покупки Шнайдерами завод был расширен и модернизирован. В печи были оснащены горячим дутьем, а к дутью добавилось механическое засыпное оборудование на паровом ходу. «У них также было реалистичное признание превосходства англичан и первоначальная скромность ученика, который терпеливо сидит у ног учителяангличанина, прежде чем попытаться занять его место (именно это отношение впоследствии так успешно сработало в случае японцев)». В этом же департаменте действовало одиннадцать коксовых печей, которые производили 109000 тонн чугуна— почти тонн в год, или двести тонн в неделю каждая. Это был уровень успешного британского производства того времени. Доменные печи имели 66 футов в высоту. Печи для подогрева нагнетаемого воздуха были самыми современными, воздуходувки были новейшей конструкции, а подъемные устройства для загрузки печей были «превосходной системы». Шнайдерам удалось то, что не удалось Уилкинсонам, благодаря более благоприятному соотношению цен на каменный и древесный уголь, а также благодаря большей эффективности доменных печей, построенных в середине XIX века.
Распространение выплавки чугуна на коксе является примером достижения технологией «критической точки» развития. Изобретение выплавки на коксе экономило факторы производства в неравной степени: спрос сместился с древесного на каменный уголь. Первые формы технологии выплавки на коксе выжили в Великобритании только потому, что каменный уголь в стране стоил крайне дешево (и даже при этом в первые десятилетия выживание технологии зависело от развития нишевого бизнеса). Затем британцы усовершенствовали свои производственные методы, снизив потребление всех факторов производства, в частности каменного угля, от которого зависело их конкурентное преимущество. В этот период, который продлился до середины XIX века, технологию опробовали французы, но не преуспели в ней.
То, что французы не сумели распознать технологию будущего, заставляет усомниться в компетентности управляющих и инженеров. Их действия можно оценить с помощью подробного анализа бизнес стратегии, и Фремдлинг убедительно доказал, что французы оценивали технологии весьма проницательно. Они перенимали английские методы селективно, согласно их прибыльности. Только в середине XIX века британские инженеры, наконец, изобрели «подходящую для Франции» технологию,
Распространение выплавки чугуна на коксе в Америке
Американская чугунолитейная промышленность тоже перешла с древесного угля на минеральное топливо в середине XIX века, и этот переход также был обусловлен технологиями XIX века, но подробности процесса были другими. Основная часть экономической деятельности Америки все еще происходила на восточном побережье, и производство чугуна на древесном угле было существенной частью этой деятельности. К востоку от Аппалачей в основном добывался антрацит: содержание углерода в таком каменном угле было выше, чем в битуминозном угле, преобладавшем в Европе и западной части США. Антрацит содержит немного органических примесей, и они легко испаряются, так что его можно было загружать напрямую в доменную печь, без коксования. Компания Leigh Coal and Navigation Company построила экспериментальную доменную печь в деревне Монч Крик, недалеко от местных угольных шахт. Попытки выплавки чугуна на антраците провалились. В это же время французское правительство проводило аналогичные испытания в коммуне Визий, и также не добилось успеха. И французы, и американцы использовали в ходе экспериментов печи с холодным дутьем, и потерпели неудачу, потому что антрацит плотнее кокса и чтобы его воспламенить, требуется горячее дутье. Соответственно, Америка могла перейти на минеральное топливо только после открытия горячего дутья Нильсоном.
Американцы отреагировали на открытие Нильсона очень быстро, продемонстрировав необычайную инженерную изобретательность, так же, как в случае изобретения парового двигателя высокого давления Эваном или повторного изобретения ткацкого станка Лоуэллом и Муди. В чугунолитейной промышленности американским первопроходцем был Фредерик Гейзенхаймер, запатентовавший использование горячего дутья для выплавки чугуна на антраците. Это открытие, однако, не получило мгновенного применения на практике. Вначале должна была произойти определенная цепочка событий в Южном Уэльсе, где было обнаружено небольшое месторождение антрацита. Управляющим чугуноплавильным заводом Yniscedwyn Ironworks, расположенным на этом месторождении, был Дэвид Томас. Он также попытался выплавлять чугун на антраците, но не смог наладить производственный процесс и был вынужден перейти на кокс. Когда Томас услышал об изобретении Нильсона, он поспешил в Шотландию, приобрел лицензию на использование горячего дутья и оснастил им печи в Уэльсе. Он успешно наладил производство чугуна на антраците, и Джордж Крейн, владелец уэльского завода, запатентовал производственный процесс. Об успехе Томаса было написано в журнале London Mining Journal, который читали в Пенсильвании. Один из директоров компании Leigh Coal and Navigation Company поспешил на завод Yniscedwyn и предложил Дэвиду Томасу на пять лет отправиться в Пенсильванию и наладить там выплавку чугуна на антраците. Крейн также приобрел американский патент и выкупил патент Гейзен хаймера. Дэвид Томас сумел второй раз успешно наладить производство, и компания Leigh Crane Iron Company стала первой из множества фирм в Пенсильвании, занявшихся выплавкой чугуна на антраците. Горячее дутье было необходимой предпосылкой для того, чтобы Америка перешла на минеральное топливо.
Почему выплавка чугуна на коксе была изобретена в Великобритании
Выплавка чугуна на коксе, который в конечном итоге вытеснил древесный уголь из чугунолитейного производства Франции, Германии и Соединенных Штатов, была крайне эффективной технологией, появившейся в середине XIX века. Технология выплавки на коксе периода XVIII века была экономически не жизнеспособна за пределами Великобритании. Достойная сожаления история завода Le Creusot подтверждает тот факт, что даже построенное по последнему слову прогресса британское чугунолитейное производство образца не могло приносить прибыли за границей. Для развития этой технологии потребовались годы работы и большие финансовые затраты. Вначале она вообще была минимально экономически эффективной; на реализацию такого провального проекта, как Le Creusot, не было никакого смысла тратить время и деньги. Отсутствие интереса к выплавке на коксе объясняется не отсутствием практичности у французских инженеров. Дело в том, что изобретение такой выплавки во Франции просто-напросто не окупилось бы. Так что если бы первые шаги в сторону изобретения выплавки на коксе не оказались бы минимально, но все же прибыльными в Англии, эта технология, возможно, так и не была бы изобретена и мы до сих пор выплавляли бы металлы на древесном угле.
Есть пять человек разных национальностей, которые проживают в 5 домах. Каждый дом имеет свой цвет, отличный от цвета других домов. Каждый из этих людей курит и предпочитает определенный сорт сигарет. У каждого из этих людей есть по одному домашнему животному. Каждый из этих людей пьет свой любимый вид напитка.
Статью подготовила ведущий эксперт-экономист по бюджетированию Ошуркова Тамара Георгиевна. 
