На Урале решался самый острый и трудный вопрос металлургического производства — вопрос о переделе чугуна в железо и сталь.
Все применявшиеся до XIX века способы передела чугуна в железо основывались исключительно на эмпирических наблюдениях.
Все делалось «втемную», никто не знал, что происходит с металлом. Лишь в последней четверти XVIII века был открыт кислород. Химия только отвоевывала позиции у алхимии. Процесс горения объясняли тем, что из горючего материала будто бы выделяется таинственное вещество «флогистон». Флогистонная теория держалась до самого конца XVIII века (и даже позднее). Решительный удар по ней, как известно, нанес великий русский ученый М. В. Ломоносов.
После того как М. В. Ломоносов заложил основы современной химии, наметился и научный подход к объяснению явлений, происходящих при восстановлении железа и при образовании из него столь различных по своим свойствам материалов, как чугун, сталь и железо. Это могло подсказать и решение вопроса, каким образом легче и быстрее переделывать чугун в сталь.
Задача эта становилась все более актуальной, так как старые, малосовершенные методы не могли больше обеспечить получение в необходимых количествах железа и стали.
Гениальное изобретение И. И. Ползуновым паровой машины, возникновение машинного производства, развитие железных дорог требовали организации массового изготовления железа и стали.
Карл Маркс в «Капитале» писал:
«Увеличение размера двигательных машин, передаточного механизма и рабочих машин, увеличение сложности и многообразия, более строгая правильность составных частей рабочей машины, возрастающие по мере того, как последняя порывает с своим ремесленным образцом… развитие автоматической системы и все более неизбежное и растущее применение материала, труднее поддающегося обработке, напр., железа, вместо дерева, вот те естественно выросшие задачи, разрешение которых повсюду наталкивалось на рамки, которые обусловливаются зависимостью работ от личности рабочего и которые даже комбинированный рабочий персонал в мануфактуре мог лишь несколько раздвинуть, но не уничтожить по существу»[15].
Маркс привел ряд примеров применения железа вместо дерева: «Механический ткацкий станок в своей первоначальной форме состоит преимущественно из дерева, усовершенствованный, современный — из железа».
Попытки применить в разных конструкциях чугун только на время отложили решение вопроса о прочном и дешевом металле. Нужна была сталь.
Передел чугуна в сталь становился узким местом развития новой техники. Поисками новых, лучших методов решения этой задачи занимались металлурги и ученые всех стран, среди них были выдающиеся физики Реомюр, Фарадей и другие.
Значительный шаг вперед по пути решения этой задачи сделали два английских рабочих — Томас и Джордж Кранеджи, которые в 1780 году изобрели так называемый метод пудлингования. По их предложению печь была разделена на две части — в одной помещался горючий материал, в другой — металл; между ними делался «пламенный порог», который предохраняет находящийся в ванне печи металл от непосредственного соприкосновения с пламенем. Над ванной печи — свод куполообразного очертания, чтобы газы отдавали металлу возможно больше тепла.
Недостатком таких печей было то, что металл необходимо было непрерывно перемешивать, причем это делалось вручную, и количество загружаемого в печь чугуна ограничивалось физическими возможностями рабочих-пудлинговщиков.
«…Рабочий-пудлинговщик, — писал К. Маркс, — занятый тем, чтобы освобождать чугун от углерода, должен выполнять ручной труд такого рода, что величина печи, которую он в состоянии обслуживать, ограничивается его личными способностями, и эта граница задерживает в настоящее время (1874 г.) тот изумительный подъем, который начался в металлургической промышленности с 1780 г., со времени изобретения пудлингования»[16].