Он шел согнувшись, я видел перед собой, за пылающим кружочком ковша, его широкую спину, его слипшиеся на затылке от жары волосы, его мускулистые, обнаженные и татуированные руки, по которым струился пот. Я шел позади, держа обеими руками кольцо рогача и мелко переступая ногами по мягкому грунту литейной. Ноги вязли в песке, я думал сейчас только об одном: как бы не упасть. А упадешь – тогда расплавленный чугун хлынет на ноги, обожжет лицо.

Заливать последнюю опоку было очень неудобно. Летник приходился как раз в углу, мы долго не влезали с рогачами в этот угол, я уже стоял на цыпочках, задерживая дыхание, а Козакевич подымал обе руки своего рогача как можно выше.

– Гляди, не танцуй! – крикнул Козакевич. – Замри. Будем лить сверху! – и наклонил ковш.

Струя чугуна полилась в опоку с высоты моей груди. Хорошо еще, что Жора нацелился точно: круглая воронка сразу приняла струю. Чугун бил туда сильно, мелкие брызги его разлетались повсюду, они жалили меня в лоб, в лицо, в руки. Так пекло, что хотелось кричать от жары. Я думал, что уже кожа слезает с лица, а тут еще от близкого огня глаза начали слезиться, я, точно в тумане, видел перед собой падающую вниз струю и едва удерживался на ногах. Я с надеждой ждал той минуты, когда ковш опустеет: эта минута наступала, ковш становился все легче и легче, форма наполнялась.

Вагранка – это печь для переплавки чугуна. А зачем его переплавлять? Для ответа на этот вопрос надо вспомнить, что такое чугун. Как мы уже знаем, чугун – это сплав на основе железа, содержащий более 2,14 % углерода, да и других примесей (кремния, марганца, фосфора и т. п.) в чугуне больше, чем в стали. Чугун получают из железной руды в огромных башнях – доменных печах, или домнах. Домны появились в металлургии как результат усовершенствования кричных печей (штюкофенов), шедшего по пути увеличения высоты и усиления дутья. Это привело к повышению температуры в печи. При температуре свыше 900 °C восстановленное железо поглощает углерод, а плавиться такой сплав (чугун) начинает при 1150 °C. Это много ниже температуры плавления чистого железа, и значительную часть продукции такой печи составлял расплавленный чугун. А в домне все восстановленное железо превращается в расплавленный чугун. Чугун не поддается ковке из-за высокой хрупкости, которая объясняется тем, что избыток углерода, содержащийся в чугуне, при его застывании кристаллизуется в форме графита.

Включения графита в чугуне и придают ему хрупкость: при ударе графит, в отличие от пластичного железа, легко раскалывается. Это свойство чугуна и предопределяет его дальнейшее использование. 90 % получаемого в домнах чугуна переделывается в сталь (передельный чугун), а 10 % идет на отливку чугунных изделий (литейный чугун). Казалось бы, жидкий литейный чугун, полученный в доменной печи, сразу же можно и даже нужно разливать в формы, пользуясь тем, что он еще жидкий. Но отливки из свежеполученного в домне чугуна имели низкое качество: «чугун первой плавки» содержал большое количество вредных примесей, повышавших его хрупкость. Проблема эта была решена путем повторной плавки доменного чугуна в специальных печах. Их и называют вагранками. В ходе повторной плавки из чугуна выжигаются лишние примеси, и «чугун второй плавки» обладает гораздо более высоким качеством.

Печь, явившаяся прообразом современной вагранки, была сконструирована и впервые запущена в 1774 г. на Гусевском чугуноплавильном заводе (теперь в этом месте расположился город Гусь-Железный), принадлежавшем Андрею Родионовичу Баташеву. В конце XVIII в. на заводах знаменитых заводчиков Баташевых выпускалась девятая часть российского чугуна и железа. Причем чугун производства А. Р. Баташева был лучший в Европе благодаря, в частности, проведению повторной плавки. Из баташевского чугуна были, например, отлиты скульптуры на Триумфальной арке в честь 1812 г., фонтан на Театральной площади, квадрига на фронтоне Большого театра. За поставку бесплатных ружей для российской армии Екатерина Великая в 1783 г. возвела род Баташевых в дворянское достоинство.

Появление вагранок привело в конце ХІХ – начале ХХ в. к отделению литейного производства от доменного. Ведь в них загружают не жидкий чугун, а застывший в виде болванок. Литейные цеха, оборудованные вагранками, стали появляться на многих заводах, в том числе небольших. Вагранка первоначально имела восьмигранную форму и складывалась из камня, а затем приобрела форму цилиндра, изготовленного из стального листа и выложенного изнутри огнеупорным кирпичом. Цилиндр помещался на четырех столбах (вагранка фабрично-заводского училища, описанная В.П. Беляевым, стояла «на изогнутых стальных лапах»).

Нижняя часть печи называется горном, там сгорает топливо. На дно складывают дрова, которые поджигаются с помощью лучин. В книге подробно описана последовательность действий: сначала зажигают лучины, а когда загораются дрова, дверцу в горне замуровывают и пускают дутье. Воздух гонится вентиляторами через специальные трубы – фурмы – в горн, горение усиливается, температура повышается, и загорается кокс, насыпанный поверх дров. В вагранке он играет роль топлива, горение которого дает энергию для плавления чугуна. Поверх кокса в вагранку загружают болванки литейного чугуна и металлолом, требующий переплавки. Кроме чугуна и кокса в печь обязательно загружают флюсы, способствующие образованию легкоплавкого шлака. В качестве флюсов обычно используют знакомые уже нам известняк, доломит, а также некоторые другие вещества, которые сплавляются с золой кокса и прочими примесями, образуя шлак. Он должен всплывать на поверхность расплавленного чугуна, не растворяясь в нем. Кокс, металл и флюсы чередуются в печи слоями. Это называется «шихта» (от немецкого die Schicht – «слой»). Горячие газы, образующиеся при сгорании топлива в горне, поднимаются вверх и нагревают шихту. В середине печи температура достаточна для плавления чугуна и образования шлака. Капли чугуна стекают в горн, нагреваясь до 1500 °C и попутно освобождаясь от излишних примесей, которые при этом выгорают и переходят в шлак. Жидкий чугун выпускают через отверстие в нижней части горна, которое называется «лётка». Когда надо остановить поток чугуна, летку затыкают затычкой из влажной огнеупорной глины (Жоре Козакевичу потребовалось две таких затычки). При необходимости выпустить чугун глину в летке пробивают. Жора Козакевич делал это вручную, стальным ломиком, рискуя оказаться под струей раскаленного чугуна. Сейчас, конечно, это делается автоматически.

Кокс – это продукт высокотемпературной обработки каменного угля. Он состоит в основном из углерода в кристаллической форме графита и пришел в металлургии на смену древесному углю.

В XVIII в. в вагранках, как и в доменных печах, а ранее в сыродутных печах, использовали древесный уголь. В период промышленной революции, которая в 60-е гг. XVIII в. набирала обороты в Англии, на фоне роста спроса на продукцию металлургии производство металла сокращалось. Дело в том, что древесный уголь резко рос в цене из-за вырубки лесов. Если в 1066 г. – во времена Вильгельма Завоевателя – лесами была покрыта шестая часть территории Англии, то к началу ХХ в. они занимали лишь 5 % суши. Пустоши и торфяные болота, по которым ночами бегала собака Баскервилей – плата Британских островов за развитие промышленности. И во второй половине XVIII в. Великобритании приходилось 60 % потребностей в железе и его сплавах удовлетворять за счет экспорта. Причем значительная часть металла ввозилась из России, в частности, с заводов Баташевых. Но британские промышленники искали выход из сложившейся ситуации.

Выход нашел английский металлург Абрахам Дерби. Его еще называют отцом английской металлургии. В 1713 г. он впервые добавил к древесному углю в доменной печи кокс. Абрахам Дерби решил применить кокс в доменном процессе для экономии дорогостоящего древесного угля. Первую плавку чугуна на коксе без добавления древесного угля осуществил в 1735 г. старший сын уже покойного Абрахама Дерби, тоже Абрахам. Он же изобрел чугунные рельсы для вагонеток, которые подвозили к домне сырье. Это изобретение увеличило скорость движения вагонов и было затем применено при создании железных дорог.

Для получения кокса каменный уголь в течение длительного времени нагревается без доступа воздуха до температуры свыше 1000 °C. Сложные органические вещества, образующие каменный уголь, разлагаются. В печи остается твердый остаток – кокс, содержащий до 98 % углерода.

«Посадить козла» на металлургическом жаргоне – значит, допустить застывание расплавленного металла в печи. Козел может получится при застывании чугуна в доменной печи или вагранке, а Андрюха, герой сказа П. Бажова «Две ящерки», посадил козлов в две медеплавильные печи заводчика Турчанинова. Удалить козла трудно, обычно для этого требуется разбирать печь. Полевой предостерег Жору Козакевича от преждевременного выпуска чугуна. Чугун из вагранки выпускают, когда он раскалится добела, то есть достиг температуры 1500 °C. Если температура ниже, чугун может слишком быстро остыть и затвердеть.

Для отливки чугунного изделия требуется форма, в которую заливают жидкий чугун. В книге В.П, Беляева рассказывается, как происходит литье «на плацу» – в разовые песчаные формы, изготовленные вручную с помощью деревянных моделей. Формовочная смесь, основной компонент которой песок с добавлением глины, помещается в ящик без дна – опоку. В фабрично-заводском училище, в котором учился Василь Манджура, использовали деревянные опоки, а в современном литейном производстве они чугунные или стальные. В формовочной смеси должен образоваться отпечаток модели, в который будет заливаться чугун, а стенки опоки должны удерживать полученную форму. В фабрично-заводском училище были деревянные модели, которые после формовки надо вынимать из опоки. Это сложный процесс, во время которого форма может быть легко повреждена. Для точного литья сложных изделий, например ювелирных, используют одноразовые модели из легкоплавкого материала (воска, парафина, стеарина), которые можно удалить из формы, расплавив. А еще модель можно изготовить из пенопласта (вспененного полистирола). Такую модель не надо удалять из формы, при заливке расплавленного металла она сгорает, освобождая место для металла.

Формы, которыми пользовались в литейном цеху фабрично-заводского училища, изготавливались так: на деревянную плиту устанавливают нижнюю часть опоки (деревянный ящик без дна), внутри которой помещают половину разборной модели будущей отливки. Поверхность модели присыпают мелким сухим песком, что бы она легче отделялась от формы (с той же целью форму для выпечки кекса хозяйки присыпают панировкой). Затем пустоты между стенками опоки и моделью набивают формовочной смесью до самого края. Сверху кладут еще одну деревянную доску и переворачивают опоку «вверх ногами». Доску, которая теперь оказалась сверху, убирают. На нижнюю часть модели кладут верхнюю часть, подгоняя их друг к другу, а на нижнюю часть опоки помещают верхнюю часть, после чего набивают ее формовочной смесью.

При формовке нужно не забыть про литник (В.П. Беляев называет его не совсем правильно «летник») – воронку для заливки чугуна, модель которой размещают в верхней части опоки. Чтобы дать выход газам из формы, заполняемой металлом, в опоке формируются цилиндрические отверстия – выпоры (или выпары). По подъему столбика металла в выпоре можно судить о заполнении формы. После извлечения отливки из формы чугунные столбики на месте литника и выпоров отламывают или отпиливают. Кроме того, для увеличения газопроницаемости формы смесь в опоке прокалывают длинной стальной спицей – душником. После установки литниковой системы верхнюю часть опоки аккуратно поднимают и переворачивают на 180°. Это половина литейной формы. Из нижней опоки извлекают модель. Полученный отпечаток модели в песке – это нижняя часть формы. Если в изделии должна быть внутренняя полость, в форму помещают изготовленный из формовочной смеси стержень, повторяющий рельеф предполагаемого отверстия. Такие стержни называются шишками. Разместив шишки в форме, ее внутреннюю поверхность выравнивают, сметают лишний песок, а затем верхнюю часть опоки размещают на нижнюю часть. Форма готова к литью.