Несколько статей об истории и хронологии развития металлургии: кузнечного и литейного дела:
Сначала было только кузнечное дело, литейное дело началось с применением торфа и каменного угля:
Каталонский способ получения железа (Die Catalonische Lupenfrischarbeit, Catalan Process) прямо из руды считается одним из старинных и в прежнее время был одним из самых распространенных в Зап. Европе, в особенности во Франции и на Пиренейском полуострове. Из исторических документов видно, что этот способ был уже в ходу во Французских Пиренеях в 1293 г. Но самое название показывает, что он был введен в Испании гораздо раньше и оттуда перешел в другие страны. Хотя в настоящее время способ этот уже повсеместно оставлен в Европе, однако до половины XIX столетия немалое количество железа в Зап. Европе получалось по К. способу. Еще в 1858 г. в одной Франции было в действии 88 К. горнов, а в Испании насчитывалось их в это время гораздо больше. Это объясняется только дешевизной устройства и простотой самого способа. Мастерская состояла из простого, дешевого открытого горна (см. Горн), воздуходувного прибора и молотка для обработки криц. Воздуходувные приборы вначале состояли из кожаных мехов и только в конце XVII в. заменены водяными воздуходувными приборами, называемыми тромпами (trompe). Тромпа состоит из верхнего деревянного бассейна В вместимостью около 10 кв. метров и нижнего деревянного ящика С, соединенных между собою двумя, тоже деревянными, трубами А высотой около 10 м.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/50371/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D1%81%D 0%BA%D0%B8%D0%B9
Блауофен
Металлурги давно заметили связь между температурой плавления и выходом продукта — чем выше она была, тем большую часть содержащегося в руде железа удавалось восстановить. Потому рано или поздно им приходила мысль форсировать штукофен предварительным подогревом воздуха и увеличением высоты трубы. В середине XV века в Европе появились печи нового типа — блауофены, которые сразу преподнесли сталеварам неприятный сюрприз.
Более высокая температура действительно значительно повысила выход железа из руды, но она же повысила и долю железа науглероживающегося до состояния чугуна. Теперь уже не 10 %, как в штукофене, а 30 % выхода составлял чугун — «свиное железо», ни к какому делу не годное. В итоге, выигрыш часто не окупал модернизации.
Блауофенный чугун, как и штукофенный, застывал на дне печи, смешиваясь со шлаками. Он выходил несколько лучшим, так как его самого было больше, следовательно, относительное содержание шлаков выходило меньше, но продолжал оставаться малопригодным для литья. Чугун получаемый из блауофенов оказывался уже достаточно прочен, но только для производства пушечных ядер.
Кроме того, если в сыродутных печах могло быть получено только железо, которое потом науглероживалось, то в штукофенах и блауофенах внешние слои крицы оказывались состоящими из стали. В блауофенных крицах стали было даже больше, чем железа. С одной стороны, это было хорошо, но вот отделить сталь от железа оказалось весьма затруднительно. Содержание углерода становилось трудно контролировать. Только долгой ковкой можно было добиться однородности его распределения.
В своё время, столкнувшись с этими затруднениями, индусы не стали двигаться дальше, а занялись тонким усовершенствованием технологии и пришли к получению булата. Но индусов в ту пору интересовало не количество, а качество продукта. Европейцы, экспериментируя с чугуном, скоро открыли передельный процесс, поднявший металлургию железа на качественно новый уровень.
Крица
(Die Luppe; la loupe de fer, maset; английск. loup, lump). — К. называется рыхлая, губчатая, пропитанная шлаком (кричным соком) железная масса, из которой посредством разных обработок получается кричное железо или сталь. К. получается или посредством свежевания чугуна в кричных горнах (см. Горн) и в пудлинговых печах (см. Пудлингование), или посредством восстановления из руд в сыродутных печах (см. Каталанский способ). Ход получения К., в главных чертах, следующий. В горн, наполненный раскаленным углем, кладут чугунные слитки (свинки), которые, постепенно расплавляясь, падают каплями в нижнюю часть горна. Чугунные капли, встречая на пути струю вдуваемого воздуха, теряют часть углерода и других примесей, вследствие этого густеют, свариваются между собой и образуют железные сгустки, перемешанные со шлаком, который образуется от окисления разных примесей чугуна. Железные сгустки собирают или накатывают ломиками в тестообразный ком, называемый полукрицей, которая не представляет еще настоящего железа, а только железистый чугун. Удерживая жар на одинаковой степени, выворачивают ком на верх горна, подбавляют свежего угля и вываривают эту массу, совершая таким образом дальнейшее очищение материала. В зависимости от качества чугуна, количества насадки и, наконец; от принятого способа, повторяют эту операцию несколько раз, пока не доведут массу до надлежащей спелости. Подготовляемая для К. железная масса вообще называется материалом, товаром или припасом. Материал пробуют ломом: если лом легко проникает материал до самого дна горна, то это указывает на очень жидкую консистенцию массы; приставшие к лому частицы материала бурого цвета и с трудом отделяются; это признаки, что материал еще не готов — сырой. Если материал готов, т. е. спелый, лом идет с трудом, приставшие частицы ослепительно-белого цвета, а консистенция массы кашицеобразна. Крица представляет неправильный губчатый сфероидальный ком, верхняя сторона которого называется лицом, нижняя — горбом, у подфурменной доски горна — фурмою, у противофурменной — хвостом, у задней доски — головой, а у доковой — передним боком. Готовую К., вынутую из горна клещами, подвергают механической обработке, т. е. обжимке под кричным молотом, для удаления из нее шлака и для сваривания между собой отдельных частиц железа; получают квадратного сечения продолговатый брусок, называемый кричной болванкой. Вес К. чаще всего изменяется в пределах от 4 до 8 пд., но иногда доходит до 12 пд.
А. Ржешотарский. Δ.
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/56969/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D1%86%D0%B0
ещё раз популярно-просветительски кратко тезисно:
Более высокую ступень в развитии чёрной металлургии представляли собой постоянные высокие печи называемые в Европе штукофенами. Штукофен имел дверцы, через которые раз в сутки извлекалась крица...
- то есть речь идёт не о технологии получения отливки железной, но о кузнечной заготовке!
а теперь датировка общеизвестная и общепринятая - 13 век н.э.!:
В конце XIII века штукофены стали появляться в Германии и Чехии (а ещё до того были на юге Испании) и в течение следующего века распространились по всей Европе.
Производительность штукофена была несравненно выше, чем сыродутной печи — в день он давал до 250 кг железа, а температура плавления в нем оказывалась достаточна для науглероживания части железа до состояния чугуна. Однако штукофенный чугун при остановке печи застывал на её дне, смешиваясь со шлаками, а очищать металл от шлаков умели тогда только ковкой, но как раз ей-то чугун и не поддавался. Его приходилось выбрасывать.
Ядра для пушек из железистых шлаков в Европе отливали еще в конце XVI в. (Верно! есть грамота Царя И4в2 Грозного на закупку в Голландии пробной партии ядер литых!)
В середине XV века в Европе появились печи нового типа — блауофены, которые сразу преподнесли сталеварам неприятный сюрприз.
Более высокая температура плавления действительно значительно повысила выход железа из руды, но она же повысила и долю железа науглероживающегося до состояния чугуна. Теперь уже не 10 %, как в штукофене, а 30 % выхода составлял чугун — «свиное железо», ни к какому делу не годное. В итоге, выигрыш часто не окупал модернизации.
Блауофенный чугун, как и штукофенный, застывал на дне печи, смешиваясь со шлаками. Он выходил несколько лучшим, так как его самого было больше, следовательно, относительное содержание шлаков выходило меньше, но продолжал оставаться малопригодным для литья. Чугун получаемый из блауофенов оказывался уже достаточно прочен, но оставался ещё очень неоднородным — из него выходили только предметы простые и грубые — кувалды, наковальни. Уже прилично выходили пушечные ядра.
Кроме того, если в сыродутных печах могло быть получено только железо, которое потом науглероживалось, то в штукофенах и блауофенах внешние слои крицы оказывались состоящими из стали. В блауофенных крицах стали было даже больше, чем железа. С одной стороны, это казалось хорошо, но, вот, разделить-то сталь и железо оказывалось весьма затруднительно. Содержание углерода становилось трудно контролировать. Только долгой ковкой можно было добиться однородности его распределения.
Следующим этапом в развитии металлургии стало появление доменных печей. За счёт увеличения размера, предварительного подогрева воздуха и механического дутья, в такой печи все железо из руды превращалось в чугун, который расплавлялся и периодически выпускался наружу. Производство стало непрерывным — печь работала круглосуточно и не остывала. За день она выдавала до полутора тонн чугуна. Перегнать же чугун в железо в горнах было значительно проще, чем выколачивать его из крицы, хотя ковка все равно требовалась — но теперь уже выколачивали шлаки из железа, а не железо из шлаков.
Доменные печи впервые были применены на рубеже XV-XVI веков в Европе.
На Ближнем Востоке и в Индии эта технология появилась только в XIX веке (в значительной степени, вероятно, потому, что водяной двигатель из-за характерного дефицита воды на Ближнем Востоке не употреблялся). Наличие в Европе доменных печей позволило ей обогнать в XVI веке Турцию если не по качеству металла, то по валу. Это оказало несомненное влияние на исход борьбы, особенно когда оказалось, что из чугуна можно лить пушки.
и вот наконец-то западноевропейцы научились применять каменный уголь в качестве топлива, что позволило достигнуть температуры плавки железа!
И появились чёрные, железные отливки, которые бывают в природе 2 типов: чугунные и стальные!
С начала XVII века европейской кузницей стала Швеция, производившая половину железа в Европе. В середине XVIII века её роль в этом отношении стала стремительно падать в связи с очередным изобретением — применением в металлургии каменного угля.
Прежде всего надо сказать, что до XVIII века включительно каменный уголь в металлургии практически не использовался — из-за высокого содержания вредных для качества продукта примесей, в первую очередь — серы. С XVII века в Англии каменный уголь, правда, начали применять в пудлинговочных печах для отжига чугуна, но это позволяло достичь лишь небольшой экономии древесного угля — большая часть топлива расходовалась на плавку, где исключить контакт угля с рудой было невозможно.
Среди многих металлургических профессий того времени, пожалуй, самой тяжелой была профессия пудлинговщика. Пудлингование было основным способом получения железа почти на протяжении всего XIX в. Это был очень тяжелый и трудоемкий процесс. Работа при нем шла так: На подину пламенной печи загружались чушки чугуна; их расплавляли. По мере выгорания из металла углерода и других примесей температура плавления металла повышалась и из жидкого расплава начинали «вымораживаться» кристаллы довольно чистого железа. На подине печи собирался комок слипшейся тестообразной массы. Рабочие-пудлинговщики приступали к операции накатывания крицы при помощи железного лома. Перемешивая ломом массу металла, они старались собрать вокруг лома комок, или крицу, железа. Такой комок весил до 50 - 80 кг и более. Крицу вытаскивали из печи и подавали сразу под молот - для проковки с целью удаления частиц шлака и уплотнения металла.
Устранять серу коксованием научились в Англии в 1735 году, после чего возможность использовать для выплавки железа большие запасы каменного угля. Но за пределами Англии эта технология распространилась только в XIX веке.
Потребление же топлива в металлургии уже тогда было огромно — домна пожирала воз угля в час. Древесный уголь превратился в стратегический ресурс. Именно изобилие дерева в самой Швеции и принадлежащей ей Финляндии позволило шведам развернуть производство таких масштабов. Англичане, имевшие меньше лесов (да и те были зарезервированы для нужд флота), вынуждены были покупать железо в Швеции до тех пор, пока не научились использовать каменный уголь.
http://www.protown.ru/information/hide/5564.html
Но прежде чем, перейти к каменному углю, Западная Европа научилась применять торф, который до этого кажется применяли только германские славяне , строя шалаши на болотах летом и добывая там "болотное железо"
Боло́тная руда́ — представляет собой разновидность бурого железняка (лимонита), естественно отлагающуюся в болотах на корневищах болотных растений. По морфологическим признакам среди лимонитовых руд выделяются оолитовые (разных размеров), корковые, губчатые и монетные.
Болотные руды содержат 20—60 % окиси железа, также некоторые количества закиси железа, окиси марганца, воды (до 30 %), кремнекислоту в виде силикатов, примесь песка, органических веществ, фосфорной кислоты (до 8 %). Вследствие примесей болотные руды считаются низкокачественными и непригодными для современной промышленности.
Очень близка к болотной руде озерная и дерновая или луговая руды, встречающиеся в виде пористых конкреционных отложений на дне озер и в приречных или полуболотистых лугах.
Изначально болотная и озёрная руда использовалась для производства железа в кричных горнах и домницах, являвшегося основой металлургии Руси до начала XVIII века.
Восстановление железа (освобождение от кислорода) из болотных и озёрных руд начинается при температуре 400 °C, а при 700—800 °C получается так называемое губчатое железо. Специальные горнообразные печи — домницы —вмещали по 1,5-2 пуда руды. В древности их делали на возвышенных местах, чтобы использовать силу ветра для усиления горения. Позднее научились применять искусственное дутьё, стали поддерживать огонь с помощью мехов. После варки железа в домнице с него как бы снимают «пену», то есть домница разламывается, из неё достаётся горячая крица, кладётся на наковальню и проковывается: при перековке из железа удаляется излишний шлак. Получается мягкое, то есть опарошное железо, дальнейшая переработка которого давала сталь. Домница за 1 сезон обычно выплавляла от 75 до 150 пудов железа.
занимательная книга «Ireland's natural history», авторы: Gerard Boate,Samuel Hartlib, изданная в Лондоне в 1652 году. Вот, что в ней говорится о производстве торфа в Ирландии.
Торф, очень часто используется по всей стране (как уже сказано ранее), и бывает двух видов, в зависимости от различий болот из которых он взят. Тот, что берется из сухих или красных болот, светлый, рыхлый, красноватого цвета, разжигается легко, и горит очень ясно, но не всякий. Другой, наоборот, который добывается из зеленых или мокрых болот, тяжелый, твердый, черный, загорается не так быстро и горит не с таким большим пламенем, но дольше, производит очень горячий огонь, и оставляет пепел грязно желтоватого цвета. По наблюдениям женщин, полотно, которое сушится на огне от этого последнего вида торфа, получает скверный цвет, будто оно никогда не стиралось и не отбеливалось, и желтизна такая, что снова, к прежнему виду, полотно может быть приведено с трудом.
Способы производства торфа.
Для первого вида Торфа затраты оцениваются только небольшими усилиями в процессе его создания; ибо, будучи извлеченным, и высушенным в течение нескольких дней (сначала на земле расстилается тонкий и одиночный слой, затем собирается в небольшие кучи), он переносится в сарай.
Однако черный торф невозможно сделать без дополнительных хлопот. Сначала выделяется удобное место, в виду того, что пригодно только то, в которое ведут какие-нибудь пути, и которое само по себе не представляет трясину, и не слишком глубокое, но с твердым и песчаным грунтом под торфом, на глубине четырех или пяти футов, или около того. Обнаружив такое место, если оно слишком водянистое, они делают несколько траншей, в которые стекает вода с той части болота, где они намерены работать, чтобы была возможность переносить торф к какому-нибудь месту годному для его сбора. В результате это болото будет становиться отчасти более сухим и твердым, и сможет лучше держать рабочих без погружения в него слишком глубоко.
Затем они принимаются за работу, разделив ее среди работников так. Одна часть выкапывает землю, или, скорее, грязь (так как вся земля, из которой сделан торф, жидкая и грязная) и лопатой кидают ее аккурат на кучу, либо рядом с ямой, либо немного дальше, там, где стоят другие, которые очень хорошо обрабатывают ее, переворачивая туда-сюда. Затем грязь совками наполняется в определенные деревянные лотки, среди англичан в Ирландии странно называемыми лосселс (Lossels). Другая часть рабочих таскает заполненные лотки, на большом шнуре, прикрепленном к ним, в какое-нибудь сухое место болота, или на его берег, где вылив грязь, они возвращаются, чтобы притащить еще, и так ходят туда и обратно в течение всего дня.
На этом сухом месте, где грязь излита наружу, определенные женщины сидят на коленях, и формуют ее, не используя ничего кроме своих рук, которыми они берут части грязи, прижимают их друг к другу таким способом, чтобы их руки встречались сверху. Торф, вылепленный плоским и широким внизу, становится более узким к вершине. Полученный торф раскладывают на земле на неделю или более, смотря по тому, какая погода, и будучи достаточно хорошо высушенным, он складывается в небольшие кучи, между которыми повсюду оставляются пустые пространства, чтобы проходящий через них воздух и ветер, позволяли ему сохнуть быстрее.
Расходы при производстве торфа.
Ирландия так богата болотами, что почти каждый человек имеет их достаточно на своей собственной земле, чтобы производить торф для своей семьи и для всех своих арендаторов, так что торф стоит большинству людей не более, чем нанять работников, которые займутся этим делом. Тем, которые начинают в начале года, в то время, когда работники имеют только небольшую занятость, дают обычно, кроме питья и еды, три пенса стерлингов каждому человеку в день, и два пенса, каждой женщине, четыре пенса в день бывает обычной ценой, а когда работа самая дорогая, то пять пенсов.
Двадцать человек за два или три дня производят столько торфа, что его достаточно на весь год для отопления дома большой семьи. Из этого числа, пять человек копают и выбрасывают грязь, пять обрабатывают ее и заполняют ею лотки, а десять занимаются доставкой лотков к месту, где торф формуется женщинами; которые действуют так ловко, работая с ним, что только двух из них достаточно, чтобы содержать двадцать человек на работе.
https://books.google.ru/books?id=KpY9AAAAcAAJ&pg=PA152&dq=turf%20coal&hl=ru&ei=yfQpTqKkG4OF-wbiwOjGBg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CDEQ6AEwAA#v=onepage&q=turf%20c
а вот когда голландцы придумали торф применять!
Сочиненія Ломоносова: Слова второе, о явленіях воздушных, от електрической ... Авторы: Михаил Васильевич Ломоносов,Александр Филиппович Смирдин (1850)
В Голландии около Утрехта добывают турф в местах и слоях следующего состояния. Во первых срывают с верху на полтора и на полтретья фута землю. Тогда вода наступает, и при том отрывается материя, из которой турф заготовляют, цветом черна, несколько красновата, и хотя вязка, однако между пальцами в мелкую и мягкую муку истереть можно; толщиною лежит около двух футов. Из ней выходит самой лучший турф. Следует материя краснее си жилки ее грубее. Турф из ней делают второй доброты. По сим третей слой с крупными жилами и с рухлою материей на подобие гнилого дерева. Турф из него обоих первых хуже. Кончится сия материя песчаным и в дело негодным илом. Толщиною турфовой материи слои бывают от 10 до 14 футов.
Добывают оную из болота сетками на берег и в лодки, и стаптывают от чего тестом становится, которое как кирпичи в четырехугольные плитки сминают и просушивают на солнце; готовые вместо дров употре****ют сами Голландцы и по другим землям разводят и рассылают на продажу, и тем составляют не последнюю часть своего купечества. От сего произошла насмешная пословица про купцов и промышленников, кои тем торгуют, что они продают свою землю, свое отечество; или кормятся гнилою болотиною.
Однако прибыль от турфа толь велика, что часто отдают на то поскотины и сенокосы, дабы из под них достать на турф материю.
Как турф часто покрывает прекрасные и добрые луга; так напротив того под ним лежит всякая гниль и болотина, с разными остатками и признаками древней земной поверхности. Около некоторых деревень находят под турфом в Голландии и во Фландрии великие дубы с листами и с жолудьми, деревья с Грецкими ,кустарники с простыми орехами; и камышник и осоку; все лежачее; также разбитые части корабельные, морские орудья, весла, головни, ремни, железные инструменты, табачные трубки, горшки; иногда ружья, сеченные камни с надписью, старинные монеты и другие вещи.
От разных примешений и обстоятельств, и от разного сложения самого болота, разнятся между собою турфы весьма много, так что иные носят только имя турфа, а делом совсем другая материя. Кроме вышеупомянутых трех статей турфов прямой породы, составляются другие плохие. Иные состоят из камышу, который всплывает после выкопанной доброй турфовой материи, и соединяясь с грязью служит в пользу бедным людям, кои вытянув из болота, мешают его со скотскими калом, и в подобные турфа кирпичи вырабатывают сушат, и жгут вместо дров. По местам собирают дерн и болотную грязь, с кореньями, с листами, с песком и хрящом, так же обыкновенной мох с болотной землею, и с кореньями трав болотных, с сучьями дерев, и с кустарником. Все сие в подобие турфа вырабатывают; которой однако такой доброты отнюдь не имеет, не дает доброго жару. скоро загорается и скоро сгорает, или едва только гореть может; легок, рухл и сыпок, и с пеплом много земли и песку оставляет. Напротив того прямой турф тверд и плотен, загорается не скоро; однако жарь долго держит. Пепел оставляешь белый и чистый, из коего через промывку выходит поташ.
При турфовых копях следующие обстоятельства примечания достойны:
1) Промышленники выбрав добрую турфовую материю, оставляют великие болотистые озера, кои на несколько верст простираются, и пользуют им, или кому они уступят, долгое время ловлею рыбы, коя любит болотную воду, и будучи посажена в нее скоро и богато плодится.
2) Иногда достаточные люди откупают такие пространные турфовые болотные копи, и построив ветряные мельницы, воду выливают; ограждают плотинами, и до остатку высушив каналами, жирную землю удобной делают к лугам, сенокосам, пашням и огородам, которая тем плодовитее бывает, чем долее озеро стояло с рыбою. Валежник, что быль под турфом выбирают и употребляюсь на дрова и на постройку, а особливо на сваи.
3) Не глубоко выкопанные для турфа озера, иногда будучи так оставлены, зарастают болотною травою, высыхают; и служат после многих лет новой материей промышленникам для турфа.
4) Иногда случается, что валежник с камышом и другими болотными травами и кореньями, по выбирании турфа всплывает на поверхность воды; в два или три года обрастает мхом и болотною травою; потом производит и кустарпик, что растет при мхах и озерах, ивняк, березняк и прочее. Ветры ударяя в кустарник и лесок, переносят сие острова от одного берега к другому с ходящей по ним скотиной.
https://books.google.ru/books?id=HjtFAAAAYAAJ&pg=PA476&dq=%D1%82%D1%83%D1%80%D1%84%D0%B0&hl=ru&ei=IxgWTqL4OcL_-gaMr-0P&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=8&ved=0CEkQ6AEwBw#v=onepage&q=%D1%82%D1%83
Ископаемый горючий материал. Употребление ископаемого угля для домашней потребности в Англии было известно еще в 853 г. по Р. Хр., т. е. еще во времена начала английского королевства.
Но разработка этого горючего материала началась только спустя 4 столетия, именно в 1239 г., при Генрихе III, давшем гражданам Ньюкестля грамоту на разработку каменного угля.
В XIV в. каменный уголь уже сделался предметом торговли и в значительном количестве начал вывозиться как в Лондон, так и на континент Европы. Он получил применение в кузницах вместо древесного угля и в других заводско-фабричных производствах, заменяя дрова.
В 1611 г., т. е. 4 века спустя после начала разработки, была сделана Симоном Стюртвеном попытка применения угля к металлургии (привилегия, выданная королем Иаковом I). По-видимому, Стюртвен умел коксовать уголь и в таком виде предполагал заменить древесный уголь углем ископаемым. Но в скором времени привилегия эта была уничтожена и в 1613 г. передана Джону Ровенсону, из сочинения которого, "Treatise of metallica", видно, что металлургия ему обязана введением рафировочных горнов и отражательных печей.
Затем временный успех имел Додлей, написавший в 1665 г. свое сочинение "Dud-Dudley's metallum martis", или способ выделки железа на морском угле и плавления, очищения и переочищение металлов на том же горючем материале. Но все эти отдельные успехи имели характер случайности, и начало общего применения каменного угля к металлургии должно считать с половины прошлого столетия (1753 г.), после тех результатов, которые получил Авраам Дерби, применив его к обработке руд.
Затруднения, встречавшиеся при применении ископаемого угля к металлургии, главнейшие происходили от того, что свойства каменного угля не только в разных местностях, но даже в одной и той же копи, но на разных горизонтах бывают различны, причем верхние пласты качеством своим хуже нижних (содержат много золы и от жара растрескиваются), а разработка на большой глубине до половины XVIII ст. была невозможна, так как первые чугунные трубы Ньюкомена и Смиттона начали отливаться только после установки вагранки (см. Вагранка), и только около того же времени Ватт и Больтон начали строить свои рудничные машины. — Кроме того, всегдашним спутником каменного угля является серный колчедан, сера которого вредно влияет на качество железа, делая его ломким при температуре красного каления.
На практике каменный уголь идет для добычи чугуна преимущественно в виде кокса (см.), а он получается в плотном виде (около 60-70%) только из немногих углей, называемых металлургическими, или коксовыми (см. Каменный уголь). Коксование, подобно углежжению, производится или в кучах, или в печах; ныне оно ведется почти всегда на месте добычи угля, исключительно в печах, тем более, что плотность печного кокса на 1/3 более полученного в кучах и выход значительнее.
http://slovare.coolreferat.com/%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%8C/?%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%8C=%D0%B2 %D1%81%D0%B5&%D0%BF%D0%BE%D0%B8%D1%81%D0%BA=%D0%93%D0%BE%D1%80% D0%BD%D0%BE%D0%B7%D0%B0%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%81%D0 %BA%D0%BE%D0%B5%20%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D 0%B2%D0%BE
Справка о семействе Дерби.
Дерби Абрахам (Darby Abraham) - отец английской металлургии, промышленник и изобретатель.
Дерби родился в 1677 году в британском Вустершире. Он начинал учеником на заводе по производству солода в Бирмингеме, в 1698 открыл собственное дело, а в 1704 основал медеплавильный завод в Бристоле. В 1708 году английский промышленник ввел отливку чугуна в песчаные формы ( в том числе чугунных горшков) и запатентовал ее. В 1709 году Абрахам Дерби арендовал старую домну в Колбрукдейле и усовершенствовал способ изготовления кокса. В 1713 году Дерби заменил в доменной плавке часть древесного угля каменным (коксом). Благодаря его экспериментам уголь стал завоевывать позиции важного источника энергии. Получив такой мощный энергетический источник промышленность в Англии и других странах начинает усиленно развиваться.
Абрахам Дерби умер 8 марта 1717 года в Мейдли-Корте (Великобритания).
Наследники Арбахама Дерби продолжили дело своего предка, освоив технологию выплавки железной руды. Его сын, Арбахам Дерби 2-й (1711-1763), внедрил в 1735 доменную плавку на коксе и стал получать чугун, из которого можно было ковать железные чушки. Производство железа становится массовым. А чугун начинает применяться во все более разных областях. В 1767 году были отлиты первые чугунные рельсы. Абрахам Дерби 3-й, внук и полный тезка отца металлургии (1750-1791), в 1779 году построил первый в мире металлический мост "Айрон Бридж" (в переводе "Чугунный мост") из литых чугунных деталей на реке Северн близ городка Колбрукдейл.
http://www.sak.ru/reference/dictionary/dictionary4-14.html
Видно, что каменноугольный кокс получил применение в английской металлургии в 18 веке.
ну вот и открыли применение каменного угля в металлургии!
С начала XVII века европейской кузницей стала Швеция, производившая половину железа в Европе. В середине XVIII века её роль в этом отношении стала стремительно падать в связи с очередным изобретением — применением в металлургии каменного угля.
Прежде всего надо сказать, что до XVIII века включительно каменный уголь в металлургии практически не использовался — из-за высокого содержания вредных для качества продукта примесей, в первую очередь — серы. С XVII века в Англии каменный уголь, правда, начали применять в пудлинговочных печах для отжига чугуна, но это позволяло достичь лишь небольшой экономии древесного угля — большая часть топлива расходовалась на плавку, где исключить контакт угля с рудой было невозможно.
Устранять серу коксованием научились в Англии в 1735 году, после чего появилась возможность использовать для выплавки железа большие запасы каменного угля. Но за пределами Англии эта технология распространилась только в XIX веке.
Потребление же топлива в металлургии уже тогда было огромно — домна пожирала воз угля в час. Древесный уголь превратился в стратегический ресурс. Именно изобилие дерева в самой Швеции и принадлежащей ей Финляндии позволило шведам развернуть производство таких масштабов. Англичане, имевшие меньше лесов (да и те были зарезервированы для нужд флота), вынуждены были покупать железо в Швеции до тех пор, пока не научились использовать каменный уголь.
скандинавский, а именно шведский бум железоделательный - 17 век н.э.!
и преимущественно на севере страны! а там холодно!
Месторождения железных руд располагаются главным образом в провинциях Норботтен и Бергслаген и отвечают 5 генетическим типам: апатит-магнетитовые (Кируна, Туоллувара, Гренгесберг и др.), скарново-магнетитовые (Саутусвара и др.), месторождения железистых кварцитов (Стросса), титаномагнетитовые с ванадием (Роутиваре и др.) и оолит-шамозитовых и сидеритовых руд (район Сконе). Основные запасы промышленных железных руд страны сосредоточены в апатит-магнетитовых месторождениях (около 70%), из которых Кируна является одним из крупнейших месторождений в мире (см. "Кируна").
История освоения минеральных ресурсов. Ещё в первые века н.э. на территории Швеции производилась выплавка железа из болотных и озёрных отложений, особенно распространённых в области Смоланд. В 12 веке на острове Готланд и в 13 веке в районе Бергслаген осуществлялась добыча железной руды подземным способом. Железорудное сырьё отличалось высоким качеством и издавна пользовалось спросом на мировом рынке. В конце 14 века его вывоз из Стокгольма в Любек вырос с 275 до 900 т в год, а к концу 15 века достигал 1300 т.
В 16 веке под руководством специалистов из Германии, Голландии и других стран совершенствовалась железорудная промышленность Швеции; на первое место по добыче вышла область Вермланд. Значительно увеличилось производство меди (одновременно с повышением цен на международном рынке) и серебра. В этот период в горном промысле было занято около 4% населения Швеции. На протяжении 17-го столетия Швеция прочно занимала позиции главного поставщика железа и меди на европейском рынке. В 1695 началась разработка лапландских месторождений (Мальмбергет и др.), откуда руду вывозили на оленях. Добыча меди достигла своего максимума в 1650 — свыше 3 тысяч т. После окончания Северной войны 1700-21 промышленность Швеции приобретает капиталистические черты, на горных предприятиях внедряются различные механизмы, например вододействующие машины для шахтного подъёма. Значительно возросло производство железа: в 20-е гг. — 50-60 тысяч т в год (около 35% мировой добычи). Медь оставалась вторым (после железа) по значению экспортным товаром Швеции, составляя 11,7% (по стоимости) от общей добычи полезных ископаемых, однако выпуск её уменьшился до 300 т в год в связи с истощением рудников в Фалуне, углублением и затоплением выработок, повышением цен на топливо
http://www.mining-enc.ru/images/sh/2/shvecija3.jpg
имхо главная ошибка археологов в том, что не изучают и не хронолизируют технологии изготовления артефактов, в данном случае топора!
- но пытаются привязать к наративной истории;
- ищут какие-то стили, стилистические признаки, которые неизвестно как хронолизируют, то есть опять же привязывают в наративным источникам!
- относительно топора имхо есть очень важный рубеж развития топора и металлургической технологии: переход от поковки к отливке!
- и эта необходимость вызвана прежде всего изготовлением проушины:
- сначала стальные топоры были кованные, проушину приваривали-приковывали!
- а когда научились плавить сталь, стали делать литые топоры с литой проушиной!
Полагаю автор этой статьи нашёл такой рубеж развития технологии изготовления железных топоров, который может считаться универсальным, всеобщим!
Топоры. Среди четырех топоров лишь один сохранился целиком. Три других представлены обломками лезвий. Целый топор относится к типу V по классификации А.Н. Кирпичникова (Рис. 3, ан.7748). Прослеживаемые на продольной поверхности сварочные швы позволяют предположить, что это орудие было изготовлено следующим способом. Полоса железа – основа топора – была сложена на оправке пополам для формования проушного отверстия. Между концами полосы на всю длину топора была вставлена малоуглеродистая (0.2-0.3%С) стальная пластина (Рис. 4). Полученную заготовку сварили, оттянули и заточили лезвие. Кузнечные операции не отличались высоким качеством. На рисунке 5-1 хорошо виден широкий сварной шов. Следует отметить, что подобный способ изготовления топоров типа V был широко распространен в северной зоне Восточной Европы3.
Вварное лезвие имел еще один топор (Рис. 4, ан.8363). Но в отличие от вышеописанного экземпляра стальная пластина у него была вварена лишь в самое острие. Тело топора было сварено из пластин малоуглеродистой (0.1-0.3%С) стали и фосфорного железа. Сварка проведена на высоком уровне. Лезвие топора было закалено с последующим высоким отпуском (структура сорбита).
Топор № 8136 был изготовлен по технологии косой боковой наварки стального лезвия на железную основу. Наварная пластина представлена высокоуглеродистой сталью с содержанием углерода до 0.8% (Рис. 5-2). Это орудие также демонстрирует высокое качество работы.
Топор № 8364 изготовлен по технологии V-образной наварки стального лезвия на основу из высокофосфорного железа. Орудие подверглось резкой закалке.
В.И. Завьялов
Технология изготовления железных орудий труда из Белоозера
http://www1.rostmuseum.ru/publication/historyCulture/2001/zavyalov01.html
тип У, X - первая половина XIII в
Наибольшее скопление этих изделий отмечается на севере Руси, особенно в курганах юго-восточного Приладожья. Форма связана с Северной Европой и по распространению и развитию может считаться финско-русской. В XIII - XIV вв. распространяются топоры с трубковидным обухом (разновидность А типа У).
http://a-nevsky.ru/library/kirpichnikov-vooruzhenie.html
Следует отметить, что подобный способ изготовления топоров типа V был широко распространен в северной зоне Восточной Европы3.
Завьялов В.И. Железные изделия из памятников Белозерья // РА. 1996. № 4. С. 158.
PS Справочные данные:
Железо - Температура плавления - 1538,85 °C
Медь - Температура плавления - 1083,4 °С
Температура горения в печи и теплотворность дров разных пород:
Порода Температура, °C
Бук, ясень - 1044
Граб - 1020
Зимний дуб - 900
Лиственница - 865
Летний дуб - 840
Береза - 816
Пихта - 756
Акация - 708
Липа - 660
Сосна - 624
Осина - 612
Ольха - 552
Тополь - 468
Торф
Рабочая масса с 10%-ной влажностью, близкой к влажности брикетов, производимых из высушенного фрезерного торфа, характеризуется теплотой сгорания около 4130 ккал/кг и жаропроизводителыюстыо (/’тах 1970“ С),
Топливо с содержанием 50% влаги, Жаропронзводительность фрезерного торфа около 1480е С, т. е. почти на 600° ниже, чем у сухой массы торфа.
Топливо с влажностью 60% жаропроизводителыюстыо, лишь несколько превышающей 1200° С.
Температура горения каменного угля в идеальных условиях достигает 2100°С, но в отопительной печи топливо сжигается максимум при 1000°С. Теплоотдача каменноугольного топлива составляет 7000 ккал/кг. Его сложнее разжечь — для воспламенения требуется нагрев до 400°С.
PS Новое открытие английских учёных:
Chromium crucible steel was first made in Persia
https://doi.org/10.1016/j.jas.2020.105224
Впервые, хромистую сталь, которая схожа с нынешней инструментальной, изготовили примерно на 1 тыс. лет раньше в Персии, нежели, чем считалось до настоящего времени. Об этом указано на научном ресурсе «Sciencedirect».
По словам автора нового исследования, «это был персидский феномен». Ученые отметили, что ум удалось обнаружить «самые ранние известные свидетельства производства хромистой стали», которые датируются веком н.э., дополняет «Sciencedirect».
http://www.eurasiatoday.ru/digest/1162-%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%8F-%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C-%D0%B1%D1%8B%D0%BB%D0%B0-%D0%B2%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B2%D1%8B%D0%B5-%D1%81%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D0%B0-%D0%B2-%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%B9-%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%B8%D0%B8.html?fbclid=IwAR0BjyRZ0Roo5n-WlT8c63EFXfk0vR9qDOHimYJ0-zyeHhyMaAuonoTQyns
Общеизвестное из Викикпедии на английском
Crucible steel is steel made by melting pig iron (cast iron), iron, and sometimes steel, often along with sand, glass, ashes, and other fluxes, in a crucible. In ancient times steel and iron were impossible to melt using charcoal or coal fires, which could not produce temperatures high enough. However, pig iron, having a higher carbon content thus a lower melting point, could be melted, and by soaking wrought iron or steel in the liquid pig-iron for a long time, the carbon content of the pig iron could be reduced as it slowly diffused into the iron. Crucible steel of this type was produced in South and Central Asia during the medieval era. This generally produced a very hard steel, but also a composite steel that was inhomogeneous, consisting of a very high-carbon steel (formerly the pig-iron) and a lower-carbon steel (formerly the wrought iron). This often resulted in an intricate pattern when the steel was forged, filed or polished, with possibly the most well-known examples coming from the wootz steel used in Damascus swords. The steel was often much higher in carbon content and in quality (lacking impurities) in comparison with other methods of steel production of the time because of the use of fluxes.
Techniques for production of high quality steel were developed by Benjamin Huntsman in England in the 18th century. Huntsman used coke rather than coal or charcoal, achieving temperatures high enough to melt steel and dissolve iron. Huntsman's process differed from some of the wootz processes in that it took a longer time to melt the steel and to cool it down and allowed more time for the diffusion of carbon.[1] Huntsman's process used iron and steel as raw materials, in the form of blister steel, rather than direct conversion from cast iron as in puddling or the later Bessemer process. The ability to fully melt the steel removed any inhomogeneities in the steel, allowing the carbon to dissolve evenly into the liquid steel and negating the prior need for extensive blacksmithing in an attempt to achieve the same result. Similarly, it allowed steel to simply be poured into molds, or cast, for the first time. The homogeneous crystal structure of this cast steel improved its strength and hardness in comparison with preceding forms of steel. The use of fluxes allowed nearly complete extraction of impurities from the liquid, which could then simply float to the top for removal. This produced the first steel of modern quality, providing a means of efficiently changing excess wrought iron into useful steel. Huntsman's process greatly increased the European output of quality steel suitable for use in items like knives, tools, and machinery, helping to pave the way for the Industrial revolution.
https://en.wikipedia.org/wiki/Crucible_steel
Как обычно википедия продвинулась в познаниях о поковках, отливках и ... пушках, и если раньше просто было указано, что 15 веке появились пушки, например в Бургундии, то теперь разделили пушки кованные от литых
Кованые пушки
Разрыв на стволе кованой пушки. Хорошо видна сборка ствола из полос.
Основная статья: Кованые пушки
К моменту знакомства с огнестрельным оружием в Европе хорошо знали кричное железо и умели его ковать. Неудивительно что первые пушки изготавливались из кричного железа. Отковать пушку целиком не удавалось, потому родилась довольно самобытная технология сборки орудия из множества отдельных кованых элементов. Сначала ковались длинные полосы во всю длину ствола, из которых собирался ствол по принципу сборки бочки из отдельных досок. А чтобы удержать полосы вместе сверху на всю длину ствола одевалось множество кованых колец. Такие орудия отличались огромной трудоемкостью и впоследствии, по мере освоения литейных технологий, были вытеснены литыми пушками.
Бронзовые пушки
Также к 13 веку в Европе хорошо знали бронзу, литье колоколов и других изделий из бронзы было широко развито. У бронзы были определённые недостатки. Дефицитность и дороговизна меди и олова сдерживали распространение пушек из этого сплава. На первых этапах свою роль сыграла неосвоенность технологических особенностей литья бронз для артиллерийских целей. Тем не менее бронзовые пушки уже в 15 веке вытеснили кованые орудия, став основным материалом артиллерии до освоения чугунного литья.
Кованые пушки (в русских летописях иногда именуются «тюфяками») — ранний тип артиллерийских орудий, изготовлявшихся из металлических кованых элементов.
В общем виде, технология изготовления подобных орудий выглядела следующим образом: продольные полосы металла соединялись вдоль вокруг деревянного сердечника, после чего скреплялись поперечными обручами. Затем деревянный сердечник выжигался. В условиях несовершенства литейного дела, подобная технология позволяла создавать мощные крупнокалиберные орудия. Учитывая использование каменных ядер и пороховой мякоти, подобные орудия были вполне состоятельны, как вид оружия. Однако кованые пушки имели множество недостатков, среди которых главными являлись общая сложность и дороговизна производства таких орудий, а также их малая надёжность и склонность к разрыву швов при стрельбе.
Кованые пушки были распространены на заре развития артиллерии в XIV—XVI веках, после чего были вытеснены орудиями, изготовлявшимися методом литья. До наших дней дошло несколько экземпляров кованных орудий, среди которых наиболее известными можно считать тяжёлые бомбарды Pumhart von Steyr (Священная Римская империя, начало XV века), Dulle Griet (Священная римская империя, начало XV века) и Mons Meg (Бургундия, 1447 год).
Уильям Карман. История огнестрельного оружия с древнейших времен до 20 века.. — М.: Центрполиграф, 2006. — 140 с. — (История войн и военного искусств). — 5000 экз. — ISBN 978-5-9524-3274-1.
- Каторин Ю. Ф., Волковский Н. Л., Тарнавский В. В. Уникальная и парадоксальная военная техника. — СПб.: Полигон, 2003. — 686 с. — ISBN 5-59173-238-6.
Попытки создать стальную пушку предпринимались. Например, в России такая пушка была создана мастеровым Яковом Зотиным на Нижне-Исетском заводе, единственном в то время в России предприятии, где было организовано производство стали. Зотин организовал работы по отковке орудия, используя для этого молотовые горны и водяные молоты «со стальной наваркою». Для сверловки канала ствола использовался вертикально-сверлильный станок, а для обработки наружной поверхности ствола — токарный. К маю 1812 года пушка была готова. Это было 3-фунтовое орудие. Но артиллерийский приемщик отказался его принять как «не предусмотренное высочайшей инструкцией». В сентябре того же года было готово второе орудие, изготовленное на этот раз в точном соответствии с инструкцией — оно было гладкоствольным. Орудие, по отзыву приемщика, было «ковкою весьма хорошо, может выдержать и ночное действие». Орудие было принято и отправлено в Петербург, где получило высокую оценку. Особенно Артиллерийский департамент поразило то, что орудие обходилось очень дёшево. Но принимать его на вооружение не поспешили. Более того, в 1824 году А. А. Аракчеев «лично изъяснил его императорскому величеству, что железные пушки никогда не смогут быть столь удобны к действовию и в изготовлении, как медные».
В Европе получение литой стали освоили только с середины 18 века благодаря англичанину Бенджамину Хантсману. Также в конце 18 века научились получать сталь пудлингованием (осаждением более тугоплавкой стали из расплава чугуна). Тигельная и пудлинговая сталь получили определённое распространение в пушечном деле до освоения во второй половине 19 века классических сталелитейных процессов — бессемеровского, томасовского и мартеновского. В частности, известный русский промышленник Павел Обухов в 1850-х годах наладил производство стальных пушек из тигельной стали на Златоустовском заводе.[22] Несколько раньше, в 1847 году, Альфред Крупп создал свою первую стальную пушку из пудлинговой стали.
До освоения промышленной выплавки сталей также предпринимались усилия по переходу от чугуна и железа к стали, которая по сочетанию твердости и вязкости обещала превосходство над хрупким чугуном и мягкими железом и бронзой. Основная трудность состояла в том что температура плавления сплава железа и углерода падала с увеличением количества углерода. То есть плавить чугун с высоким содержанием углерода проще чем плавить сталь, в которой углерода меньше чем в чугуне, и тем более проще чем чистое железо. При этом углерод охрупчивал металл: чистое железо легко ковалось, в то время как сталь ковалась очень трудно, а чугун ковке не поддавался вовсе. Потому существовал определённый довольно продолжительный технологический этап когда с одной стороны умели хорошо обрабатывать железо ковкой а с другой умели лить чугун, но стальные изделия вызывали трудности, не позволявшие дёшево изготавливать такие массивные изделия как пушки.