К вопросу о разных технологиях металлообработки: ковка и литьё и хронологии их появления и развития!
Поскольку одной из лучших работ остаются работы Колчина, даю цитаты (собрали Idler, Авчур, Ваха - благодарность лично и специально!!!)
Работа эта, изданная в 1953 году базировалась на данных археологических раскопок и анализе литературных источников.
Но уже в середине 50 годов ХХ столетия стали появляться работы, посвящённые моделированию сыродутного процесса получения железа.
Естественно, советская историческая наука не могла отставать от зарубежья, и вот в 1961-1962 годах, академиком Б.А.Колчиным были организованы эксперименты по моделированию сыродутного процесса в полевых условиях, описанные в статье:
Б. А Колчин. О. Ю Круг «ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЫРОДУТНОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗА», опубликованной в сборнике «Археология и естественные науки» в 1965 году.
Б.А.Колчин о своих предшественниках
Опыты по моделированию сыродутного процесса производства железа начались в середине 50-х годов. В 1956 г. впервые опубликовал свои работы бельгиец Жан Садзо (3). Затем, в 1958 г. в Лондоне была опубликована статья Уинна и Тайлкота о примитивной технике получения железа, В это же время начал свои работы по моделированию известный немецкий историк техники Гиллес. Все перечисленные работы были выполнены инженерами-металлургами, интересующимися историей железа, без привлечения археологов. И лишь только в конце 1960 г. за моделирование сыродутного процесса взялись археологи. Чешский археолог Р. Плейнер совместно с польским профессором М. Радваном провели в Кракове в 1960 и 1961 гг. свои опыты.
Опыты бельгийца и двух англичан не являлись моделированием в полном смысле слова. Они решали в первую очередь инженерную задачу: можно ли получить железо в низких, ямных горнах с естественным и искусственным дутьем? Изготовлялось несколько вариантов конструкций открытых горнов, и применялись разные режимы дутья.
Из восьми опытов Садзо без искусственного дутья в шести случаях ничего не получилось и лишь в двух опытах с очень маленькими горнами в массе конгломерата, образовавшегося на дне горна, были получены мелкие фракции восстановленного железа. В четырех опытах с искусственным дутьем (в последнем, наиболее удачном опыте) Садзо получил слиток весом в 5 кг, в котором, кроме шлака было много металлического железа.
Итак, в плавках без использования принудительного дутья, железо получить не удалось. С принудительным дутьём получили слиток, «…в котором, кроме шлака было много металлического железа». Колчин не конкретизирует какого рода воздуходувные приборы применялись, да этого и не надо. Поскольку во всех этих опытах получить железо, пригодное для дальнейшей обработки не удалось. И пусть вас не смущает фраза «…в котором, кроме шлака было много металлического железа». В ходе дальнейшего обзора мы выясним, что она означает.
Идём дальше.
Англичане Уинн и Р. Тайлкот в лабораторной установке с открытым горном при искусственном дутье провели несколько опытов. Некоторые их опыты увенчались успехом, т. е. они получили металлическое железо. Лучший результат был достигнут, когда уложили в горне специально приготовленную шихту. Перед соплом они поместили большое количество угля, а затем дальше и выше — руду и дали мощное дутье через одно сопло. При этом опыте они получили в горне температуру выше 1100° b в итоге процесса — железную крицу в смеси со шлаком (4).
Вроде всё логично – дали мощное дутьё (опять таки, неизвестно чем) – получили железо в смеси со шлаком. Опять-таки неизвестно, пригодное ли к дальнейшей обработке.
Наибольшим приближением к исторической действительности были работы немецкого инженера Гиллеса (5). Им была достроена шахтная наземная латенская печь типа Миннербах. Печь была построена в поле на специально выбранном косогоре для работы с естественным дутьем. Высота печи равнялась 172 см, диаметр горна — 90 см и диаметр колошника — 40 см.. Оба опыта прошли удачно. Вместе со шлаком было получено и металлическое железо. Из 162 кг руды было получено железа 17,4 кг, т. е. его выход составил 10,7%. Позже, Гиллес проделал еще опыт выплавки железа в шахтной печи с искусственным дутьем и интересные эксперименты по свариванию мелких кусков губчатого железа в монолитную крицу .
И опять-таки, ничего не говорится, в какой форме было получено это железо. Но судя по последнему предложению – как раз в такой, которую невозможно было использовать без дополнительной обработки.
А теперь внимание!
Настоящее моделирование сыродутного процесса начали лишь Р. Плейнер и М. Радван. В сентябре 1960 г. в Польше на территории Горнометаллургической академии в Кракове они провели пять плавок в печах двух типов (6)
Были выбраны два типа печей римского времени {111—IV вв. н, э.). Первый тип, свентокшижский, из Южной Польши и второй тип наземной шахтной печи из Чехии — лоденицкий. Оба типа печей хорошо известны археологически. Дутье в этих печах искусственное, нагнетали его компрессором. В свентокшижской печи воздух подавался через два сопла, расположенных диаметрально, и в лоденицкой печи — через одно сопло…
… В результате каждой плавки получался металлургический конгломерат, состоящий из шлака и некоторого количества губчатого железа.
Итак, в результате настоящего моделирования сыродутного процесса (с компрессором-то!) удалось получить только шлак, и некоторое(!) количество(!) губчатого железа!
Резюме: из данных, приведенных Б.А.Колчиным, следует, что никому из его предшественников при моделировании процесса сыродутной плавки не удалось получить, скажем так, «делового» железа, в виде компактной крицы, которую можно проковать сразу после извлечения из печи, как это замечательно описывал Б.А.Колчин в своей монографии (1).
пишет академик Б.А.Колчин о собственных экспериментах.
Наш эксперимент мы старались проделать с максимально возможным приближением к условиям древнего производства...
...Сыродутная печь и весь производственный комплекс были построены па открытом воздухе yа территории раскопок Новгородской экспедиции...
...Подача воздуха в печь производилась через одно глиняное сопло. Сопла изготовлялись из смеси глины с большим количеством песка и имели такие же размеры, как и известные нам древнерусские...
Сделать дутье «мешное», т. е. с мехами, таким, каким оно было в древней Руси, мы не могли, так как не достали кузнечные меха. Мы остановили свой выбор на осевом вентиляторном воздуходуве.
Плавка № 1
После окончания процесса и разбора заслонки (рис. 7) вынуто несколько маленьких кусочков губчатого железа и со дна горна большая лепешка — слиток шлака и губчатого железа весом в 4 кг.
Плавка № 5.
По окончании процесса из горна вынут большой застывший кусок конгломерата весом в 4 кг. В нижней половине куска — чистый шлак, в верхней половине находились куски губчатого железа.
Плавка № 6.
По окончании процесса из горна вынут большой кусок конгломерата, в верхней части которого находилась значительная масса губчатого железа…
В этой плавке было получено более чистое, но сравнению с предшествующими, губчатое железо. Во время выема железа из горна была предпринята попытка проковки и сварки губки. Температура в горне в момент разборки была около 1200°. Ковали на камне железным молотком. Крица не сварилась, лишь сплюснулась и рассыпалась на несколько кусков.
Плавка № 7.
После окончания процесса из горна вынули большую чистую губку железа. Процесс длился 2 часа 20 минут (не считаz времени прогрева печи). Часть губчатого железа сразу же проковали на булыжном камне, пытаясь сварить. Железо не сварилось а рассыпалось на мелкие куски.
Плавка 10.
Шихта такая же, как я в плавке .№ 7. Пять порции шихты засыпаны через интервалы в 20, 20, 20 и 15 минут. Через 25 минут после засыпки пятой порции шихты выпущен шлак. Его вытекло много. Процесс шел 1 час 40 минут. Получена большая губка железа. Этот процесс, был самым удачным из всех, проведенных ранее. Был взвешен весь полученный в этой плавке выход шлака и губчатого железа. Губчатого железа всего получено 1400 г (в том числе целая губка железа весила 800 г), шлака образовалось 2550 г (в том числе только один слиток весил 1400г). Руды израсходовано 7 кг.
Многократные попытки превратить железную губку в железную крицу, т. е. в монолитный кусок железа без шлака и пустот, успехом не увенчались. Сварить железо в крицу мы не могли, после проковки губка рассыпалась на мелкие части. Объяснилось это довольно просто. Температура в печи у нас не превышала 1300°, а чаще всего была и ниже. Кусок железной губки, который мы вынимали из печи, до проковки успевал еще немного остыть. Кроме того, шлаки у нас были сильно железистые и поэтому очень вязкие. Они также с трудом или совсем не выжимались из швов — мест сварки. Как известно» сварочная температура железа довольно высока, она колеблется в районе до 1450°. При недостаточности нагрева и наличии даже тончайшего слоя шлака сварки не произойдет, что и случилось у нас.
Процесс изготовления товарной крицы, т. е. сварки губчатого железа в монолитный кусок железа весом до 5—6 кг (предельный вес древнерусских криц), был довольно сложным и трудоемким делом. Сварить большую губку железа сразу по изъятии ее из печи в монолитную крицу чистого металла было технически невозможно. Надо было многократно нагревать железо до высоких температур с. последующими энергичными проковками и при этом умело пользоваться сварочными флюсами, которые разжижали шлаки, пропитавшие губку. Это, вероятно, была самостоятельная трудоемкая технологическая операции, которую могли проделывать как металлурги, так и кузнецы.